100 % газа

Водонасыщенность

Рис. 2.17. Графики изменения отно­ сительной или фазовой проницае­

мости к 3для воды (1) и нефти (2) в вода - газ песчаном коллекторе в зависимос­ ти от фазового состава водонефгяной смеси в породе

кости через пористые породы, заполненные многокомпо­ нентными смесями, позволяет оценить способ активного воз­ действия на призабойную зону поглощающего пласта, заклю­ чающийся в изменении характера фильтрации бурового рас­ твора в поглощающем пласте. Практическая реализация тако­ го способа ограничена и зависит от характеристики погло­ щающих пластов. Способ изоляции поглощающих пластов, состоящий в создании зоны насыщения с малой фазовой проницаемостью, может оказаться особенно ценным при по­ глощениях в продуктивных горизонтах. В этом случае пра­ вильный подбор смеси для насыщения позволит сохранить фазовую проницаемость для нефти и газа, т.е. не ухудшать коллекторских свойств пласта.

2.5. КОЛЬМАТАЦИЯ ПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОД

Кольматация - это заполнение пор и каналов пород, проходимых скважиной, глинистыми и иными твер­ дыми частицами или затвердевающими частицами жидкости. Она может быть механической и химической. В первом еду. чае она происходит при заполнении пор и каналов под Аей-

ствием сил гравитации, трения и центробежных. Во втором - когда заполнение пор и каналов твердыми частицами сопро­ вождается химическими реакциями с породами, или идет процесс закупорки пор образованием твердого вещества из жидкого. Механическая кольматация может сопровождаться химической.

В каналы могут входить частицы, размер которых меньше 1/3 условного диаметра канала; они являются основными кольматантами при естественной кольматации (под действием гидростатического давления); частицы, размер которых меньше 0,1 условного диаметра канала, свободно проходят по каналу.

В последние годы сформировалось мнение, что под кольматацией следует понимать не "загрязнение" пласта, а целе­ направленное действие ввода твердых частиц (или ф ормиро­ вания их) в поры и каналы пласта с целью программируемой закупорки пор и каналов.

М.Р. Мавлютов с сотрудниками считают кольматацию ре­ зультатом совместного действия процессов механического, струйного, вибрационного и др. В большинстве случаев коль­ матация является "естественным" (без нашего направленного влияния) процессом, иногда нежелательным, поэтому требу­ ющим тщательного изучения управления им.

Если кольматация продуктивного пласта в период его ос­ воения нежелательна, то кольматация проходимых непродук­ тивных пород целесообразна, а в некоторых случаях, бес­ спорно, необходимо заполнение пор и каналов твердыми ча­ стицами бурового раствора в пристенной зоне скважины; это снижает интенсивность фильтрации жидкости в пласт и со ­ здает сопротивление движению жидкости из пласта, т.е. формируется экран на пути движения жидкости в пласт или из пласта. С течением времени экран упрочняется и несколь­ ко утолщается (под действием гидростатического давления). Упрочнению (иногда разрушению) экрана могут способство­ вать физико-химические процессы на контакте породы с частицами или между частицами. Эти процессы, плюс уплот­ нение частиц, находящихся в порах и каналах пласта, за счет поступления новых в результате приложения сил (кроме со ­ здаваемых гидростатическим давлением), способствуют ф ор ­ мированию низкопроницаемого экрана. Чем крупнее частицы вводятся в поры пласта без их разрушения (механическая кольматация), тем прочнее экран.

Одним из эффективных способов реализации механичес­ кой кольматации пористых пород является втирание твердых

частиц в поры, например пластично-твердых материалов (алюминия и др.) в твердые проницаемые породы, эластич­ ных материалов за счет упругих сил эластичных элементов при вращении бурильной колонны, глинистой корки в поры и каналы пластов калибрующими элементами при вращении бурильной колонны. Простота технических решений механи­ ческой кольматации - бесспорное преимущество метода; од­ нако эффективность ее зависит от конфигурации ствола скважины, которая, к сожалению, не идеально цилиндричес­ кая.

Положительный эффект получен в результате применения струйной обработки стенки скважины, но она приемлема в прочных, эрозионно стойких породах. Установлено, что струйная обработка обеспечивает очистку стенок от глинис­ той корки при заполнении пор и каналов пород твердыми частицами бурового раствора. Результаты реализации метода показали высокую его эффективность.

Предупреждение поглощений бурового раствора может сопровождаться гидродинамической обработкой .стенки скважин, а именно, вибрационной обработкой. Вибрацион­ ная обработка условно делится на обработку импульсными (прерывистыми) струями (импульсную обработку стенки) и на вихревую обработку стенки скважины. Создание гидравличе­ ского импульса (на стенку скважины) обеспечивается перио­ дическим перекрыванием высокоскоростного потока бурово­ го раствора. При импульсном воздействии на стенку скважи­ ны наносится удар короткой струи, при которой скачок дав­ ления приблизительно на порядок выше давления непрерыв­ ной струи. Частицы твердой фазы перемещаются относи­ тельно дисперсионной среды в глубь порового пространства породы через ее каналы и микротрещины, раскрывающиеся под действием гидроудара струи.

