Реагенты этой группы распадаются в воде на крупные молекулы, кото­рые покрывают частички глины (адсорбируются на них) и создают вокруг последних защитные слои. При этом повышаются гидрофильность глини­стых частиц и агрегативная устойчивость системы. Макромолекулы таких реагентов, а также слои, образуемые ими на элементарных кристалликах глины, способствуют увеличению плотности фильтрационных корок, в ре­зультате чего снижается водоотдача буровых растворов.

Адсорбируясь на гранях и ребрах глинистых частиц, высокомолеку­лярные соединения в большинстве случаев уменьшают их сцепление друг с другом, снижая вязкость и предельное статическое напряжение сдвига сис­темы.

В качестве таких защитных высокомолекулярных веществ применяют­ся углещелочной реагент (УЩР), торфощелочной реагент (ТЩР), сульфит-спиртовая барда (ССБ), конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ), окисленный и замещенный лигносульфонат (окзил), окисленные гидролизные лигнины (нитролигнин и хлорлигнин), сульфированный нит-ролигнин (сунил), полифенольный лесохимический реагент (ПФЛХ), пеко-вый реагент (пекор), сульфитно-корьевой реагент (сулькор), синтан-5, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), сульфоэфирцеллюлоза (СЭЦ), гидролизованный полиакрилонитрил (гипан, К-4), метакриловый сополимер (метас), гидролизованный полиакриламид (РС-2) и др.

Углещелочной реагент {УЩР\ является одним из самых эффективных, дешевых и доступных. УЩР, как и подобный ему реагент ТЩР, был разра­ботан B.C. Барановым и нашел наиболее широкое распространение. Полу­чают его воздействием каустической соды NaOH на бурый уголь. При этом содержащиеся в буром угле гуминовые кислоты, не растворимые в воде, растворяются в каустической соде.

Для получения качественного УЩР важно обеспечить максимальное

извлечение из бурого угля гуминовых кислот. Выработаны следующие оп­тимальные соотношения его компонентов: бурого угля 10— 15 %, сухой кау­стической соды 2 — 5% (по массе к объему реагента). Наиболее эффектив­ным считается УЩР, содержащий 13 % бурого угля и 2 % каустической со­ды. Состав реагента записывают упрощенно, например УЩР-13-2.

Реагент хорошего качества должен содержать 4 — 5 % гуминовых ве­ществ.

Адсорбируясь на поверхности твердой фазы, натриевые соли гумино­вых кислот улучшают взаимосвязь глинистых частичек с дисперсионной средой — водой, создавая прочные гидратные оболочки, препятствующие сближению, слипанию частичек и предупреждающие коагуляцию. В то же время эти вещества способствуют дальнейшему диспергированию более крупных частичек твердой фазы, т.е. являются пептизаторами.

При оптимальных добавках УЩР значительно снижается водоотдача и улучшаются структурно-механические свойства буровых растворов. При высоких концентрациях УЩР гидратные оболочки частичек твердой фазы могут намного увеличиваться, что приводит к относительно большому уда­лению частиц друг от друга и уменьшению сил притяжения между ними. При этом может произойти разрушение структуры, резкое падение СНС и значительное увеличение водоотдачи.

Чтобы повысить восприимчивость переобогащенных УЩР буровых растворов к дальнейшей обработке, в них вводят добавки высококачест­венных глин. В подобных случаях хорошие результаты дает известкование (обработка известью, NaOH и ССБ).

УЩР имеет и некоторые недостатки, основной из которых — значи­тельная чувствительность обработанных им буровых растворов к действию агрессивных ионов. При повышенной минерализации среды может резко возрасти водоотдача и даже произойти выпадение твердой дисперсной фа­зы. Кроме того, как показали исследования, растворы, обработанные УЩР, способствуют повышению липкости корок на стенке скважины и частиц выбуренной породы.

В последние годы освоено приготовление сухого утлещелочного реа­гента, который поступает к потребителю в виде порошка, упакованного в бумажные мешки.

Торфощелочной реагент (ТЩР) подобен УЩР. Главное отличие ТЩР в том, что он, а также обработанные им буровые растворы имеют большую вязкость. Оптимальное соотношение компонентов ТЩР следующее: 10 % торфа и 2 % каустической соды. Торфощелочной реагент менее активен, чем УЩР.

