13.2 Растворение и размывание соленосных отложений.

Растворение солей обусловлено гидрофильностью ионов, слагающих кристаллическую решетку.

Суммарную энергию гидрофильных ионов соли способных активно взаимодействовать с молекулами воды называют объемной электрической энергией. Объемная энергия, естественно, зависит от гидрофильности и количества ионов ( концетрации). Плотность объемной электрической энергии можно определи ть по осмотическому давлению раствора.

В контакте соли с водой происходит «выравнивание» объемной энергии соли и раствора. Происходит двойной массоперенос. Из горной породы в воду диффундируют ионы, а из воды в горную породу – молекулы воды. Происходит с одной стороны увлажнение и разупрочнение соли, с другой- насыщение раствора солью. Растворение соли будет происходить до полного насыщения раствора солью. В насыщенных растворах соль не растворяется. При взаимодействии ионов с молекулами воды образуются гидраты . Вода хороший диэлектрик (диэлектрическая проницаемость при температуре 20⁰ С равна 81 %). Благодаря этому разноименные ионы друг с другом в насыщенном ростворе не взаимодействуют, поэтому в объеме образованного раствора ионы распределяются равномерно количество связанных молекул воды в гидрате зависит от активности (гидрофильности) ионов. При полном насыщении раствора солью или увеличении ее концетрации расстояние между гидратами снижается до расстояния межмолекулярного взаимодействия, образуются кристаллогидраты. Соль выпадает в осадок или адсорбируется на стенках скважин. Например, из насыщенного раствора MgCl₂ образуются кристаллогидраты MgCl₂*6H₂O, из раствора CaCl₂ – кристаллогидраты CaCl₂*6H₂O, CuSO₄*5H₂O и т.д.

При растворении соли тепловая энергия расходуется на отрыв ионов от кристалла. Эта энергия постоянно пополняется за счет тепловой энергии, выделяющейся в результате гидратирования ионов.

Если при гидратировании выделяется тепловой энергии больше, чем расходуется на отрыв инов наблюдается нагревание раствора. Таким образом теплота гидратации может характеризовать интенсивность взаимодействия молекул воды с ионами соли.

Критерии растворения служат два параметра скорость растворения и растворимость. Скорость растворения – это количество соли, перешедшей в раствор в единицу времени. Растворимость соли характеризуется максимальным количеством соли, способным растворяться в единице емкости воды, т.е. концетрацией насыщенного раствора соли в процентах.

Скорость растворения (растворяющую способность) соли определяют по формуле Фика (см.раздел 4.3

Таким образом в соответствие с формулой (1), скорость растворения соли зависит от вида соли имеющих различную скорость насыщения C_H и концетрации соли в растворах. Откуда следует, что с увеличением концетрации соли в растворе скорость растворения понижается, а при С_Х=С_Н снижается до нуля; при полном насыщении раствора солью ее растворение происходить не будет.

Для подтверждения этой зависимости были приведены экспериментальные исследования. Для этого использовались образцы различных солей (одновалентных NaCl т двухвалентных MgCl₂), которые опускались в растворы различной концетрации соли. Скорость растворения определялась по формуле:

где m_c – масса образца соли; ρ – плотность соли; S – поверхность образца.

Результаты замеров скорости растворения солей с одновалентными и двухвалентными катионами показали в табл. 1.

Таблица 13.3

Скорость растворения галита в растворах электролитов

NaCl и MgCl₂, м/c10^-7

Электролит	Концентрация соли, %
	0	5	10	15	27	35
NaCl MgCl2	4,7 4,7	3,9 3,9	3,1 3,3	2,2 2,7	0,14 1,4	- 0,19

По полученным данным построены графики зависимости скорости растворения от концетрации.( рис. 13.1) зависимость скорости растворения в чистой воде от концетрации соли 1-NaCl; 2-MgCl2 Результаты исследований показывают, что действительно скорость расстворения соли зависит от концетрации соли и при полном насыщении раствора солью растворение соли прекращается.

Ранее при бурения горных пород с промывкой глинистыми растворами отмечалось , что при бурении на стенках скважин образуется плотная глинистая корочка, предотвращающая насыщение горной породы водой, а полимеры способны на стенках скважин образовывать гидрофобную пленку, также предупреждающую насыщение горной породы водой.Для определения влияния твердой фазы и полимеров на влажность и скорость растворения соли были проведены экспериментальные исследования по расстворению галлита в глинистых растворах различной концетрации. Для опытов были использованы малоглинистые растворы из гидрофильной глины (черногорского глинопорошка, активированного кальцинированной содой) способных активно взаимодействовать с гидрофильной горной породой. (Промывка скважин в солевых отложениях глинистыми растворами большой концентрации не возможна вследствие их коагуляции) Скорость растворения соли определялась в неподвижном растворе и постоянном его перемешивании. Для определения скорости растворения соли в полимерных растворах использовались 1,5 % растворы КМЦ и 0,5 % растворы ПАА

Таблица 13.2

Скорость растворений галита в глинистом неподвижном растворе, м/с10^-7

(емкость сосуда 0,5л)

Время растворения, с	Концентрация глины, %
	3%	5%	7%
612 1188 1800 3600 540 7200 64800 72000	2,5 2,5 2,4 1,6 1,5 1,4 0,3 0,3	2,5 2,4 2,4 1,6 1,5 1,3 0,2 0,2	2,1 2,1 2,1 1,3 1,2 1,1 0,2 0,2

Таблица 13.3