Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Аналитические и модельные работы, проведенные рядом иссле­дователей [18, 81, 176, 177], позволяют представить процесс фор­мирования зоны проникновения.

При вскрытии пласта-коллектора под влиянием перепада дав­ления скважина — пласт начинается проникновение промывоч­ной жидкости или его фильтрата в пласт. При этом установлены три этапа [1161: 1) опережающее проникновение под режущую кромку инструмента; 2) радиальная фильтрация во время обра­
зования глинистой корки, зоны кольматании (глинизации) и зоны проникновения; 3) радиальная фильтрация через глинистую корку и зону кольматации с возможным нарушением целостности гли­нистой корки во время спускоподъемных операций бурового ин­струмента.

Оба этапа радиальной фильтрации происходят при двух сущест­венно различающихся режимах: динамическом и статическом.

Опережающая фильтрация

Внедрение фильтрата промывочной жидкости в пласт до его вскрытия называется опережающей фильтрацией. Количество проникающего фильтрата в основном определяется водоотдачей промывочной жидкости, проницаемостью пласта и перепадом давлений. Глинизирующие свойства жидкости практически не оказывают влияния на опережающее проникновение, так как до­лото все время снимает с забоя образующуюся корку вместе со слоем породы. Следовательно, та водоотдача, которая в настоя­щее время определяется и рассчитывается, не может быть при­менена при явлениях фильтрации под долотом.

Все виды водоотдачи происходят вследствие разрушения струк­туры промывочной жидкости. И если у стенки скважины разрыв «сотовой» цепи глинистых частиц и выжимание воды (фильтра­та) происходят в основном за счет давления, то под долотом раз­рушение структуры раствора происходит по иным причинам. Про­цесс водоотдачи под долотом представляется следующим [170].

Промывочная жидкость выбрасывается из насадок долота с ог­ромной скоростью — до 100 м и более в секунду. Параметры Рей­нольдса выражаются пяти- и шестизначными цифрами. Вырываясь из насадок, жидкость ударяется о забой. Полная сила удара доходит до 200 кгс/см2 [170, 171]. Все эти факторы приводят к разрушению структуры промывочной жидкости под долотом.

В результате такого разрушения на забое из промывочной жидкости может выделиться до 90% мобилизованной воды. С учетом этого предположения на забое скважины под долотом будут находиться: преобладающая по объему свободная вода, гли­нистые частицы и коллоидная смесь воды и глины. Соотноше­ние этих компонентов зависит в основном от конструкции наса­док и способности промывочной жидкости разрушаться. Свеже­срезанная поверхность забоя постоянно омывается потоком мо­

билизованной соды, часть которой проникает в поры разбури­ваемого коллектора. Глинистые частицы, попадая на поверхность забоя и проникая по крупным порам и трещинам в глубь пласта, уменьшают проницаемость породы.

Опыты, проведенные по фильтрации в статических и дина­мических условиях на специально сконструированных уста­новках [116], показали, что при статическом режиме (рис. 4.11) наблюдается монотонное затухание скорости фильтрации по мере нарастания глинистой корки (горизонтальные участки). Глубина внедрения глинистых частиц изменялась от единиц миллиметров до 2—2,5 см при диаметре зерен песка 0,5—0,8 мм. При удалении глинистой корки (вертикальные участки) резко возрастала скорость фильтрации и отмечалось продвижение фронта глинистых частиц. Глубина внедрения глинистых час­тиц в песок в этом случае достигала 20—40 см; чем чаще про­водилось удаление глинистой корки, тем глубже проникали глинистые частицы.

На рис. 4.12 показано изменение скорости внедрения фильтрата в породу при статическом режиме и в процессе бурения, полученное на установке для разбуривания образ­цов пород 116].

Таким образом, при удалении глинистой корки скорость фильтрации повышается в 200—400 раз (участок аб). При вращении долота и циркуля­ции промывочной жидкости без бурения скорость фильтра­ции резко падает (участок вг), что свидетельствует о том, что свободные поровые каналы при удалении глинистой кор­ки и кольматированной части породы сразу же перекрывают­ся глинистыми частичками.

Следовательно, опережающее внедрение фильтрата интен­сивно только в период буре­ния, в остальное время ско­рость его поступления в поро­ду резко снижается.

Опытные данные, получен­ные на экспериментальной ус-

Рис. 4.12. Скорость внедрения фильтрата Уф в породы при бурении и в статическом режиме

тановке для разбуривания образцов пород [116], показывают, что при скоростях бурения 1,36—4 см/мин (0,84—2,4 м/ч) скорость опережающего проникновения больше скорости бурения для образцов с высокой проницаемостью и близка к ней для образ­цов с пониженной проницаемостью. Эксперименты проведены при перепаде давления до 10 кгс/см2; было принято также допу­щение, что боковая фильтрация практически отсутствует либо ее влияние несущественно. Такое допущение вполне правомерно, так как в реальных условиях бурения перепады давления дости­гают нескольких десятков атмосфер, проницаемость забоя уве­личивается за счет развития сети трещин разрушения и предраз — рушения [144], под долотом действует гидродинамическая со­ставляющая давления.