Сульфит-спиртовая барда (ССБ) — отход производства целлюлозы при сульфитном способе варки. По внешнему виду это густая темно-бурая жидкость. В зависимости от степени выпаривания ССБ может быть жид­кой или твердой. Реагент должен иметь плотность 1,28 г/см3, что соответст­вует содержанию в нем 50 % сухих веществ. Действие ССБ на буровые растворы обусловлено наличием в ней лигносульфоновых кислот. Лигно-сульфоновые кислоты растворяются в воде и без добавления щелочи, но так как ССБ обычно имеет кислую реакцию (рН = 5^-6), то при изготовле­нии реагентов на буровых в нее необходимо добавлять щелочь.

В состав щелочного реагента входит обычно от 20 до 40 % ССБ (в рас­чете на сухое вещество) и 3 — 5 % сухого едкого натра по массе от объема реагента. Приготовляя реагент из ССБ, можно применять не каустическую

соду, а кальцинированную, что не только экономично, но и улучшает каче­ство реагента за счет уменьшения концентрации ионов кальция.

Сульфит-спиртовая барда на буровые растворы действует иначе, чем УЩР и ТЩР. При обработке ССБ буровых растворов, приготовленных на пресной воде, значительное снижение водоотдачи происходит только при добавлении больших количеств реагента.

С повышением минерализации эффективность ССБ возрастает, по­этому иногда специально готовят буровые растворы, обработанные ССБ (без щелочи), с добавлением 15 — 20 % поваренной соли по массе от объема (сульфит-солевые растворы). Для приготовления таких буровых растворов применяются некачественные, мало набухающие глины. Добавка ССБ, по­мимо снижения водоотдачи, уменьшает вязкость и статическое напряже­ние сдвига. Основной недостаток этого реагента — способность вспенивать буровые растворы.

Конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) — реагент, раз­работанный B.C. Барановым, является продуктом конденсации сульфит-спиртовой барды (ССБ) с формальдегидом и фенолом в кислой среде, с по­следующей нейтрализацией каустиком до рН = 6+7. Она поступает на бу­ровые в порошкообразном или жидком виде. КССБ активно снижает водо­отдачу буровых растворов, приготовленных как на пресной, так и на мине­рализованной воде. Растворы, обработанные этим реагентом, устойчивы против воздействия цемента, электролитов, а также при высоких темпера­турах (до 200 °С) и давлениях (до 80 МПа). Они имеют пониженную лип­кость, и при их фильтрации отлагаются тонкие плотные корки.

Реагент выпускается трех марок: КССБ-1 — для улучшения качества обычных буровых и известковых растворов, приготовленных на пресной воде, при содержании в них солей до 10 %; КССБ-2 для обработки раство­ров, содержащих более 10 % солей, а также известковых и высококальцие­вых; КССБ-4 — для улучшения качества буровых растворов как пресных, так и высокоминерализованных при температурах выше 130 °С.

Окисленный и замещенный лигносульфонат (окзил) представляет со­бой продукт окисления сульфит-спиртовой барды хромпиком в кислой сре­де. Буровым предприятиям окзил поставляется в виде темно-коричневой жидкости плотностью 1,12—1,14 г/см3
с содержанием сухого вещества 25 % (рН = 3+5) или в виде сыпучего однородного порошка зеленовато-корич­невого цвета.

Окзил является высокоактивным понизителем вязкости и предельного статического напряжения сдвига, он устойчив в широком диапазоне темпе­ратур (20 — 200 °С) и при бурении в глинах, гипсах, ангидритах, аргиллитах. Эффективно работает в ингибированных, известковых, гипсовых, хлор-кальциевых растворах. Основное условие успешного применения указан­ного продукта — поддержание рН бурового раствора не ниже 8,5 — 9. При меньшей щелочности его действие проявляется недостаточно.

В пресных и слабоминерализованных буровых растворах окзил эф­фективно снижает водоотдачу. Он хорошо сочетается со всеми известными реагентами (УЩР, КМЦ, крахмалом, КССБ, гипаном, метасом и др.).

Для обработки буровых растворов окзил применяется в виде водных растворов 2,5-, 5- и 10%-ной концентрации. Соотношение окзила и каусти­ка обычно колеблется от 1:0,1 до 1:0,3 (в расчете на воздушно-сухое вещество).

Окисленный лигнин — реагент, получаемый окислением гидролизного

лигнина азотной кислотой (нитролигнин) или хлором (хлорлигнин), кото­рый представляет собой сыпучую желтовато-коричневую массу (типа опи­лок), растворимую в щелочной среде. Используется в качестве понизителя вязкости и напряжения сдвига и применяется в виде 5%-ного раствора при соотношении с каустиком от 1:0,2 до 1:0,5.

