Глинен прах - материал за сондажни течности - Минерални ресурси
Развитието на дълбокото сондиране изисква разширяване на научните изследвания в областта на създаването на материали за сондажни течности. Тази работа беше особено интензивна в САЩ, където дълбоките сондажи започнаха да се развиват още през 30-те години.
Големите компании, произвеждащи материали за приготвяне на сондажни течности през следвоенните години, драстично увеличиха обема на научните изследвания и разработките.
Всичко това доведе до значително разширяване на гамата от химикали и добавки, които придават на сондажната течност необходимите свойства. В момента САЩ произвеждат над 600 вида реактиви и добавки за сондажни течности. С усилията на API, химическите реагенти, тежестите и глинените прахове бяха стандартизирани и бяха разработени необходимите препоръки за тяхното използване. В момента американските фирми продължават да работят по създаването на нови, по-ефективни материали за сондажни течности.
Първите сондажни течности са смес от вода и всякакъв вид глина, чиито твърди частици могат да бъдат суспендирани за значително време. Вискозни, лепкави глини, наречени "гумбо", считани за качествени глини за приготвяне на сондажна кал; добавянето им към вода се препоръчва около 20% от теглото на глина.
През 1921 г. е направен първият опит за регулиране на свойствата на сондажни течности чрез използване на специални добавки. Започвайки през 1920 г., използваните баритно претеглени разтвори имат вискозитет и структурни свойства, които са недостатъчни, за да могат баритовите частици да бъдат стабилно суспендирани в разтвор. Това беше причината за началото на обработката на разтвори с химически реагенти, предназначени само за увеличаване на вискозитета на разтвора, за да се предотврати утаяването на частиците на тежестите. Първите химически реактиви са сода каустик и натриев алуминат.
През 1929 г. са издадени патенти на Крос и Харт, които предлагат да се използва бентонитови глини с магнезиев оксид като добавка за подобряване на структурните свойства на разтвора. Пригодността на глините за пробивни флуиди се определя от добива на разтвора, от якостта на гела, която се характеризира с разликата в ограничаващото статично напрежение на срязване непосредствено след смесването и след 10 минути почивка, от образуващи кори свойства . Добивът на разтвора се определя от количеството разтвор с определен вискозитет (обикновено 15 cP), получен от 1 тон глина, смесена в прясна или морска вода. По този начин добивът е качествен показател при приготвянето на разтвора и много потребители изискват бентонитите да дадат 14,3 m3 разтвор с вискозитет 15 cP на 1 тон глина. Този добив е общ за най-чистите форми на натриев бентонит, като например Уайоминг, но не може да се постигне с калциеви бентонити или суббентонити. Те обикновено имат добив на разтвор от около 4,8-9,5 m3/t.
В тази връзка са правени опити за обработка на глини, за да се увеличи добивът на разтвора. Предлаганите реактиви за обогатяване на глини могат да бъдат разделени в две групи:
- неорганични (калцинирана сода, перманганати, натриев алуминат, магнезиев оксид);
- органични (водоразтворими полиакрилови киселини, етилен малеинов анхидрид в комбинация с други вещества).
В някои случаи се препоръчва комбинирана употреба на органични и неорганични реактиви.
Един от широко използваните методи за обогатяване на калциеви глини е методът за добавяне на пептизиращ агент към глината, като натриев карбонат (калцинирана сода) в количество от I до 10%. Оптималното количество е 3-5%. Този метод на основен обмен на калциеви йони с натриеви йони не винаги е бил успешен, може би защото йонообменът не може да бъде завършен. Не всички глини са добре обогатени със сода.
Препоръчително е да се използват перманганати за онези глини, които са слабо обогатени със сода. Количеството на перманганатни соли е малко - 0,2-0,4%. Добивът на разтвора от Вайоминг бентонит се увеличава от 13,55 м3/т до 18,75 м3/т при обработка на 0,4% KMnO4, а добивът на разтвора на Вайоминг бентонит с първоначален добив 17,0 м3/т се увеличава до 22,05 м3/т, т.е. с 29,7%. Перманганатът обогатява добре натриевите бентонити.
За увеличаване на добива на разтвор от калций бентонит и суббентонит използвайте съполимери на етилен малеинов анхидрид със съединения на алкални метали, които са водоразтворими, йонизируеми и имат анион, който може да реагира с калций, образувайки неразтворима във вода утайка.
Най-добри резултати се получават при използване на сода. Смята се, че функцията на тази добавка е да създава натриеви йони за обмен с калциеви йони в калциев монтморилонит, превръщайки последния в натриев монтморилонит. Подобен обмен обаче не позволява превръщането на калциев монтморилонит в истински натрий, като например Вайоминг бентонит; следователно, съполимери на етилен малеинов анхидрид с хексаидиен (1,5%) или диалил етер се използват за допълнително увеличаване на добива на разтвора. Количеството калцинирана сода е 3-5%; съполимер - 0,02-0,12% от теглото на глината. Търговското наименование на етилен малеинов анхидрид със специфичен вискозитет 0,1 е DX-840-31, а натриевата сол на етилен малеиновия анхидрид със специфичен вискозитет 0,1 се нарича DX-849-54.