Промивальні рідини для розкриття

Продуктивних пластів

Виходячи з того, що всі промивальні рідини в тій чи іншій мірі негативно впливають на фільтраційні властивості порід-колекторів, при виборі її вирішується два питання:

- до якого ступеня можна допустити забруднення порід колекторів промивальною рідиною;

- які витрати можна допустити для зниження ступеня забруднення.

Кінцевий вибір типу промивальної рідини роблять на підставі компромісного рішення між величиною витрат та ступенем забруднення, при якому свердловина була б рентабельною.

В результаті лабораторних та промислових досліджень зарубіжних та вітчизняних вчених створена і успішно використовується ціла низка промивальних рідин для первинного розкриття продуктивних пластів. Всіх їх можна умовно розділити на дві групи:

1) рідини, які не створені спеціально для розкриття продуктивних пластів, але застосовуються для цього, оскільки їх властивості відповідають умовам здійснюваної операції або потрібні властивості досягаються шляхом спеціальної хімічної обробки. До цієї групи належать глинисті розчини, лігносульфонатні розчини, полімерні розчини, обернені емульсії.

2) рідини, спеціально створені для первинного розкриття продуктивних пластів. Зазвичай, ці рідини створюються з умови найлегшого видалення їх компонентів з порід-колекторів, куди вони проникли. Ці рідини мають малий показник фільтрації в пласт, утворюють нещільну глинисту кірку, яка легко диспергується, не закупорюють пори порід-колекторів, фільтрат таких рідин не чинить шкоди, проникаючи в пласт. Компоненти таких рідин розчиняються в нафті, кислоті чи воді, або здатні біологічно розкладатись. До них належать розсоли зі спеціальною системою обважнення, крейдяні емульсії та стабільні піни.

Дана класифікація не вважається досконалою, оскільки не враховує механізму взаємодії рідини з гірською породою. В такому випадку основою класифікаційної ознаки служить вміст твердих частинок в рідині. Рідини, які не вміщують твердих частинок, належать до так званих ”чистих рідин”. Серед них найчастіше використовують воду (морську і промислову) та водні розчини хлоридів натрію і кальцію. Останні сприяють попередженню набухання глинистого матеріалу гірських порід. Температурні межі використання таких рідин визначаються реагентом, який використовується для збільшення в’язкості рідини. До таких рідин належать також вуглеводневі рідини та розчин метанолу. Але застосування метанолу обмежується його високою вартістю та відносно низькою термостійкістю. Вода, маючи низьку вартість і високу термостійкість, практично не володіє здатністю до інгібування. Залишаються ще розчини солей та вуглеводневі рідини. В неглибоких свердловинах можуть застосовуватись і перші і другі, при цьому розчини солей дешевші. Для глибоких свердловин, де великі тиски, вуглеводневі рідини потребують обважнення, і тоді вони переходять в групу рідин, що вміщують тверду фазу, і при цьому їх вартість зростає незначно. Розчини солей можуть використовуватись у глибоких свердловинах без попереднього обважнення, оскільки вони мають великі густини (розчин ZnBr₂ – до ; CaJ₂ – до , ZnCl₂ – до ), але при цьому значно зростають витрати на промивальну рідину.

Розсоли – це електроліти, які практично не викликають набухання глин. Вони приготовляються на воді, яка за властивостями близька до пластової. Для збільшення в’язкості та зменшення фільтратовіддачі використовують загущувачі на основі багатоланцюгових полімерів. Для збільшення густини таких рідин до використовують СаСО₃, а до величини – - суміш СаСО₃ і Fe. Для видалення таких частинок із пор пласта проводять кислотну обробку. Переваги розсолів в тому, що вони створюють високий гідростатичний тиск, і зберігають чистоту порід-колекторів.

