Дисперсные системы и промывочные жидкости - Водоотдача и толщина фильтрационной корки

Водоотдача и толщина фильтрационной корки

 

Под водоотдачей В (фильтрацией) понимается способность промывочной жидкости отфильтровывать жидкую фазу в поро­ду под действием избыточного давления в скважине. Процесс водоотдачи сопровождается образованием фильтрационной корки.

Сущность водоотдачи сводится к следующему. Все горные . породы — в той или иной степени пористые и трещиноватые. Вскрытие горных пород скважиной сопровождается проникно­вением в поры и трещины промывочной жидкости. При этом частицы твердой фазы не проникают в глубь массива горных пород на большие расстояния, а отлагаются в устьях пор и тре­щин и образуют сплошную пленку, пронизанную тончайшими капиллярами. Размеры этих капилляров таковы, что через них фильтруется только вода. Частицы твердой фазы группируются вокруг каналов фильтрации и постепенно уменьшают их сече­ние. Так, на стенках скважины образуется фильтрационная корка. По мере ее утолщения сопротивление прохождению через нее жидкой фазы возрастает и скорость фильтрации сни­жается. Величина водоотдачи определяется свойствами фильт­рационной корки, образуемой данной промывочной жидкостью.

clip_image106

Рис. 20. Схема образования фильт­рационных корок:

а — тонкой корки при качественном глини­стом растворе; б — толстой коркипри не­качественном глинистом растворе; белые кружки обозначают грубые частицы, точ­ки — коллоидные частицы, породы стенок скважины заштрихованы

 

Скорость образования и толщина корки различны и зависят от ряда факторов, в том числе от качества промывочной жид­кости. Высокодиспергированные растворы образуют, как пра­вило, тонкие, но плотные корки, фильтрация воды через кото­рые со временем приближается к нулю. Грубодисперсные, низ­кокачественные нестабильные растворы образуют толстые, рых­лые и неплотные корки с устойчивыми размерами капилляров, через которые продолжает протекать вода. Такие растворы ха­рактеризуются высокой водоотдачей.

Схема образования фильтрационных корок показана на рис. 20.

Фильтрационная корка характеризуется толщиной и лип­костью. Толстая рыхлая корка уменьшает диаметр скважины, приводит при выполнении спуско-подъемных операций к обра­зованию пробок и затяжкам бурильного инструмента, к росту перепадов давления на стенки скважины. Липкая корка (даже тонкая) — плотная и может привести к прихвату бурильного инструмента, особенно при бурении глубоких наклонных сква­жин. При нормальных условиях бурения толщина фильтраци­онной корки не должна превышать 2 мм.

В процессе бурения вода в поры и трещины горных пород отфильтровывается при циркуляции раствора. Динамическая фильтрация воды из промывочной жидкости происходит в два этапа. На первом этапе наблюдается нарастание фильтрацион­ной корки, на втором этапе прекращается рост толщины фильт­рационной корки и скорость фильтрации стабилизируется в связи с наступлением динамического равновесия процесса.

Описанный механизм водоотдачи сопровождается физико-химическим изменением горных пород в прискважинной зоне. Глубина и характер этих изменений определяются видом гор­ных пород и химическим составом дисперсионной среды промы­вочной жидкости. Поэтому ограничение водоотдачи имеет боль­шое значение, особенно при бурении в пористых, рыхлых и на­рушенных породах.Повышение температуры приводит к росту водоотдачи и тол­щины фильтрационной корки. Характер влияния температуры на водоотдачу глинистого раствора показан на рис. 21. Растворы с высокодиспергированной твердой фазой подвержены    влиянию температуры в меньшей степени.

 

                                                                        

clip_image108

 

 

Рис. 21. Зависимость глинистого раствора             Рис. 22. Зависимость механической                                                                                  от температуры                                                     скорости бурения от водоотдачи

                                                                                             промывочной жидкости

 

 

При увеличении давления в скважине неоднозначно изменя­ется водоотдача. Фильтрационные корки ряда промывочных жидкостей, например глинистых растворов, обработанных не­которыми реагентами, при увеличении давления могут уплот­няться, что приводит к уменьшению водоотдачи. Увеличение последней положительно сказывается на механической скорости бурения. При повышенной водоотдаче фильтрат быстрее прони­кает в породу забоя, снижая ее прочность. Более интенсивно выравнивается поровое давление в породах до гидростатическо­го в скважине. С ростом водоотдачи особенно эффективно уве­личивается механическая скорость бурения в глинах. Влияние фильтрации промывочной жидкости на механическую скорость бурения приведено на рис. 22. Однако возможность приведен­ных выше осложнений обусловливает необходимость уменьше­ния водоотдачи.