Бентонит стандарта АPI является основной глиной промышленного значения, которую используют для приготовления буровых растворов на водной основе, и обычно продукт получают из штата Вайоминг месторождения, отсюда и термин Вайомингский (натриевый) бентонит. Данный бентонит отличается очень высоким значением выхода (т.е. способностью образовывать наибольшее количество раствора при заданной вязкости), а также обладает самой большой гидратирующей способностью по сравнению с другими видами глин; этот вид бентонита считается наиболее качественным продуктом. При разработке рецептуры бурового раствора, который должен обладать хорошими коркообразующими свойствами и способностью регулировать водоотдачу, следует иметь в виду, что Вайомингский бентонит больше всего подходит для этих целей. Бентонит также придает раствору вязкость, поэтому концентрации продукта в утяжеленных растворах и при использовании раствора в условиях высоких температур должна находиться в диапазоне от 7,5 – 15 фунт/бар (21.3 – 43 кг/м3 (В неутяжеленные растворы бентонит обычно добавляют из расчета 15 – 30 фунт/бар (43 – 85.6 кг/м3), в зависимости от химического состава воды для затворения и желательного значения вязкости. Любое превышение концентрации бентонита в растворе выше 7,5 фунт/бар создает хорошую основу для придания раствору коркообразующих и фильтрационных свойств.
Частицы бентонита очень тонкие, они имеют листовидную или пластинчатую форму и большую площадь поверхности. Под микроскопом они выглядят как тонкие, плоские и эластичные кусочки целлофана или намокшие бумажные листы. В бентоните помола Premium большой процент частиц не более одного микрона в одном измерении (см. рис.7). Может показаться, что они очень малы по размеру, однако толщина этих частичек достигает 10 ангстремов. Данные размеры частиц обуславливают высокое соотношение диаметра к толщине (1000:1) и очень высокое значение площади поверхности на единицу веса (~ 45 м2/г). Находясь в дефлокулированном состоянии, бентонитовые частицы, благодаря своей пластинчатой структуре, плотно размещаются в фильтрационной корке, закупоривая ее таким образом, что это часто сравнивают с кровельным покрытием крыши.
Бентонитовые поверхности имеют высокую плотность электрического заряда. Эти высокие плотности зарядов активизируют процесс гидратации в пресной воде, притягивая множество слоев молекул воды к своей поверхностям. Гидратированные частицы бентонита быстро деформируются и сжимаются под воздействием давления, и формируют низкопроницаемую фильтрационную корку с низкой пористостью. Объем воды, который притягивается к частичке бентонита, можно определить в результате ретортного анализа фильтрационной корки, образованной бентонитовым раствором на основе пресной воды. Содержание воды и бентонита в таких фильтрационных корках составляет 85 и 15 объемных процентов соответственно.
Гидратация бентонита в воде, содержащей соли или кальций, не происходит так быстро или так интенсивно, как в пресной. В соленой или жесткой воде скорость фильтрации невозможно контролировать без добавления дефлокулянтов и/или дополнительных объемов регуляторов водоотдачи. Гидратация бентонита в пресной воде и обработка его дефлокулянтами перед добавлением в солевые или кальциевые растворы значительно улучшает качественные показатели бентонита в данных растворах. Предварительно прогидратированный и обработанный дефлокулянтами бентонит может использоваться в соленасыщенных системах для улучшения фильтрационных характеристик раствора в условиях высоких давлений и температур. При добавлении предварительно прогидратированного бентонита в солевой или кальциевый растворы, в конечном итоге, произойдет его флокуляция и дегидратация, после чего, для поддержания свойств системы, бентонит необходимо будет обработать дополнительно.
Предварительная гидратация бентонита проводится следующим образом:
1. Добавить воду для затворения в емкость для предварительной гидратации и провести обработку кальцинированной содой в концентрации 100 мг/л (содержание кальция при этом не должно упасть до нуля, это может привести к карбонатному загрязнению!)
2. Добавить в воду для затворения через воронку M-I GEL® в концентрации 30-40 фунт/бар (85.6 кг/м3 – 114.1кг/м3) или 40+ фунт/бар (114.1 кг/м3) M-I GEL SUPREMETM.
3. Перемешать бентонитовый раствор в течение 3-4 часов.
4. Для получения недиспергированного раствора с низким рН следовать рекомендациям, изложенным в п.п. 5, 6.
5. Ввести в прегидратированный бентонит через бочку по вводу реагентов 0,5 – 1,0 фунт/бар (1.42 кг/м3 – 2.85 кг/м3) каустической соды и перемешивать раствор в течение часа.
6. Ввести через воронку SPERSENETM или SPERSENE CF® в концентрации от 0,5 до 1.5 фунт/бар (1.42 кг/м3 – 4.3 кг/м3).
7. Перед введением в систему раствора дефлокулированный и прегидратированный бентонит перемешивать, как минимум, в течение еще одного часа.
Сухой бентонит можно добавлять в ингибирующие системы растворов (кальциевые, калиевые, соляные и т.д.) для смены размерности частиц. Мелкие частицы бентонита могут действовать в качестве кольматантов для других полимерных регуляторов водоотдачи, даже если бентонит не будет предварительно прогидратирован. Однако, по возможности, все же предпочтительнее использовать прегидратированный продукт.