”Чисті рідини” не утворюють кірки на поверхні продуктивного пласта, але так же, як і рідини, що вміщують тверду фазу, можуть бути причиною зниження продуктивності свердловини. Це відбувається внаслідок вільного їх проникнення в пласт, наявності в рідинах сполук солей, високої концентрації сульфатів, випадання з нафт важких вуглеводнів, часткового набухання глинистого матеріалу, наслідків діяльності мікроорганізмів.

Дослідження показали, що використання у свердловині морської води без попередньої обробки знижує початкову проникність пісковика в середньому на 80%. Набухання глинистого матеріалу в пісковику відбувається тоді, коли концентрація солей у промивальній рідині більша, ніж у пластовій воді.

Таким чином, практично не існує промивальної рідини, яка б задовольняла всі вимоги технології робіт з первинного розкриття продуктивних пластів, і при цьому її вартість була б мінімальною. Тому вибір типу промивальної рідини для таких робіт в кожному конкретному випадку потрібно робити індивідуально, враховуючи особливості продуктивного пласта.

Не дивлячись на те, що вміст твердих частинок в промивальній рідині є принциповим з точки зору розкриття продуктивних пластів, в літературі найчастіше подається класифікація в залежності від дисперсійного середовища, використовуваного в рідині. За цією ознакою розділяють: розчини на водній основі, розчини на вуглеводневій основі, а також газоподібні агенти та піни.

Промивальні рідини на водній основі використовувати для розкриття продуктивних пластів можна тільки як виключення в тому разі, коли відсутні інші варіанти. При цьому необхідно звести до мінімуму фільтрацію, хоча дослідження показують, що досягти потрібного ефекту не завжди вдається. За даними К.Ф. Пауса самі реагенти-понижувачі фільтрації негативно впливають на породи-колектори. Часто для покращення властивостей промивальних рідин на водній основі використовують ПАР або навіть в якості таких рідин застосовують водні розчини ПАР. В такому випадку якість розкриття продуктивних пластів значно підвищується, але для обробки рідин потрібно використовувати тільки ті ПАР, дія яких є найефективнішою.

Вуглеводневі рідини почали використовувати на практиці ще в 30-ті роки і досвід підтверджує ефективність їх застосування, оскільки при цьому вирішується низка проблем буріння свердловин.

Найперспективнішими серед вуглеводневих рідин є розчини на нафтовій основі, в яких у якості дисперсійного середовища використовується нафта, а в якості дисперсійної фази можуть вміщувати воду. Найширше використовуються два різних типи розчинів на нафтовій основі: власне розчин на нафтовій основі і обернена емульсія. В обох розчинах в якості дисперсійного середовища використовується нафта, а в якості інвертної фази деяка кількість води. Але між цими розчинами є суттєві відмінності.

Інвертна емульсія – розчин на нафтовій основі, який обов’язково в якості дисперсійної фази вміщує від 20 до 75% води. Вода дозволяє регулювати реологічні властивості таких рідин та їх фільтрацію. Для покращення реологічних та фільтраційних властивостей в ці рідини вводять модифіковані глини. Інвертні емульсії мають нульову статичну фільтрацію, а динамічна фільтрація при складає 7-10 см³.

На сьогодні існує багато рецептур інвертних емульсій і їх застосування вважається перспективним. Дослідження показали, що відновлюваність проникності кернів, які піддавались впливу інвертними емульсіями, досягає 90-98%.

Власне розчини на нафтовій основі відрізняються від інвертних емульсій тим, що для їх приготування не обов’язкова наявність води (хоча її може бути в межах 2-20%), а для підтримання фільтраційних та реологічних властивостей в них використовуються матеріали, які мають колоїдні розміри (окислений на повітрі бітум, асфальти, амінірований бентоніт). Найпоказовіше різниця між РНО і інвертними емульсіями проявляється в умовах високих температур при бурінні глибоких свердловин. Розчини, у яких структура утворюється тільки за рахунок емульгації чи використання мил, за таких умов не мають потрібного ступеня надійності. Тому використання інвертних емульсій для розкриття продуктивних пластів у глибоких свердловинах можливе тільки за умови домішування до них ефективних, термостабільних емульгаторів.

