Фильтрационные свойства буровых растворов презентация

Фильтрационные свойства БР Столб бурового раствора, заполняющего скважину, создает гидростатическое давление, которое, как правило, превышает давление пластовых флюидов, находящихся в порах горных пород. Поскольку все горные породы в той или иной мере проницаемы, то при вскрытии их бурением под воздействием перепада давления происходит проникновение дисперсионной среды бурового раствора в околоствольное пространство. Поток дисперсионной среды перемещает частицы твердой фазы в направлении стенок скважины и если эти частицы имеют критический размер (примерно равный 1/3 размера пор), то они застревают в суженных горловинах входа в поры и закупоривают их. Основной функцией бурового раствора является изоляция проницаемых пород и регулирование фильтрации.

Фильтрационные свойства БР Как только происходит закупорка, в поровом пространстве задерживаются и самые мелкие частицы твердой фазы, которые откладываются на стенках скважины, образуя фильтрационную корку, через которую в околоствольное пространство поступает только фильтрат.

Фильтрационные свойства БР СОСТАВ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ КОРКИ КОЛЬМАТАНТ (Глина, карбонат кальция) РЕГУЛЯТОР РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ (ксантановая смола) ПОНИЗИТЕЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ (модифицированный крахмал, ПАЦ НВ) ВЫБУРЕННАЯ ПОРОДА ДРУГИЕ ДОБАВКИ

Фильтрационные свойства БР

Фильтрационные свойства БР

Фильтрационные свойства БР

Фильтрационные свойства БР Потенциальные проблемы, вызываемые излишней толщиной фильтрационной корки:   Сужения ствола, ведущие к увеличению затяжек Увеличение поршневания и свабирования за счет снижения кольцевого зазора Дифференциальный прихват бурильной колонны, происходящий в результате увеличения зоны контакта и быстрого развития сил, ведущих к прилипанию и дальнейшему прихвату бурильной колонны, вызываемых возможным ростом фильтрации Первичные осложнения при цементировании в связи с недостаточным вытеснением бурового и цементных растворов за счет высокопроницаемой фильтрационной корки. Затруднения при спуске обсадной колонны.

Фильтрационные свойства БР В процессе сооружения скважины проявляются два вида фильтрации: статическая, протекающая при отсутствии циркуляции бурового раствора в скважине; динамическая, происходящая в условиях циркуляции бурового раствора. В условиях статической фильтрации, когда буровой раствор неподвижен, скорость фильтрации (объем фильтрата, поступающего на единицу площади пласта в единицу времени) снижается, а толщина фильтрационной корки - увеличивается со скоростью, затухающей во времени. В условиях динамической фильтрации рост фильтрационной корки ограничен эрозионным (разрушающим) воздействием восходящего потока бурового раствора. Степень эрозии корки зависит от режима течения бурового раствора в кольцевом пространстве (ламинарный, турбулентный) и других факторов. В момент вскрытия (обнажения) пласта скорость фильтрации высока и фильтрационная корка быстро растет. После того, как скорость роста корки становится равной скорости ее эрозии (разрушения), толщина корки и скорость фильтрации сохраняются постоянными.

Фильтрационные свойства БР Полностью предупредить фильтрационные потери буровых растворов на водной основе практически невозможно, их можно только минимизировать. Это достигается: увеличением в буровом растворе доли прочносвязанной воды, которая настолько прочно удерживается частицами твердой фазы, что не может быть удалена из бурового раствора даже при огромных давлениях; снижением проницаемости образующейся на стенках скважин фильтрационной корки; повышением вязкости фильтрата и, соответственно, повышением сопротивления его движению в поровом пространстве и др.

Фильтрационные свойства БР В условиях статической фильтрации, когда буровой раствор неподвижен, скорость фильтрации (объем фильтрата, поступающего на единицу площади пласта в единицу времени) снижается, а толщина фильтрационной корки - увеличивается со скоростью, затухающей во времени. В условиях динамической фильтрации рост фильтрационной корки ограничен эрозионным (разрушающим) воздействием восходящего потока бурового раствора. Степень эрозии корки зависит от режима течения бурового раствора в кольцевом пространстве (ламинарный, турбулентный) и других факторов. В момент вскрытия (обнажения) пласта скорость фильтрации высока и фильтрационная корка быстро растет. После того, как скорость роста корки становится равной скорости ее эрозии (разрушения), толщина корки и скорость фильтрации сохраняются постоянными.

Фильтрационные свойства БР Механизм действия реагентов - понизителей фильтрации (полимеров): уменьшение свободного пространства между твердыми частицами в фильтрационной корке, которое занимают молекулы полимера, имеющие достаточно большие размеры; повышение вязкости фильтрата; уменьшение объема свободной дисперсионной среды (воды) за счет присоединения её молекулами полимера, несущими собственные гидратные оболочки.

