Это растворы, в которых эмульгированная водная фаза является основным компонентом, формирующим вязкостные и структурные свойства раствора. Такие растворы содержат от 15 до 60 % воды. Данные растворы относятся к эмульсионным системам, представляющих собой дисперсию из взаимнонерастворимых жидкостей. Непрерывная фаза эмульсии называется дисперсионной средой, а внутренняя - дисперсной фазой. В данном случае дисперсионной средой является дизельное топливо, а дисперсной фазой - минерализованная вода. Высокая дисперсность и надежная стабилизация водной фазы в углеводородной позволяет им обеспечить практически все преимущества РУО. Исключение составляет бурение поисковых скважин с отбором керна с целью определения естественной водонасыщенности. Важным моментом в получении ЭРУО является тщательное эмульгирование водной фазы и предотвращение коалисценции ( слипания ) эмульгированных капелек.

Первое обеспечивается снижением поверхностного натяжения на границе раздела фаз путем ввода высокоактивных ПАВ и применение эффективного способа диспергирования водной фазы в нефтяной; второе - созданием на поверхности капелек воды адсорбционно- сольватных слоев высокой структурно-механической прочности. Такие защитные слои образуются высокомолекулярными эмульгаторами типа асфальтенов и смол, коллоидно- пептизирующимися в нефти, мылами жирных кислот, а также поверхностно- активными минеральными частицами гидрофобизированными веществами типа карбоновых кислот и смол или аминоамидов. Частицы такого твердого эмульгатора “бронируют” капельки эмульсии, прилипая к ним путем избирательного смачивания, и предохраняя их от слипания.

Для предотвращения загрязнения ЭРУО глинистой породой и увлажнения разбуриваемых глинистых пород водная фаза раствора минерализуется различными солями NaCl, CaCl₂, MgCl₂.

 Возможность увлажнения разбуриваемых глинистых пород при контакте с ЭРНО обуславливается осмотическими явлениями, имеющими место на границе раздела эмульгированной водной фазы, и количественно определяется разностью активностей водной фазы РНО и воды, увлажняющей породу.

Уравнивая активности водной фазы РНО и породы можно предотвратить взаимный переход воды, или же снижая активность РНО создать условия для перехода воды из породы в раствор.

Активность воды в системе является функцией ее минерализации по типу и концентрации соли. Одним из наиболее эффективных понизителей активности водной фазы является хлорид кальция ( насыщенный раствор СаСl₂ имеет активность 0,295, раствор NaCl -0,75 ).

В настоящее время у нас в стране разработано и испытано большое количество рецептур ЭРНО с различной термической устойчивостью к инверсии фаз. Это эмульсии на основе ПАВ - амино-амидного типа, например, инвертный эмульсионный раствор с высоким содержанием воды на основе эмультала (ВИЭР ) или гидрофобно-эмульсионный раствор на основе украмина ( ГЭР ). Другая группа эмульсий на основе натриевых и кальциевых солей высокомолекулярных органических кислот.

Например, ТИЭР - термостойкий инвертный эмульсионный раствор на основе окисленного петралатума и гидроокиси кальция; ТСООЭК - термосолеустойчивая эмульсия с коркообразующими свойствами на основе КО СЖК и гидроокисей кальция и натрия, эмультел - эмульсия на основе окисленного петралатума и солей железа.

Эмульсионные РНО в отечественной практике бурения применяются главным образом для вскрытия продуктивных пластов. Наибольшее распространение получили эмульсии на основе эмультала. Это объясняется не столько достоинством данной системы, имеющей ограниченную термостойкость, сколько доступностью используемых для приготовления материалов.

Ограниченность применения ЭРНО в сложных геологических условиях до недавнего времени обусловлено рядом причин, в, первую очередь, несовершенством самих растворов, их недостаточной термостойкостью, неудовлетворительным товарным видом материалов, недостаточным их ассортиментом. Отсутствие в составе эффективных структурообразователей в виде органофильных глин, приводя к седиментационной неустойчивости растворов, а требуемые значения вязкостных и структурных показателей системы достигаются за счет увеличения содержания водной фазы до 50-60 %. Это приводит к росту давления при промывке скважин, ухудшению очистки раствора, снижению скорости бурения.

В составе отечественных эмульсионных РНО отсутствуют эффективные гидрофобизаторы ( нефтесмачиватели ) утяжелителя и выбуренной породы. Это приводит к тому, что при утяжелении раствора снижается их устойчивость и может привести к обращению фаз.

