Фильтрационные свойства буровых растворов
Находясь в контакте с проницаемыми пластами под давлением, которое превышает пластовоедавление в этих породах, буровой раствор стремится проникнуть в пласт. Если размеры пор соизмеримы с размерами частиц твердой фазы раствора, то в породу может проникать только жидкая фаза. Частицы твердой фазы застревают в ближайших к поверхности породы порах и затем отлагаются на стенке, образуя фильтрационную корку. Тонкая, малопроницаемая и прочная корка задерживает проникновение фильтрата из бурового раствора в пласт, способствует сохранению устойчивости ствола скважины в слабосцементированных породах. Применение бурового раствора, который образует на стенках хорошо проницаемую, рыхлую и толстую фильтрационную корку, может вызвать осложнения:
- затяжки и прихваты бурильной колонны вследствие дифференциального давления или сальникообразования;
- поглощения или газонефтепроявления из-за повышения гидродинамических давлений в стволе суженном толстой коркой;
- обвалы неустойчивых глинистых пород по причине потери прочности под действием фильтрата;
- некачественное разобщение пластов при цементировании как следствие отсутствия непосредственного контакта цементного камня с породой;
- трудности освоения скважины и снижения ее дебита вследствие загрязнения околоствольной части продуктивного пласта фильтратом и твердыми частицами бурового раствора.
Использование бурового раствора, образующего малопроницаемую фильтрационную корку, приводит к понижению скорости бурения, потому что корка, формирующаяся на свежей поверхности забоя, препятствует проникновению фильтрата в породу и выравниванию давления бурового раствора и порового давления в разбуриваемой породе.
Способность буровых растворов отфильтровывать жидкую фазу и образовывать фильтрационную корку на поверхности проницаемых пород принято оценивать величиной водоотдачи (фильтрации) и толщиной фильтрационной корки.
Водоотдачей называют объем жидкой фазы, отфильтровавшейся из пробы бурового раствора при замере, проведенном в установленных стандартных условиях.
Принято измерять водоотдачу в статических условиях при температуре окружающего воздуха. Стандартными условиями замера являются:
1. время замера - 30 минут;
2. площадь фильтрации - 44 см (диаметр круглого фильтра - 75 мм);
3. перепад давления - 0,1 Мпа.
Седиментационная устойчивость буровых растворов.
Для нормального течения процесса бурения важно, чтобы буровой раствор был седиментационно устойчивым, то есть, чтобы, находясь в покое раствор удерживал частицы твердой фазы равномерно распределенными по всему объему. Оседание твердой фазы в покоящемся буровом растворе приводит к изменению статического давления его по стволу скважины и создает опасность возникновения газонефтеводопроявлений. В наиболее благоприятном случае оседающие твердые частицы могут образовать осадок в призабойной части скважины, в рабочих и запасных емкостях наземной циркуляционной системы.
Седиментационную устойчивость буровых растворов оценивают по величине двух параметров: стабильности и суточного отстоя. Стабильность определяют разностью плотностей нижней и верхней частей пробы бурового раствора, находившегося в покое в течение 24 часов.
Суточный отстой оценивают по объему жидкой фазы, отделившейся в верхней части пробы бурового раствора, находившейся в покое в течение суток.
Содержание абразивных частей в буровых растворах.
.Присутствие в буровом растворе неглинистых минералов и обломков выбуренной породы делает его абразивным. Использование такого раствора приводит к быстрому износу цилиндровых втулок, поршней, седел клапанов и клапанов буровых насосов, к износу деталей турбобуров.
Содержание в буровом растворе абразивных частиц принято оценивать их объемной концентрацией, выраженной в процентах. Параметр, используемый для количественного определения содержания абразивных частиц, получил название -содержание «песка».
Водородный показатель- рН
Водородным показателем называют величину, численно равную отрицательному десятичному логарифму концентрации водородных ионов, выраженной в грамм-ионах на литр.
Для чистой вода и нейтральных сред при 25°С рН=7; для кислых растворов рН<7, а для щелочных - рН>7.
Величина водородного показателя играет важную роль при регулировании свойств глинистых растворов.
Вязкость необработанных и некоторых химически обработанных глинистых растворов имеет минимальное значение при рН=8,5.
Органические реагенты, применяемые для разжижения глинистых растворов, обладает наибольшей разжижающей способностью в определенном диапазоне рН.
От величины рН зависит конфигурация молекул и эффективность действия высокомолекулярных реагентов.
По изменению величины рН можно судить о характере посторонних электролитов, попавших в глинистый раствор при бурении.
Некоторые типы глинистых растворов сохраняют хорошие технологические свойства только в узком диапазоне рН.
При работе стальными бурильными трубами во избежание интенсивной коррозии труб рН следует поддерживать в щелочной области.
Трубы из алюминиевых сплавов подвергаются интенсивной коррозии при рН>10.