Рецептуры пен, их выбор и особенности приготовления рабочего раствора пав

ПАВ, предназначенные для приготовления ГЖС, должны удовлетворять ряду специфических требований: хорошо растворяться в жестких и минерализованных водах; образовывать в этих водах обильную и устойчивую пену, причем ее устойчивость не должна заметно снижаться в присутствии шлама горных пород; сохранять свойства при длительном хранении; не вызывать интенсивной коррозии инструмента и оборудования; не требовать сложных мер предосторожности при использовании.

Характеристика ПАВ-пенообразователей, рекомендуемых к применению, дана в табл.

Необходимой и во многих случаях достаточной (если не учитывать воздух) составной частью пены является раствор ПАВ. В этот раствор можно дополнительно вводить добавки стабилизаторов (загустителей, полимерных веществ), антифризов (спиртов или солей натрия, кальция), понизителей жесткости (связывающих в нерастворимый осадок соли жесткости, присутствующие в технической воде и препятствующие ее вспениванию). Роль стабилизаторов сводится к повышению стабильности пены за счет увеличения вязкости пенообразующего раствора. Такая модифицированная пена обладает большой кольматирующей способностью и может успешно применяться в зонах полной потери циркуляции. Во время остановок процесса бурения такая пена длительное время предотвращает оседание шлама на забой, удерживая его во взвешенном состоянии, что уменьшает вероятность прихвата инструмента.

Полимерные стабилизаторы пенных систем вводятся в пенообразующий раствор в незначительных количествах (не более 1 % от массы раствора) и не влияют на температуру его замерзания. Поэтому при бурении скважин в интервалах пород с отрицательными температурами во избежание замерзания пены в скважине к пенообразующему раствору добавляют необходимое количество антифриза, в качестве которого могут быть использованы поваренная соль, хлористый кальций, диэтиленгликоль, полипропиленгликоль и карбамид (мочевина).

Понизители жесткости (как правило, фосфаты) используют в тех случаях, когда применяемый пенообразователь недостаточно эффективно вспенивает техническую воду из-за повышенной ее жесткости. Таким образом, в проектировании состава пенообразующего раствора решающим является правильный выбор пенообразователя. Наиболее предпочтительны пенообразователи неионогенного и анионактивного типов. Общие недостатки катионных ПАВ применительно к бурению – их токсичность, низкая биоразлагаемость, дефицит и высокая стоимость. Для приготовления пенных промывочных систем наиболее приемлемы неионогенные оксиэтилированные ПАВ типа оксиэтилированных спиртов, алканоламидов, алкилфенолов, а также анионактивные ПАВ типа сульфатов или сульфонатов.

Специально разработанный для приготовления пенных очистных агентов в геологоразведочном бурении пенообразователь «пенол» – ПАВ комбинированного типа, в его состав входят неионогенные и анионактивные вещества. Пенол, представляющий собой вязкую коричневую жидкость, легко растворяется в воде, обладает высокой пенообразующей способностью, устойчив в растворах солей. Выпускается пенол-1 по ТУ 38-4.01109-83.

Рецептуру пенообразующего раствора выбирают в соответствии с условиями бурения, при этом учитывают характеристики проходимых пород и гидрогеологические условия в скважине. В зависимости от конкретных условий концентрация пенообразователя в растворе поддерживается на уровне 0,2-0,6 % по активному веществу (концентрацию пенообразователя увеличивают до 0,6 % при бурении в водопроявляющих горизонтах).

При бурении пород с отрицательной температурой в пенообразующий раствор вводят такое количество антифриза (как правило, хлоридов кальция или натрия), при котором раствор и приготовленная из него пена не замерзают.

В интенсивно поглощающих зонах и неустойчивых породах рекомендуется модифицировать пену 0,05-0,1%-ными добавками высокомолекулярных стабилизаторов (КМЦ, полиакриламид) при концентрации пенообразователя 0,5-1,0 %. Такие модифицированные пены следует использовать не только при бурении скважин в сложных интервалах, но и после их проходки (в этом случае стабилизатор добавляют в пену периодически через 50-100 м проходки).

Раствор пенообразователя приготавливают в дозировочной емкости следующим образом. Перед началом бурения эту емкость заполняют некоторым объемом технической воды, затем загружают необходимое количество пенообразователя и интенсивно перемешивают струей воды, после чего объем раствора, доливая воду, доводят до расчетного (в зимнее время бочку с пенообразователем во избежание его замерзания размещают в здании буровой).

Массу концентрата пенообразователя m (в кг), необходимую для приготовления 1 м³ водного раствора пенообразователя, можно определить по формуле:

,

где с – заданная концентрация пенообразователя в водном растворе;  - плотность концентрата, кг/м³; q < 1 – доля активного вещества в концентрате.

Рассчитанные по этой формуле значения m при различных с и q сведены в табл.

При значительном снижении в процессе бурения уровня раствора пенообразователя в дозировочной емкости в нее буровым насосом перекачивают из приемной емкости раствор ПАВ, поступающий из скважины, и добавляют необходимое количество свежего пенообразователя, который перемешивают струей воды, поступающей в дозировочную емкость. Количество добавляемого пенообразователя зависит от стабильности восходящего потока пены. О снижении концентрации пенообразователя в газожидкостной смеси свидетельствуют значительный рост крутящего момента и нарушение режима истечения пены из скважины.