ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ФОРМИРОВАНИЯ КОЛЬМАТАЦИОННОЙ ЗОНЫ И КОЛИЧЕСТВА ОТФИЛЬТРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ В ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ

АННОТАЦИЯ

Дана оценка качеству формирования кольматационной зоны с учетом фильтрационной способности буровых растворов. Рассмотрен способ определения по кривой динамической водоотдачи, толщины и проницаемости кольматационного слоя, а также коэффициента отложения, необходимого для оценки экранирующей способности раствора по предотвращению проникновения в пласт твердой и жидкой фазы. Изучены прямолинейные вытеснения фильтратом жидкости, насыщающей образец, с образованием подвижного фронта. Путем эксперимента получена зоны, формирования глинистой коркой и кольматационной зоны при установившиеся фильтрации. Получен зависимость который позволяют возможность более надежно охарактеризовать тип и качества промывочного раствора приготовленных на основе различных рецептур для первичного вскрытия продуктивного пласта.

ABSTRACT

The quality of formation of the colmatation zone is estimated, taking into account the filtration capacity of drilling fluids. A method for determining the dynamic water yield curve, the thickness and permeability of the colmatation layer, as well as the deposition coefficient necessary to assess the screening ability of the solution to prevent penetration of the liquid phase hardness into the reservoir is considered. Rectilinear displacements of the sample-saturating liquid by filtrate with the formation of a moving front are studied. By experiment, the zones formed by clay crust and colmatation zones under steady filtration were obtained. A dependence was obtained that makes it possible to more reliably characterize the type and quality of the washing solution prepared on the basis of various formulations for the primary opening of a productive reservoir.

Ключевые слова: порода, глина, бурения, скважина, жидкость, течение, зависимость, фильтрация, эксперимент, вскрытие, корка, давления

Keywords: rock, clay, drilling, well, fluid, flow, dependence, filtration, experiment, opening, crust, pressure

При оценке кольматирующей способности промывочных растворов важным среди остальных параметров раствора является их фильтрационная способность. Инструментом для измерения основного параметра растворов - фильтрации являются приборы и устройства динамической водоотдачи, закономерности которой принципиально отличаются от статической. Соответственно различается и формирование кольматационной зоны в проницаемых породах [1].

Рассмотрим способ определения по кривой динамической водоотдачи Q=f(t) толщины и проницаемости кольматационного слоя, а также коэффициента отложения, необходимого для оценки экранирующей способности раствора по предотвращению проникновения в  пласт твердой и жидкой фаз.

Предположим, что на торце испытываемого образца длиной L, проницаемостью К₂ и пористостью m₂ образовалась глинистая корка. Глубина проникновения в образец твердой фазы раствора будет зависеть от её размеров и размеров  поровых каналов глинистой корки и образца.

Следуя Р. Коллинзу [2], допустим, что промывочная жидкость, проникшая в образец через глинистую корку, однородная. Её общий объём складывается из объёмов твердых частиц V_т и жидкости V_ж. Доля твердых частиц будет равна

                                                              (1)

Вследствие фильтрации и отложения частиц объём твердой  фазы  в растворе уменьшится за время dt на величину dV_т, а жидкой фазы - dV_ж, и, следовательно, концентрация раствора практически не меняется. Тогда величина f_т остается постоянной, из чего следует

                                                  (2)

В процессе водоотдачи твердые частицы откладываются в порах породы. Обозначим через dA элемент площади, на которой происходит кольматация, а через dХ_k - приращение толщины кольматируемой зоны. Если пористость образца равна m₂, то кольматирующие частицы твердой фазы бурового раствора могут занять такую часть порового объема m₂dAdX_k.

В кольматируемой зоне образуется структура пористостью m_k, в результате объём отложившийся частиц станет равным

dХ_Т  = m₂(1 – m_k) dАdX_k                                                                                    (3)

За время dt через поверхность dА протечет некоторое количество жидкой фазы

dV_ж = – vdAdt                                                                         (4)

где: n - скорость фильтрации. 

