pdf.php@id=6169

Максимальный радиус распространения обводненной зоны во­ круг ствола скважины нельзя точно определить, но электрические

По вертикали возможны некоторые изменения, вызванные сме­ ной локальной проницаемости, увеличением, гидростатического давления и разницей плотностей фильтрата и жидкости, присутствую­ щей в горной породе.

Вода в пористую горную породу проникает в результате вытес­ нения жидкости, первоначально насыщавшей горную породу. Это замещение происходит под действием перепада давления, связан­ ного с эффектом поверхностного натяжения.

Вода вследствие высокого поверхностного натяжения смачивает минеральные частицы, стремясь заместить другие жидкости с мень­ шим поверхностным натяжением на границе раздела фаз.

Пленка, покрывающая частицы, укрепляет их структуру, умень­ шает проницаемость пород за счет уменьшения кажущегося диа­ метра пор.

Это характерно для песчаных пластов, первоначально пропитан­ ных углеводородами.

Последние исследования, проводившиеся с помощью микрокаро­ тажа, показали, что проникновение фильтрата в сильно проницае­ мый пласт вокруг ствола скважины ограничивается поверхностью параболоида вращения, т. е. фильтрат накапливается в кровле пласта при использовании глинистого раствора, приготовленного на пресной воде, замещающей пластовую соленую воду с более высо­ кой плотностью.

Если плотность первоначальной пластовой жидкости меньше плотности фильтрата глинистого раствора, то накопление филь­ трата вокруг ствола скважины происходит также по поверхности параболоида вращения, но ближе к подошве пласта.

Перемещение жидкости по вертикальной составляющей фильтра­ ции аналогично конвективным потокам, связанным с разностью плотностей.

Условия, в которых были проведены эти опыты, воспроизводят достаточно хорошо существующие условия в скважине, а их кон­ троль при помощи микрокаротажа является самой лучшей гарантией.

При отрицательном перепаде давлений газ или нефть, однажды вытесненные из пласта, возвращаются обратно через влажный песок с большими трудностями.

Практика показывает, если зона насыщения, водой находится на большой глубине и пласт имеет низкое давление, противодей­ ствующее сопротивление может препятствовать притоку нефти. При вскрытии продуктивных пластов с большим пластовым давле­ нием при освоении' скважины вся обводненная зона возможно будет замещена и вытеснена в ствол скважины, в результате чего воз­

61

Тонкие глинистые частицы, присутствующие в песчаном пласте, усиливают процесс блокирования пор вследствие гидратации.

Практика показывает, что статическая водоотдача в скважине с поднятой колонной бурильных труб на поверхность, наблюдаемая по падению уровня, является менее значащей, чем водоотдача, которая наблюдается во время вращения колонны бурильных труб.

В отложениях песка глинистый раствор проникает незначи­ тельно. Из графика рис. 19, б видно, что глубина такого проникповения зависит от вязкости глини­ стого раствора, а из графика

а — в зависимости от пористости.

Условия опыта: давление глинистого раствора 2,75 am ; время 5 мин.; плотность глинистого раствора 1,95г/сл«Л вязкость 9,2 сантипуаза, гель 18,5%.

б — в зависимости от вязкости.

Условия опыта; песок 10—20 мсш; давление глинистого раствора 2,8 am; вязкость регули­ руется обработкой NaOH.

рис. 19, а — соотношение между глубиной проникновения и диаметром зерен, т. е. пористостью. Глинистые частицы, диаметр которых меньше диаметра пор, подхватываются фильтрующейся жидкостью (водой) и загрязняют пористую горную породу на опре­ деленную глубину вокруг ствола скважины. О величине кальматационного слоя отсутствуют экспериментальные данные.

Когда горная порода трещиноватая и кавернозная, необходимо особое внимание уделять проникновению глинистого раствора.

Глинистая корка или осадок фильтрации

Как было показано выше, существует зависимость между объе­ мами фильтрата и твердого осадившегося материала (глинистой корки) в единицу времени для одного и того же глинистого рас­ твора.

Качество глинистого раствора, процент песка, концентрация утяжелителя, концентрация глины в растворе, а также грануло-

62

метрический состав твердой фазы влияют непосредственно на тол­ щину глинистой корки. Толщина корки, как и в случае фильтрата, неограниченно увеличивается во времени, т. е. закупоривает ствол скважины и, следовательно, представляет постоянную опасность прихвата колонны бурильных труб. Если эта опасность не наблю­ дается постоянно на скважинах, то происходит это благодаря сле­ дующим факторам.