Всех вышеуказанных недостатков лишена, единственная пока в нашей стране, разработанная в институте ВНИИКРнефть, система эмульсионного раствора, имеющая фирменное название “Эмульгар”.

В состав ЭРУО, получившего название «эмульгар», кроме дизельного топлива, окиси кальция и эмульгируемой минерализованной воды входят следующие материалы.

1. Основной эмульгатор — высокомолекулярные органические кислоты, обеспечивающие устойчивость эмульсии к обращению фаз. При взаимодействии с из­вестью образуются кальциевые мыла, являющиеся эф­фективными стабилизаторами эмульсии. С целью дости­жения удобного для применения жидкого товарного ви­да используется специальный растворитель органиче­ских кислот, обеспечивающий седиментационную устой­чивость эмульгатора при длительном хранении.

2. Органофильный бентонит — продукт взаимодейст­вия бентонитовой глины с четвертичными аммониевы­ми солями. Выпускается в мелкогранулированном виде. Выполняет роль эффективного структурообразователя и стабилизатора эмульсии.

3. Гидрофобизатор твердой фазы эмульгара и выбу­ренной породы «эназол» - соль жирных кислот со смесью алкилимидазолинов и алкиламидоаминов. По­вышает устойчивость утяжеленного раствора к дейст­вию различных дестабилизирующих факторов. В не­большом количестве входит в состав основного эмуль­гатора, выполняя роль вторичого эмульгатора, повы­шающего стабильность исходной эмульсии.

Содержание водной фазы в эмульгаре зависит от его плотности, объемная доля ее может изменяться в пре­делах 10—45 %. Чем выше степень утяжеления раство­ра, тем меньше должно быть в нем водной фазы.

Утяжеление обычно проводится немодифицирован­ным баритовым утяжелителем, но могут применяться другие материалы. Степень минерализации водной фа­зы обеспечивается хлоридом кальция и определяется задаваемой ее активностью. При отсутствии повышен­ных требований к снижению активности водной фазы в составе эмульгара используется вода с природной ми­нерализацией (пластовая, минерализованная озерная, морская). Применение пресной воды нежелательно.

Примерный рецептурный сослав 1 м³ неутяжелен­ного раствора следующий: дизельное топливо — 460 л, эмульгатор — 57 л, органофильный бентонит — 30 кг, известь (с активностью 60%) —35 кг, водный раствор CaCl₂ — 460 л.

При использовании раствора в особо сложных усло­виях (полиминеральная агрессия, высокая забойная температура, сильное увлажнение глинистых пород, водопроявление и др.) указанное соотношение компонентов может быть изменено в сторону увеличения содержа­ния органофнльного бентонита, эмульгатора, извести и уменьшения содержания водной фазы.. Точное соотношение в этом случае подбирается опытным путем на основании лабораторной проработки.

Пределы возможного изменения показателей свойств раствора эмульгар приведены ниже.

Плотность р, г/см³                                                           1,00—2,10

Условная вязкость (УВ) при истечении 100 из

200 мл при температуре 46 ^оС, с                                         15—30

Вязкость пластическая при температуре 46 ^оС,

МПа ^. с                                                                                  40—90

Динамическое сопротивление сдвигу при темпе-

­ратуре t_о 46 °С, дПа                                                          50—120

Статическое напряжение сдвига (СНС), дПа:

через 1 мин                                                                             6—80

через 10 мин.                                                                         15¾120

Электростабильность Э, В:

по ИГЭР-1                                                                                600

по Фанн                                                                                   300

Показатель фильтрации при температуре 20 °С,

см³/ 30 мин                                                                            0,5—2,5

Нейтрализующая способность к сероводороду при, наличии в растворе нейтрализатора, мг/д                                                        ³ 7500

“Эмульгар” предназначен для бурения скважин в сложных геологических условиях, характеризуемых наличием неустойчивых, подверженных гидратации горных пород, солевых отложений, продуктивных горизонтов с низкими коллекторскими свойствами, в том числе при наличие в пластовом флюиде сероводорода и углекислого газа. Термостойкость раствора до 200 ⁰С. “Эмульгар” отличает от предшествующих отечественных рецептур высокая седиментационная устойчивость при низких значениях реологических показателей.

