Исследование влияния растворов солей на гидратацию глинистых минералов при бурении скважин на примере Талнахского рудного узла

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью исследований и разработки промывочных жидкостей для бурения геолого-разведочных скважин в сложных горно-геологических условиях Талнахского рудного узла. Цель работы: исследование влияния водных растворов простых солей и полиэлектролитов на гидратацию глинистых минералов при бурении скважин комплексами со съемными керноприемниками (КССК) на Талнахском рудном узле. Методы исследования: методы рентген-флюоресцентной спектрометрии, электронной микроскопии, рентгеноспектрального, спектроскопического и томографического анализа для определения минерального состава глинистых горных пород; гидратация глинистых минералов на тестере продольного набухания. Результаты. Проведены исследования гидратации монтмориллонита и иллита в растворах простых солей, водорастворимых полимерах и их комбинациях. Трансляционное движение молекул воды за счет наличия иона K-, обладающего отрицательной гидратацией, приводит к увеличению скорости проникновения молекул воды в поровое пространство глинистых минералов, независимо от их типов. В концентрированных растворах простых солей трансляционное движение молекул воды остается более интенсивным по сравнению с чистой водой, что приводит к дестабилизации горных пород, содержащих в своем составе глинистые минералы. Независимо от типа раствора пористость и проницаемость оказывают влияние на изменение линейных размеров глинистых образцов, что подтверждается графиками исследуемых образцов, изготовленных при разных давлениях. Полианионы и поликатионы способствуют более быстрому проникновению молекул воды в поровое пространство и далее в межплоскостное пространство глинистых минералов, что приводит практически к неограниченному набуханию. Скорость гидратации глинистых минералов замедляется в растворах, содержащих гидратирующиеся катионы (Ca2-, Mg2- ), стабилизация наступает за более длительный период, чем в случае с ионом калия.

The relevance of the discussed issue is caused by the need to study and to develop drilling fluids for boring exploratory wells in difficult geological conditions of Talnakhskoe deposits. The main aim of the research is to study and assess the impact of simple salts and polyelectrolyte solutions on clay minerals hydration when drilling applying complexes with retrievable core receiver on Talnakhskoe deposits. The methods used in the study: methods of X-ray fluorescence spectrometry, electron microscopy, X-ray, spectroscopic and tomographic analysis to determine the clay mineral composition of rocks; hydration of clay minerals on the tester of longitudinal swelling. The results. The authors have studied illite and montmorillonite hydratation in simple salts solutions, water-soluble polymers and their combinations. Translational movement of water molecules due to the presence of K- ion which possesses negative hydration leads to increase in rate of penetration of water molecules into the pore space of clay minerals, regardless of their types. In concentrated solutions of simple salts the translational motion of water molecules is more intense in comparison with pure water, that results in destabilization of rocks containing clay minerals in their composition. Independently of the type of the solution, the porosity and permeability affect the change in linear dimensions of the clay samples, as evidenced by the graphs of the experimental samples made at different pressures. Polyanions and polycations facilitate more rapid penetration of water molecules into the pore space and further in the interlayer space of the clay minerals, which leads to virtually unlimited swelling. The rate of hydration of the clay minerals slows in solutions containing hydratable cations (Ca2-, Mg2-), stabilization occurs over a longer period than in the case of potassium ion.