Из выражений (2), (3) и (4) получаем уравнение для скорости роста толщины кольматационной зоны

                                             (5)

Множитель  - коэффициентом отложения.

Рассмотрим прямолинейное вытеснение фильтратом жидкости, насыщающей образец, с образованием подвижного фронта.

Задача с подвижной границей показана на рис. 1, где индексом 1 обозначена область отложившихся твердых частиц в виде глинистой корки и закольматированной зоны с проницаемостью К и пористостью m_k; 2 - область фильтрата, не содержащего твердые частицы;  и  - давления на тоpцах образца.

Рисунок 1. Прямолинейное вытеснение фильтратом жидкости, насыщающей образец, с образованием подвижного фронта

Для распределения давления в образце получаем уравнение:

                                                      (6)

где: i = 1,   0< х < Х_k;

i = 2,   Х_k< х < L

при следующих начальных и граничных условиях:

Р₂(Х,0) = , Р₁(0,t) =

Р₁(Х_k,t) = Р₂(Х_k,t)

                                            (7)

Для упрощения примем, что течение в зоне отложения твердых частиц квазистационарное. Тогда для области 0≤ х ≤ X_k имеем

                                            (8)

Интегрируя уравнение (5), получим закон перемещения подвижной границы

                             (9)

Распределение давления в области X_k< х < L будет определяться уравнением

                                 (10)

На кривых динамической водоотдачи Q=f(t), полученных экспериментально, четко выделяются два периода фильтрации (рис. 2).

Независимо от того, под влиянием каких физико-химических причин каналы образца заполняются кольматирующими веществами, закупоривание произошло в результат двух процессов:

1) выпадение кольматирующего вещества из раствора и оседание его на поверхности каналов образца;

2) обратное поступление вещества в раствор вследствие срыва частиц под воздействием потока фильтрации. Однако в процессе динамики этим можно пренебречь.

Рисунок 2. Формирования глинистой корки и кольматационной зоны (а) в установившейся фильтрации (в)

Если считать процесс кольматации законченным с момента стабилизации фильтрации на кривой Q=f(t), то будут известны время окончания формирования кольматационной зоны и количество жидкости, профильтровавшейся за этот период. Такое утверждение требует пояснения. После периода t проницаемость образца будет меняться, но незначительно (в пределах точности замера расхода Q).

Из уравнения (9) при условии, что в момент  t = 0  X_k = 0, а в момент t=t_уст Х_k = l_k, получим

                                 (11)

или

                                      (12)

Полный объём жидкости, отфильтровавшейся к моменту t, будет

                                                    (13)

Проинтегрировав уравнение (13), запишем

                                                           (14)

где  А - площадь поперечного сечения образца.

Подставив значение w в уравнение (11), получим выражение для определения толщины кольматационной зоны по данным кривой динамической водоотдачи:

                                      (15)

Для использования результатов эксперимента на установившемся участке кривой Q=f(t) проинтегрируем

                                                      (16)

Тогда получим еще одно выражение для определения толщины кольматационного слоя

                                       (17)

Выражения (15) и (17) идентичны. Задаваясь величиной К₁/К₂, методом подбора определяем толщину кольматационного слоя, а затем его проницаемость в виде глинистой корки и кольматированной части породы, а также коэффициент отложения. Знание этих параметров позволит прогнозировать глубину проникновения твердой и жидкой фаз в продуктивный коллектор.

Полученные зависимости дают возможности более надежно охарактеризовать типа и качество промывочных жидкостей, приготовленных на основе различных рецептур для первичной вскрытии продуктивного пласта.

Список литературы:

1. Файзиев Х.Д., Аминов А.М. Кольматирующие поры продуктивного пласта структурообразушающая добавка к буровым растворам «Высокие технологии и перспективы интеграции образования, науки и производства»./Сб. науч. Трудов Международной научно-технической конференции посвященное  15 летию независимости Узбекистана. Том №1. –Ташкент: 2006. –С. 258-260.
2. Коллныз Р. Течение жидкостей через пористые материалы. –Москва: «Мир», 1964. –С. 136.