Принципы выбора буферных жидкостей

Буферные жидкости. Их; назначение.

В последнее время для разделения прокачиваемых в процессе цементирования жидкостей используют буферные жидкости. Их основное назначение - исключение смешения тампонажного раствора с промывочными, предотвращение коагуляционных явлений в зоне контакта, улучшение условий вытеснения. Предложены специальные буферные жидкости для разрушения и отвердения фильтрационных корок.

Известны следующие типы буерных жидкостей - вода, нефть и нефтепродукты, жидкости гидромеханического действия, жидкости с повышенной физико-механической активностью.

Вода, как буферная жидкость используется во многих районах страны. Она обладает высокими вымывающими свойствами по отношению к водным промывочным растворам, и разбавляя последние способствует их вытеснению. Она доступна и успешно может быть использована в устойчивых породах не подверженных набуханию и осыпанию. В разрезах, сложенных солями рекомендуется применять буферные жидкости на основе водных растворов солей ACI, CaCI₂ и др. Существуют следующие буферные жидкости:

- на полиминеральной основе. Состоит из гидролизованного полиакрилонитрила (гипана) барита и воды.

- растворы кислот (8-15 %) водные растворы соляной кислоты, сульфаминовой кислоты и т.д. Рекомендуется применять в условиях, где бурение велось на карбонатно - глинистом растворе для удаления фильтрационных корок.

- аэрированные буферные жидкости. Используются при наличии зон поглощений и большой кавернозности ствола скважины. Представляет собой коллоидно-суспензионную систему, состоящую из воды, песка, цемента, ПАВ и газа.

- водо-песчаные эрозионные буферные жидкости. Предназначены для разрушения фильтрационных корок.

Большое развитие получили в настоящее время вязкоупругие разделители. Они предназначены для обеспечения максимально возможной полноты вытеснения за счет их способности принимать форму канала, по которому движутся. Вязкоупругий разделитель представляет трехкомпонентную гелеобразную смесь. Для их получения применяют водные растворы полиакриламида, гексорезорциновой смолы и формалина, являющегося отвердителем смолы.

Процесс воздействия буферных жидкостей на стенку скважины можно разделить на три фазы:

1. Начальная фаза, характеризующаяся интенсивным вытеснением основной массы промывочной жидкости. На этом этапе в головной части буферной жидкости происходит бурное смесеобразование, за счет разности плотностей, вязкостей и прочих факторов. При движении гидрофобных буферных жидкостей (нефтепродукты и т.д.) на этой фазе образуется эмульсия. Большое содержание промывочной жидкости в буферной ведет к резкой потере технологических свойств последней.

2. Фаза вымывания остатков промывочной жидкости. Эта фаза более длительна, вымыванние происходит за счет преобладавшего воздействия касательных напряжений со стороны движущейся буферной жидкости и за счет интенсивного поперечного массообмена, обусловленного значительным градиентом концентраций в поперечном сечении.

З. Фаза разрушения глинистой корки и обнажения каналов фильтрации. Разрушение происходит в основном вследствие молекулярной диффузии и фильтрационных процессов через корку. Заключительная фаза является самой продолжительной, и время ее зависит от типа буферной жидкости и свойств глинистой корки.

Перечисленные фазы воздействия постепенно переходят одна в другую. Процесс воздействия, если объемы недостаточны, может окончиться либо на первой, либо на второй фазе. Сложность динамики взаимодействия разнопородных. жидкостей затрудняет выбор типа буферной жидкости. Для получения максимального эффекта от применения буферных жидкостей, они должны отвечать следующим требованиям:

1. Исключать загустевание промывочных растворов. Это предотвращает увеличение гидросопротивления в кольцевом пространстве;

2. Не вызывать сокращения или чрезмерного удлинения сроков схватывания тампонажных растворов;

3. Не уменьшать адгезию цементного камня со стенками скважины;

4. Эффективно вытеснить промывочную жидкость;

5. Вымывать остатки промывочной жидкости со стенок скважины;

6. Не вызывать снижения устойчивости стенок скважины;

7. Не ухудшать коллекторских свойств продуктивных пластов;

8. Не вызывать коррозии обсадной колонны в случае оставления буферной жидкости в кольцевом пространстве.

Буферные жидкости, отвечающие двум первым из названных требований, называют химически инертными, а не отвечающие им - химически активными. Выбор буферной жидкости зависит от следующих факторов: цели закачивания, температуры в стволе, состояния скважины перед цементированием, давления в пласте, типа обработки промывочных жидкостей, а также состояния технологии цементирования скважин в конкретном районе.

При выборе типа буферной жидкости, прежде всего, следует исходить из температурных условий. К температуроустойчивым относятся буферные жидкости на углеводородной, основе, а также на водной, с добавками солей, щелочей и термостойких реагентов. Затем следует исходить из предупреждения коагуляционных явлений в зоне смешения. Буферная жидкость должна быть близка по составу к фильтру промывочной жидкости. Одним из главнейших факторов, определяющих выбор буферной жидкости, является пластовое давление. Следующим фактором является необходимость исключения отрицательных последствий в виде осыпей, обвалов, коррозии и т.д.

Большое влияние на качество вытеснения оказывает объем буферной жидкости малые объемы могут свести ожидаемый от них эффект практически к нулю Использование же больших объемов практически не выгодно.

Минимально необходимый объем буферной жидкости можно определить, сделав следующие допущения. Полагая, что все остатки промывочной
жидкости, находящейся в интервале цементирования на стенках скважины и колонны, а также в кавернах, при движении буферной жидкости полностью переходят в нее и средняя концентрация промывочной жидкости в буферной достигает С_ср. В этом случае:

где: и - объемы смешавшейся буферной жидкости в процессе движения в скважине соответственно с промывочным и тампонажным растворами.

Допустим, что головная часть буферной жидкости при выходе из рассматриваемого интервала почти полностью насыщается промывочной, т.е. С=0,99, а последние порции буферной жидкости при выходе за пределы интервала цементирования почти сохраняют технологические свойства для чего примем максимально допустимую концентрацию С=0,5. Среднее значение будет равным С_ср = 0,15. В особых случаях можно считать, что концентрация в нижней порции будет равна 0,05. В этом случае С_ср=0,5.. При определении сходят из условия:

где: - объем каверн в интервале цементирования;

- объем глинистой корки смываемой со стенки скважины и обсадной колонны;

- коэффициент кавернозности;

- определяется с учетом, что размыв рыхлой части глинистой корки значительно труднее из-за наличия фильтрации, чем пленки промывочной жидкости с наружной поверхности обсадных труб. Тогда:

где: D - общая толщина корки;

b - доля рыхлой части корки b» 0,5.

Подставив значения, имеем:

.

Дата добавления: 2015-07-13