1.Неравномерное строение корки. Наибольшую плотность имеет слой, находящийся в непосредственном контакте со стенками; по направлению к оси скважины глинистая корка становится все более рыхлой и имеет все большую водонасыщенность, а также меньшее сопротивление сдвигу. Этот переход продолжается до границы геле­ образного состояния глинистого раствора (статического).

2.Подъем — спуск инструмента. Спуско-подъемные операции спо­ собствуют сохранению проектного диаметра ствола, удалению некото­ рой части корки без дополнительной затраты энергии. То же самое

действие оказывают и тяжелые глинистые растворы, так как барит создает более компактную корку.

В процессе циркуляции раствора внутренний диаметр (рис. 18). сальника, образовавшегося за счет корки, сохраняется па ограничен­ ной величине, определяемой величиной сопротивления сдвигу и восходящей скоростью глинистого раствора. Вполне возможно, что в скважине большого диаметра часть глинистого раствора будет находиться в гелеобразном состоянии (без движения) и циркуляция в результате этого происходит по уменьшенному сечению ствола скважины. Отсюда возникает один из критериев выбора диаметра долота, определяемого минимальной толщиной корки в функции производительности насосов и качества глинистого раствора.

Советские исследователи установили также переменную струк­ туру глинистой корки. При помощи специального прибора филь­ трационную корку разрезали на параллельные сечения и путем анализа определили изменение ее водонасыщенности. Один такой пример приведен в табл. 7.

Лабораторные исследования подтверждают что глинистые рас­ творы, приготовленные с чрезмерным содержанием бурого угля,

63-

Fe = я S ф + dB) 100.

Обозначив через pi и р Рнеобходимые давления для разрушения геля внутри и снаружи бурильных труб, получим следующую потерю давления на 1 м:

,Р4

При гелеобразном состоянии глинистого раствора возникают дополнительные растяжения pt в бурильных трубах во время спуско-подъемных операций:

pt = 100 HS {de -f di).

Учитывая данные из предшествующего примера, получим:

pt = 6500 HS = 13000 кг.

Отрицательное влияние глинистой корки на процесс бурения заключается в следующем:

1) возникают условия для прихвата колонны бурильных труб

встатическом состоянии при росте толщины глинистой корки;

2)увеличивается трение колонны бурильных труб о стенки скважины.

Добавка нефти к глинистому раствору уменьшает липкость гли­ нистых корок. Максимальное снижение предела напряжения сдвига глинистой корки происходит при добавлении около 10% нефти по объему.

Утяжеление раствора баритом вызывает чрезмерный рост сцеп­ ления частиц глинистой корки и уменьшение ее водонасыщенности.

У тяжелых глинистых растворов напряжение сдвига превышает

800г/см2.

Втабл. 9 показано изменение напряжения сдвига глинистых корок благодаря добавлению химических реагентов.

Таблица 9

Изменение напряжения сдвига глинистых корок под влиянием добавки химических реагентов (по В. С. Баранову)

5 Заказ 888.

В РНР пробурены скважины с промывкой забоя тяжелыми глини­ стыми растворами, утяжеленными баритом. Вначале наблюдались прихваты в результате прилипания колонн бурильных труб к стен­ кам скважины. Интенсивность прихвата колонн видна из цифр, приведенных ниже, а также полученных опытным путем на промыс­ лах СССР. Эти цифры вполне применимы и для РН Р.

Напряжение сдвига глинистой корки при перепаде давления около 80 am составляет 800 г/сж2.

Для освобождения 1 м 5°/1в" бурильных труб, из которых лишь

ствола буровая установка должна позволять проворачивать колонну бурильных труб в любом случае, т. е. иметь резервный привод ротора.

Для проверки и ухода за цепями привода ротора во избежание поломок рекомендуется после каждого часа работы ротора в течение 5 мин. приподнимать и опускать колонну бурильных труб.

Наиболее опасное осложнение может возникнуть в скважине, когда колонна бурильных труб находится в покое, но без прекра­ щения циркуляции раствора. Разрушение геля за счет механического воздействия бурильных труб в этом случае отсутствует, циркуляция раствора происходит по сокращенному сечению и по непредвиден­ ному пути (рис. 20).

Глинистая корка промывается только на сокращенном участке сечения ствола скважины (рис. 20), а в зоне гелеобразования концен­ трация твердого материала увеличивается за счет осаждения зна­ чительных количеств песка, шлама и даже барита.

Если циркуляция раствора продолжается длительное время без проворота колонны бурильных труб, наблюдается возрастание его удельного веса, так как удельный вес гелеобразного глинистого раствора также нарастает во времени.

