Большинство ПЖ и ЖГС, применяемых в операциях вскрытия продуктивных пластов и глушения скважин перед ремонтами, приготавливаются на основе технических вод с добавками различных утяжелителей. В качестве утяжелителей наибольшее распространение получили:
1. Глинопорошки по ТУ 3901-08-658-81, ОСТ 39-202-86 влажностью от 6 до 25%.
2. Концентрат баритовый по ГОСТ 4682-84 с содержанием сернокислого бария от 80 до 90%.
3. Утяжелитель баритовый порошкообразный модифицированный по ОСТ 39-128-82, выпускаемый в трёх модификациях для приготовления жидкостей на водной основе.
4. Утяжелитель баритовый по ТУ 39-981-84, получаемый методом сушки флотационного баритового концентрата до влажности не более 1,5%.
5. Утяжелитель сидеритовый по ТУ 39-01-08-781-82, являющийся тонкоизмельченной сидеритовой рудой плотностью до 3500 кг/м3, содержащий примеси углекислых меди и калия.
6. Утяжелитель железистый по ТУ 39-035-74 - тонкоизмельченный продукт, содержащий окислы Fe в виде гематита, мартита, магнетита, плотностью до 4150 кг/м3.
Плотности перечисленных утяжелителей изменяются от 260 до 4250 кг/м3, что позволяет приготавливать ПЖ и ЖГС повышенных плотностей от 1700 до 2300 кг/м3. Количество утяжелителя, добавляемого к воде определяется по формуле:
, (2)
где: М – масса утяжелителя, т; V – объем ЖГС, м3; rут – плотность утяжелителя, г/см3; rв – плотность воды, г/см3; rжгс – плотность ЖГС, г/см3; n – влажность утяжелителя, доли ед.
Такие ЖГС применяются только в специальных условиях, когда требуется обеспечить противодавление на продуктивный пласт с аномально высоким давлением. В обычной ситуации утяжеление ЖГС производится с помощью добавок к ЖГС неорганических солей. На сегодняшний день испытано большое количество ЖГС, в приготовлении которых были использованы соли:
- хлористый натрий;
- хлористый калий;
- хлористый цинк;
- двухзамещенный фосфорнокислый натрий;
- однозамещенный фосфорный натрий;
- двухзамещенный фосфорнокислый калий;
- трехзамещенный фосфорнокислый калий.
Кроме перечисленных солей, за рубежом для приготовления ЖГС используются:
- бромид натрия;
- карбонат калия;
- нитрат натрия;
- хлорид олова;
- хлористый калий и др.
Причем необходимо отметить, что из всех возможных добавок минеральных солей наибольшее распространение за рубежом получили соли калия.
Растворимость неорганических солей в водах зависит от температуры приготовления раствора. Так, например, хлористый калий при увеличении температуры с 1 до 1000С растворяется в воде в количестве 158 граммов на 100 граммов раствора. Это в 2,65 раза больше, чем при температуре 00С. Аналогичный прирост растворимости для хлористого натрия составляет всего 10%, что и является одной из причин его меньшего применения для приготовления ЖГС.
Были проведены работы по определению количества добавок хлористых солей Nа и Са для приготовления ЖГС требуемой плотности. Результаты этих опытов представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Определение количества (кг) добавок NaCl и CaCl2 для приготовления ЖГС
| Плотность ЖГС, кг/м3 | CaCl2 | NaCl |
| 22,2 | ||
| 62,3 | 58,4 | |
| 77,2 | 94,5 | |
| 95,3 | 130,7 | |
| 117,2 | 166,8 | |
| 143,6 | 203,0 | |
| 175,3 | 239,2 | |
| 213,2 | 275,3 | |
| 258,5 | 311,5 | |
| 312,4 | 347,6 | |
| 376,4 | 383,7 | |
| 452,1 | 419,9 | |
| 541,5 | 456,1 | |
| 646,6 | 492,2 | |
| 770,1 | 528,4 | |
| 914,7 | 564,6 | |
| 1083,6 | 600,7 | |
| 1280,5 | 636,9 | |
| 1509,5 | 673,0 | |
| 1775,2 | 709,2 | |
Для получения растворов более высокой плотности (больше 1400 кг/м3) используют смеси солей хлоридов цинка и калия. Для высокотемпературных условий скважин смесь CaCl2 и ZnCl2 позволяет получить ЖГС плотность до 2000 кг/м3. Температура замерзания таких ЖГС довольно низкая и достигает -400С. Кроме хлорида цинка, для приготовления тяжелых ЖГС используется и сульфат бария.
Добавление этого реагента к глинистому раствору или воде приводит к образованию суспензий, что сильно затрудняет применение подобных ЖГС в операциях вскрытия пластов и глушения скважин. Кроме того, применение ЖГС высокой плотности способствует более глубокому их проникновению в пласт и ухудшению коллекторских характеристик ПЗС.
В последнее время приготовление ЖГС и ПЖ осуществляется на основе сточных или пластовых вод. В этом случае сведения таблицы 1 о количестве добавок минеральных солей для приготовления ЖГС требуемой плотности необходимо скорректировать на величину начальной плотности воды.
При выборе ПЖ или ЖГС, кроме выбора плотности, необходимо рассчитать и требуемый объем задавочной жидкости. Завышение объема закачки ЖГС в скважину неминуемо приводит к нарушению соотношения между забойным и пластовым давлениями и, следовательно, к большому проникновению ЖГС в пласт. Наряду с этим необходимо рассмотреть вопросы совместимости ЖГС с пластовыми флюидами и породообразующими минералами. Несоблюдение этих простых требований может привести к необратимому ухудшению состояния ПЗС и проведению работ по восстановлению производительности скважин.
Вопрос о сохранении коллекторских свойств продуктивных пластов в процессах их вскрытия и глушения перед ремонтами являются актуальными. Большинство применяемых задавочных жидкостей и составов способствует необратимому ухудшению коллекторских характеристик пород ПЗС и являются причинами снижения добывных возможностей скважин. Попытки улучшения свойств ЖГС и ПЖ за счет добавок различных ПАВ, полимеров и других реагентов позволяет лишь незначительно уменьшить уровень отрицательного воздействия этих ДГС на пласт. Сложности в соблюдении требований технологий глушения скважин обычно приводят к проникновению в ПЗС больших объемов ЖГС и активизации процессов взаимодействия пласта с ними. Достаточная длительность контактирования ДГС с пластом, резкие отличия в свойствах пластовых флюидов и ЖГС приводит к тому, что даже при длительной работе скважин после их освоения не происходит полного извлечения из пласта проникших ЖГС. По данным лабораторных опытов, пропускание через модели пласта нескольких паровых объемов нефти не приводит к восстановлению насыщенности модели пласта по нефти, а значит и фильтрационных параметров. Причем по мере увеличения кратности операций глушение – освоение глубина ухудшения фильтрационных параметров модели пласта возрастает, достигая стабилизации на момент проникновения 4…5 цикла.
В этой ситуации решение вопроса сохранения коллекторских характеристик пород ПЗС возможно только в случае применения в качестве ПЖ и ЖГС таких, которые полностью совместимы с пластом, пластовыми флюидами и обладают рядом положительных качеств в смысле улучшения условий притока нефти и газа на забой скважины.