Фильтрационные свойства БР Проницаемость пород составляет 0.01 – 1 мкм2, а глинистой корки всего +/- 1 нм2 Объем динамической фильтрации примерно в 19 раз больше статической за тот же промежуток времени. Так, при 20 град. Цельсия и статической фильтрации = 4 см3/30 мин динамическая фильтрация будет равна 76 см3/30 мин (Лит.данные).

Фильтрационные свойства БР МГНОВЕННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ Это проникновение мельчайших частиц через фильтр, прежде чем произойдет закупоривание его пор при времени фильтрации близкому к «0» (1-2 секунды). При бурении мгновенная фильтрация будет весьма большой, особенно в проницаемых породах, и при отсутствии в растворе мельчайших частиц может произойти прихват инструмента.

Фильтрационные свойства БР Факторы влияющие на скорость фильтрации Время Teмпература Давление Состояние твердой фазы в растворе: Тип Гидратация Дефлокуляция и дисперсия Пористость, проницаемость породы Гранулометрический состав кольматанта

Фильтрационные свойства БР Перевод фильтрации за любое количество времени в фильтрацию / за 30 минут Для перевода величины фильтрации за (Х) мин в фильтрацию за 30 минут (по стандарту АНИ) необходимо воспользоваться данной формулой. Пример: 4,8 cм3 за 7,5 мин, какова фильтрация за 30 мин

Фильтрационные свойства БР Повышение температуры может привести к флокуляции глин за счет: изменения ионного окружения глинистой частицы, увеличения растворимости примесей Физико-химические изменения составляющих бурового раствор Давление Усиление процесса осаждения на корку глинистых частиц Сжимаемость фильтрационной корки Пористость Объемная доля пласта, незаполненная твердой фазой. Пористость бывает двух видов: Абсолютная - объем породы, свободный от твердых частиц. Эффективная – сообщающиеся поровые пространства Проницаемость Способность пласта пропускать раствор через сообщающиеся поровые пространства

Фильтрационные свойства БР

Фильтрационные свойства БР На практике следует придерживаются правила, в соответствии с которым соотношение выбуренная порода/бентонит не должна превышать 2:1, т.е. на каждый кг бентонита должно приходиться не более 2 кг выбуренных твердых частиц. Определяют количество Твердой фазы с помощью показателя MBT (по метиленовому синему) Утяжелители чаще всего благоприятно влияют на процесс снижения фильтрации БР. Утяжелители не повышают сжимаемость корки, но часто, в силу особенностей гранулометрического состава, они способствуют первичному образованию мостиковых связей и закупорке проницаемых пород.

Фильтрационные свойства БР Поддержание процентного содержания выбуренной породы в растворе путем разбавления бурового раствора. При бурении верхних интервалов допустимо содержание ТФ =до 15%: При бурении под технические колонны ТФ=10% При бурении под эксплуатационную колонну ТФ=6% При вскрытии продуктивного пласта ТФ=2-4%

Фильтрационные свойства БР Твердая фаза, образующаяся в процессе бурения Ствол скважины диаметром 444,5 мм пробурен до глубины 1000 м= 155 м3 Диаметр ствола 311мм - 1000 до 3000 м = 152 м3 Диаметр ствола 250,8мм - 3000 до 5000 м = 98 м3 ИТОГО = 405 м3 необходимо удалить! Плотность твердой фазы принимается за 2,6 г/см3 или 2600 кг/м3 Из этого: (2600 кг/м3) X (405 м3) = 1053000 кг (1053 тн) выбуренной породы

Фильтрационные свойства БР Полимеры, входящие в состав раствора, капсулирующие выбуренные частицы Материалы, подавляющие гидратацию глин

Фильтрационные свойства БР Глины Полимеры Химические разжижители

Фильтрационные свойства БР Полимеры Связывание свободной воды в растворе Закупоривание поровых пространств в глинистой корке и породе Придание вязкости фильтрату Капсулирование (создание пленки на поверхности ствола скважины)

Фильтрационные свойства БР Xимические разжижители Адсорбция реагента на поверхности глинистых частиц Диспергирование

Фильтрационные свойства БР Выбор материалов, регулирующих водоотдачу Факторы, которые следует учитывать: Можно ли использовать данные материалы в присутствии КАЛЬЦИЯ? Можно ли их использовать при высокой минерализации раствора? Устойчивы ли они к воздействию существующей или ожидаемой ТЕМПЕРАТУРЫ? Нуждается ли раствор в дополнительной обработке реагентами, предотвращающими гидролиз или био-разложение?

Фильтрационные свойства БР Могут ли данные материалы способствовать РОСТУ ВЯЗКОСТИ? Улучшают ли они седиментационные характеристики раствора? Не слишком ли велика СТОИМОСТЬ материала для использования в данном конкретном случае? Является ли продукт НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫМ при данных обстоятельствах?

Фильтрационные свойства БР Могут ли данные материалы способствовать РОСТУ ВЯЗКОСТИ? Улучшают ли они седиментационные характеристики раствора? Не слишком ли велика СТОИМОСТЬ материала для использования в данном конкретном случае? Является ли продукт НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫМ при данных обстоятельствах?

СПАСИБО СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!