Бентонит стандарта АPI является основной глиной промышленного значения, которую используют для приготовления буровых растворов на водной основе

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 SUPREME^TM.

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 SPERSENE^TM 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.