Вопрос 11.Фильтрационные и коркообразующие свойства. Плотность, водородный показатель, компонентный состав, химический состав фильтрата

При бурении в поры обнаженной породы проникает буровой раствор. Частички его твердой фазы оседают на стенках пор и уменьшают их, образуя своеобразный фильтр, через отверстия которого может пройти только жидкая фаза раствора (чаще всего вода). Вода отфильтровывается в пласт под влиянием перепада давления, равного разнице между давлением столба бурового раствора и пластовым. На стенках скважины образуется фильтрационная глинистая корка. По мере ее утолщения сопротивление прохождению через нее жидкой фазы возрастает, и скорость фильтрации снижается. Величина водоотдачи определяется свойствами фильтрационной корки. Скорость образования и толщина различны и зависят от ряда факторов, в том числе и от качества БР. Высокодиспергированные растворы образуют тонкую, но плотную корку, а грубодисперсные низкокачественные нестабильные растворы образуют толстую, рыхлую и неплотную корку.

Фильтрационная корка характеризуется толщиной и липкостью. Толстая рыхлая корка уменьшает диаметр скважины, приводит при выполнении СПО к образованию пробок и затяжкам бурильного инструмента, к росту перепадов давления на стенки скважины. Липкая корка, даже тонкая, плотная может привести к прихвату бурового инструмента, особенно при бурении глубоких наклонных скважин. При нормальных условиях бурения толщина фильтрационной корки не должна превышать 2 мм.

Плотность. Это масса единицы объема БР. Измеряется плотность в кг/м или г/см3. Зная плотность раствора, можно определить давление, которое оказывает БР на пласты, залегающие на различных глубинах. Это давление (в мПа) называется гидростатическим и в любой точке скважины определяется из уравнения:

Рг = рН / 100,

где р - плотность БР, г/см ; Н - расстояние от уровня БР в скважине до рассматриваемой точки про вертикали, м; 100 - расчетный коэффициент для перевода в мПа.

Следовательно, зная плотность, можно регулировать давление БР на пласт. При измерении плотности следует иметь в виду, что выходящий из скважины буровой раствор может содержать газ, поэтому плотность такого раствора считается кажущейся. Истинная плотность устанавливается на основании измерения кажущейся и содержания газа. Плотность определяют взвешиванием известного объема раствора на рычажных весах (плотномерами ВРП - 1), пикнометрами или ареометрами АГ-3ПП, АБР - 2 и др.

Водородный показатель. Является важнейшим диагностирующим признаком состояния БР, обуславливающим методы химической обработки.

рН = - lg [H+]

В нейтральных растворах рН = 7, в кислых рН < 7 и уменьшается с ростом кислотности. В щелочных растворах рН >7 и повышается с увеличением щелочности. Концентрация водородных ионов рН - важный показатель, определяющий характер физико-химических процессов в промывочной жидкости и необходимость обработки ее реагентами. В каждой дисперсной си¬стеме при определенных значениях концентрации водородных ионов наступает максимум и минимум стабильности.

Для различных промывочных жидкостей существует своя оптимальная концентрация водородных ионов, при которой они наиболее полно удовлетворяют требованиям технологии бурения в конкретных геолого -технических условиях. Контроль за величиной рН позволяет определить причины изменения свойств промывочной жидкости в процессе бурения и принять меры по восстановлению ее качества. Концентрацию водородных ионов промывочных жидкостей измеряют колориметрическим и элект-рометрическим способами, а также с помощью универсальной

Химический состав фильтрата должен быть предельно нейтральным для данных разбуриваемых пород. Следовательно, максимально возможное уменьшение водоотдачи промывочной жидкости, а также снижение степени взаимодействия просачивающегося в пласт фильтрата с породой следует считать главными факторами сохранения устойчивости стенок скважины.

Путем контроля только химического состава фильтрата бурового раствора невозможно устанавливать оптимальную концентрацию органических реагентов и их соотношение с неорганическими солями. На практике установлено, что при прочих равных условиях снижение показателя фильтрации, как правило, продлевает период устойчивого состояния глинистых пород в скважине. Длительное время это явление не получало объяснения, поскольку принцип измерения показателя Ф не имитирует условие увлажнения глинистых пород в скважине.