2.3.3.2 Водні рідини глушіння з твердою фазою

До рідин глушіння на водній основі з твердими частинками відносяться глинисті розчини невисокої густини та обважнені (з додаванням обважнювачів), розчини мінеральних солей з додатками твердих частинок – кольматантів та обважнювачів, а також безглинисті розчини з конденсованою твердою фазою (гідрогелеві розчини).

Глинисті розчини. Не зважаючи на відносну дешевизну і доступність глинистих розчинів, вони найменше відповідні як рідини глушіння при ремонті свердловин. Це зумовлено їх негативним впливом на колекторські властивості привибійної зони через проникання в пори і тріщини фільтрату (води) і твердої фази (глинистих частинок). Глинисті частинки виконують роль обважнювача (збільшення густини) і кольматанта для прісної води як рідини глушіння, але глину – кольматант трудно видалити із привибійної зони після закінчення ремонту. Застосування глинистих розчинів для глушіння свердловин допустиме тільки за умови, що попереднє хімічне оброблення їх унеможливить кольмата­цію порід-колекторів. Але поки-що це забезпечити повною мірою не можливо.

Обважнені розчини. Одночасне підвищення густини розсолів (розчинів мінеральних солей) зі зниженням їх проникної здатності (у привибійну зону) може бути досягнуто введенням твердих обважнювачів, видалення яких із пор пласта відбувається під дією пластових флюїдів або внаслідок кислотного оброблення. Найчастіше використовують такі обважнювачі: хлорид натрію NaCl (густина 2170 кг/м³), карбонат кальцію СаСО₃ (2710 кг/м³), карбонат заліза – сидерит FeCO₃ (3800 кг/м³), сульфат барію – барит ВаSО₄ (4300 кг/м³), окис заліза – гематит Fe₂O₃ (5000 кг/м³ і залізистий кварцит – ітабірит (4000 кг/м³).

Характеристика мінералу бариту (сульфату барія) ВаSO₄

Молекулярна маса Густина, кг/м3 Зовнішній вигляд Твердість за шкалою Мооса Тип кристалічної гратки Температура плавлення, °С Абразивність Молярна теплоємкість при 25 °С і 101,3 кПа, Дж/(моль·К) Розчинність у воді, г/100г, при температурі, °С: 18 100

233,4 4480 Безбарвна кристалічна речовина 3-3,5 Ромбічний 1580 Невисока 101,8 0,00022 0,00041

Показники промислового реагенту за ТУ 39-126-76, який регламентує якість флотаційного баритового концентрату, наведено в табл. 2.13.

В якості рідини (дисперсійного середовища) для приготування використовують глинистий розчин або звичайну воду. У табл. 2.14 наведено значини необхідної кількості сухого обважнювача (кг) різних сортів для приготування 1 м³ рідини глушіння заданої густини в залежності від густини рідини-носія.

Таблиця 2.13 – Показники промислового реагенту за ТУ 39-126-76, який регламентує якість флотаційного баритового концентрату

Показники	Сорт реагенту
	І	ІІ	ІІІ
Вміст сульфату барію, % Густина, кг/м3 Вміст, %: вологи водорозчинних солей	 92  4250  1,5  0,3	 87  4150  1,5  0,35	 80  4050  1,5  0,35

Таблиця 2.14 – Значини необхідної кількості сухого обважнювача (кг) різних сортів для приготування 1 м³ рідини глушіння заданої густини

Необхідна густина обважненої рідини, кг/м3	Сорт баритового концентрату (реагент сухий)
	І	ІІ	ІІІ	І	ІІ	ІІІ	І	ІІ	ІІІ
	Густина рідини-носія, кг/м3
	1000			1100			1200
1500 1600 1700 1800 1900 2000	768 955 1158 1376 1612 1870	777 977 1172 1400 1643 1909	790 984 1195 1426 1677 1950	614 796 992 1204 1433 1682	619 807 1008 1225 1460 1718	630 820 1025 1243 1490 1757	460 637 827 1032 1254 1495	466 646 840 1050 1278 1527	473 656 854 1069 1304 1561

Гематит – залізна руда – може використовуватися як реагент-обважню­вач, але в промисловій практиці це робиться рідко.

