Оценка скоростей фильтрации в скважине

Отсутствие корреляции между фильтрационными потерями и скоростью динамической фильтрации, показанной на рис. 6.17,, вызывает сомнения в пригодности испытаний по методике АНИ для оценки скоростей фильтрации в скважине. Эти сомнения подкрепляются экспериментальными работами Крюгера. Крю-гер добавлял во все возрастающих количествах различные реа­генты, широко применяемые для снижения фильтрации, к про­бам стандартного глинистого раствора и измерял изменения в скоростях динамической фильтрации в условиях равновесия,, которые сопоставлял с фильтрационными потерями, измерен­ными по методике АНИ. В ходе динамических исследований буровой раствор циркулировал вдоль поверхности кернов песча­ника, смонтированных в цилиндрической камере с концентричной втулкой.

Рис. 6.21. Корреляция скорости динамической фильтрации в керны песча­ника диаметром 25 мм с фильтрационными потерями за 30 мин при темпе­ратуре 24 °С по методике АНИ. Исходный бентонитовый буровой раствор обрабатывается различными реагентами; равновесная фильтрационная корка образуется в динамических условиях:

1-— исходный буровой раствор; 2 — увеличение концентрации добавок. Добавки: 3 — полиакрилат; 4 — КМЦ; 5 — крахмал; 6 — феррохромлигносульфонат; 7 — квебрахо

Рис.6.22 Корреляция скорости динамической фильтрации в керны песчаника диаметром 25 мм с фильтрационными потерями за 30 мин при температуре 24⁰С по методике АНИ. Исходный бентонитовый буровой раствор обрабатывается различными добавками ; фильтрационная корка отлагается в статических условиях на уже образовавшуюся корку в динамических условиях:

1-исходный буровой раствор; 2-КМЦ;3-феррохромлигносульфонат;4-квебрахо;5-полиакрилат;6-крахмал.

Рис, 23. Корреляция скорости динамической фильтрации в керны песчаника диаметром 25 мм с фильтрационными потерями за 30 мин по методике АНИ при давлении 3,5 МПа и температуре 77 °С. Бентонитовый буровой раствор обрабатывается различными добавками; фильтрационная корка отлагается в статических условиях на уже образовавшуюся корку в динамических ус­ловиях:

1—6 — см. рис. 6,22

Давление фильтрации составляло 3,5 МПа, темпе­ратура 77 °С, а скорость течения раствора 33 м/мин. Исследо­вания показали, что каждому реагенту соответствовала своя собственная зависимость между скоростью динамической филь­трации и фильтрационными потерями по методике АНИ (рис. 6.21). Более того, фильтрационные потери, определяемые по методике АНИ, непрерывно снижались по мере увеличения концентрации крахмала, КМЦ и полиакрилата, а скорости ди­намической фильтрации снижались до минимума, а затем по­вышались. И наоборот, фильтрационные потери по методике АНИ снижались незначительно с повышением концентрации лигносульфоната и квебрахо, а скорости динамической филь­трации были почти такими же низкими, как получаемые при использовании крахмала, и значительно ниже тех, которые обеспечивались при использовании КМЦ и полиакрилата. При­мерно такие же зависимости были получены, когда скорости динамической фильтрации измеряли после отложения корки в статических условиях (рис. 6.22), а также когда скорости динамической фильтрации сравнивали с фильтрационными по­терями по методике АНИ при температуре 77 °С и давлении 3,5 МПа (рис. 6.23). Крюгер установил также, что введение в раствор дизельного топлива с одновременным его эмульгиро­ванием заметно снижало фильтрационные потери по методике АНИ, но резко повышало скорость динамической фильтрации.

При оценке рассмотренных результатов следует иметь в виду, что реагенты добавляли только к одному исходному глинистому раствору. Проведенные исследования не следует рассматривать как оценку эффективности этих реагентов.

Почти полное отсутствие корреляции между фильтрацион­ными потерями по методике АНИ и скоростями динамической фильтрации, возможно, вызвано двумя причинами.

