钠蒙脱土结合水的热分析定量研究方法

邓明毅，　刘洋洋，　谢刚，　赵洋

（1.西南石油大学石油与天然气工程学院，成都610500；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500）

由于泥页岩地层特殊的水敏性[1]，钻井过程中90%以上的井壁失稳问题发生在泥页岩地层[2-4]。而泥页岩地层含有大量的黏土矿物[5-7]，尤其是易水化膨胀的蒙脱土，使得水分必然进入地层引起水化现象的产生。随着钻井时间的持续，泥页岩水化现象越明显，这就使得地层强度降低，井壁失稳。针对泥页岩地层的这一问题，岩石力学及钻井方面的研究者相继展开了力学和化学2个方面的研究，取得了一定成果，基本思路均是从宏观角度着手，结合理论方法以建立泥页岩井壁失稳的力-化耦合模型。但到目前为止还未将井壁失稳的微观水化本质引入到模型中，且对黏土水化分析没有深入到定量化。进入地层岩石的水分为自由水和结合水[8-9]，而水进入地层后导致井壁失稳的本质是其结合水的含量。通过微观分析水分进入钠蒙脱土后伴随的水化进程，建立钠蒙脱土结合水与含水量的定量关系模型，并利用热失重分析方法验证模型的精确度。

1　泥页岩水化机理

泥页岩中黏土吸水后均会膨胀，只是不同类型的黏土其吸水程度有所区别。泥页岩中黏土矿物的成分、含量及其微观结构形态决定了水化的微观机理[10]。大多数相关研究者认为泥页岩水化进程分为表面水化和渗透水化[11-13]。

泥页岩中黏土水化的第1个阶段是表面水化，它的作用机理是水分子吸附在黏土晶体表面，也称为晶格膨胀[14]。……