Файл: Бабалян, Г. А. Физико-химические процессы в добыче нефти.pdf

идной системе имеются достаточные силы отталкивания (мицеллы с развитыми диффузными слоями), то система устойчива. Если сил отталкивания нет или преобладают силы притяжения, то частицы коагулируют.

Коагуляция коллоидных систем может вызываться многими причинами (старение системы, изменение концентрации дисперсной фазы, изменение температуры, механические воздействия, свет и т. д.). Наибольшее теоретическое и практическое значение имеет коагуляция под действием электролитов. Коагуляцию способны вы­ звать все электролиты, даже те, которые являются стабилизатора­ ми. Необходимо только, чтобы концентрация электролита при этом была настолько велика, чтобы он был способен в достаточ­ ной степени сжать двойной электрический слой частиц и тем са­ мым понизить электрический барьер, препятствующий слипанию частиц при их столкновении.

Коагулирующим действием обладают те ионы электролита, ко­ торые несут заряд, одноименный с зарядом противоиона коллоидтон частицы. Таким образом, для глин, частицы которых заряжены отрицательно, коагулирующими являются катионы.

Коагуляция начинается тогда, когда ‘концентрация электроли­ та превысит концентрацию, соответствующую «порогу коагуля­ ции».

Чем выше гидрофильность дисперсных частиц, тем выше порог коагуляции, т. е. выше концентрация, при которой наступает коа­ гуляция. Следовательно, для глин наиболее высокий порог коагу­ ляции имеют минералы монтмориллонитового типа и наимень­ ший— каолинитового типа. Гидрослюдистые минералы занимают промежуточное положение.

Добавки к глинистым суспензиям щелочных электролитов (имеющих щелочную реакцию) повышают гидрофильность глини­ стых частиц, повышают устойчивость суспензии, способствуя рас­ паду агрегатов ее частиц на первичные частицы (кристаллы).

По правилу Шульце — Гарди коагулирующая сила ионов повы­ шается с увеличением их валентности. Коагулирующая сила ионов

1 л) [20]:

Сильное влияние на порог коагуляции данного электролита ■оказывают состав ионов в диффузном слое и обмен ионов. С по­ вышением валентности ионов диффузного слоя и увеличением их радиуса порог каогуляции уменьшается, а чувствительность си­ стемы к коагулирующему действию электролита увеличивается.

Толщина диффузного слоя глинистых частиц увеличивается с З'меньшением валентности ионов, т. е. с уменьшением валентности

13

ионов увеличивается гидратация частиц, несмотря на то, что гидра­ тация самих ионов с уменьшением валентности уменьшается. Та­ ким образом, насыщение глины катионом Na увеличивает ее гидрофильность и устойчивость суспензий, уменьшая ее способность к коагуляции по сравнению с катионами большей валентности, та­

кими как Ca” , Mg", Al'".

В условиях, противоположных тем, которые способствуют коа­ гуляции дисперсных частиц, наблюдаются явления пептизацин. Лептизация происходит в результате уменьшения концентрации коагулирующего электролита, что приводит к увеличению толщины двойного электрического слоя, а также вследствие обмена ионов, когда в поглощающий комплекс глины вводятся катионы, способ­ ствующие увеличению толщины двойного электрического слоя и способствующие, вследствие этого, преодолению сил сцепления между частицами. Лептизация, таким образом, является процес­ сом, обратным коагуляции. При пептизацин глин увеличиваются их дисперсность и гидратация, что приводит к уменьшению проницае­ мости глин.

Следует отметить, что явления рекристаллизации и старения, приводящие к сращиванию частиц друг с другом, препятствуют пептизацин. Если золь коагулирован поливалентными катионами;

уплотнены, что приводит к дополнительной их дегидратации. В со­ ответствии с этим пластовые глины должны обладать пониженной чувствительностью к пептизацин.

Влияние глинистого цемента и катионного состава воды на водопроницаемость пород

Глины, находясь на значительной глубине и испытывая давле­ ние вышележащих слоев, уплотняются и превращаются в аргилли­ ты, глинистые сланцы и другие плотные горные породы.

Изучение минерального состава аргиллитов нижнего карбона Арланского месторождения Башкирии методами окрашивания ор­ ганическими красителями, термического анализа и электронно-ми­ кроскопического позволило выделить четыре минеральных типа: гидрослюдистый, каолинитовый, монотермитовый и монтмориллопитовый [72]. Довольно часто в глинистых породах встречаются полиминеральные их разности. Наиболее часто одновременно при­ сутствуют гидрослюда и монтмориллонит. С целью установления соответствия минерального состава глинистого цемента песчаников и алевролитов минеральному составу аргиллитов, среди которых они залегают, был проведен комплекс исследований. Изучали 22 образца: 4 пробы аргиллита и 18 проб продуктивных песчаников н алевролитов (фракции менее 0,01 мм).

