Основные Положения

1. Цемент является одним из наиболее часто встречающихся наиболее сёрьезных загрязнителей.

2. Сильно загрязненные, растворы необходимо сбрасывать.

3. Нельзя обрабатывать загрязненный цементом раствор кальцинированной содой.

4. Старайтесь снизить рН загрязненного раствора. Если уровень рН низкий, то высокие концентрации растворимого кальция не будут иметь вредных последствий. Лучше всего проводить обработку бикарбонатом. В системах на пресной воде может понадобиться также обработка гипсом (или хлоридом кальция).

5. Другие реагенты, с помощью которых можно обработать раствор для снижения рН:

SAPP

Разжижение морской водой (но не пресной)

В экстренных случаях (например, когда нет SAPP), можно рассмотреть добавление соляной кислоты, хлорида магния, феррохромлигносульфоната или лигнита.

6. Старайтесь не допускать загрязнения цементом в случае, если в растворе применяется (или применялся) лубрикант на основе растительного масла, такой как VALUBE NP. При гидролизе растительного масла может произойти смачиваемость твердой фазы маслом, что может привести к выпадению барита в осадок или к захватыванию воздуха.

7. Не допускайте временного быстрого роста вязкости, если общая жесткость раствора высока. Загрязнение цементом приводит к выпадению в осадок растворимого магния в виде водного геля, который может вызвать резкие колебания вязкости. Со временем, этот эффект исчезнет, т.к. гпдроксид магния кристаллизуется в более твердую форму.

8. Помните, что загрязнение цементом дает наихудшие последствия в случае, если цементный раствор не схватился. Полностью затвердевший цемент вызывает меньше проблем при загрязнении.

9 Объем цемента в буровом растворе может быть рассчитан из значения Pm.

^ Последствия Загрязнения Цементом

Главным последствием загрязнения цементом является резкий рост рН н и содержания растворимого кальция. Из этих двух последствий наиболее важным является рост рН, который приводит к:

1. Флокуляции твердой фазы и последующий рост вязкости. В отсутствии диспергаторов флокуляция начнется при рН ± 11,2.

2. Выпадению в осадок анионных полимеров, таких как КМЦ или РАС Р (R), ведущее к резкому росту водоотдачи. Выпадение в осадок анионных полимеров происходит вследствии одновременно высокого уровня рН и кальция. Однако, как указывалось выше, уровень рН является наиболее важным фактором. Полимеры, такие как РАС Р (R) наилучшим образом функционируют при концентрации кальция от 1000 до 2000 мг/л, если значение рН сохраняется на уровне ниже 10. При нейтральных значениях рН полимеры могут выдержать концентрацию кальция ±5000 мг/л Са²⁺.

3. Выпадению любых количеств растворенного магния в осадок в виде гидратированного геля. Если концентрация растворенного магния высока (т.е. при высокой общей жесткости), это может привести к резкому (но временному) росту вязкости и снижению водоотдачи. Со временем, осадок гидроксида магния кристаллизуется в менее гидратированную форму и повышенная вязкость исчезает.

4. Гидролизу растительных масел в растворе. Такие масла обычно входят в состав лубрикантов, таких kак valube NP. Гидролиз ведет к образованию кальциевого мыла, которое может привести к смачиваемости барита маслом и его быстрым поглощениям.

Другой возможностью является захват воздуха частично смоченными маслом поверхностями частиц твердой фазы. Это ведет к образованию пены, трудно поддающейся обработке большинством пеногасителей. Такой гидролиз наиболее вероятен при высоких температурах.

^ Обработка Растворов Против Загрязнения Цементом

Необходимо сбрасывать сильно загрязненный раствор. Если это невозможно, постарайтесь изолировать раствор в доливной емкости. Обработка должна быть направлена на снижение рН. Это обычно достигается добавлением бикарбоната.

Можно применять также добавление SAPP или разбавление морской водой (или солоноватой водой с высокой общей жесткостью).

В экстренных случаях можно произвести обработку соляной кислотой, хлоридом магния или ФХЛС/хромлигнитом.

Далее приводится более подробная информация по этим обработкам:

^ I. Бикарбонат Натрия

Если рассматривать цемент как гидроксид кальция, то имеет место следующая реакция:

а. Са(ОН)2 + NaHCO3——— >; СаСОз ↓ + NaOH +H2О

b. NaOH + NаНСОз—— >; Na2CO3 + Н2О

т.е. Са(ОН)2 + 2NaHC03 -——> СаСОз ↓ + Na2C03 + H2O

Обратите внимание; что побочным продуктом этой реакции является

. кальцинированная сода (Na2C03). Это все же довольно сильная щелочь, но она может быть нейтрализована растворимыми ионами кальция. Обычно, количество присутствующих в растворе ионов является достаточным для нейтрализации и поэтому будет происходить падение рН. Однако, в растворах на основе пресной воды может возникнуть необходимость в источнике ионов кальция (например гипс или хлорид кальция) для того, чтобы уровень рН упал.

