Механизмы набухания глин

Природная глина является продуктом коагуляции, проходящей в геологическом масштабе. В глинистых суспензиях коагуляция в различных ее формах также является доминирующим состоянием. Соответственно все процессы приготовления, обработки и применения буровых растворов направлены по пути ослабления коагуляции (пептизация и разбавление), ее сдерживания или предотвращения (стабилизация, коллоидная защита), регулирования (ингибирование) или усиления (электролитная, температурная агрессия, концентрационное загущение). Эти изменения смещают равновесие в сторону усиления или ослабления связей между глинистыми агрегатами, влияют на их лиофильность и дисперсность. В результате устанавливаются промежуточные равновесные состояния, которые и определяют технологические показатели буровых растворов. Таким образом, все протекающие в них изменения являются различными формами единого коагуляционного процесса, управляемого общими. закономерностями системы глина — вода, в которой этот процесс реализуется, и его физико-химическим механизмом. Проявлением этого механизма является модифицирование твердой фазы путем поверхностных реакций замещения и присоединения, включающих в себя гидратацию, ионный обмен и необменные реакции. Такого рода модифицирование, осуществляемое обработкой химическими реагентами, определяет уровень лиофильности системы, сдвигая его в должном направлении. При этом получают развитие факторы, влияющие на дисперсность, — набухание, пептизация или, наоборот, структурообразование и агрегирование. [c.58]

Осмотическое набухание происходит в результате того, что концентрация катионов между слоями больше их концентрации в основной массе раствора. Поэтому вода втягивается в меж-слоевое пространство, в результате чего с-расстояние увеличивается и появляется возможность образования диффузных частей двойных электрических слоев, которые рассматриваются в следующем разделе. Хотя никакие полупроницаемые мембраны в этом процессе не участвуют, механизм набухания глин в основном носит осмотический характер, так как вызывается разницей в концентрации электролита. [c.151]

Механизм ухудшения проницаемости чувствительных к воде пород под воздействием водных растворов изучали многие исследователи. Чтобы упростить интерпретацию результатов, эксперименты проводили с однофазными системами. Обычно через керн или песчаную набивку прокачивали сначала концентрированный раствор хлорида натрия, а затем растворы с постепенно снижающейся минерализацией или дистиллированную воду. Особенно информативными были эксперименты Бардона и Жакена, так как им удалось расчленить влияние, которое оказывают на снижение проницаемости набухание кристаллов глины, а также диспергирование и пептизация глинистых частиц. Они определили диапазон минерализации, в котором каждбе из этих явлений имеет место. На основании ряда экспериментов на песчаной набивке, содержащей монтмориллонит, они установили, что снижение проницаемости с уменьшением концентрации хлорида натрия до 20 г/л (рис. 10.9) количественно коррелируется с повышением суммарного объема глины при набухании ее кристаллов, о чем сообщал Норриш (см. раздел главы 4, посвященный механизму набухания глин). Эта зависимость определяется уравнением [c.410]

МЕХАНИЗМЫ НАБУХАНИЯ ГЛИН [c.147]

Известны два механизма набухания кристаллический и ос- мотический. Кристаллическое набухание (которое называют/го-верхностной гидратацией) происходит в результате адсорбции мономолекулярных слоев воды на базальных поверхностях кристаллов как наружных, так и межслоевых в случае глин с разбухающей решеткой (см. рис. 4.6). Как видно на рис. 4.11, пер-j вый слой воды удерживается на поверхности водородными связями с шестигранной решеткой атомов кислорода. Следовательно, молекулы воды также образуют шестигранную структуру, как показано на рис. 4.12. Следующий слой имеет аналогичное строение и связан с первым. То же относится и к последующим слоям. Прочность связи уменьшается с увеличением расстояния от поверхности кристалла, однако считают, что вода, входящая в структуру кристалла (структурированная вода), j внедряется на расстояния до 10 нм от наружной поверхности. [c.149]

P.M. Тер-Саркисовым при двухфазной фильтрации рассматривается два возможных механизма изменения физических свойств коллектора в результате набухания глин [c.105]

