Кольматация: значение, виды, зачем нужно

При эксплуатации нефтегазовых скважин происходит их постепенный износ и снижение производительности. Ключевой причиной уменьшения дебита является процесс кольматации фильтров, а также прифильтровых зон водоносного пласта. Кольматация пород увеличивает гидравлическое сопротивление и снижает скорость притока вода в скважины.  

Что такое кольматанты

Кольматация скважины – это процесс засорения пор и трещин в горных породах, фильтрах и дренажах, вызванный проникновением мелких частиц и микроорганизмов либо осаждением в них химических веществ. В результате этого снижается прохождение потока жидкости или газа, что прямым образом отражается на производительности и изоляционных свойствах скважины.

Кольматанты включают в себя коллоиды, глинистые и пылеватые элементы, а также осадки, которые образуются в результате природной эксплуатации скважины. Их носителем могут выступать жидкости или газы, использующиеся в технологических процессах.

Зачем нужны кольматанты

Как уже упоминалось, кольматация в бурении применяется для целенаправленного снижения проницаемости пород и фильтрующих материалов. Суть и процесс работы этих частиц заключается не только в физическом блокировании пространства, но и в образовании химических реакций, что формирует дополнительные препятствия для нормального протока жидкостей и газов. Метод довольно часто используется для укрепления грунтов, защиты гидротехнических сооружений от просачивания и управления фильтрацией в очистных сооружениях.

Какие результаты приносит использование кольматации пласта в бурении

• Снижение проницаемости пород и фильтрующих слоев, что обеспечивает эффективную изоляцию и защиту от просачивания;
• Повышение стабильности и продолжительности работы фильтрационных систем благодаря уменьшению скорости потока и предотвращению проникновения мелких частиц;
• Оптимизация дебита скважин в нефтегазовой отрасли за счет предотвращения или минимизации кольматации прифильтровых зон;
• Восстановление функциональности пораженных участков, что обеспечивает контролируемое восстановление их свойств.

Виды кольматации

Кольматация может быть естественной или искусственной. В первом случае все проходит без вмешательства человека за счет природного накопления частиц и осадков в порах и трещинах горных пород или фильтрующих элементов. При искусственном характере процесса происходит целенаправленное внесение частиц в зону кольматации для уменьшения проницаемости в инженерных и экологических целях.

Также кольматация подразделяется на 3 вида в зависимости от природы происхождения и взаимодействия с окружающей средой: механическая, химическая и биологическая.

Механическая кольматация

Возникает, когда размеры проходных отверстий фильтров не соответствуют гранулометрическому составу пород, содержащих воду, приводя к снижению дебита скважин до 30%. Для минимизации этого эффекта, необходимо:

1. Создание фильтра из крупнозернистого песка.
2. Аккуратное выполнение гравийной обсыпки вокруг водоприемной части искусственного фильтра.

Примером механического засорения является глинизация фильтра и прифильтровой зоны во время роторного бурения скважин с использованием глинистого бурового раствора. Образование плотной глинистой корки толщиной до 6 мм на стенках скважины ограничивает проникновение глинистого материала и шлама в продуктивный пласт. Проницаемость этой корки может быть до 104 раз меньше, чем у пласта, что ведет к проникновению только глинистого раствора, содержащего тонкодисперсные и коллоидные частицы глины.

Советы по снижению глинизации и образованию механических засорений

• Спуск фильтра с открытым нижним концом или с промывочными окнами;
• Установка цементного моста выше фильтра, разбуриваемого после его монтажа;
• Обработка фильтра специальными составами, растворимыми после спуска в скважину.

Химическая кольматация

Происходит из-за изменений в химическом составе подземных вод, вызванных сдвигами в гидродинамических условиях фильтрационного потока. Снижение давления в воде приводит к уменьшению растворимости газов, в частности углекислого (CO2), что вызывает выделение газов и нарушение углекислотного равновесия. В результате, в присутствии катионов кальция и магния, формируются труднорастворимые осадки CaCO3 и MgCO3, особенно вблизи фильтров, где их интенсивность уменьшается по мере удаления от этих зон.

Основные типы осадков при кольматации фильтра

• Железистые осадки, возникающие при окислении закисного железа в подземных водах с растворенным кислородом. В результате образуется Fe(OH)2 и его последующее превращение в Fe(OH)3;
• Сернистые отложения, образующиеся из-за реакции подземных вод, содержащих H2S, с материалом фильтра, что приводит к формированию труднорастворимых отложений железа, меди, цинка;
• Силикатные отложения с примесью закисного железа, придающие ему бурый цвет, образуются в результате наличия кремниевой кислоты в водах;
• Фосфатно-железистые осадки, формирующиеся при увеличении щелочности воды.

Советы по снижению интенсивности химических засорений

Полное предотвращение химических процессов засорения невозможно из-за наличия естественного режима водоносного пласта. Но для снижения интенсивности рекомендуется:

• Избегать неравномерного режима эксплуатации скважин, препятствующего аэрации подземных вод;
• Не использовать эрлифтные подъемники;
• Проводить регулярную проверку работы обратных клапанов погружных насосов для предотвращения попадания аэрированных вод в зону фильтра;
• Ограничивать высоту столба воды до 7 метров от верхней секции насоса до динамического уровня воды в скважине, чтобы минимизировать риск аэрации воды и осадкообразования.

Биологическая кольматация

Данный процесс возникает из-за биологической активности микроорганизмов. В частности, деятельность определенных видов бактерий способна приводит к следующим последствиям:

• Выделению гидрата окиси железа, который трансформирует закись железа в нерастворимую форму окиси железа;
• Накоплению окиси железа на рабочих поверхностях фильтров, внутренних стенах скважин и оборудовании для насосов.

Советы по снижению интенсивности биологических засорений

Для предотвращения и управления этим процессом рекомендуется проведение регулярного хлорирования скважин, с периодичностью не менее одного раза каждые 3-4 месяца.

Кольматанты ColMix при бурении нефтегазовых скважин

Кольматирование скважин — важный процесс для эффективного управления добычей, который к тому же влияет на весь спектр ее эксплуатационных характеристик. Но для высокой эффективности и прикладной пользы, он должен быть управляемым и регулируемым. Для этих целей в Silex представлены высокоэффективные сухие кольматирующие составы. Они доступны в удобной фасовке и полностью готовы к применению, что упрощает технологические процессы на Вашем объекте.