4.1.4. О ПРИРОДЕ ГАЗИРОВАНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Максимум устойчивости наблюдается уже при малых концен­ трациях, когда адсорбционный слой еще не насыщен. Если поверхностная прочность раствора большая, максимум ус­ тойчивости сдвигается в сторону больших концентраций.

Большие пузырьки газа или воздуха, попавшие в буровой раствор, могут диспергироваться, что зависит от режима движения раствора. Чем больше раздроблен пузырек воздуха, тем труднее он подвергается дальнейшей диспергации. При движении бурового раствора с растворенным газом образу­ ется большое количество пузырьков вследствие резкого сни­ жения давления.

Буровой раствор в зависимости от физико-механических свойств удерживает различное количество газа. Выделение газовых пузырьков также определяется указанными свойст­ вами раствора. Буровые растворы, обрабатываемые некото­ рыми химическими реагентами, могут содержать весьма вы ­ сокое количество газа (воздуха) — от 25 до 30 % и даже больше.

Продвижение газовых пузырьков относительно бурового раствора обусловливается рядом факторов, в основном не­ большими их размерами и большими значениями напряже­ ния сдвига бурового (глинистого) раствора.

Максимальный диаметр dmax шара газового пузырька, удерживаемого буровым раствором, определяется статичес­ ким напряжением сдвига последнего:

где р — плотность бурового раствора; d ^ — диаметр пу­ зырьков в форме шара; 0 — статическое напряжение сдвига раствора.

Из (4.14) следует, что с увеличением напряжения сдвига бу­ рового раствора и уменьшением плотности затрудняется очи­ стка бурового раствора от газа.

4.1.5. ПОСТУПЛЕНИЕ ГАЗА В СКВАЖИНУ ПРИ БУРЕНИИ (СНИЖЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ПЛАСТ)

В процессе буровых работ давление на пласт может снижаться. Причиной тому являются различные ф ак ­ торы.

1. Несоответствие значений плотности бурового раствора условиям бурения. Оно возникает после появления в разрезе

горизонта с высоким пластовым давлением или постепенного насыщения бурового раствора газом, оставшимся незамечен­ ным.

2.Поступление газа в скважину вследствие снижения дав­ ления на пласт в результате поглощения бурового раствора при бурении. Газопроявления, переходящие в открытые фонтаны, при поглощении бурового раствора главным обра­ зом вышележащими пластами происходят часто.

3.Недолив скважины. При определенных реологических

свойствах бурового раствора и скорости подъема инструмен­ та снижение давления на пласт происходит вследствие эффекта поршневания. При подъеме инструмента давление снижается всегда, однако не отмечено случаев возникнове­ ния выбросов только за счет действия одного этого ф акто­ ра.

По промысловым данным видно, что давление на пласт снижается в основном за счет недолива скважины при подъ­ еме инструмента.

Наиболее часты случаи поступления газа в скважину пос­ ле небольших остановок с последующим подъемом инстру­ мента.

4. Снижение давления может быть весьма резким в случае высокой скорости подъема колонны при наличии в скважине высоковязких буровых растворов с большими значениями статического напряжения сдвига.

4.1.6. ПОСТУПЛЕНИЕ ГАЗА В СКВАЖИНУ ВСЛЕДСТВИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ВСИСТЕМЕ БУРОВОЙ РАСТВОР - ФЛЮИД ПЛАСТА

Проникновение газа в буровой раствор сква­ жины как функция различных физико-химических процес­ сов — одна из основных причин газирования буровых рас­ творов. Однако, кроме диффузионных процессов, другие процессы, за небольшим исключением, не изучались и не рассматривались. Природа газирования буровых растворов недостаточно изучена, а многие аспекты этой проблемы да­

леки от разрешения. Тем не менее некоторые из них могут быть оценены.

Поступление газа (и других флюидов) в скважину вследствие диффузии

Часто насыщение бурового раствора газом связывается с его диффузией. Для безопасного вскрытия га­ зовых горизонтов при бурении плотность бурового раствора выбирается из расчета превышения гидростатического давле­ ния над пластовым. Превышение составляет 15 —20 %. Таким образом, в течение всего процесса бурения заглинизированные газовые пласты находятся под избыточным давлением столба жидкости. Это не исключает возможности поступле­ ния газа из пласта в скважину в результате диффузии.

По мнению многих отечественных и зарубежных исследо­ вателей, главнейшей причиной проникновения газа в скважи­ ну раствор), не закрепленную обсадной колонной, или в закоА°нное пространство выше цементного кольца является диффУзия газа в раствор, и она. происходит даже в том слу­ чае, когда противодавление столба бурового раствора больше давления газа в пласте. Поэтому считают, что в ряде случаев запоАнение заколонного пространства тяжелым буровым раст0 °Ром не может гарантировать от проникновения газа.

диффузия — это явление проникновения двух или нескол>ких соприкасающихся веществ друг в друга. Собствен­ но цр°Цесс диффузии газа заключается в том, что он перехо­

Перемещение газа под действием разности концентраций на- зыв&*°т Диффузионным потоком газа. Диффузионный поток спо£обствУет выравниванию концентраций, т.е. уменьшению раз**0СТИ концентраций, которая вызвала этот поток. ДифсЬуз^51' приводящая к выравниванию концентраций газа при ^П рикосновении с буровым раствором (коркой), т.е. приво­ дящая к изменению разностей концентраций, называется не-

с т а ^ онарной Диффузией.

движущей силой диффузии является перепад парциальных

давА' ений,л Т Т М Т ! тm.егч. различиеn ' t » . т г г т т ж вП содержании/ч/ч ■ A rk V atlM U Лданного3 u u r v m ТШТПОГТивеществаЛ (ТЛЯ О(газа,

,уГи) в пласте и за его пределами.

общем случае насыщенный газом пласт глинизируется. тг стенке скважины против пласта отлагается глинистая а jca определенной толщины и с определенными свойства-

больше времени, чем в случае только что вскрытого пласта (возникает блокировка флюида).

Диффузия описывается законом Фика:

центрации вещества; D — коэффициент диффузии.

Однако, прежде чем начать диффундировать в буровой раствор, газ должен раствориться в фильтрате бурового рас­ твора, находящемся в пласте. Тогда

где pi, p2 — парциальное давление газа соответственно в пла­

вения фильтрата в пористый пласт.

Коэффициент диффузии D зависит от свойств и состава диффундирующего газа, свойств глинистой корки и бурового раствора, температуры, концентрации диффундирующего га­ за, давления и т.п. Точно определить количество газа, диф ­ фундирующего из пласта в буровой раствор скважины, пока невозможно.

Сделав некоторые допущения, ориентировочно определим количество газа, который может продиффундировать в буро­ вой раствор.

Так как не имеется данных о коэффициенте диффузии га­ зов для буровых растворов, примем его равным коэффици­ енту диффузии для воды. На самом деле, его значение долж­ но быть ниже. Для глинистых корок он будет еще меньше. В табл. 4.2 приведены коэффициенты диффузии некоторых газов через воду.

Скорость процесса диффузии через жидкую среду опреде­ ляется коэффициентом растворимости газа в этой среде.

Не имея данных о значении концентрации газа на границе буровой раствор, глинистая корка, блокирующая зона — газ, с известными допущениями можно принять, что она на поверхности раздела равна растворимости газа в буровом растворе. Предположим, что парциальное давление р2 газа в буровом растворе равно нулю, а в пласте — 10,0 МПа. Тогда