Во-первых, с 1963 г., когда вышло в свет последнее издание, технология промывки ствола скважины значительно усложнилась. Например, широкое применение нашли полимеры, позволяющие получать более благоприятные свойства буровых растворов. Действительно, в настоящее время скважина может быть пробурена с использованием бурового раствора, содержащего только полимер и воду. При этом все глины и выбуренная порода удаляются из раствора на поверхности с помощью совершенных механических разделительных устройств. Еще одним примером может служить создание растворов на углеводородной основе, которые предотвращают набухание и последующее обваливание глинистых сланцев благодаря выравниванию химической активности воды в растворе и сланце. К числу других достижений можно отнести методы прогнозирования давления пластовых флюидов (это позволило улучшить программы крепления скважин и применения буровых растворов) выяснение механизма влияния свойств бурового раствора на скорость проходки математический анализ гидравлики промывки ствола скважины с учетом свойств бурового раствора и, наконец, повышение продуктивности скважин в результате использования специальных, не загрязняющих продуктивный пласт жидкостей для заканчивания и капитального ремонта скважин. Эти достижения в технологии нельзя было просто включить в издание 1963 г. при детальном их описании книга оказалась бы слишком громоздкой. [c.5]

При вскрытии потенциально продуктивных пластов как скорость фильтрации, так и мгновенная фильтрация должны быть сведены к минимуму, чтобы предотвратить возможное снижение продуктивности в результате проявления одного из следующих четырех механизмов. Во-первых, проницаемость коллектора, содержащего природные глины, может снизиться за счет их набухания при контакте с фильтратом бурового раствора. Частицы глин перемещаются внутрь коллектора, застревают в местах сужений поровых каналов и резко снижают проницаемость породы. Во-вторых, давление в некоторых коллекторах недостаточно, чтобы вытеснить водный фильтрат из порового пространства призабойной зоны при вводе скважины в эксплуатацию. Фильтрат, остающийся в порах, уменьшает площадь поперечного сечения пласта, через которое могут течь нефть или газ при этом возникает явление, известное как образование водяного барьера- . В-третьих, мелкие частицы из бурового раствора, поступающие в пласт при мгновенной фильтрации, могут закупорить каналы для прохода пластовых флюидов. В-четвертых, может произойти взаимное осаждение солей, растворенных в фильтрате и в пластовых водах. [c.27]

Взаимодействие глины с водой — сложный физикохимический процесс. Механизм этого процесса зависит от минералогического состава глины, комплекса обменных катионов, относительного количества воды и глины (влажности), температуры процесса и т. д. Если абсолютно сухую навеску глины поместить в среду, полностью насыщенную парами воды, то можно наметить следующие этапы гигротермического увлажнения — сорбции влаги. Сначала происходит адсорбция молекул воды поверхностью глинистых частиц и гидратация обменных катионов —этот этап сопровождается выделением тепла. Затем следует конденсация паров влаги в микрокапиллярах. В каолинитовых глинах появление жидкой фазы не вызывает набухания —увеличения объема образца, в монтмориллонитовых глинах жидкая фаза проникает в пространство между пакетами, вызывая их набухание и увеличение объема образца. [c.21]

Результаты приведенных расчетов показывают, что обменные микропроцессы в глинизированных нефтяных пластах, связанные с изменением минерализации закачиваемого рабочего агента, оказывают заметное влияние на механизм нефтеотдачи, поэтому учет этого фактора прн выборе и проектировании технологии (и метода) воздействия необходим. Предложенная выше модель не позволяет строго количественно оценить влияния изменения минерализации воды на нефтеотдачу в сильно неоднородных коллекторах. Технологическая эффективность заводнения в последнем случае будет существенно зависеть от соотношения пропластков, изменчивости их пористости и проницаемости, от степени неоднородности проницаемости пласта по объему. Если менее проницаемые прослои или зоны будут характеризоваться большей глинистостью (что реально и наблюдается) или глины в этих частях обладают большей способностью к набуханию, то закачка в пласт воды, более пресной, чем пластовая, по-видимому, приведет к снижению нефтеотдачи за счет уменьшения гидропроводности в менее проницаемых зонах. Этим и объясняется установившееся мнение о глинистости как об осложняющем физико-геологическом факторе при разработке нефтяных месторождений. Однако, если менее проницаемый слой характеризуется меньшим коэффициентом глинистости (или содержит слабонабухающую глину) или подвергаемый заводнению пласт сравнительно однороден, то переход на закачку менее минерализованной воды (вне зависимости от времени разработки залежи) может привести к существенному приросту нефтеотдачи за счет выравнивания фронта вытеснения из-за набухания глин. [c.171]

