Адсорбция и десорбция глинистых частиц и глинистых сланцев

Возможны два механизма адсорбции воды на глинистых частицах:

кристалличе­ское набухание (поверхностная гидратация). Кристал. набухание характерно для всех глин; при этом вода прочно удерживается глинистыми частицами, но объем увеличивается сравнительно мало.

осмоти­ческое набухание, происходящее вследствие высокой концентрации ионов, удерживаемых электростатическими си­лами вблизи поверхности глинистых частиц. Межслоевое осмотическое набухание при­суще только определенным глинам смектитовой группы (монтмориллониту); оно вызывает значитель­ное увеличение объема, но вода удерживается глиной слабо.

Если сухая глина находится в замкнутом объеме, но к ней имеет доступ свободная вода, в глине возникает давление на­бухания. Давление набухания развивается также тогда, когда между глиной и свободной водой устанавливается равновесие и глина подвергается уплотнению с вытеснением воды.

Т.о., потенциальное давление набухания уплот­ненного глинистого сланца, содержание воды в котором изве­стно. можно заранее определить по изотермам адсорбции или десорбция этого сланца. Изотермы определя­ются путем создания равновесия образцов сланца с парами воды в атмосфере. При более вы­соких нагрузках в глинах происходит десорбция кристал­лизационной воды.

Гидратация пород на стенке скважины

Когда глин. отложения уплотняются под действием веса вышележащих осадочных пород, адсорбирован­ная вода выжимается вместе с поровой водой. Кол-во остающейся воды зависит от:

· глубины погружения,

· типа и объемной доли глин.х минералов,

· при­сутствия обменных катионов на них

· геологического возраста формации.

При вскрытии глин. сланца напряжения на стенке скважины сни­маются и обезвоженный сланец начинает адсорбировать воду из БР. Далее набухание увеличивается до начала пластического течения.

Однако в интервалах глин, контактирующих с солевыми раст-ми и ингибиро­ванными БР, происходит разрушение стенок скважины посредством осыпания тв.обломков, в результате чего диаметр ствола увеличивается.

При исполь­зовании чистых рассолов ↗ ø ствола прини­мает характер кавернообраз-я, т.к. чистая жидкость не создает доста­точного давления на стенку скважины.

Обваливание ствола намного слабее, если БР содержит реагент, регулирующий фильтрацию, т.к. образующиеся трещины закупориваются глин. коркой.

Выбор типа БР, обеспечивающего устойчивость ствола скважины

Первым шагом при выборе БР, призванного свести к min осложнения, яв-ся сбор информации о геологии, истории развития напряжений в породах и о рас­пространении сбросов в регионе. По каротажным диа­граммам, снятым в ближайших скважинах, следует опре­делить градиенты температур и поровых давлений, содержание воды в глинистых сланцах. Должны быть отобраны и исследованы в лаборато­рии образцы глинистых сланцев, вызывающих осложнения.

Факторы, которые обязательно должны учитываться при выборе типа БР.

1. Полностью защитить сильно набухающие монтмориллонитовые сланцы можно только с помощью БР на УВ основе. Однако на небольших глубинах по экономическим соображениям часто целесообразно допустить некоторую неус­тойчивость ствола и применить полимерный хлоркалиевый БР.