Обработку бикарбонатом предпочтительно проводить до разбуривания цемента. Обычно, концентрация от 0,5 до 1.0 ф/бар (1,43-2,86 кг/м³) является достаточной, однако если количество цемента больше обычного, то необходимо увеличить концентрацию. Для последующей обработки необходимый объем бикарбоната может быть рассчитан, как:

0,59 х Рm фунт./бар. или 1.68 х Рm кг/м³

Примечание: При избыточном количестве бикарбоната в бентонитовых растворах могут возникнуть проблемы, особенно при высоких температурах.

2. SAPP

sapp представляет собой пирофосфат натриевой кислоты Na2P2O5(OH)2. Kaк видно из названия - это кислая соль, дающая в воде рН равный от 4 до 4,5. Поэтому, SAPP очень -эффективен для снижения высокого рН, вызванного загрязнением раствора цементом и для удаления избыточного растворимого кальция в виде нерастворимого фосфата кальция.

В качестве реагента для обработки раствора против загрязнения цементом, sapp можно применять независимо от температуры и концентрации кальция.

Обработка избыточными количествами SAPP может вызвать проблемы в глинистых растворах из-за очень сильного дефлокулирующего эффекта, но в полимерных растворах это менее вероятно. Рекомендуетсл проводить пилотные испытания.

3. Соляная Кислота (HCI).

Обычно соляная кислота не входит в перечень реагентов, хранящихся на буровых, но ее легко достать и если отсутствуют бикарбонат или SAPP, то можно применять соляную кислоту. Безусловно, соляная кислота требует осторожного обращения. Концентрированная кислота должна добавляться непосредственно в активную систему. Никогда нельзя пытаться первоначально разбавлять кислоту в химической бочке. Тепло, выделившееся в результате контакта с малым количеством воды, может привести к кипению или разбрызгиванию раствора.

^ 4. Хлорид Магния

Добавление хлорида магния ведет к снижению рН. Происходит следующая реакция:

Mg²⁺ + 2ОН^- ——> Mg(OH)2↓

Однако, выпадение в осадок больших количеств гидроксида магния может иметь нежелательные побочные эффекты. Поэтому, обработка хлоридом магния должна рассматриваться только в экстренных случаях и проводиться только после пилотных испытаний.

^ 5. Разбавление Морской Водой

Разбавление морской водой снижает рН, поскольку в морской воде содержится примерно 1200 мг/л растворенного магния. Поэтому, происходит реакция, описанная в п. 5.

Помните, что разбавление пресной водой существено не снизит уровня рН. поскольку рН является логарифмической функцией. Чтобы снизить рН с 11,5 до 10,5, теоретически необходимо произвести разбавление 10-кратным объемом дистиллированной воды.

Для разбавления же морской водой теоретически нужен всего лишь 3%-ный объем. На практике, однако, потребуется больший объем из-за присутствия нерастворенного цемента.

^ 6, ФХЛС. Хромлигнит и т.д.

Лигносульфонаты и ЛИГНИТЫ предстаиляют собой слабые органические кислоты, которые обычно понижают рН. Некоторые лигниты находятся уже до некоторой степени в нейтрализованном состоянии (например лигнит, обработанный каустиком), но большинство являются эффективными для снижения рН.
Другие Комментарии
1. Добавление Кальцинированной Соды

^ НЕЛЬЗЯ ДОБАВЛЯТЬ КАЛЬЦИНИРОВАННУЮ СОДУ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОТИВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЦЕМЕНТА.

Добавление кальцинировашюй соды увеличивает рН, преобразуя цемент в более растворимую каустическую соду. Имеет место следующая реакция:

Са(ОН)2 + Na2C03 ——> СаСОз ↓ +2NaOH

^ 2. Преобразование в Известковый Раствор

В исключительных обстоятельствах имеет смысл рассмотреть возможность преобразования системы в известковый раствор. Это может потребоваться если, например, раствор сильно загрязнен цементом, а для обработки против загрязнения нет подходящих химреагентов или если ожидаются большие работы по разбуриванию цемента.

Для преобразования в известковый раствор просто добавьте каустической соды до снижения уровня растворимого кальция до 300 мг/л или ниже. Для этого обычно требуется примерно от 2,0 до 2.5 фунт./бар. (5,72-7,15 кг/м³) каустической соды (предполагая, что присутствует избыточное количество гидроксида кальция).

Обычные эксплуатационные характеристики известкового раствора:

рН 12,5-13,0

Pm 12-16

Са++ 100-300 мг/л

Pf 3 - 4