При больших размерах молекул или агрегатов ПАВ, когда при растворении образуются коллоидные растворы, механизм снижения набухания глин отличен от изложенного выше. В этом случае коллоидные частицы ПАВ, адсорбируясь на поверхности глинистых част1[ц, образз ют мономолекулярный слой, толщина которого значительно больше толщины гщ ратного слоя. Однако образующийся слой препятствует пептизации глинистых частиц под действием дисперсионной среды и тем сильнее, чем выше концентрация ПАВ. В результате этого удельная поверхность набухших в растворах ПАВ глинистых пород имеет меньшую величину, чем п])и действии воды. Суммартай эффект выражается в снижении набухания глин вследствие прелалирующего процесса уменьшения пептизации глинистых частиц. [c.57]

Механизм ингибирования гидратации и набухания глин в водных средах с КПАВ, вероятно, многоплановый и обусловлен его химической и физической адсорбцией, а также и способностью замещать обменные комплексы органическим катионом во всей кристаллической решетке глинистых частиц. При хемосорбции модифицируется поверхность глинистых частиц, при пленкообразовании поверхность глинистых частиц гидрофобизи-руется и защищается аналогично углеводородным компонентом, а замена обменного комплекса глин соответствует изоэлектриче-скому состоянию с переходом в органоглины и придания им оле-фильных свойств. Степень последних зависит от процента замещения емкости комплекса. [c.77]

Этот механизм ингибирования по кинетике соответствует топохимической реакции. Процессы ингибирования первыми двумя ступенями не способны стопроцентно затормозить набухание глин. По мере развития поверхности раздела между модифицированной глиной и исходной и увеличения новых продуктов — олеофильпой глины — происходит продвижение границы вглубь твердого вещества при слиянии модифицированных островков глин. При этом скорость гидратации постепенно должна снижаться. [c.79]

По мнению автора, механизм снижения набухания негидратированных глинистых пород при действии ПАВ различен и в основном обусловлен свойствами, размерами и строением частиц ПАВ. При малых размерах молекул обра ующийся адсорбционный мономолекулярный слой имеет меньшую толщину, чем гид-ратный. При этом процесс пептизации идет глубоко и приводит к образованию примерно одинаковой удельной поверхности глин как в воде, так и в водных растворах ПАВ [20]. [c.57]

Подтверждением механизма действия ПАВ на набухание fлин является исследование по адсорбции ПАВ на гидратированном бентоните [20]. Величина адсорбции П. .В на гидратированной глине определялась по разности концентрации ПАВ в опытных и контрольных образцах с помощью иЕтерферометра ИТР-2. Одновременно определялось изменение толщины адсорбционного слоя по отношению К , определяемого после взаимодействия гидратированной п[ины с водным раствором ПАВ, к величине гидратированной глины. [c.57]

Различные формы неустойчивости ствола, возникающей в результате взаимодействия между буровым раствором и глинистыми формациями, обязательно связаны с явлениями гидратации. Как уже отмечалось в главе 4, возможны два механизма адсорбции воды на глинистых частицах адсорбция мономолекулярных слоев воды на плоских поверхностях кристаллических решеток частиц (которая обычно называется кристаллическим набуханием или поверхностной гидратацией) и осмотическое набухание, происходящее вследствие высокой концентрации ионов, удерживаемых электростатическими силами вблизи поверхности глинистых частиц. Кристаллическое набухание характерно для всех глин при этом вода прочно удерживается глинистыми частицами, но объем увеличивается сравнительно мало. Межслоевое осмотическое набухание присуще только определенным глинам смектитовой группы (особенно натриевому монтмориллониту) оно вызывает значительное увеличение объема, но вода удерживается глиной слабо. [c.315]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология