В АНИ разработано два стандартных метода замера фильтрации.

Американским нефтяным институтом разработано два стандартных метода замера статической фильтрации: первый – для фильтрации, протекающей при низком давлении и температуре, второй – для фильтрационных потерь, происходящих при высоких температуре и давлении (HTHP). Обычно первый из упомянутых тестов считается «испытанием на фильтрационные потери по методике АНИ».

Фильтрационные свойства различных буровых растворов можно оценивать по суммарному объему фильтрата за определенное время при стандартных условиях. АНИ рекомендовал следующие условия: продолжительность измерений - 30 минут, комнатная температура, давление - 100 psi. На результаты измерений значительно влияет температура, поэтому необходимо тщательно следить, чтобы испытания проводились при одних и тех же значениях температуры. При температурах от 70 до 140^ОF (21 – 60^ОС) рост объема фильтрата составит 50%, что приблизительно равно 100% увеличению при возрастании температуры на 15 градусов. Величина фильтрации по методике АНИ определяется как объем фильтрата (в куб. см), собранного за 30 минут. Толщина фильтрационной корки, формирующейся во время проведения испытания, указывается с точностью до 1/32 дюйма, при использовании метрической системы – в миллиметрах.

HTHP тест проводится в течение 30 минут при 300^ОF (149^OC) или температуре, близкой к пластовой, с приложением давления 500 psi. Температурный диапазон проведения испытаний – от 200 до 450^ОF (94 – 233^OC). Величина фильтрации, измеренная в результате проведения данного испытания, выражается в двойном объеме фильтрата (см³), собранного за 30 минут. Объем фильтрата в данном случае удваивается, поскольку зона фильтрации в фильтровальной ячейке для проведения теста на HTHP фильтрацию наполовину меньше по сравнению со стандартной ячейкой АНИ. Толщина фильтрационной корки, образуемой в результате испытания, указывается с точность до 1/32” (0,8 мм).

Сборник фильтрата (ресивер) для проведения HPHT теста находится под давлением во избежание разбрызгивания нагретого фильтрата. Это давление должно превышать давление пара воды при температуре проведения испытания. При рабочей температуре 300^ОF (149^OC) или ниже, давление в ресивере должно быть равно 100 psi, а давление в ячейке – 600 psi. В случае, если температура проведения HPHT теста превышает 300^ОF (149^OC), давление в ресивере должно определяться в соответствии с давлением пара при температуре испытания. Для создания стандартного перепада давления, равного 500 psi, давление в ячейке должно быть равно давлению в ресивере плюс 500 psi. При рабочей температуре ниже 350^OF (177^OC) в качестве фильтровальной бумаги используется ватманская бумага № 50. Она начинает обугливаться (гореть), если температура приближается к 400^ОF (204^OC). При проведении испытании в условиях температур, превышающих 350^OF (177^OC), бумажные фильтры должны быть заменены на фильтровальные диски из нержавеющей стали (Dynalloy Х-5). Данные диски НЕ МОГУТ использоваться многократно.

Еще одним способом замера статической фильтрации при высоком давлении и температуре является использование тампонирующего тестера проницаемости (Permeability Plugging Apparatus). С помощью данного прибора, где в качестве фильтровальной среды используются алокситовые или керамические диски, можно измерить фильтрационные потери. Испытание позволяет определить «мгновенные» потери и фильтрацию за 30 минут при очень высоких давлениях (от 500 до 2500 psi) и температурах. Тампонирующий тестер проницаемости (PPA) представляет собой модификацию стандартного HTHP фильтр-пресса с плавающим поршнем и находящейся под гидростатическим давлением ячейкой для бурового раствора.

ТЕОРИЯ ФИЛЬТРАЦИИ

Фильтрация происходит в следующих условиях:

1. Наличие жидкости или флюида, содержащего жидкую и твердую фазы

2. Наличие проницаемой среды

3. Давление флюида, превышающее давление проницаемой среды

В процессе бурения скважины раствор циркулирует. При прохождении проницаемых пород, таких как песчаник, гидростатическое давление столба раствора обычно поддерживается на уровне, превышающем пластовое давление. Пока эти условия сохраняются, фильтрационная корка, образованная твердыми частицами раствора, будет откладываться на проницаемом пласте. В это время жидкая фаза бурового раствора, фильтрат, проходит сквозь фильтрационную корку и проникает в пласт. Толщина фильтрационной корки и глубина проникновения фильтрата зависит от концентрации твердой фазы в растворе, дифференциального давления, проницаемости корки и времени, в течение которого пласт находится под воздействием бурового раствора.

На начальной стадии воздействия раствора на проницаемую породу, когда твердые частицы откладываются, образуя на стенках ствола скважины низкопроницаемую фильтрационную корку, фильтрационные потери высоки, и мельчайшие частицы бурового раствора быстро проникают в породу. Этот вид фильтрации называется мгновенными потерями (мгновенной фильтрацией).

СТАТИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ

Статическая фильтрация протекает при статических условиях, т.е. в то время, когда раствор не циркулирует. Скорость фильтрации в данных условиях регулируется несколькими факторами.