Более' интенсивная фильтрация во время циркуляции раствора постепенно приводит к частичному покрытию бурильных труб глинистой коркой, вследствие чего колонна бурильных труб может

66

быть прихвачена в интервалах, сложенных пористыми и слабо сце­ ментированными породами. Рекомендуются следующие меры для предотвращения прихватов:

1)приподнимать и опускать колонну бурильных труб все время, пока долото не вращается на забое;

2)прекращать циркуляцию раствора;

3)строго ограничить продолжительность маневрирования и остановок инструмента до определенного для. каждого промысла предела, по достижении которого его поднимают;

4)сохранение оптимальных параметров фильтрации глинистого раствора.

3.ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ

ТЕХНИЧЕСКИХ АВАРИЙ ПРИ БУРЕНИИ

Загрязнители, поступающие из проходимых пород

Наиболее распространенными химическими загрязнителями, по­ ступающими при разрушении горных пород, являются хлористый натрий и сульфат кальция.

Они воздействуют на растворы как электролиты, влияя на электрокинетические свойства коллоидных частиц, силу притяжения между частицами, степень гидратации и значение pH суспензий. При поступлении указанных загрязнителей увеличивается.вязкость

иводоотдача.

Врезультате попадания химических загрязнителей происходит реакция обмена (ионный обмеп или замена основания).

CaS04, а также NaCl создают в растворе кислую среду рН=6 —7. Химическое загрязнение глинистого раствора электролитами снижает удельное сопротивление фильтрата и всего глинистого комплекса, изменяет свойства глинистой корки и создает разность потенциалов между пластом и жидкостью в стволе скважины. Когда это загрязнение происходит в процессе бурения, то оно носит не­ предвиденный характер, в результате чего в скважине могут воз­ никнуть технические аварии по причине недостаточно быстрого

обнаружения источника загрязнения.

Химические загрязнители, поступающие либо из проходимыхпород,либоврезультатедобавлецпя реагентов

при приготовлении глинистого раствора

К а л ь ц и е в ы е г л и н и с т ы е р а с т в о р ы . Ионы каль­ ция могут поступать в глинистый раствор из геологического разреза или из добавляемых реагентов при его изготовлении.

Среди солей кальция наименьший эффект загрязнения дает СаСОз, плохо растворимый в воде. Отрицательно влияют на глини­ стые растворы CaSOi (гипс или ангидрит) и Са(ОН)г (гидроокись кальция) при загрязнении глинистого раствора цементом.

Концентрация около 0,2% водорастворимого кальция в глини­ стом растворе максимально повышает вязкость раствора. При даль­ нейшем добавлении водорастворимого кальция вязкость раствора падает ниже первоначальной величины, а при концентрации от 0,3% и выше сохраняется приблизительно постоянной.

Реологические свойства, CHG и предел текучести загрязненного глинистого раствора могут быть определены только в лаборатории. На скважине загрязнение раствора регистрируется по возрастанию давления при условии сохранения постоянства производительности насосов. По всему восходящему потоку течение раствора происходит в форме ядра (помимо насосов и промывочного отверстия долота), глинистый раствор не течет по желобам, пока не преодолеет фазу максимальной вязкости. Такой глинистый раствор способствует возникновению следующих опасных моментов, ведущих к авариям:

1) росту давления циркуляции до полной остановки насосов;

2)газонасыщению глинистого раствора, если в проходимом разрезе содержится газ;

3)образованию поршневого эффекта в стволе скважины, вле­ кущего за собой обвалы, открытые фонтаны, прихваты колонн бу­ рильных труб и т. д.;

4)уходу глинистого раствора в проходимый пласт или размыв шахты (направления) скважины.

Во избежание образования фазы максимальной вязкости допол­ нительно обрабатывают раствор пептизаторами (гексаметафосфатом, буроугольными реагентами, дрискозою, синтетическими смолами, комбинированными реагентами).

Наилучшим способом выяснения необходимости химической обра­ ботки или разбавления глинистого раствора является определение содержания твердой фазы по методу дистилляции жидкости в любом данном объеме раствора.

Для уточнения методики химической обработки необходимо следить за изменением глинистого раствора во времени с целью непрерывной регистрации критической величины концентрации твердой фазы, так, например:

если при длительной продолжительности бурения вязкость раствора возрастает до 60 сек. по СПВ и увеличивается содержание твердой фазы, необходимо снизить ее сбдержание для уменьшения кажущейся вязкости;

если, спустя еще более продолжительный промежуток времени

что в глинистый раствор попал загрязнитель и его необходимо обра­ ботать химическими реагентами.

Для бурения формаций большой мощности, содержащих ангид­ рит или гипс, глинистый раствор обрабатывают не производя хими­ ческой обработки, связанной с осаждением кальция, так как обра­

68

зующийся в больших количествах шлам поставляет другие ионы по мере осаждения химическими реагентами ионов кальция, нахо­ дящихся в растворе.