Хімічна формула Молекулярна маса Густина (без домішок), кг/м3 Стан Тип кристалічної гратки	Fe2O3 159.69 До 5250 Кристалічна речовина Тригональний
Твердість за шкалою Мооса Абразивність Температура розкладання, °С Молярна теплоємкість за 25 °С і 101,3 кПа, Дж/(моль·К) Розчинність у воді		5,5-6,0 Висока 1565 103,8 Не розчиняється

Сидерит – біла кристалічна речовина з кристалами тригонального типу.

Хімічна формула Молекулярна маса Густина, кг/м3 Температура розкладання, °С Молярна теплоємкість за 25 °С і 101,3 кПа, Дж/(моль·К) Розчинність у воді

FeCO3 115,86 3800–3900 490 83,3 Малорозчинний

Застосування обважнених рідин глушіння, як правило, пов’язане з інфільтрацією їх в пласт і зниженням проникності. Це необхідно враховувати під час проведення підземного ремонту свердловин.

Гематит значно погіршує фільтраційні властивості колекторів, чинить еро­зійне і корозійне діяння на устаткування, тому його намагаються не застосову­вати. Найбільш широко у світовій практиці застосовують барити, хоч з екологіч­них міркувань забороняється скидати розчини, оброблені баритом, у земляні амбари. Альтернативним у цьому аспекті є доломіт Са.Mg(CO₃)₂. За потреби незначного збільшення густини розчину (в межах 1200-1300 кг/м³) як обважню­вач можна застосовувати крейду CaCO₃. Барит використовують у глинистому, хлормагнієвому і хлоркалієвому розчинах з густиною понад 1300-1500 кг/м³, у водному розчині бентоніту з густиною 1800-2000 кг/м³. Доломіт використо­вують у хлоркалієвому і хлормагнієвому розчинах з густиною до 1300‑1500 кг/м³.

Необхідна кількість обважнювача для збільшення густини розчину розра­ховується за формулою:

, (2.25)

а збільшення об’єму розчину за рахунок додавання обважнювача за формулою:

, (2.26)

де – кількість обважнювача в кг на 1 м³ розчину; – необхідна густина обважненого розчину, кг/м³; – вхідна густина розчину, кг/м³; – густина обважнювача, кг/м³; – збільшення об’єму обважненого розчину, м³; – об’єм вхідного розчину, м³; – коефіцієнт, значина якого залежить від типу обважнювача; для бариту =4350; для доломіту =2870.

Необхідно відмітити, що тверді обважнювачі використовують тільки у складі тиксотропних полімерних розчинів. Полімерні розсоли низької густини (насичені розчини хлориду натрію і кальцію), які обважені хлоридом натрію і карбонатом кальцію, можуть мати густину, яка не перевищує 1740 кг/м³, в той час як використання гематиту й ітабіриту може забезпечити густину рідини до 2280 кг/м³. Молотий вапняк CaCO₃ високої чистоти дає змогу підвищити густину розсолів до 1800 кг/м³.

Розчини з кольматантами. Ефективним способом регулювання фільтра­ційних властивостей рідин глушіння, які являють собою чисті розсоли, є введення до їх складу твердих наповнювачів-кольматантів. Гранулометричний склад їх повинен мати широкий діапазон за розмірами, охоплюючи великі частинки для закупорювання пор і дрібні – для створення малопроникної кірки. Розмір найбільших частинок повинен бути не меншим 1/3 середнього діаметра пор пласта, а кількість їх у розсолі повинна складати не менше 5% від загального об’єму наповнювача. Загальна концентрація кольматантів у розсолі знаходиться в межах 2-10% від об’єму рідини. Нагадаємо, що середній діаметр пор d_п пов’язаний із коефіцієнтом проникності пласта k формулою:

, (2.27)

де m – коефіцієнт пористості пласта.

Для попередження утворення пробок на вибої свердловини розміри частинок і структурно-реологічні властивості рідини глушіння повинні забезпе­чувати незначні швидкості їх седиментації. Додаткове зниження швидкості осі­дання кольматантів досягається додаванням диспергатора (наприклад, гекса­метафосфату натрію).

Основною функцією цих наповнювачів є утворення на поверхні фільтрації у свердловині малопроникної кірки, яка пізніше може бути видалена. Відповід­но до цього кольматанти підрозділяються на кислото-, нафто- і водорозчинні.

