Носителем кольматажного материала (кольматанта) могут служить жидкости и газы.
В нефтегазе причиной снижения дебита скважин нередко является кольматация фильтров и прифильтровых зон водоносного пласта, которая вызывает увеличение гидравлического сопротивления и снижение притока воды в скважины.
Виды кольматации: механическая, химическая, биологическая
Механическая кольматация
Наблюдается из-за несоответствия проходных отверстий фильтров гранулометрическому составу водовмещающих пород.Дебит скважин снижается до 30%.
Для снижения механической кольматации необходимо:
- создать фильтр из крупнозернистого песка;
- правильно выполнить гравийную обсыпку вокруг водоприемной части искусственного фильтра.
На стенке скважины образуется плотная глинистая корка толщиной до 6 мм, ограничивающая поступление глинистого материала и шлама в продуктивный пласт при бурении скважин.
Проницаемость корки до 104 раз меньше проницаемости пласта, поэтому в водовмещающие породы попадает только глинистый раствор, содержащий тонкодисперсные и коллоидные частицы глины.
Глинистые частицы набухают в водной среде, что приводит:
- к изменению внутренней геометрии порового пространства водоносной породы,
- уменьшению коэффициента фильтрации в 50 раз и более.
Глинистая корка уплотняется за счет усилeния адсорбционных и молекулярных связей между глинистыми частицами.
Рекомендации для снижения глинизации:
- опускать фильтр с нижним открытым концом или с промывочными окнами;
- устанавливать выше фильтра цементный мост, разбуриваемый после установки фильтра;
- покрывать фильтр специальными составами, растворяемыми после спуска его в скважину.
Химическая кольматация
Наблюдается из-за нарушения химического состава подземных вод в результате изменения гидродинамических параметров фильтрационного потока.При уменьшении давления воды в ней уменьшается растворимость газов (в основном СO2), происходит их выделение и нарушается углекислотное равновесие.
- наличие катионов кальция и магния и нарушение углекислотного равновесия приводят к образованию труднорастворимых осадков СаСО3 и MgCO3;
- происходит выделение карбонатных осадков в зоне фильтров, при удалении от них интенсивность выпадения осадков уменьшается.
- железистые осадки, которые выделяются при заборе подземных вод, содержащих закисное железо. Переход железа из закисного в окисное и выпадение в осадок происходит при наличии в воде растворенного кислорода. Этому также способствует выделeние СО2 и повышение рН воды из-за нарушения углекислотного равновесия:
Fe(HCO3)3 → Fe(OH)2 + 2СО2;
4Fe(OH)2 + 02 + 2H20 = 4Fe(OH)3.
- наличие в подземных водах сероводорода H2S. Содержание гидросульфитов HS~ приводит к образованию труднорастворимых и непроницаемых сернистых отложений железа, меди, цинка в результате реакции подземных вод с материалом каркаса фильтра;
- наличие кремниевой кислоты, что способствует образованию труднорастворимых силикатных отложений с примесью закисного железа, придающий им бурый цвет;
- редко отлагаются осадки фосфатно-железистого состава. Выпадение фосфатов происходит при увеличении щелочности.
- следует не допускать неравномерного режима эксплуатации скважин, из-за которого происходит аэрация подземных вод;
- не использовать эрлифтные подъемники;
- проверять работу обратных клапанов погруженных насосов, чтобы предотвратить поступление аэрированных вод в зону фильтра;
- не допускать более 7 м высоты столба воды от верхней секции насоса до динамического уровня воды в скважине, при котoрой не происходит активного аэрирования воды и интенсивного осадкообразования.
Этому способствует наличие различных металлов в конструкциях фильтров и отсутствии надежной антикоррозионной защиты.
Рекомендации:
- использовать каркасы фильтров из пластмасс или стальных труб с антикоррозионным покрытием;
- использовать фильтрующую сетку из нержавеющей стали;
- использовать шнуры из полимерных материалов вместо обмоточной проволоки.
Биологическая кольматация
Наблюдается вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.В результате жизнедеятельности некоторых бактерий:
- выделяется гидрат окиси железа, что способствует переводу закиси железа в нерастворимую окись;
- окись железа осаждается на рабочей поверхности фильтров, внутренних стенках ствола скважин и насосном оборудовании.