Аналитическое выражение скорости фильтрации дано в рабо­те [177].

На рис. 4.13 показаны зависимости скорости фильтрации жид­кости под долотом от времени, а на рис. 4.14— зависимости глубины проникновения жидкости от времени одного оборота долота для конкретных условий, встречающихся в практике работ. Зависимости построены для фиксированных значений а = кпрАр. При малых значениях а величина Уф практически по­стоянна; когда значения а велики, скорость Уф в первый мо­мент времени, равный времени одного оборота долота на забое,

1/ф, с м/с

Рис. 4.13. Зависимость скорости фильтрации Кф от времени Л Параметр кривых — значения а в уел. ед.

Рис. 4.14. Зависимость глубины проникновения фильтратов от времени одного оборота долота Гл.

Параметр кривых — а в уел. ед.

превышает применяемые на практике скорости бурения гор­ных пород.

Весьма существенное влияние на скорость проникновения жид­кости в пласт оказывает рост температуры среды с глубиной, при­водящей к снижению вязкости фильтрующейся жидкости.

Таким образом, первый этап внедрения фильтрата в породу (опережающее проникновение) характеризуется: 1) большой ско­ростью внедрения фильтрата при бурении; 2) резким уменьше­нием скорости внедрения фильтрата сразу же после прекраще­ния процесса бурения; 3) внедрением глинистых частиц в при- скважинную часть пласта в процессе бурения; 4) существенным влиянием фильтрации на формирование зоны проникновения в прискважинной части пласта.

Гпубина внедрения фильтрата и глинистых частиц опреде­ляется комплексом факторов: перепадом давления, размера­ми пор и глинистых частиц, пористостью, проницаемостью породы и др.

Из изложенного выше можно сделать выводы, имеющие боль­шое значение для методов, основанных на измерении свойств промывочной жидкости.

1. В хорошо проницаемых коллекторах выбуриваемое простран­ство промывается фильтрующейся жидкостью.

2. В промывочную жидкость при бурении попадает только оста­точный (после фильтрации) флюид.

3. В кровле продуктивных пластов скорость фильтрации значи­тельна и вследствие этого коэффициент остаточной газонасы — щенности пород имеет большое значение. Этим можно объяс­нить аномальные значения на газометрических кривых против кровли пласта.

Радиальная фильтрация

В первый момент радиальной фильтрации, йогда вместе с фильт­ратом в поры пласта проникают тонкодисперсная и глинистая фазы промывочной жидкости, формируются зона проникнове­ния, зона кольматации и глинистая корка, затем при внедрении фильтрата в пласт через глинистую корку — только зона про­никновения. Это подтверждается многочисленными исследова­ниями на образцах. На рис. 4.15 (кривая 1) приведена усреднен­ная зависимость внедрения фильтрата в пористую среду от вре­мени по 12 образцам нефтенасыщенного и водонасыщенного керна при постоянном перепаде давления [116]. Начальный уча­сток (аб) соответствует формированию глинистой корки и зоны кольматации. Этот процесс в различных образцах заканчивался через 20—40 мин; затем скорость фильтрации стабилизируется (участок бв). С помощью кривой I можно рассчитать скорость фильтрации через глинистую корку (кривая 2).

По результатам проведенных нами промысловых эксперимен­тов процесс формирования глинистой корки в скважинных ус­ловиях заканчивается через 5—15 мин [80]. Формирование гли­нистой корки начинается сразу же после вскрытия проницаемо­го пласта породоразрушающим инструментом. Скорость нарас­тания корки зависит от скорости циркуляции и параметров гли­нистого раствора.

В динамических условиях толщина корки стабилизируется в результате эрозии ее циркулирующей промывочной жидкостью.

15

Ю

5

О ЬО 80 120 І, мин

го —

Рис. 4.15. Зависимость количества фильтра­та V, внедрившегося в пористую среду, от времени V.

1 — пористая среда,

2 — глинистая корка

При статических условиях стабилизация обусловливается рав­новесием между нарастанием толщины глинистой корки и опол­занием ее внешнего слоя под действием силы тяжести [47]. Про­ницаемость глинистой корки изменяется в широких пределах (от 10’7 до 10‘3Д) и зависит от многих факторов [116]. Различ­ные свойства глинистой корки описаны в литературе [47, 116 и др.] и представляют интерес для правильной интерпретации данных электрометрии. Для обоснования и интерпретации ре­зультатов фильтрационных методов важно учитывать тот факт, что проницаемость глинистой корки на один-два порядка ниже реальной проницаемости вскрываемых долотом пластов-коллек­торов, на которых впоследствии образуется глинистая корка, поэтому ее влиянием можно практически пренебречь.

Следует отметить, что в результате спуско-подъемных опе­раций происходит сдирание глинистой корки, однако факт наличия зоны кольматации и сравнительно быстрого нарас­тания новой глинистой корки приводит к «самозалечива — нию» ствола скважины буквально в первые минуты после начала бурения.

При наличии в разрезе коллекторов трещинного типа и зон гидроразрывов могут наблюдаться постоянные или им­пульсные поглощения промывочной жидкости, которые ос­ложняют проведение фильтрационных методов исследова­ния скважины.

Комментарии запрещены.