До кислоторозчинних наповнювачів відносяться гранульовані карбонати кальцію, магнію, заліза. Частинкам кислоторозчинних матеріалів типу азбесту, сідериту, мармуру, вапняку, крейди тощо легко можна надати форму і розмір, які сприяють тимчасовій кольматації пор пласта. Крім того, швидкість розчи­нення карбонату кальцію СаСО₃ в соляній кислоті в 30 разів вища, ніж сидерита FeCО₃. Як кислорозчинний додаток, який забезпечує додаткове зниження про­никності фільтраційної кірки, використовують лігносульфонат кальцію.

Проте під час солянокислотного оброблення у привибійній зоні залиша­ються об’єми, в яких кислота не вступає в контакт з прониклими туди твердими частинками кольматанту; кислотне оброблення не однакове в усьому інтервалі оброблюваного стовбура свердловини за об’ємом і тривалістю контактування, необхідного для завершення реакції; вона може спричинити часткове руйну­вання матриці пласта з вивільненням нерозчинних твердих частинок.

Тому кращими і безпечнішими вважаються розчинні у воді наповнювачі-кольматанти, тобто підібрані за розміром тверді частинки мінеральних солей, які не розчиняються в рідині глушіння внаслідок близького до граничного на­сичення сольового розчину, або, інакше, молоті солі як водорозчинні наповню­вачі перенасичених сольових розсолів. Такі наповнювачі легко розчиняються пластовою водою, що є запорукою повного відновлення проникності. Після закінчення ремонтних робіт видалення фільтраційної кірки із такого матеріалу здійснюється промиванням свердловини прісною водою або вимиванням водою, що міститься в продукції свердловини. Солі для приготування рідини глушіння і водорозчинна сіль-кольматант вибираються із групи: хлориди натрію і калію, хлорид кальцію, сульфат натрію, карбонат натрію, бікарбонат натрію, бромід кальцію, карбонат калію і їх суміші. Останнім часом як кольматант використовують хлорид натрію.

Як нафторозчинні наповнювачі-кольматанти використовують роз­чинні в нафті гуми і смоли. Утворена ними у привибійній зоні фільтраційна кірка вида­ляється промиванням вибою вуглеводневими розчинниками або нафтою.

Необхідно відзначити, що практично всі кольматанти використовуються в сукупності з полімерними регуляторами в’язкості і фільтраційних властивостей розсолів. У той же час як основа таких систем може бути застосована тільки тиксотропна рідина, отримання якої за умови повної відсутності глинистого компоненту є складною проблемою. Найчастіше використовується комбінація гідроксиетилцелюлози (ГЕЦ) і карбонату кальцію СаСО₃, яка утворює полімер­ний розчин нетиксотропного типу. Полімерні розчини, що містять ксантанову смолу, відносяться до структурованих систем.

Гідрогелеві розчини. Серед рідин глушіння на водній основі виділяють групу безглинистих розчинів з конденсованою твердою фазою (гідрогелеві роз­чини). Конденсація на відміну від диспергування полягає у виділенні із розчину труднорозчинних сполук. Тиксотропна структура цих розчинів створюється ви­сокоактивною (колоїдною) дисперсною фазою, яка конденсується безпосеред­ньо в рідині. Як основу гідрогелевого розчину використовують водний розчин хлориду магнію MgCl₂ (пластову воду хлормагнієвого типу), а також азбест (марки М-6) як затравку, каустичну соду NaOH, азбестову крихту (або крох­мальний реагент), ПАР з піногасником. Оброблення лугом (каустичною содою NaOH чи їдким калієм КОН) водного розчину хлориду магнію MgCI₂ супро­воджується утворенням нерозчинної основи – гідроксиду магнію Mg(OH)₂, який має добре розвинену активну поверхню. Як затравку можна використати також негашене вапно (3-10 % мас.). Процес структуроутворення залежить від інтенсивності перемішування і наявності інертних частинок (азбест, негашене і гашене вапно). В’язкість гелю підвищується введенням каустичної соди, азбе­стової крихти, крейди, крохмального реагенту. Нейоногенну ПАР з піногас­ником вводять з метою зниження забруднення продуктивного пласта. Струк­турні властивості системи забезпечують додатково введені дрібнодисперсні наповнювачі будь-якого хімічного складу. Стабілізувати такі розчини можна модифіко­ваним чи харчовим крохмалем (до 3 %) або його сумішшю з КМЦ (до 0,2 %) і ССБ (до 5 %).