Теоретическая часть фильтрационные свойства буровых растворов[1]

Для предотвращения притока пластовых флюидов в ствол скважины гидростатическое давление столба бурового раствора должно превышать давление флюидов в порах породы. По­этому буровой раствор имеет тенденцию вторгаться в проницае­мые пласты. Сильных поглощений бурового раствора в пласт обычно не происходит благодаря тому, что его твердая фаза проникает в поры и трещины на стенке ствола скважины, обра­зуя глинистую корку сравнительно низкой проницаемости, че­рез которую может проходить только фильтрат. Буровой раствор приходится обрабатывать с целью обеспечения как можно меньшей проницаемости глинистой корки, чтобы поддержать устойчивость ствола скважины и снизить до минимума внедре­ние фильтрата бурового раствора в потенциально продуктивные горизонты, что вызывает ухудшение коллекторских свойств. При высокой проницаемости глинистой корки она становится тол­стой, что уменьшает эффективный диаметр cтвола и вызывает различные осложнения, например чрезмерный момент при вра­щении бурильной колонны, затяжки при ее подъеме, а также высокое давление при свабировании и значительные положи­тельные импульсы давления. Толстая корка может вызвать при­хват бурильной колонны под действием перепада давления, что приводит к дорогостоящим ловильным работам.

При бурении нефтяной скважины проявляются два вида фильтрации: статическая, протекающая при отсутствии цирку­ляции, когда буровой раствор не мешает росту фильтрационной корки, и динамическая, происходящая в условиях, когда бу­ровой раствор циркулирует, а рост фильтрационной корки огра­ничен из-за эрозионного действия потока бурового раствора. Скорость динамической фильтрации значительно выше стати­ческой, и большая часть фильтрата бурового раствора прони­кает в пласты, вскрытые скважиной, в динамических условиях. Фильтрационные свойства буровых растворов оцени­ваются и регулируются на основании испытания на фильтраци­онные потери по методике АНИ. Оно проводится в статических условиях и поэтому не является надежным средством опре­деления фильтрации в скважине, если не установлена за­висимость между статической и динамической фильтрациями , в соответствии с которой интерпретируются результаты этого испытания.

СТАТИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ

Теория статической фильтрации

Если единичный объем устойчивой суспензии твердого ве­щества фильтруется через проницаемый фильтр и если объем­ную долю фильтрата обозначить через х, то объемная доля корки, отложившейся на фильтре и содержащей твердую и жид­кую фазы, составит (1- х). Поэтому, если Q_c — объем корки, a Q_w — объем фильтрата, то

Q_c/ Q_w = (1-x)/x, (1)

а толщина корки h, образующейся на единичной поверхности в единицу времени,

h = Q_w. (1-x)/x (2)

По закону Дарси

dq/dt = kp/(µh), (3)

где k — проницаемость, Д; р — перепад давления, кгс/см²; µ— вязкость фильтрата, сП; h—толщина, см; q — объем филь­трата, см³; t — время, с. Следовательно,

(dq/dt)=( kp x)/( µ Q_w (1- x).

После интегрирования получим

Q_w²=(2 kp xt)/( µ (1- x)). (4)

Из уравнений (1) и (4) имеем

Q_w²=(2 kp/ µ)( Q_w/ Q_c) (5)

Если площадь фильтрационной корки равна А,

Q_w²=(2 kpA²/ µ)( Q_w/ Q_c)t (6)

Это фундаментальное уравнение, определяющее фильтрацию при статических условиях.