1. Различиями в эродируемости фильтрационных корок. Во всех испытаниях растворов на углеводородной основе наблю­дали сравнительно высокие скорости динамической фильтрации; причем фильтрационные корки, получаемые из таких раство­ров, были рыхлыми, т. е. коэффициент / в уравнении. (6.14) дол­жен быть низким. Тем не менее при испытании буровых рас­творов, содержащих лигносульфонаты и квебрахо, наблюдали сравнительно низкие скорости динамической фильтрации. Как уже отмечалось в главе 4, эти добавки активно адсорбируются на глинистых частицах.

2. Различиями в соотношении объема фильтрата и филь­трационной корки, которое влияет на фильтрационные потери по методике АНИ [см. уравнение (6.6)] и не влияет на скорость динамической фильтрации. Единственными связанными с буро­вым раствором переменными параметрами, от которых зависит скорость динамической фильтрации, являются проницаемость и толщина фильтрационной корки, причем при заданной про­ницаемости на толщину корки в состоянии равновесия влияет только эрозия корки. Например, если концентрация глинистых частиц в суспензии повышается, фильтрационные потери по ме­тодике АНИ снижаются, а скорость динамической фильтрации остается неизменной.

Аутмэнз предположил, что причиной плохой корреляции мо­жет быть также вязкость, которая влияет на касательное на­пряжение [τ в уравнении (6.14)], создаваемое потоком бурового раствора на поверхности корки. Однако ни Прокоп, ни Хорнер не обнаружили какой-либо заметной связи между вязкостью и скоростью динамической фильтрации.

Совершенно ясно, что нельзя полагаться на оценки филь­трационных потерь по методике АНИ, как основу для опреде­ления скоростей динамической фильтрации в стволе скважины. Реагент, рекомендуемый на основании результатов испытаний по методике АНИ, может привести к более высоким скоростям динамической фильтрации в стволе, чем другой реагент, вызы­вающий высокие фильтрационные потери в исследованиях по методике АНИ. И что еще хуже, реагент, который снижает по­тери согласно исследованиям по методике АНИ, может увели­чить скорость фильтрации в скважине.

Несмотря на недостатки, статические исследования по мето­дике АНИ (и аналогичные им) являются единственным практи­ческим методом контроля фильтрации на буровой. Их резуль­таты следует интерпретировать с учетом корреляций, получае­мых в лаборатории, между фильтрационными потерями по методике АНИ и скоростью динамической фильтрации; тем не менее в лабораторных условиях необходимо испытывать мест­ные буровые растворы и реагенты. Значительную помощь в ин­терпретации этих данных может оказать определение проницае­мости корки, которую можно легко рассчитать по фильтрацион­ным потерям (оцениваемым по методике АНИ), толщине корки и уравнению (6.13). При измерении толщины корки необходимо удалить мягкие поверхностные слои, так как в корке, образую­щейся при динамической фильтрации, они отсутствуют. Есте­ственно, в скважине нельзя точно определить толщину корки, но можно было бы получать некоторые сравнительные данные, если бы удалось разработать какую-то стандартную методику измерений. Одним из способов получения подобных дранных могли бы стать измерения толщины корки специальным прибо­ром, масса поршня которого должна быть такой, чтобы ош вне­дрялся в слои только определенной консистенции. Необходимую степень внедрения можно было бы установить в лаборатории путем сопоставления толщин корок, образованных в статиче­ских и динамических условиях. Оценки проницаемостей корок носили бы лишь качественный характер, но они могут стать более надежной основой для определения скоростей динамической фильтрации в стволе скважины, чем фильтрационные по­тери, определяемые по методике АНИ. Необходимо все же пом­нить, что толщина корки, образующейся в статических усло­виях, является наилучшим критерием при решении таких проблем, как сужение ствола скважины, прихват под воздей­ствием перепада давления и т. д. Большинство таких осложне­ний происходит в то время, когда буровой раствор не циркули­рует; в этом случае следует измерять суммарную толщину корки, включая мягкие поверхностные слои.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А — площадь фильтра;

С — константа, определяемая из уравнения (6.8);

f — коэффициент внутреннего трения; h — толщина фильтрационной корки;

k — проницаемость;

р — давление фильтрации;

Q — скорость фильтрации;

Q_c — объем фильтрационной корки;

Q_w — суммарный объем фильтрата;

q ₀— объем мгновенной фильтрации;

t — время;

δ— толщина фильтрационной корки, подвергающейся эрозии;

µ— вязкость фильтрата;

τ — гидродинамическое касательное напряжен