При равной концентрации в растворе различных твердых частиц можно получить значительно отличающиеся друг от друга величины фильтрации.
Дисперсия и дефлокуляция глин являются весьма существенными факторами в процессе регулирования фильтрации. На рис.5 показан плавно перетекающий дефлокулированный раствор без признаков того, что глинистые пластинки соединяются в нем посредством электрохимических зарядов. Частицы глины и бентонита представляют собой очень тонкие и гибкие твердые частицы с большой и плоской поверхностью. Частицу бентонита можно представить в виде микроскопического кусочка целлофана или мокрого листа бумаги. Дефлокулированные глинистые частицы вследствие плоскостной ориентации при размещении в глинистой корке и дальнейшему переслаиванию способствуют формированию низкопроницаемой фильтрационной корки. Однако при флокуляции бурового раствора частицы бентонита размещаются таким образом, что создается соединение частиц между собой край к лицевой стороне. Фильтрационная корка, образуемая таким раствором, обладает высокой проницаемостью, что ведет к ухудшению процесса регулирования фильтрации.
На рис.6 приводится изображение флокулированного раствора, в котором глинистые пластинки формируются в группы с соединением край к лицевой стороне, (образуя флоккулы или хлопья). В этом случае фильтрат легко проникает между пористыми хлопьями, вызывая увеличение скорости фильтрации. Ситуацию можно скорректировать добавлением химических дефлокулянтов, нейтрализующих электрохимические заряды на глинистых частицах, или регуляторов фильтрации, более эффективных при использовании во флокулированных растворах. Дефлокулянты способствуют тому, что глинистые пластинки диспергируют, и, перекрывая друг друга, образуют более плотную фильтрационную корку.
Высокие концентрации твердой фазы также оказывают неблагоприятный эффект на процесс регулирования фильтрации. При высоком содержании твердых частиц имеющегося количества воды недостаточного для растворения дефлокулянтов и функционирования регулятора водоотдачи. Следовательно, при проведении обработок химические реагенты будут функционировать как дополнительный объем твердых частиц, усугубляя ситуацию и не производя желаемого эффекта. Это классическая проблема дефлокулированных систем с лигносульфонатами и комплексных соляных систем с содержанием крахмала. В этом случае, при добавлении жидкости для растворения или введении свежего раствора, эффективность действия химических реагентов усиливается, вызывая снижение темпов фильтрации.
Среди твердых частиц, чье присутствие в растворе желательно, можно назвать утяжеляющие агенты…
Толщина фильтрационной корки, увеличивающаяся со временем, может быть снижена путем регулирования объема присутствующих в растворе нежелательных твердых частиц низкой плотности. Твердые частицы, входящие в состав раствора, должны рассматриваться не только с точки зрения содержания их в растворе, но также с учетом их качества и выполняемых функций. Среди твердых частиц, чье присутствие в растворе желательно, можно назвать утяжеляющие агенты, загустители, регуляторы фильтрации, и другие химические реагенты.
Гидратированный вайомингский бентонит обеспечивает сжимаемость и высокое качество фильтрационной корки, образуемой буровыми растворами на водной основе. При бурении в глинах в растворе появляются выбуренные частицы с большим содержанием глины, однако они в гораздо меньшей степени подвергаются гидратации, чем исходный бентонит. Зная, что глины обладают высокой катионообменной емкостью (КОЕ), можно предположить, что они также способны гидратировать. Величина КОЕ твердых частиц низкой плотности позволяет судить о качестве всего объема твердой фазы в буровом растворе. С помощью MBT теста рассчитывается эквивалентное количество бентонита в растворе (фунт/бар). Полученная величина является единицей измерения катионообменной емкости. Концентрация выбуренной породы и бентонита в растворе можно определить путем «грубого» подсчета с использованием ретортного метода (по реторте), по содержанию хлоридов, результатам MBT теста и анализа материального баланса. Для обеспечения надлежащего регулирования фильтрации объем твердой фазы раствора необходимо поддерживать на минимальном уровне. На практике многие операторы придерживаются правила, в соответствии с которым соотношение выбуренная порода/бентонит не должна превышать 2:1, т.е. на каждый фунт бентонита должно приходиться не более 2 фунтов выбуренных твердых частиц (по расчетам РCMODTM).
Функция утяжелителя не связана ни с процессом регулирования фильтрации, ни с качеством образуемой корки. Во многих случаях концентрацию утяжелителя снизить невозможно. Качество фильтрационной корки улучшается при использовании утяжелителя высокой плотности, поскольку при этом снижается общий объем твердой фазы в растворе. При использовании гематита (FER-OX®) плотностью 5,0 SG вместо барита (M-I BAR®) плотностью 4,2 SG, объем утяжеляющего материала в растворе снижается приблизительно на 20%. Утяжелители не повышают сжимаемость корки, но часто, в силу особенностей гранулометрического состава, они способствуют первичному образованию мостиковых связей и закупорке проницаемых пород.
Определение величины высокотемпературной фильтрации в условиях высокого давления (HTHP) должно проводиться с большой осторожностью. В обоих случаях, при замере фильтрации по АНИ или фильтрации HTHP, полученную фильтрационную корку необходимо обследовать. Отчетливый слой утяжелителя на фильтровальной среде является признаком осаждения утяжеляющих материалов. Отложение утяжелителей на корке может привести к неточным результатам при расчетах объема фильтрата, однако еще более важным является тот факт, что данный процесс может происходить и при забойных температурах. В этом случае может быть вызвана необходимость в увеличении реологии раствора.
ДИНАМИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
Динамическая фильтрация существенно отличается от фильтрации, происходящей в статических условиях, и скорость динамической фильтрации, как правило, значительно выше скорости статической фильтрации. Прямой корреляционной зависимости между статическими фильтрационными потерями, определяемыми по методике АНИ и замерами высокотемпературной фильтрации при высоком давлении (HTHP), производимыми в статических и динамических условиях, не существует. Опыт показывает, что буровой раствор, обладающий хорошими фильтрационными свойствами и устойчивостью в условиях статической фильтрации, будет эффективным и при использовании в условиях динамической фильтрации в скважине.