12.3. Мероприятия по предупреждению поглощения промывочных жидкостей

В общем виде для случая фильтрации нетиксотропной жидкости в поглощающей проницаемой среде оценка поглощения в настоящее время производится по упрощенной формуле Маскета [29].

, (12.14)

где К - коэффициент, учитывающий раскрытие трещин; р - перепад давления в системе скважина - пласт; - вязкость жидкости.

Ориентируясь на эти формулы, все существующие методы предупреждения и борьбы с поглощениями промывочных жидкостей при бурении скважин сводят к трем группам:

1) методы уменьшения сечения или полной изоляции каналов поглощения;

2) методы уменьшения перепада давления в системе скважина - пласт;

3) методы регулирования реологических свойств промывочных жидкостей.

Методы регулирования реологических свойств промывочных жидкостей сводятся к повышению ее вязкости и СНС. Однако, во-первых, повышение вязкости, которое осуществляют добавлением твердой фазы, ведет к повышению плотности раствора. Повышение плотности и вязкости резко снижают механическую скорость бурения. Во-вторых, повышение плотности раствора, а значит, и давления в скважине увеличивает вероятность гидроразрыва пласта и вместе с тем повышение потерь промывочной жидкости. В-третьих, предотвратить потери промывочной жидкости повышением вязкости даже в трещинах незначительных размеров невозможно, так как с повышением вязкости раствора одновременно повышается гидравлическое сопротивление трещин

почти во столько же раз (за счет повышения вязкости) повышается давление на пласт (трещину)

, (12.15)

здесь Н - пьезометрический уровень водоносного пласта в скважине;

₁- зазор между бурильной колонной и стенками скважины.

При ламинарном течении в скважине и трещине

(12.16)

Если учесть, что скорость течения промывочной жидкости в трещине и ее длина значительно меньше скорости течения и длины скважины, можно видеть, что гидравлическое сопротивление трещины при одинаковой вязкости намного меньше, чем в скважине. На практике с повышением вязкости наблюдается некоторое снижение и даже полное предотвращение потерь промывочной жидкости в трещиноватой зоне с очень тонкими трещинами. Однако это достигается не в результате повышения вязкости, а в результате кольматации трещин шламом и твердой фазой раствора, адсорбируемых стенками трещин.

Уменьшения перепада давления в системе скважина - пласт достигают путем снижения плотности промывочной жидкости за счет уменьшения твердой фазы, ее аэрации и использования пен. Понизить поглощение промывочной жидкости путем снижения ее плотности также невозможно, т.к. с уменьшением плотности бурового раствора одновременно со снижением давления на пласт снижается гидравлическое сопротивление трещин во столько раз, во сколько понижаются плотность жидкости и давление на пласт.

Применение газожидкостных смесей действительно способствует предупреждению их потерь, но не за счет снижения плотности, а за счет кольматации трещин пеной, имеющей достаточно прочные пленки. Однако использовать пену можно только в "сухих" скважинах при отсутствии пластового давления.

Таким образом, основной путь снижения и предотвращения потерь промывочной жидкости - третий путь - путь уменьшения сечения и полной ликвидации каналов поглощения жидкости за счет их кольматации.

Кольматация трещин может осуществляться под воздействием следующих причин: адсорбции воды поверхностью стенок трещин и твердой фазы; адсорбции шлама и твердой фазы бурового раствора на поверхности стенок трещин; саморасклинивания в трещине твердого обломочного материала (естественного и искусственного); саморасклинивания мягких, упругих наполнителей; саморасклинивания паст и ВУС. преобразованных из полимерного и глинистого раствора.

Кольматация за счет адсорбции молекул воды стенками трещин возможна только при раскрытии трещин, измеряемых микронами и десятками микронов, или незначительных расстояниях между частицами твердой фазы, когда наблюдается межмолекулярное взаимодействие воды и твердой фазы (при наличии пленок связанной воды).

Адсорбция поверхностью стенок трещин твердых частиц характерна только для тонкой фракции (тонколистоватой, тонковолокнистой, тонкозернистой), благодаря ее огромной поверхности энергии. С помощью этой фракции можно кольматировать трещины более значительной величины. Жесткий обломочный материал применяют для кольматации значительных по величине трещин, измеряемых от миллиметров и до десятков сантиметров. Для этого используют минеральный (неокатанный песок, щебень известняка), искусственный (перлит, керамзит) и органический (ореховая и подсолнечная скорлупа, улюк) наполнители.

Из мягких наполнителей широкое распространение для кольматации трещин получили отходы производства. Их подразделяют на упругие, гранулированные (резиновая крошка, "кожа-горох"), пластинчатые (целлофан, слюда), волокнистые (древесная кора, опилки, асбест, пенька, пакля, кордное волокно).

Выбор наполнителя производят по величине раскрытия трещин.

Жесткий обломочный материал принимают размером частиц

где d -средний размер частиц; d_k -средняя величина раскрытия трещин.

Жестким наполнителем (в частности, керамзитом) удается закупоривать трещины до 25 мм.

Из мягких наполнителей наиболее эффективными являются упругий и волокнистый наполнители. С помощью упругих наполнителей закупоривают трещины до 5 мм, а с помощью пенькового каната до 15-30 мм.

Глинистые пасты получают путем добавления в концентрированный глинистый раствор полимеров: КМЦ, ПАА, полиокса, вязкоупругих смесей (ВУС), путем коагуляции полимеров (КМЦ, ПАА, гипан) поливалентными электролитами (CaCl₂, CuSO₄, FeCI₃, Аl(SО₄ )₃ и т.д.

Коагулянтами могут выступать и агрессивные пластовые воды.

Определенный интерес представляет кольматация путем преобразования в трещиноватой зоне специальных (насыщенных) растворов при изменении температуры. Так, из растворов Са(НСО_з)₂ выделяются кристаллы кальцита, из паров нафталина, парафина, стеарина выпадает твердая масса, вода превращается в лед и т.д.

По имеющимся данным [29], 90 % всех зон поглощений в США -изолируют с помощью наполнителей.

Наполнители применяют обычно различной фракции, наряду с крупной, закупоривающей трещину, включают мелкую фракцию для закупорки пор в крупной фракции.

Эффективность закупоривающей способности наполнителя определяют в лабораторных условиях.