Влияние физико-химических факторов буровых растворов
Влияние физико-химических факторов проявляется через химические реакции и действие адсорбционных (в основном, гидратационных), капиллярных, диффузионных и электрокинетических сил.
Буровые растворы в большинстве случаев представляют собой суспензии тонкодисперсных минеральных (глинистых) частиц в воде и водных растворах солей и полимеров. Одной из важнейших функций бурового раствора является образование на стенке скважины малопроницаемой корки в результате процесса фильтрации раствора по поровому пространству пород разбуриваемых проницаемых пластов, поскольку проницаемая горная порода в рассматриваемом процессе играет как бы роль фильтра по отношению к буровому раствору. Параметры глинистой корки бывают примерно следующие: толщина от 2 до 8 мм, а проницаемость на несколько порядков меньше проницаемости пород продуктивного пласта.
Образующаяся на поверхности проницаемых пород фильтрационная корка с одной стороны многократно снижает дальнейшее проникновение бурового раствора в пласт, а с другой – препятствует надежному разобщению пластов при цементировании обсадной колонны. Удаление корки могло бы способствовать повышению качества цементирования. Механическое удаление глинистой корки, как правило, не дает ожидаемого результата, а химическое удаление ее практически осуществить очень трудно. В этой связи большое значение приобретает проблема повышения качества вскрытия пластов и надежности крепления скважин за счет регулирования коркообразующих свойств растворов.
В результате процесса проникновения буровых растворов в продуктивные нефтегазонасыщенные пласты вокруг скважины формируются зона кольматации (зона внутренней глинизации породы) и зона проникновения. Зона кольматации образуется за счет попадания в поровое пространство пласта твердой фазы раствора, а зона проникновения – за счет проникновения жидкой фазы (фильтрата). В гранулярных коллекторах при правильном подборе бурового раствора и технологии бурения глубина зоны кольматации обычно не должна превышать 30 мм, а глубина зоны проникновения – первых десятков сантиметров. При наличии в породе естественных или искусственно созданных (например, за счет больших репрессий давления) трещин глубина проникновения раствора в пласт может достигать десятков метров.
Характер кольматации породы существенно зависит от минеральной природы дисперсной фазы буровых суспензий. Глинистые частицы имеют, как правило, наименьшую проникающую способность, но, попадая в поровое пространство, образуют очень прочные связи с поверхностью стенок пор по сравнению с другими типами дисперсной фазы (мел, мелкокристаллический гипс и т.п.).