Відмінною особливістю РНО є відсутність фільтрації в статичних умовах при значних перепадах тиску і наявність незначної фільтрації в динамічних умовах, навіть при високих температурах (при і фільтрація складає приблизно 8 см³, причому фільтрат складається з чистої нафти). Відсутність фільтрації негативно впливає на ефективність спорудження свердловин, оскільки суттєво знижується механічна швидкість буріння (відсутність ефекту Ребіндера в зоні попереднього руйнування гірської породи). В подальшому були розроблені спеціальні рецептури РНО, у яких фільтрація складає біля 80 см³, що однак не призводить до порушення цілісності стінок свердловин, особливо коли у водяному компоненті емульсії присутні солі. В таких розчинах підтримується обмежена концентрація емульгованої води з частинками колоїдної фази, що дозволяє прискорити проникнення рідкої фази розчину в тріщини, які утворюються під долотом, за рахунок збільшення швидкості початкової фільтрації. Застосування таких розчинів у порівнянні з розчинами на водній основі дає суттєвий економічний ефект. Це досягається не тільки за рахунок збереження майже природної проникності порід колекторів у процесі первинного розкриття, але й збільшення майже вдвічі механічної швидкості буріння, зменшення витрати доліт, оплати за час роботи бурового верстата та інших витрат. В загальному, економія на буріння однієї свердловини глибиною 5000 м, може досягати 10-15%.

Широкі можливості для застосування при розкритті продуктивних пластів мають крейдяні емульсії. Емульсія приготовляється на основі нафт, але на відміну від інвертної емульсії, її стабілізація досягається не з допомогою емульгаторів, а з допомогою твердих частинок у вигляді подрібненої крейди. За своїми властивостями і призначенням крейдяна емульсія корінним чином відрізняється від розчинів на нафтовій основі. Останні створюються з урахуванням високої стійкості, необхідної при розбурюванні важких інтервалів глинистих сланців і бурінні свердловин з високою температурою.

Крейдяні емульсії, головним чином, служать для недопущення погіршення продуктивності свердловин. Це досягається за рахунок розчинності емульсії у кислоті, обмеженої теплостійкості (до ), а також низької фільтрації. При руйнуванні її кислотою відфільтрований матеріал повністю видаляється з пласта, без необхідності проведення інших заходів для очищення пласта. Вартість таких розчинів, нижче вартості РНО, але вище розчинів на нафтовій основі. Крейдяні емульсії рекомендуються використовувати для розкриття карбонатних пластів, в яких завжди проводять кислотні обробки; для розбурювання водочутливих пісковиків, для ізоляції перфораційних каналів при глушінні свердловин; створення розширеної зони для гравійного фільтра. В деяких бурових підприємствах для буріння в продуктивних інтервалах використовують нафтоемульсійні розчини. До їх складу входять глинисті розчини на водній основі, в які добавляють 8-50% нафти, в залежності від необхідної густини та величини фільтрації, а також емульгатор. За результатами їх випробування зроблено висновок, що тверда фаза в пласт майже не проникає, а об’ємні зміни порід-колекторів незначні. Однак при високих тисках і температурах, об’єм фільтрату, що поступає в пори колекторів, значно зростає. Тому застосування нафтоемульсійних розчинів не виключає, а лише зменшує, у порівнянні з розчинами на водній основі, ступінь зниження природної проникності.

Крім нафтоемульсійних розчинів, в практиці вітчизняного буріння для розкриття продуктивних пластів широко використовують цілу низку розчинів на водній основі. До них належать: гіпсовапняні, хлоркалієві та хлоркальцієві, молосилікатні, інгібовані, мінералізовані, соленасичені та інші. Але їхнє використання не можна вважати ефективним, оскільки наявність у них вільної води та твердої фази призводить до негативних наслідків, на які наголошувалось вище.