Продолжим тему применения графита в бурении (начало здесь) и перейдем к сравнению искусственного и природного графита по ключевым параметрам.
В соответствии с таблицей наглядно видно, что главным преимуществом природного чешуйчатого графита является естественная пластинчатая структура. Это не просто эстетический фактор. Такие частицы:
1) Образуют плотные мостики (перемычки) в трещинах благодаря своей форме.
2) Легко перекрывают широкий диапазон пор и пустот.
3) Сохраняют упругость при изменении давления.
4) Обеспечивают минимальное сопротивление движению бурильной колонны.
Искусственный графит имеет более зернистую, пористую структуру. Его частицы чаще крошатся при сжатии, не создают плотной корки и хуже выдерживают циклы нагрузок.
Кроме того, чешуйки природного графита благодаря своей форме и размерному ряду не только формируют многоуровневую структуру перемычки (крупные частицы образуют основной мост, а мелкие — уплотняют пустоты), но и могут деформироваться и подстраиваться под динамику трещины — даже при сжатии трещины перемычка не разрушается, а пластинка сгибается, сохраняя закупорку.
Также они не дают течи при восстановлении давления — в отличие от жёстких, но хрупких зерен искусственного графита.
Природный графит, благодаря своей слоистой структуре, обеспечивает минимальный коэффициент трения как для пары металл-металл, так и металл-горная порода. Что ведет к меньшему износу бурильной колонны, снижению вероятности прихватов и возможности использовать более тяжёлые растворы без риска "залипания".
Искусственный графит, имея более дефектную структуру, демонстрирует меньшую эффективность по снижению трения. Испытания показывают, что для достижения равного эффекта необходимо вводить на 30–50 % больше искусственного графита по массе.
Вследствие своей химической инертности и высокой степени чистоты, природный графит не оказывает воздействие на реологические параметры бурового раствора (свойства, которые влияют на вынос выбуренной породы на дневную поверхность и создание гидродинамического давления в скважине). Более того, он совместим со всеми известными типами растворов (WBM, OBM, SBM, G-Seal), не вызывает всплытия твёрдой фазы и не изменяет плотность раствора за пределами допустимых значений.
Если говорить о зольности, как об одном из критически важных параметров, следует обратить внимание на то, что природный чешуйчатый графит после обогащения имеет зольность не выше 0,5–5 %. Для искусственного графита (ГЛ-1) по ГОСТ 5279-74 зольность допускается до 13 %. Разница ощущается не как в лабораторных тестах, так и в работе буровых насосов, виброситов и системы очистки. Высокое содержание золы приводит не только к повышенной абразивности раствора, росту плотности твёрдой фазы, но и как следствие к повышенному износу оборудования и накоплению "шлама" в циркуляционной системе.
Современные требования к буровым материалам предполагают минимальное воздействие на окружающую среду и отсутствие коррозионной активности по отношению к металлу бурильных труб. Природный графит не содержит остаточных кислот, смол, металлических катализаторов или других агрессивных примесей.
Искусственный графит может содержать остатки связующих, летучие компоненты, а также соединения, способные вызывать коррозию металла при нарушении технологии промывки или при высоких температурах.
Проведённый анализ физико-химических характеристик, лабораторных и промысловых данных убедительно доказывает: природный чешуйчатый графит существенно превосходит искусственный графит по совокупности критических параметров для бурения.
Основные выводы:
- Лучшая кольматация: природный графит формирует более стойкие перемычки, обеспечивает быстрое и стабильное перекрытие трещин;
- Более выраженные смазочные свойства: снижает трение и риск прихватов, экономит время и ресурсы на ликвидацию осложнений;
- Меньше золы и примесей: минимальный износ оборудования, простая очистка раствора;
- Экологическая и коррозионная безопасность: не содержит агрессивных компонентов, подходит для самых жёстких требований;
- Экономическая эффективность: меньшее расходование материала и реагентов, снижение потерь раствора, увеличение ресурса оборудования.