Файл: Повышение эффективности вскрытия и опробования нефтегазоносных пластов..pdf

рации

увеличивает набухание глинистых минералов, а растворы

С а С Ь ,

NaCl и хроматов калия или натрия,

наоборот,

снижают

набухание.

Остаточная вода пород-коллекторов, как и пластовые воды

месторождений,

имеет

обычно кислую

среду

и содержит

наряду

с солями Na,

Са

и M g значительное

количество двухвалентного

ж е л е з а

и сероводорода. Последние находятся в ионной

форме

и при

проникновении

фильтрата бурового

раствора

образуют

коллоиды, гидроокиси

и гндрозакисп

железа, которые

при росте

р Н до

6—7

и выше

коагулируют [29]. Кроме того,

фильтраты

способствует окислению двухвалентного ж е л е з а в

трехвалент­

ное с выпадением в осадок. Двухвалентное ж е л е з о

о с а ж д а е т с я

лорода т а к ж е может привести

к образованию

серы с последую­

щим отложением ее в порах [30].

Большинство химических

реагентов имеет

щелочную реак­

цию ( У Щ Р , Т П Ф Н , N a 2 C 0 3

и др . ), что при

взаимодействии

ционные и другие процессы

в зависимости

от условий проявля ­

ются по-разному, поэтому

отдельные химические реагенты и

соли

( К С С Б ,

К М Ц , N a 2 C 0 3

и др.) изменяют свои закупориваю ­

щие

свойства

в различных

геологических

регионах.

горизонтов м о ж н о рекомендовать:

1. В условиях з а п а д а и юга Украины

использовать промывоч­

ные жидкости с добавкой до 3—5%

С а С Ь .

ществлять в

основном карбофеном, карбофеном с добавкой

С а ( О Н ) г ,

хроматами к а л и я

и натрия. Взамен добавки

СаС1г

м о ж н о употреблять т а к ж е NaCl

(до 10—15%).

3.

В сарматских

отложениях

Внешней зоны

Предкарпатского

прогиба

д л я

обработки

буровых

растворов

применять

преж­

де всего хроматы натрия

и калия, Т П Ф Н ,

К С С Б , смесь

К М Ц

и К С С Б

(в соотношении

1:2) .

4.

При бурении

в кембрийских

отложениях

Волыно-Подольской

окраины

Восточно-Европейской

платформы

из

реагентов — •

стабилизаторов использовать главным образом

К С С Б ,

а так­

ж е К М Ц

(не более 0,5—0,7%).

5 Зак. 498

65

гипаном, Ш г С О з

(более

1%).

Из

смесей использовать К М Д

(3%)

с СаС1 2 ( 2 % ) , а в асбесто-меловых

растворах

карбофен

(2 — 5%), с С а С Ь

(2—2,5%)

с добавкой

нефти

и окисленного

петролатума .

§ 3. Влияние набухания глинистых минералов

на фильтрационные

и емкостные

свойства

пород-коллекторов

Все многообразие явлений, происходящих при вскрытии н е ф ­

тегазоносных

пластов

в процессе бурения скважин, тесно с в я з а н о

с присутствием глинистых минералов в породах-коллекторах.

При

взаимодействии жидкости

с

глинами последние способ­

ны ее поглощать, раздвигая

силикатные пакеты кристаллической

решетки. Росс [99] и

другие

определили, что объем

натриевых

бентонитовых

глин вследствие

поглощения

воды

увеличивается

в 8—10

раз .

Н а б у х а н и е

глинистых минералов

в коллекторах

приводит

бухание может привести к полному

закупориванию

порового

пространства.

Изучением набухания занимались

многие исследователи.

П а ­

ули

рассматривал

процесс набухания

как сложный,

состоящий

из

двух отдельных

процессов: молекулярного связывания

воды

и капиллярного всасывания . Причем

капиллярную воду П а у л и

рассматривает как

свободную, так как она легко удаляется из

зией жидкости

во внутрь

набухающего

вещества

К = — ,

(41)

G

где К—константа

скорости набухания; D — коэффициент

диф ­

фузии; S — поверхность;

б — толщина

слоя набухающего

веще­

ства.

S набухающего вещества и обратно пропорциональна

диффуз ­

ному пути б (толщине слоя набухающего в е щ е с т в а ) .

А. В. Д у м а н с к и м , на основании опытов Гофмейстера,

показа ­

ное

уравнение скорости химической реакции первого

порядка

(42)

где

W-—количество

поглощенной

при набухании жидкости на

1 г сухого вещества;

t — время; А

— константа скорости набуха­

ния;

Woo — предельное количество

поглощаемой при

набухании

жидкости при данном

внешнем давлении .

1

W

Л = - Г 1 п ^ ^ Т Р -

(43)

П р и набухании имеет большое значение количество ж и д к о ­

сти, находившейся первоначально

в веществе. Ариз [95]

наблю ­

хающих веществ поглощают относительно меньшее

количество

жидкости, чем тонкие (при тех

ж е условиях) .

При набухании наблюдается избирательная способность: же ­

латин набухает в воде, но не в

бензоле, каучук — наоборот. Эта

избирательная способность набухания

связана со смачиванием.

Н а б у х а н и е сопровождается

выделением тепла. Теплотой на­

бухания называется количество

тепла

в калориях,

которое вы­

вые объемы жидкости

поглощаются

с большим тепловым эффек­

том, последующие с меньшим. К а т ц

[93] показал,

что теплота на­

бухания

соответствует

следующему

эмпирическому

уравнению:

Q = Q,

-

Q- =

-sai

(44)

где

Q — теплота

набухания

в

кал;

Qi — теплота

набухания су­

хого

вещества

в

кал;

Q2 — теплота

набухания

частично набух­

шего вещества

в

кал;

I — количество жидкости,

связывающееся

с порошкообразным веществом

при

набухании,

в

г;

а и р — по­

стоянные

величины.

5*

67

ференциальной теплоте набухания q, которая

представляет со­

бой количество тепла, выделяющегося при поглощении

к а ж д о г о

г р а м м а жидкости набухающим

веществом — сухим или

частич­

но набухшим . Д и ф ф е р е н ц и р у я

уравнение (44),

находим,

что

*Я- = а =

а ?

(45)

лихом

[76] и Посняком

[98]. М е ж д у

величиной давления

р и

ве­

совым количество коллоидного сухого вещества С в 1000

с м 3

на­

бухшей

массы имеется

следующая

зависимость:

p = p0ck,

(47)

где ро

и k — постоянные величины,

определяемые

опытным

пу­

тем.

Сходство уравнения

набухания

с уравнением

осмотического

ние на набухание о к а з ы в а ю т

анионы. П о

своей

способности

увеличивать

набухание они

располагаются

в

следующий

ряд:

C N S ' > j ' > B r ' > N 0 3 ' > C K V > C r >

вода,

а

по

способности

уменьшать набухание располагаются

в р я д вода

> C H 2 C 0 2 ' > m i -

т р а т > т а р т р а т > 5 0 4 " .

Приведенные ряды носят название рядов

Гофмейстера. Н а и ­

более высокое набухание вызывает

роданид — ион

и

наимень­

шее — S O / '

— ион. Присутствие

CY — иона

несколько

увеличи­

вает, а С Н 3

С 0 2 ' — иона немного

уменьшает

набухание

по

срав­

нению с чистой водой.

Н а процесс набухания т а к ж е

о к а з ы в а ю т

влияние

и

обменные

катионы, располагающиеся по В. С. Ш а р о в у

в последовательный

ны лития, а

наименее — катионы ж е л е з а .

К р о м е того, на процесс набухания оказывает

значительное

влияние концентрация

ионов водорода

( р Н ) , на что

у к а з ы в а л

еще Ж . Л е б

[92]. .Ввиду этого определение величин

набухания

без учета рН

среды может привести к ошибкам .

П р и набухании наблюдается одновременно два явления [86]:

собственно набухание

и пептизация

набухающего

вещества.

В

первом

случае явление связано

с

изменением

электриче­

ского

з а р я д а

и адсорбцией ионов и зависит как от анионов

(в

присутствии

таких солей, как NaCl), так и от катионов

(в при­

сутствии кислот

или оснований) . Н а и б о л е е сильное

влияние

на

изменение з а р я д а

о к а з ы в а ю т кислоты

и основания,

при

этом

ве­

дит через максимум . Кубелька и

Вагнер

[101]

определили,

что

для

сильных кислот (соляной и серной)

максимум наблюдается

при

очень малых

концентрациях

(около

0,1

м и л л и м о л я ) , а

д л я

слабых кислот он отодвигается в

область

больших концентра­

ций.

Н а б у х а н и е т а к ж е связано с адсорбцией

жидкости.

Однако

не одно только явление адсорбции

участвует

в данном

процессе.

Это

видно у ж е из того, что повышение

температуры

способст­

вует процессу набухания, м е ж д у

тем как

адсорбция

(процесс

экзотермический)

з а д е р ж и в а е т с я

с повышением

температуры .

Это противоречие указывает на то, что

при набухании непре­

менно д о л ж е н протекать процесс,

положительно

зависящий

от

температуры . Таким процессом и является

давление набухания .

давление увеличиваются

о повышением температуры . .

Б о л ь ш о е влияние на

набухание глинистых минералов оказы ­

вает кислотная активация . После обработки

бентонитов 15%-ной

НС1 или 25% - ной H 2 S 0 4

при температуре

100° С

в течение 6 ч

набухание естественных

образцов, с о д е р ж а щ и х

преимуществен­

П р и обработке глин кислотой происходят глубокие

измене­

ния в составе и структуре глинистых минералов . П р и

этом на­

блюдается усиление жесткости и упрочнение силикатных

пакетов

вия м е ж д у структурными

элементами кристаллической решет­

ки [62]. Изменение объема

активированных глин в полярных

вующих

жидкостях . Здесь

будет не внутрикристаллическое на­

бухание,

а второй процесс,

обусловленный к а п и л л я р н ы м и сила-