Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 [ 47 ] 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

При использовании буровых растворов с вязкопластичными свойствами можно установить глубину проникновения раствора в пласт по формуле

l = , (2.87)

где Ар0 - перепад давления на пласт в случае предельного равновесия; а - безразмерная величина.

Выражение для перепада давления Ар0 можно представить в виде:

АР0 = 0,1уЛст +т, (2.88)

где первый член есть разность между гидростатическим давлением столба бурового раствора р1, соответствующим глубине залегания поглощающего пласта, и пластовым давлением

р2, т.е.

Р1-Р2 = 0,1уЛст, (2.89)

где Y - плотность бурового раствора, г/см3; кст - статический уровень бурового раствора, м.

Второй член формулы (2.89) представляет перепад давления, обусловленный гидравлическим сопротивлением в кольцевом пространстве скважины выше места поглощения Ар3:

АР3 = l2, (2.90)

где х0 - предельное напряжение сдвига; Н - глубина залегания поглощающего пласта; 1с, 1т - радиусы соответственно скважины и бурильной колонны. Легко убедиться, что при небольшой интенсивности поглощения глубина проникновения раствора в пласт с ростом х0 практически не изменяется.

Буровые растворы, обладающие высокими значениями вязкости, статического и динамического напряжений сдвига, находят применение как профилактическая мера при проводке скважин в склонных к поглощениям отложениях, которыми представлена верхняя часть вскрываемого разреза, при бурении таких скважин имеется большой зазор между бурильными трубами и стенкой скважины. С ростом же глубины взаимосвязь между х0 и Ар0 будет усиливаться, т.е. увеличение предельного напряжения сдвига для растворов, используемых при борьбе с осложнениями, является малоэффективным. Лучших результатов можно добиться, применяя

растворы с высокой вязкостью, обработанные реагентами, не увеличивающими т0. Особенно эффективными оказались бы растворы, у которых гидравлическое сопротивление в затрубном пространстве мало изменялось с ростом скорости сдвига, но при э том сильно возрастало сопротивление при фильтрации в пористой среде.

Чтобы сформулировать требования к реологическим свойствам буровых растворов при прохождении поглощающих пластов, рассмотрим кривые (рис. 2.16), отражающие зависимость напряжения сдвига и скорость деформации d/dt для некоторых моделей неньютоновской жидкости. Прямая 1 соответствует модели вязкопластичной среды, для которой характерно предельное напряжение сдвига т0. Кривая 2 характеризует поведение псевдопластических жидкостей, у которых с ростом скорости сдвига замедляется темп роста напряжения, и кривые выполаживаются. Прямая 3 отражает реологические свойства вязкой жидкости (ньютоновской). Кривая 4 характеризует поведение вязкоупругих и дилатант-ных жидкостей, у которых напряжение сдвига резко увеличивается с ростом скорости деформации. К вязкоупругим жидкостям, в частности, относятся слабые растворы некоторых полимеров (окись полиэтилена, гуаровая смола, поли-акриламид и др.) в воде, котор ые обнаруживают свойство резко снижать (в 2-3 раза) гидродинамические сопротивления при течении жидкостей с большими числами Рейнольдса (эффект Томса). В то же время вязкость этих жидкостей при движении их по поглощающим каналам будет высокой вследствие высоких скоростей сдвига в каналах.

Фильтрация вязкоупругих жидкостей подробно исследована в ряде работ зарубежных авторов. В частности, в одной из них показано, что за счет упругих э ффектов в стационарном потоке фильтрационные сопротивления возрастают в

Рис. 2.16. Зависимость напряжения сдвига т в различных жидкостях от скорости деформации среды de/dt

ds/dt

1 + A\

трУ2 +

-р- I раз (здесь тр - время релаксации; А - постоянная;

v - скорость фильтрации; r - средний радиус пор).

В той же работе данное явление объяснялось действием характерных нормальных напряжений в сужающихся и расширяющихся поровых каналах при течении вязкоупругой жидкости.

Установлено, что вязкоупругие жидкости являются оптимальными буровыми растворами при прохождении зон поглощения. При прокачивании таких жидкостей в затрубном пространстве возникают малые сопротивления, причем эти жидкости одновременно обладают высокой вязкостью при движении в сужающихся частях поглощающих каналов. Благодаря этому интенсивность поглощения снижается как вследствие высокого сопротивления при движении растворов в пласте, так и вследствие уменьшения давления на поглощающий пласт.

Растворы полимеров при движении в пористой среде обладают способностью уменьшать приемистость породы в результате адсорбции и механического улавливания полимера породой.

К числу полимеров, оказывающих сильное влияние на подвижность в пористой среде, следует отнести полиакрилами-ды, полиоксиэтилен, сульфат поливинилового спирта и другие. Все указанные полимеры при слабых концентрациях придают жидкости вязкоупругие свойства, благодаря чему возникает дополнительное сопротивление при фильтрации ее в пористой среде. При движении вязкоупругих жидкостей в каналах с большим эффективным сечением сопротивление резко возрастает по степенному закону, что приводит к уменьшению глубины проникновения в эти каналы и более равномерному заполнению пор в приствольной зоне скважины.

Повышение скорости закачки вязкоупругих жидкостей также дает положительные результаты, так как глубина их проникновения с ростом интенсивности закачки не может сильно увеличиваться вследствие роста вязкости по степенному закону. Последнее особенно важно, поскольку при движении структурированных вязкопластичных смесей, обладающих высокой тиксотропией, при больших скоростях продавливания разрушается их структура, что приводит к снижению вязкости.

Е.А. Лебедевым установлено, что чем меньше поперечный размер каналов, которыми представлена зона поглощения, и