14

Полученные коэффициенты набухания пластовых глин оказа­ лись близки по величинам к коэффициентам набухания гидрослю­ дистой и каолиннтовой глин. Проведенные исследования показали, что пластовые глины обладают в рассматриваемом случае слабой чувствительностью к составу взаимодействующей с ними воды. Принадлежат они к каолинитовому и гидрослюдистому типу. Низ­ кая минимальная гигроскопичность свидетельствует о слабой гидрофильности глин, а низкая емкость поглощения и преобладание Са" в поглощенном комплексе — о том, что глина является слабо набухающей, к какому бы минеральному типу она пе относилась.

Это же подтверждают непосредственно измерения коэффициен­ тов набухания. Хорошо набухающая монтмориллонитовая глина имеет коэффициент набухания 243% (в дистиллированной воде), а исследуемые пластовые глины — не более 60%. Набухаемость пла­ стовых глин в дистиллированной и пластовой водах получается практически одинаковой. Это согласуется с тем, что у пластовых

тионами. Поэтому кальциевые глины при контакте с пластовой водой остаются в относительно стабильном состоянии. В дистилли­ рованной же воде’кальциевые глины мало набухают. Это значит,

ванную или воду, содержащую катионы Са," не изменит ощутимо свой объем. Замена пластовой воды на воду, содержащую катионы Na', например на раствор NaCl, приведет к тому, что Na' из ра­ створа заменит в какой-то степени Са" из обменного комплекса глины, заняв там его место. Вследствие этого глина станет более набухающей. Это заметно скажется прн смене пластовой воды на пресную. По анализу образцов (содержание в некоторых образцах большего количества Na') можно сделать вывод, что на отдельных участках месторождений возможны породы с содержанием глин, хорошо набухающих в воде. Встречающееся повышенное содержа­ ние Na' в пластовых глинах может служить предпосылкой к тому, что в различных участках нефтяной залежи солевой состав погре­ бенных вод может быть различным.

Был-и проведены специальные опыты по фильтрации на искус­ ственных образцах, изготовленных из кварцевого песка (фракция 0,09—0,15 мм) с добавкой 4 и 8% глины, в качестве которой ис­ пользовались измельченные и просеянные через сито 0,1 мм аргил­ литы угленосной толщи Арланского месторождения, а также на образцах с добавкой Са"- и Na'-монтмориллоннта.

Как уже говорилось выше, глинистые минералы монтморнллонитового типа наиболее активно взаимодействуют с водой. Поэтому образцы песчаника, изготовленные из кварцевого песка с добавка­ ми монтмориллонита, являлись как бы эталонными образцами, от­

15

ражающими влияние взаимодействия фильтрующейся воды с пори­ стой средой на ее проницаемость.

Для изготовления образцов тщательно перемешанный с глиной песок увлажняли дистиллированной водой и утрамбовывали в ме­ таллических формах. Извлеченный из формы образец сушили при температуре 40—50° С и покрывали по боковой поверхности лаком. К торцам приклеивали стеклянные воронки, после чего определяли проницаемость образца по воздуху на приборе Товарова. Затем об­ разец насыщали под вакуумом водой соответствующего солевого состава.

Опыты проводились с пластовой водой, 1 н. растворами NaCl и CaCIo ui подрусловой водой р. Камы. Выбор такой концентрации искусственно приготовленных водных растворов NaCl п СаСІ2 был обусловлен тем, что 1 н. раствор быстро вытесняет поглощенные катионы глины, и дальнейшее увеличение концентрации мало отра­ жается на результатах [20], т. е. такая концентрация раствора яв­ ляется оптимальной в отношении воздействия его на состав обмен­ ного комплекса глин. Указанная концентрация растворов выше тех концентраций, в пределах которых колеблется порог коагуля­ ции для глинистых частиц. Следовательно, растворы этой концент­ рации должны коагулировать частицы глинистой фракции песча­ ников. *

Предварительно вода фильтровалась под вакуумом через ворон­ ки Шота № 3 пли № 4 п перед входом в образец проходила через стеклянные фильтры № 3 и № 4. Полнота насыщения образцов жіидкостыо была не ниже 99,5%. Как и следовало ожидать, наи­ большая проницаемость образцов наблюдалась для высокоминералпзованной пластовой воды, для 1 и. раствора СаС12 она была не­ сколько меньше и для 1 н. раствора NaCl — меньше, чем для ра­ створа СаС12. Наименьшая проницаемость образцов была для под­ русловой воды.

В образце, содержащем Ca-монтмориллонит, фильтрация 1 и. раствора NaCl вслед за 1 и. раствором СаС12 не вызвала резкого изменения проницаемости, несмотря на замещение Са" в глинистом цементе катионами Na’ из раствора — очевидно, сказалось коагу­ лирующее действие 1 н. раствора NaCl. При последующей фильтра­ ции пресной подрусловой воды влияние замещения катионов не замедлило сказаться. В подрусловой воде Na-монтмориллонит на­ бухает и пептизирует на отдельные частички, которые закупори­

смена пластовой воды на подрусловую должна бы вызвать такой же эффект, как и в образце, содержащем Ca-монтмориллонит. Нс пластовая вода, имеющая наибольшее количество катионов Са", способствовала замещению Na' в глине на Са", который агреги­ рует глинистые частицы, поэтому указанного эффекта здесь не на­ блюдается.

16