|
Для ряда месторождений нефти и газа во ВНИИКРнефти получены эмпирические зависимости между степенью минерализации пластовых вод, коэффициентом пористости и объемной массой глинистых пород [30]. Согласно этой методике направление осмотических перетоков определяется по разности давлений для конкретных условий по уравнению: ±4Poc«=P^-fec+^a), (1.16.) где рПОр, Pro Дргд — соответственно поровое, гидростатическое и гидродинамическое давления, Па (знак «+» отвечает направлению осмотических перетоков из пласта в ствол, знак «-» из ствола скважины в пласт). В условиях скважины, где применяются обработанные глинистые растворы, предпочтение следует отдать фильтрату промывочной жидкости, действие которого в глинистых породах и определяет эффект осмотического давления, а также направление течения жидкости при этом процессе. Ясно, что если концентрация жидкости, заполняющей поры полупроницаемой породы, будет выше концентрации промывочной жидкости, то проникновение жидкости из скважины в породу за счет осмотического давления реально. Известно, что вызванное осмосом давление в порах породы может достигать значительных величин: у морской воды оно составляет около 28 МПа, а у рассолов соленых озер 200 МПа и выше. В промысловой практике при создании таких давлений часто наблюдается разрушение горной породы в скважине (гидроразрыв пласта). Реальность проявления осмотического давления в горных породах была экспериментально доказана О.М. Печориным и Ф.Я. Синельниковым на опытах с аргиллитоподобной глиной [6]. Эксперимент позволил объяснить возможность разрушения образцов глин в пресной воде за счет осмоса и их устойчивость в сильно минерализованной воде. На возможное влияние осмоса, как на одну из причин обвала пород, ранее указывал В.Ф. Роджерс. П.М. Люкшин, М.О. Канаренштейн и В.П. Смирнов 32 |
где dC/dl — градиент концентрации, моль/см4; косм — коэффициент осмоса, см5/схмоль; vOCM —скорость осмотического передвижения воды, см/с. Известно, что коэффициент осмоса мало зависит от концентрации электролита, вида глин и не превышает 3,2х10‘4 см/схмоль. Существует также понятие аномального осмоса, заключающееся в том, что при этом происходит передвижение жидкости в направлении, совпадающем с диффузией от более концентрированного раствора к менее насыщенному электролитом. Б. Ф. Рельтовым было установлено, что при концентрации СаС12 в пределах 1—10 % происходит аномальный осмос, а при концентрации свыше 20 % протекает нормальный осмос [6]. Осмос в глинах может вызвать два вида деформации ее структуры: набухание и усадку. При этом скорость осмотического движения жидкости в глины может быть выше скорости фильтрации. Если засолоненные глины разбуриваются пресными буровыми растворами на водной основе, то происходит осмотическое всасывание воды и набухание глин. При повышенной концентрации электролита в буровом растворе по сравнению с глиной возникает обратный процесс — осушение и обезвоживание глин. Для ряда месторождений нефти и газа во ВНИИКРнефти получены эмпирические зависимости между степенью минерализации пластовых вод, коэффициентом пористости и объемной массой глинистых пород [30]. Согласно этой методике направление осмотических перетоков определяется по разности давлений для конкретных условий по уравнению: ± АРаси = Р„ор [Ргс + АР,)) > (1.16.) где р„ор, Pro Дргд соответственно поровое, гидростатическое и гидродинамическое давления, Па (знак «+» отвечает' направлению осмотических перетоков из пласта в ствол, знак «-» из ствола скважины в пласт). В условиях скважины, где применяются обработанные глинистые растворы, предпочтение следует отдать фильтрату промывочной жидкости, 33 действие которого в глинистых породах и определяет эффект осмотического давления, а также направление течения жидкости при этом процессе. Ясно, что если концентрация жидкости, заполняющей поры полупроницаемой породы, будет выше концентрации промывочной жидкости, то проникновение жидкости из скважины в породу за счет осмотического давления реально. Известно, что вызванное осмосом давление в порах породы может достигать значительных величин: у морской воды оно составляет около 28 МПа, а у рассолов соленых озер 200 МПа и выше. В промысловой практике при создании таких давлений часто наблюдается разрушение горной породы в скважине (гидроразрыв пласта). Реальность проявления осмотического давления в горных породах была экспериментально доказана О.М. Печориным и Ф.Я. Синельниковым на опытах с аргиллитоподобной глиной [4]. Эксперимент позволил объяснить возможность разрушения образцов глин в пресной воде за счет осмоса и их устойчивость в сильно минерализованной воде. На возможное влияние осмоса, как на одну из причин обвала пород, ранее указывал В.Ф. Роджерс. П.М. Люкшин, М.О. Канаренштейн и В.П. Смирнов путем лабораторных опытов установили, что глины и аргиллиты подвергаются разрушению и осыпанию в минерализованной пластовой воде позже, чем в пресной воде в 1,8-3,2 раза [4]. Следовательно, использование промывочной жидкости, близкой по своему солевому составу к пластовым глинам, позволит значительно уменьшить действие осмотического давления и сохранить целостность породы на стенках скважины. При бурении скважины наряду с хемоосмосом может наблюдаться и электроосмос. Электроосмос в глинах представляет собой движение воды или фильтрата бурового раствора под действием внешнего электрического поля. В большинстве случаев процесс направлен от анода (положительного электрода) к катоду (отрицательному электроду) [31]. Электрофорезные процессы вызывают движение взвешенных в буровом растворе частиц к 34 |