Н.А. Шамовым показано, что импульсное воздействие струи бурового раствора равнозначно воздействию плоской акустической волны на стенку скважины. Им были разрабо­ таны технические решения для снижения проницаемости по­ род с использованием гидравлического генератора низкочас­ тотных колебаний с одновременным смывом струей бурово­ го раствора со стенки скважины глинистой корки при вра­ щении бурового инструмента.

2.6. БУРЕНИЕ СКВАЖИН

СПРОМЫВКОЙ АЭРИРОВАННЫМИ БУРОВЫМИ РАСТВОРАМИ

Комплекс мероприятий по предупреждению поглощений буровых растворов при проводке скважин, по существу, включает в себя все, что дает возможность снизить противодавление на пласты с таким расчетом, чтобы оно не превышало пластовых давлений. Если геологические условия позволяют бурить скважину при гидростатическом давлении, равном пластовому, то проблема поглощений не возникает.

Бурение с промывкой аэрированными буровыми раство­ рами является одним из радикальных мероприятий в ком ­ плексе мер и способов, предназначенных для предупреждения и ликвидации поглощений при бурении глубоких скважин.

Аэрация бурового раствора снижает гидростатическое дав­ ление, способствует тем самым возвращению его в достаточ­ ном количестве на поверхность и соответственно нормальной очистке ствола скважины, а также отбору представительных проб проходимых пород и пластовых флюидов.

Технико-экономические показатели при бурении скважин с промывкой забоя аэрированным раствором выше по срав­ нению с показателями, когда в качестве бурового раствора используется вода или другие промывочные жидкости. Значи­ тельно улучшается также качество вскрытия продуктивных пластов, особенно на месторождениях, где эти пласты имеют аномально низкие давления.

При бурении скважин с применением аэрированного рас­ твора большое значение имеет определение оптимального соотношения фаз - степени аэрации (отношение расходов воздуха к раствору при атмосферном давлении) газожидкост­ ного потока, обеспечивающего заданное снижение давления на поглощающие пласты и достаточную подъемную силу для выноса твердых частиц выбуренного шлама из скважины.

По методике Е.Г. Леонова с сотрудниками может быть определена подъемная сила газожидкостного потока для обеспечения удовлетворительного выноса частиц шлама. При оптимальном расходе газа скорость подъема жидкой фазы должна быть не менее 0,3 м/с, что обычно соответствует фактическим данным при бурении скважин с промывкой за­ боя аэрированными жидкостями.

Аэрация жидкости позволяет сравнительно быстро и в широких пределах регулировать ее плотность (от 0,1 до

1,0 г/см3 и более) и тем самым снижать или увеличивать дав­ ление на забой и стенки скважины. Этим обеспечивается возможность бурения в условиях гидродинамического равно­ весия в системе скважины - поглощающие пласты и получе­ ние высокой эффективности прохождения зон поглощения любой интенсивности. Увеличение выносной способности восходящего потока аэрированной жидкости при низких расходах жидкой фазы смеси и улучшения очистки забоя достигается обработкой жидкости ПАВ.

Бурение с промывкой забоя аэрированными буровыми растворами или аэрированной водой нашло применение в тех случаях, когда геологические условия весьма благоприятны: бурение не связано с риском выбросов, обвалов или других осложнений.

Гидростатическое давление на забое скважины, заполнен­ ной аэрированной жидкостью, определяется глубиной сква­ жины, отношением расхода воздуха и раствора в нормаль­ ных условиях и плотностью промывочной жидкости.

За последнее время были испытаны модифицированные стабильные пены, которые открывают широкие возможнос­ ти их применения не только для прохождения зон поглоще­ ний, но и при разбуривании вечномерзлых пород, а также при бурении в районах с повышенным геотермическим гра­ диентом.

Технология бурения с использованием модифицированной стабильной пены (МСП) (методика фирмы «Мобил Ойл») следующая: при встрече водоносного горизонта в подаваемый в скважину воздушный поток вводится бентонитовый рас­ твор с высоким содержанием пенообразующего ПАВ. В р е ­ зультате контакта воздушной струи с пластовой водой обра­ зуется стабильная пена, что приводит к увеличению выносной способности воздушного потока. Пенообразующее ПАВ в своем составе содержит гильсонит.

Установлены следующие преимущества МСП: обеспечение хорошей очистки забоя скважины при скорости восходяще­ го потока воздуха в затрубном пространстве, равной 0,23- 0,76 м /с против 15,2-25 м/с, необходимой для воздушного потока без ввода пенообразующего ПАВ; образование на стенках скважины тонкой непроницаемой корки; обеспече­ ние мгновенной очистки рабочей поверхности долота и уда­ ление от него выбуренной породы; при использовании мо­ дифицированной стабильной пены кратно уменьшается по­ требность в расходе воздуха для получения аналогичного р е ­ зультата по сравнению с продувкой забоя чистым воздухом.