Том 335 № 2 (2024)

DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2024/2/3783

Пептизация и ингибирование набухания глин в присутствии угольной кислоты, бикарбонатных, карбонатных ионов и ионов кальция

Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения целостности ствола скважины, сложенного глинистыми породами, и стабильности бурового раствора при бурении в условиях углекислой и бикарбонатной агрессий. Цель: экспериментально определить влияние на глину угольной кислоты, бикарбонатных и карбонатных ионов в зависимости от присутствия в дисперсионной среде ионов кальция. Объекты: загрязненные угольной кислотой, бикарбонатными и карбонатными ионами во́ды с разной эквивалентной концентрацией ионов кальция. Методы. Ингибирующие и пептизирующие свойства объектов исследования по отношению к глинистой породе изучали методом набухания глины при нахождении ее в исследуемом образце воды (на приборе Жигача–Ярова); для контроля состава и свойств вод были привлечены методы химического анализа (комплексонометрическое и кислотно-основное титрование) и потенциометрии. Результаты. Показано, что пептизирующие и ингибирующие свойства буровой промывочной жидкости значительно зависят от присутствия в дисперсионной среде формы угольной кислоты и эквивалентного содержания ионов Ca2+. Выявлено, что угольная кислота H2CO3 способствует ингибированию (коагуляции) глины, бикарбонат-ионы HCO3 и карбонат-ионы CO32– – пептизации глины. Установлено, что ион Ca2+ не обладает ингибирующим действием в присутствии угольной кислоты H2CO3 – ионы H+ вытесняют обменные катионы из межслоевого пространства глин и за счет малого диаметра самостоятельно ингибируют набухание глины; в присутствии бикарбонат-ионов HCO3 ион Ca2+ также не обладает ингибирующим действием – бикарбонатные ионы HCO3, находясь в дисперсионной среде, оттягивают ионы Ca2+ от поверхности глины, увеличивая толщину двойного электрического слоя; при наличии карбонат-ионов CO32– ион Ca2+ выпадает в осадок и эффективно предотвращает пептизацию глин только в присутствии гидроксид-ионов OH. Экспериментально доказано, что ион Ca2+ в присутствии гидроксид-ионов OH обладает лучшей ингибирующей способностью, чем ион H+ диссоциированной угольной кислоты H2CO3. Предложен механизм ингибирования набухания глин ионами Ca2+ в присутствии гидроксид-ионов OH, основанный на адсорбции гидратированного иона Ca2+ на кремнекислородной решетке за счет предварительного протонирования ее атомов кислорода молекулами воды. Сформулированы условия, необходимые для эффективной пептизации глины: [CO32–]≥0; [OH]>0, [Ca2+]=0, pH>11,5; для ингибирования набухания глины: [CO32–]=0; [OH]>0, [Ca2+]>0 и pH>11,5.

Ключевые слова:

пептизация глины, ингибирование набухания глины, углекислый газ, угольная кислота, бикарбонатные ионы, карбонатные ионы, углекислотное загрязнение, бикарбонатное загрязнение, углекислая агрессия

Авторы:

Дмитрий Александрович Баранов

Сергей Федорович Вязниковцев

Оксана Георгиевна Мамаева

Скачать pdf