Многофункциональное действие ПАВ
Масляная фаза является одним из важнейших компонентов эмульсии, обуславливающим ее смазочное действие. Механически раздробленные капельки масла, распределенные в воде, довольно быстро сливаются (коалесцируют) в единый слой, эмульсия расслаивается на две самостоятельные фазы — масляную и водную и разрушается. Такие нестабильные эмульсии не оказывают необходимого влияния на процесс бурения. Поэтому для обеспечения стабильности и, следовательно, смазочных и других требуемых для бурения свойств в состав эмульсий необходимо вводить поверхностно-активные вещества (ПАВ). По существу эмульсии, использующиеся при бурении, представляют собой водные растворы ПАВ, в которых диспергировано и распределено масло.
ПАВ, содержащиеся в концентратах эмульсионных промывочных жидкостей — это водорастворимые вещества анионактивного типа (натриевые и калиевые мыла синтетических жирных и смоляных кислот, асидолы, сульфонолы, сульфонаты) и неионогенного типа (оксиэтилированные фенолы ОП-7, ОП-10; оксиэтилированные жирные кислоты ОЭК и жирные спирты ОЖС).
ПАВ, являющиеся эффективными эмульгаторами и стабилизаторами масляной фазы в водной среде, обеспечивают диспергирование капелек масла при механическом перемещении и поддержании капелек масла во взвешенном состоянии. Эти эффекты достигаются вследствие адсорбции дифильных молекул ПАВ на границе раздела масло—вода с определенной ориентацией (углеводородная часть молекулы или иона погружена в масло, полярная — в воду), что приводит к снижению поверхностного натяжения и образованию плотного слоя молекул (ионов) ПАВ на поверхности капель масла, который препятствует их слиянию (коалесценции) при столкновении.
Благодаря сильной поверхностной активности, ПАВ оказывают многофункциональное действие как на качество эмульсионных промывочных жидкостей (эмульгируемость, солестойкость), так и на некоторые параметры бурения. Адсорбируясь на поверхности твердых, соприкасающихся в процессе бурения тел (бурильной колонны, породоразрушающего инструмента, стенок и забоя скважины), эти вещества уменьшают расход мощности на трение, генерацию тепла, механическую прочность горных пород. Одновременно с образованием собственно адсорбционного слоя молекулы ПАВ способствуют перемещению капель масла эмульсионной промывочной жидкости на взаимодействующие поверхности. При этом нарушенные адсорбционные слои, разобщающие трущиеся поверхности и обладающие смазочными свойствами, способны мгновенно восстанавливаться активными молекулами ПАВ. Обеспечивая хорошее смачивание поверхностей, эти компоненты способствуют улучшению охлаждающей способности промывочной жидкости. Важным критерием качества промывочных жидкостей, особенно при формированных режимах бурения, считают их способность очищать забой скважины от мелкодисперсного выбуренного шлама.
Как показали специально проведенные опыты, растворы ПАВ лучше, чем вода, выносят частицы шлама за счет повышенной флотирующей способности. Эмульсионные промывочные жидкости с низким удельным весом и небольшой вязкостью в этом отношении превосходят водяные растворы ПАВ, так как имеют дополнительный флотирующий фактор — капли масла, модифицированные адсорбционным слоем ПАВ.
