Микрореологический анализ изолирующих свойств полисахаридных буровых растворов

Гидродинамика безглинистых полисахаридных растворов в циркуляционной системе к настоящему времени достаточно изучена с помощью методик, апробированных на глинистых буровых системах [1]. Менее проработаны вопросы их движения в приствольной области, поскольку в полисахаридных растворах фильтрационное сопротивление определяет не малопроницаемая глинистая корка, а вязкоупругие эффекты релаксационной или поверхностной природы [2, 3]. В первом случае, затухание фильтрации связывается с «затвердением» жидкости при быстром движении через сужения и расширения пор, когда период релаксации накапливаемых напряжений превышает время деформации. Во втором, появление вязкоупругих аномалий инициируется молекулярно-поверхностным взаимодействием жидкости с породой, приводящем к радикальному изменению ее надмолекулярной структуры. Независимые исследования показывают, что дальнодействие твердого тела простирается на расстояния, существенно превышающие молекулярные; толщина пристенных (граничных) твердообразных слоев варьирует от долей до сотен микрометров для жидкостей разной природы и молекулярной массы [2, 4, 5]. Соизмеримость размеров граничных слоев с масштабом пор указывает на то, что рассматриваемый эффект может существенно влиять на фильтрационные характеристики пластовой системы.

В этом случае динамика формирования граничных слоев и их размеры могут определять важнейший показатель бурового раствора - глубину проникновения в приствольную зону и степень сохранения ее продуктивных свойств. Однако изучение и применение отмеченного выше при разработке буровых систем нового поколения требует принципиального обновления экспериментальной и теоретической базы реометрии буровых растворов, апробированной на менее сложных в реологическом отношении вязкопластичных глинистых системах.

Для решения подобных задач в УГНТУ были разработаны методика и аппаратура, позволяющие проводить микрореологические (в масштабе поры) исследования безглинистых растворов при моделировании пластовых условий – природы породообразующего минерала, температуры, скорости сдвига и размеров поровых каналов коллектора [2,5].

Проведенные исследования с опытными образцами промывочных жидкостей показали, что кинетика структурообразования биополимер-ных (рис. 1, кривые 1, 2) и полиа-крилатных (кривые 3) растворов в этих условиях существенно отличается от аналогичных процессов в объемных условиях.

Время выдержки, ч

Рис. 1. Кинетика упругих (1) и вязких (2, 3) свойств поли-сахаридно-калиевого (1, 2) и полимер-солевого (3) растворов в узком зазоре 1 (3) и 2 (1,2) мкм.

аномалий через 200 часов контактного взаимодействия (кривая 3), а полисахаридно-калиевый образец с биополимерной добавкой уже через 5 часов (кривая 1, 2).

Дальнейшие исследования толщины граничных слоев и оценка их влияния на эффективную проницаемость, критических напряжений сдвига – градиентов давления и специфики течения структурированного фильтрата в порах микронной величины позволили просчитать динамику его продвижения и глубину проникновения. Изложенное дало возможность выявить причины загрязнения приствольной зоны при вскрытии кыновского горизонта одного из месторождений Башкортостана полиакрилатными растворами и послужило основанием для перехода на полисахаридно-калиевую промывочную жидкость, обеспечившую успешное завершение бурения в осложненных условиях [5].

Таким образом, полученная в лабораторных условиях информация о структурно-механическом барьере, ограничивающим проникновение буровой жидкости в пористую среду – времени его формирования и биодеструкции, вязкости, размерах и прочности граничных слоев, кольматирующих поровые каналы, позволяют объективно оценить изолирующие свойства разрабатываемых растворов и адаптировать их к конкретным геолого-техническим условиям бурения.