Классификация утяжелителей

В качестве утяжелителей буровых растворов применяют минералы, а также в редких случаях отходы химического и металлургического производств.

Классификация по методу производства

Утяжелители из природных минералов различают по методу производства. Так, баритовый утяжелитель можно разделить на гравитационный и флотационный.

Классификация в зависимости от основы минерала

В зависимости от основы минерала утяжелители из природных руд делятся на несколько видов:

  • баритовые,
  • железистые,
  • карбонатные,
  • галенитовые.

Баритовые утяжелители

Барит ВаSO4 (сульфат бария)- минерал, содержащий 65,7% ВаО и 34,3% SO3, а также примеси: Sr, Ca, Pb, Ra, Fe2O3. Бывает белого, серого, красного и желтого цвета. Плотность его 4,3 - 4,7 г/см3; твердость по шкале Мооса 2,5-3,5.

Железистые утяжелители

Гематит - минерал, содержащий 70% Fe2O3. Цвет от железно-черного до стального - серого; землистые разности имеют ярко-красный цвет. Плотность его 5,0-5,3 г/см3, твердость по шкале Мооса 5-6. Выпускается он в виде порошка плотностью 4,15-4,20 г/см3.
Магнетит или магнитный железняк - минерал железных руд. Химический состав его: 31% FeO, 69% Fe2O3. Цвет железно- черный, хрупкий, плотность его 4,9-5,2 г/см3, твердость по шкале Мооса 5,5-6,5, обладает сильными магнитными свойствами. Для утяжеления растворов магнетит применяется в молотом виде плотностью 4,20-4,35 г/см3. Имеет повышенные абразивные свойства.

Карбонатные утяжелители

Доломит - минерал состава Са, Mg(CO3)2. Плотность его 2,8-2,9 г/см3, твердость по шкале Мооса 3,5-4,0. Применяется ограничено для утяжеления буровых растворов плотностью до 1,5-1,7 г/см3.
Известняк - осадочные породы, состоящие главным образом из кальцита, кремнезема. Плотность его 2,70 г/см3.
Сидерит (карбонат железа) - минерал содержит от 44 до 93% FeO и от 3 до 55% СаО, а также примеси окислов Са, Mg, Si. Плотность его 3,5-3,8 г/см3.

Галенитовые утяжелители

Галенит -PbS, или свинцовый блеск, содержит 86,6% Pb и 13,4% S. В качестве примесей в галените встречаются медь, серебро, цинк, иногда селен, висмут, железо и др. плотность его 7,4-7,6 г/см3. Твердость по шкале Мооса 2-3. Галенит применяется как утяжелитель для получения сверхтяжелых буровых растворов.

Классификация в зависимости от плотности утяжелителя

В зависимости от плотности утяжелители подразделяются на три группы:

  • первая - плотностью до 3,0 г/см3;
  • вторая - плотностью 3,8-4,5 г/см3;
  • третья - плотностью 5,0-7,0 г/см3.

Первая группа

Первую группу утяжелителей составляют тяжелые (малоколлоидальные) глины, мергель, мел, известняк и др. Эти материалы имеют небольшую плотность (2,6-2,9 г/см3) и отличаются сравнительно небольшой структурообразующей способностью в буровых растворах, за счет чего их количество в буровом растворе может быть значительным, однако реологические свойства раствора не ухудшаются. При этом резко увеличивается содержание твердой фазы в буровом растворе, что отрицательно сказывается на эффективности бурения. Следует отметить, что материалы с низкой плотностью (мел, сидерит, известняк) целесообразно использовать при вскрытии продуктивных пластов. Их способность растворяться при солянокислых обработках улучшит вызов притока из скважины.

Вторая группа

Вторую группу утяжелителей составляют материалы плотностью 3,8-4,5 г/см3, в которую входят баритовый и железистый утяжелители. Эти утяжелители являются основными для приготовления буровых растворов. Гидростатическое давление, создаваемое буровыми растворами плотностью 2,30-2,35 г/см3, достаточно для большинства скважин. Такую плотность может обеспечить утяжелитель плотностью не менее 4,2 г/см3. Использование утяжелителей плотностью 4,15 и 4,10 г/см3 позволит достичь плотности бурового раствора, соответственно, 2,25 и 2,2 г/см3, при оптимальных физико-химических показателях.

Третья группа

К третьей группе утяжелителей (плотностью 5,0-7,0 г/см3) относятся материалы, состоящие главным образом из соединений свинца и железа. Эти утяжелители применяются для приготовления буровых растворов плотностью 2,5 г/см3 и более. Такие буровые растворы необходимы для разбуривания отложений, имеющих в разрезе пласты с давлением, превосходящим геостатическое.

Кроме указанных выше утяжелителей пытались использовать ферромарганец, феррофосфор, ферросилиций, плотность которых 6,5-7,5 г/см3. Однако эти материалы оказались непригодными вследствие их гидролиза и образования токсичных и взрывчатых веществ.