Для данного раствора характерны низкие эксплуатационные расходы материалов и реагентов на обработку. Применение эмульгара обеспечивает сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов, способствуя повышению дебитов скважин и сокращению сроков их освоения.

Свойства эмульсионных РНО оценивают обычными показателями, но есть и некоторые особенности. Так, например, при определении фильтрации раствора определяют наличие в фильтрате воды, присутствие которой говорит о нестабильности эмульсии.

Стабильность эмульсии к инверсии фаз оценивается показателем электростабильности.Электростабильность определяется величиной напряжения на электродах при протекании между ними определенного по величине тока утечки.

Установлено, что с увеличением прочности межфазных слоев уменьшается электропроводность эмульсии, а также растет электростабильность.

Определение величины электростабильности производят на специальных приборах. В американской практике используется для этой цели испытатель эмульсии ФАНН.

Для приготовления эмульсионного РНО используют емкости буровых циркуляционных систем, оборудованных механическими, гидравлическими перемешивателями, гидравлическим диспергатором.

Вначале готовят неутяжеленную эмульсию. Углеводородный и водный компонент готовят отдельно для чего в дизельном топливе растворяют эмульгатор, диспергируют органобентонит и гидроокись кальция. водную фазу минерализуют до требуемой активности, после чего постепенно и тщательно эмульгируют. Давление на диспергаторе 100-150 ат.

Утяжеление раствора проводят одновременным вводом дизельного топлива, утяжелителя и гидрофобизатора в количестве, рассчитанном в зависимости от плотности. Готовность приготовленного раствора оценивают по стабильности получаемых во времени показателей вязкости, СНС и электростабильности и их соответствию заданным значениям.

Регулирование свойств

- Снижение показателя электростабильности указывает на уменьшение стабильности эмульсии, гидрофобной защиты твердой фазы, а также обогащение раствора гидрофильной выбуренной породой.

В этом случае в раствор необходимо ввести дополнительно эмульгатор и известь.

Не рекомендуется продолжать работы без обработки раствора при снижении показателя электростабильности менее 400 В           (по ИГЭР-1 ), 250 В ( по ФАНН).

- Регулирование технологических свойств “эмульгара” осуществляют следующим образом.

- Плотность

Небольшое снижение плотности ( < 0,05 г/см³) достигается разбавлением раствора дизельным топливом. При этом для компенсации потери вязкости в раствор может быть введено некоторое количество водной фазы, органобентонита. Для более значительного снижения плотности раствор следует разбавлять неутяжеленной эмульсией.

Повышают плотность вводом утяжелителя при одновременном добавлении соответствующего количества дизельного топлива и гидрофобизатора.

- Вязкость и статическое напряжение сдвига ( СНС)

Повышают вязкость и СНС вводом органобентонита, а также водной фазы с соответствующим добавлением эмульгатора и извести.

В последнем случае раствор необходимо дополнительно проэмульгировать с использованием диспергатора.

Снижение вязкости и СНС, если их рост обусловлен переобогащением раствора стабилизированной твердой фазой и эмульгированной водной, производят разбавление раствора дизельным топливом с соответствующим доутяжелением для компенсации потери плотности.

Если рост вязкости и СНС вызван недостаточной стабилизацией твердой фазы, производят обработку раствора гидрофобизатором. При этом разовые обработки гидрофобизатором не должны превышать 0,25-0,5 % ( об. ) на товарный продукт, так как в ослабленной эмульсии с низким показателем электростабильности гидрофобизатор может проявить деэмульгирующее действие.

В случае, если высокие значения вязкости и СНС обусловлены недостаточной стабилизацией эмульгированной водной фазы, обработку раствора ведут эмульгатором или совместно эмульгатором и известью.

- Показатель фильтрации

Показатель фильтрации в диапазоне 0,2-2,5 см³ обеспечивается при соблюдении рецептурного состава и показателей свойств раствора по электростабильности, вязкости и СНС. Содержание свободной неэмульгированной воды в фильтрате не допускается.

Вид выбранного реагента и количество добавки при обработках раствора следует уточнять по результатам лабораторной проверки на пробах раствора, отобранных при циркуляции в скважине.

Необходимо избегать избыточного ввода в раствор реагентов. Помимо неоправданного их расхода, это способствует переходу в раствор выбуренной породы, а также может привести к потери раствором агрегативной и седиментационной устойчивости.