Набухаемость пластовых глин

Многие глинистые минералы, составляющие горные породы при фильтрации воды, способны набухать.

Набуханием называется процесс поглощения жидкости твердой фазой с увеличением объёма последней. Предполагается, что процесс набухания глин объясняется процессом гидратации и носит осмотический характер. Он происходит вследствие разницы в концентрации солей в поровом пространстве и в воде, контактирующей с породой. Вода проникает в каналы глин и, адсорбируясь на их поверхности, создаёт поверхностные плёнки.

Пластовые глины встречаются в коллекторах не только в виде прожилок, пропластков, но и в виде порового цемента. При разработке продуктивной части пласта, ведения процесса разбуривания, капитальном и текущем ремонтах скважин, заводнении пластов определенное количество глинистых минералов может искусственно вносится в призабойную зону.

Породы, склонные к набуханию, характеризуются:

· увеличением объёма образца породы;

· увеличением влажности набухшего образца;

· увеличением величины давления, развиваемого набухшим образцом.

Интенсивность набухания глин зависит от минералогического и гранулометрического состава пород, структуры породы (размера и формы зёрен), характера её внутренних связей, химического состава солей, растворённых в воде и их концентрации, состава обменных ионов, условий соприкосновения породы с водой. Интенсивность набухания увеличивается с уменьшением минерализации воды.

Глинистые минералы продуктивных коллекторов имеют широкий химический состав и большей частью в него входят следующие виды глин:

· каолинитовые – Al₂O₃·2SiO₂·H₂O или Al₂·[Si₂O₅]·(OH)₄;

· монтмориллонитовые –

(Са, Na) · (Al, Mg, Fe)₂ · [(Si, Al)₂O₅]₂·(OH)₂·nH₂O;

· гидрослюдистые – ионы Na⁺, Ca⁺, H⁺ (катион от воды) межслоевых промежутков трёхслойных глин замещены на ионы К⁺;

· хлоритовые – (Mg, Fe⁺)₃·[Al·Si₃·O₁₀]·(OH)₂·3·(Mg, Fe⁺)·(ОH)₂.

Содержание глин в продуктивном пласте изменяется от долей процента до 30 % и более.

Способность к набуханию глин у различных катионов неодинаковая и интенсивность набухания возрастает с увеличением концентрации катионов в ряду:

Li > Na > K > Mg > Ca > Sr > Ba > Al > Fe. (1.50)

Наибольшее набухание происходит обычно при замене двухвалентных катионов одновалентными.

Интенсивность набухания возрастает с увеличением разрушения структуры породы за счёт нарушения внутренних связей глинистых частиц (рис. 1.13–1.14).

С увеличением набухания глинистых пород уменьшается их прочность, что объясняется ослаблением и разрушением внутренних связей глинистых частиц. При набухании частицы глин могут смещаться относительно друг друга и разрушаться. Процесс набухания глин может приводить и к полному их разрушению. Так как удельная поверхность глин значительна, глины могут набухать очень сильно.

Процесс набухания глин приводит к снижению пористости и проницаемости породы в 50 и более раз.