Сульфинированный нитролигнин (сунил) получают путем сульфини-рования нитролигнина солями сернистой кислоты в нейтральной среде. Выпускают в жидком и пастообразном виде. Сунил хорошо растворим в воде, является эффективным понизителем вязкости и статического напря­жения сдвига, применяется в виде 10%-ного водного раствора, рН которого составляет 7. Сунил используется без добавок каустической соды. Обрабо­танные им буровые растворы могут иметь рН, близкий к 7.

Лесохимический полифеновый реагент (ПФЛХ) является продуктом формальдегиднои конденсации полифенолов растворимых смол термолиза древесины. Готовый продукт представляет собой твердое вещество темно-коричневого цвета, полностью растворяющееся в воде и водных растворах щелочей. ПФЛХ используется в качестве понизителя вязкости и СНС. Для обработки буровых растворов он применяется в виде водных или водно-щелочных растворов 5 —10%-ной концентрации. Соотношение ПФЛХ и ще­лочи варьируется от 1:0,1 до 1:0,5.

Пековый реагент (пекор) представляет собой фенолокислый продукт взаимодействия натриевых солей с раствором оксиметансульфоната на­трия. В качестве исходного сырья для его производства применяются отхо­ды смолопереработки — древесно-смоляные пеки. Поставляется в виде твердого продукта коричневого цвета влажностью 10 — 20 %. Реагент рас­творим в воде и растворах щелочей. Используется в качестве понизителя вязкости и напряжения сдвига растворов.

Сульфитно-корьевой реагент (сулькор) — сульфированный щелочной экстракт одубины или коры хвойных деревьев — представляет собой тем­но-коричневое твердое вещество, хорошо растворимое в воде и щелочных растворах. Применяется в виде 5—10%-ного раствора в соотношении со щелочью от 1:0,1 до 1:0,3. Из практических данных можно заключить, что этот реагент в большей степени, чем все вышеуказанные таниновые про­дукты, снижает водоотдачу. Он также весьма эффективно понижает вяз­кость и предельное статическое напряжение сдвига.

Синтан-5, получаемый в результате конденсации фенолов с формаль­дегидом, представляет собой твердое коричневое вещество, растворимое в воде. Его применяют в виде 5—10%-ных растворов. Синтан-5 используется в качестве понизителя вязкости и напряжения сдвига. Часто его добавляют в растворы вместе с каустической содой; оптимальное соотношение со­ставляет îò 1:0,1 äî 1:0,3.

Квебрахо. Экстракт квебрахо широко применяется в зарубежной практике. Его приготовляют из древесины дерева квебрахо. Процесс полу­чения экстракта состоит в экстрагировании танина горячей водой из дроб­леной древесины квебрахо. Полученный экстракт выпаривают и превра­щают в порошок темно-красного цвета, к которому во избежание слежива­ния на влажном воздухе в плотную массу добавляют порошок бентонита или мела. Общим признаком для всех танинсодержащих продуктов являет­ся наличие в их составе фенольного ароматического ядра. В воде они рас­творяются, образуя коллоидные частицы.

Крахмал    —     смесь    полисахаридов,    имеющих    общую    формулу

(C6HioC>5)ni содержится в большинстве растений. Для обработки промывоч­ных жидкостей могут использоваться различные виды крахмала: карто­фельный, кукурузный, рисовый, пшеничный и др. Крахмал применяется в виде щелочного клейстера. Количество щелочи в нем определяется опыт­ным путем. В среднем требуется 1 — 1,5 % каустической соды (на сухое ве­щество). В сильноминерализованных водах добавки щелочи повышаются до 2 — 4 %. Крахмальный реагент готовится с максимальной концентрацией в нем сухого продукта 8—10 %, позволяющей сохранить текучесть раст­вора.

Крахмальный реагент целесообразно применять для снижения водоот­дачи при проходке сильнозасоленных пород (по существу при любой ми­нерализации). Растворы крахмала подвергаются бактериальному разложе­нию (ферментации), поэтому длительное хранение их до использования не рекомендуется. В последнее время начинает применяться модифицирован­ный крахмал, химически и термически обработанный, хорошо раствори­мый в воде и не требующий добавок щелочи. Крахмал не термостоек. Его рекомендуется применять при забойных температурах выше 100 °С. Он хорошо совместим с другими реагентами. Особенно эффективно комбини­рование его с КМЦ.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — растворяющееся в воде волокни­стое вещество желтоватого цвета — представляет собой натриевую соль целлюлозогликолевой кислоты. КМЦ получают действием на щелочную целлюлозу монохлоруксусной кислоты или ее натриевой соли. Плотность сухой КМЦ 1,7 г/см . Она растворяется в количестве до 10 %, затем рас­творимость ее ухудшается.

В качестве реагента-понизителя водоотдачи КМЦ весьма активна. В некоторых случаях она снижает и СНС. При введении КМЦ вязкость рас­твора не уменьшается; нередко при добавках КМЦ она даже возрастает. Применяется главным образом при повышенной минерализации (в количе­стве 0,5 — 1 % сухого вещества) в тех случаях, когда УЩР уже может стаби­лизировать буровые растворы.

В зависимости от условий бурения для обработки буровых растворов используют различные марки КМЦ, отличающиеся друг от друга степенью полимеризации. С увеличением молярной массы реагента возрастает его эффективность как понизителя водоотдачи.

Из группы реагентов КМЦ наиболее эффективен КМЦ-600, который отличается более высокой степенью полимеризации (600±30) и вязкостью (16-17 мПа-с).

Сульфоэфирцеллюлоза (СЭЦ) — белый или желтоватый продукт, представляющий собой натриевую соль кислого сернокислого эфира цел­люлозы. При нейтрализации избытка кислоты щелочью образуется сульфат натрия, количество которого в техническом продукте достигает 45 %. СЭЦ, как в форме кислоты, так и в форме солей различных металлов, хорошо растворима в холодной воде. Преимуществом СЭЦ по сравнению с КМЦ является высокая устойчивость к действию агрессивных солей двух- и трехвалентных металлов.

Гидролизованный полиакрилонитрил (гипан) — продукт гидролиза полиакрилонитрила, разработан Э.Г. Кистером и Д.Е. Злотником, выпуска­ется в виде 10— 15%-ного водного раствора и представляет собой вязкую жидкость желтого цвета. Гипан используется как понизитель водоотдачи. Он весьма эффективен (наибольшая эффективность отмечается в высоко-

температурных условиях — при 140 — 200 °С), обеспечивает устойчивую низкую водоотдачу при большой солености, особенно в сочетании с други­ми защитными реагентами (ССБ, КМЦ, крахмалом).

В слабоминерализованных средах при высоких забойных температу­рах скважин Ставрополья и Кубани гипан широко используется совместно с УЩР. В Пермской области при хлорнатриевой агрессии он применяется в сочетании с ССБ.

Расход этого реагента для обработки пресных буровых растворов не­велик: 0,2 — 0,5 % (в пересчете на сухое вещество). В зависимости от забой­ной температуры оптимальные добавки гипана, необходимые для снижения водоотдачи минерализованных и слабоминерализованных буровых раство­ров, колеблются в пределах от 0,50 до 0,75 % (при 100— 140 °С) и от 0,75 до 2,0 % (при 140 — 200 °С). Различают две модификации реагента: гипан-1 и гипан 0,7.

Реагент К-4 — продукт неполного гидролиза полиакрилонитрила с ед­ким натром при соотношении компонентов 2,5:1. Реагент выпускается в виде 10%-ного водного раствора.

Метакриловый сополимер (метас) является сополимером метакрило-вой кислоты и метакриламида. Выпускается в виде порошка или гранул бе­лого или желтовато-серого цвета с влажностью до 40 %. Метас снижает во­доотдачу буровых растворов, содержащих любое количество хлористого натрия. Этот реагент эффективен как при низких, так и при высоких тем­пературах (до 250 °С). В зависимости от свойств глины и ее концентрации, содержания соли, величины рН, забойной температуры и других факторов добавки метаса для получения необходимой водоотдачи колеблются от 0,2 до 2 %.

Для обработки буровых растворов метас применяется в виде водоще-лочных растворов 7 —10%-ной концентрации. Соотношение этого реагента и каустика должны быть 1:0,35; 1:0,45 (из расчета на сухое вещество).

Гидролизованный полиакриламид (РС-2) получают при гидролизе по-лиакриламида (ПАА) со щелочью в присутствии триполифосфата. ПАА представляет собой раствор 8%-ной концентрации. Гидролиз полиакрила-мида можно производить на буровой — в глиномешалке. К 600 г
ПАА до­бавляют 60 кг
щелочи, 60 кг
триполифосфата натрия и доливают воду — до 4 м3. Смесь перемешивают до получения однородного раствора.

Реагент РС-2 содержит 1,5 — 2,0 % сухого вещества. Наиболее перспек­тивно его применение для стабилизации буровых растворов с низким со­держанием твердой фазы.