Рекомендуется применение адсорбирующихся реагентов, напри­ мер буроугольных и хвойных.

Для преодоления трудностей и неточностей в обработке загряз­ нённых электролитами глинистых растворов, поступающих из разреза, в практике бурения используют растворы, приготовленные на известковой основе, которые преобразуют гидрофильные и очень чувствительные к химическим загрязнениям натриевые глины в каль­ циевые глины, стабильные и инертные по отношению к электро­ литам, обычно встречаемым при бурении.

Помимо устойчивости но отношению к хлоридам и водораствори­ мым солям кальция, глинистые растворы, приготовленные на из­ вестковой основе, могут поглощать большое количество рассеян­ ного шлама и глины; при этом вязкость его не повышается.

Применение дорогих понизителей водоотдачи (крахмал, дрискоза) не выгодно еще и потому, что приготовленные по этим рецептурам промывочные жидкости трудно сохраняются.

При бурении сверхглубоких скважин применение глинистых растворов на известковой основе ведет к общему уменьшению коли­ чества извести и твердой фазы во всей системе и предотвращает процессы окремнения и цементации при повышенных пластовых температурах.

Глинистый раствор, приготовленный из натриевой глины, преоб­ разуется обычно в раствор на известковой основе в колонне перед разбуриванием цемента и после предварительных лабораторных определений.

Свертывание крахмала предотвращается поддержанием высо­ кой концентрации щелочности — 0,8—1,5 г на 100 см3 глинистого раствора или добавкой углещелочного реагента, а вязкость можно уменьшить добавлением дубителя или канифоли. Корка, обра­ зуемая при добавке этих реагентов, не прилипает к колонне бу­ рильных или обсадных труб, а шлам не накапливается за счет прилипания и легко выносится восходящим потоком глинистого раствора.

Новые методы обработки химически загрязненных буровых растворов

Старые методы приготовления буровых растворов для бурения на малые глубины основывались на химической реакции перевода растворимых катионов (кальция) в нерастворимые или на физиче­ ской реакции адсорбции, образующей защитные пленки на мине­ ральных коллоидах, в буровых растворах иа водяной основе (крахмал).

Согласно излож енны м представлениям химические загрязнители использую т дл я обработки глинистых растворов в исключительных

69

случаях там, где комплексные условия работы не позволяют исполь­ зовать' другие реагенты для химической обработки.

Если глинистые растворы стареют, они становятся сильно кол­ лоидальными и со значительной концентрацией твердой фазы в еди­ нице объема. Они не реагируют с обычными химическими реаген­ тами, применяемыми для снижения вязкости, и становятся опасными для продолжения бурения, особенно на больших глубинах, где вслед­ ствие высоких температур и давлений вязкость раствора, желатинизация и водоотдача резко возрастают.

Сокращение числа коллоидных частиц в буровых растворах, приготовленных на водной основе, можно производить путем центри­ фугирования. Однако внедрять специальное оборудование для этого только начинают. Поэтому перешли к использованию химических загрязнителей, макроскопический эффект которых на коллоидные суспензии заключается в уменьшении вязкости и желатипизации. Макроскопический процесс, ведущий к уменьшению вязкости рас­ твора, является, следовательно, процессом агломерации обезвожен­ ных частиц и называется специальным термином «флокуляция», а гли­ нистые растворы с использованием химических загрязнителей назы­ вают «флокулированные глинистые растворы».

Нейтральные глинистые растворы, флокулированные гипсом

П р е и м у щ е с т в а :

не являются щелочными, т. е. не могут способствовать обога­ щению раствора кремнием и схватыванию на больших глубинах; не наблюдается значительного снижения удельного сопротивле­ ния глинистого раствора, фильтрата и корки по причине малой

растворимости сульфата кальция; не диспергируют шлам; поэтому глинистые растворы могут со­

держать большие количества коллоидных частиц без ущерба для бурения;

не дают липкой корки и не создают явления склеивания (лептизированные растворы);

более стабильны, а в целом создают гибкость в работе. Н е д о с т а т к и :

вызывают необходимость дополнительного применения специаль­ ных реагентов для уменьшения водоотдачи: КМЦ, а также поверх­ ностно-активных веществ, являющихся пока дефицитными продук­ тами.

Сильно щелочные глинистые растворы, флокулированные известью

П р е и м у щ е с т в а :

не диспергируют и не реагируют на мощные загрязнения сус­ пензиями и коллоидными частицами;

не являются липкими. Н е д о с т а т к и : сильно щелочные;

70