7. Глины и глинистые породы

(Слайд 1G1_11)

Глины и глинистые породы (аргиллиты, глинистые сланцы) составляют около 60% всех осадочных пород.

Глины содержат более 50% пелитовых частиц размером < 0,01 мм и не менее 25% частиц размером < 0,001 мм.

Глины характеризуются пластичностью, зависящей от степени дисперсности слагающих их минеральных частиц, и способностью к ионному обмену.

Образование и преобразование глинистых осадков связано со сложными физико-химическими процессами, в которых ведущими являются коллоидные. В глинах заключена основная масса органического углерода, содержащаяся в осадочных породах. Многие исследователи относят глины к основным нефтегазоматеринским породам.

Под воздействием процессов диагенеза и эпигенеза глины уплотняются, пористость их уменьшается, они отдают поровую воду и постепенно теряют пластичность, превращаясь в уплотненные разности. При дальнейшем метаморфизме глины и аргиллиты преобразуются в глинистые сланцы. В более глубоких зонах метаморфизма происходит полная перекристаллизация глинистой массы; с появлением поглощенных оснований и привносом щелочей и щелочноземельных элементов глинистые сланцы переходят в филлиты и другие кристаллические сланцы.

По минеральному составу глины относятся к сложным полидисперсным и полиминеральным породам, состоящим из ассоциаций глинистых и неглинистых минералов (первичных и вторичных, кристаллических и аморфных), содержащим различное органическое вещество, поглощенные катионы, растворимые соли и способным удерживать воду.

В.И. Лучицкий (1932) разделяет глины по минеральному составу на три основных типа:

1) каолиновые;

2) монотермитовые;

3) монтмо-риллонитовые (бентонитовые).

И.И. Гинзбург (1941) различает в коре выветривания три главных типа глинистых пород:

1) каолиновые;

2) галлуазитовые и ферригаллуазитовые;

3) монтмориллонитовые и ферримонтмориллонитовые.

(Слайд 1G1_111)

В зависимости от геохимических условий среды образуются различные глинистые минералы:

- каолинит характерен для кислой и слабокислой среды;

- аллофан — для слабокислой; галлуазит и щелочьсодержащий каолинит известны в слабокислых и нейтральных средах;

- Mg-монтмориллониты, бейделлит, леверрьерит и гидрослюды — в слабощелочной и нейтральной средах;

- Са-, Mg-монтмориллониты, частично бейделлиты и гидрослюды характерны для щелочной среды;

- Са-монтмориллониты и щелочные (Na — К) монтмориллониты обычны для сильнощелочной среды (Теодорович, 1958).

Минералы группы глин с отношением Аl₂О₃ (или R₂O₃) к SiO₂ от 1:1 до 1:2 свойственны кислой и слабокислой средам, от 1:1 до 1:3 — нейтральной, от 1:3 до 1:6 — щелочной.

В бассейне осадконакопления глинистые минералы распределяются следующим образом (Ратеев, 1954).

1. В зоне образования континентальных отложений преобладает каолинит, а гидрослюды имеют подчиненное значение.

2. В опресненной зоне водоема наиболее развиты гидрослюды, а количество каолинита уменьшается.

3. В переходной зоне от опресненной к морской исчезает каолинит и исключительно распространяются гидрослюдисто-хлоритовые ассоциации минералов без заметной примеси минералов группы монтмориллонита.

4. В морской зоне отмечается гидрослюдисто-монтмориллонитовый состав минералов с увеличением монтмориллонита (с иллитовым характером гидрослюд).

При изучении морских осадков Р.Е. Грим (1956) обнаружил иллит, каолинит и монтмориллонит; последний, по его мнению, продукт вулканической деятельности. Присутствие в морских осадках чуждого щелочной среде каолинита указывает на то, что он принесен с суши. Лагунные осадки характеризуются присутствием иллита и реже монтмориллонита. Более древние глинистые породы содержат преимущественно иллит, хлорит, в небольшом количестве каолинит, реже иллит-монтмориллонит. В более молодых породах обычно наблюдаются совместно монтмориллонит и каолинит.

Изучение минерального состава глинистых пород ввиду его сложности проводят комплексно с помощью анализов:

- гранулометрического,

- петрографического,

- химического,

- термического,

- электронномикроскопического,

- рентгеноструктурного,

- спектрального,

- спектрофотометрического.

По структуре глины могут быть аморфными, скрыто-, микро- и яснокристаллическими, а также смешанного строения.

(Слайд 1G1_112)

Глинистые минералы, присутствующие почти во всех осадочных породах-коллекторах, содержатся как в виде отдельных зерен, так и в виде аморфной массы, заполняющей пустоты и трещины. Глинистое вещество, рассеянное в том или ином виде и количество в песчаных породах, служит цементом. Влияние глинистых минералов на свойства нефтяного пласта определяется двумя факторами:

1. Микроскопической величиной кристаллов глинистых минералов — обычно до 2 мк, реже до 0,2 мк в диаметре.

2. Химической и физической неустойчивостью глинистых минералов, особенно минералов группы монтмориллонита при соприкосновении с раствором.

Малый размер глинистых частиц сказывается на удельной поверхности, которая предопределяет степень активности поверхностных явлений, имеющих место в нефтяных и газовых пластах.

Химическая неустойчивость глинистых минералов обусловлена в основном процессами свободного катионного обмена или способностью к обмену оснований, т. е. ионов раствора на ионы кристаллической решетки глин. В результате катионного обмена свойства раствора и твердого тела подвергаются изменению. Большая часть свойств осадочных пород, в том числе пород-коллекторов, определяемых ионным обменом, обязана содержанию в них глинистых минералов. Физическая неустойчивость глинистых минералов связана со строением их кристаллической решетки или с их молекулярной структурой — способностью кристаллической решетки удерживать ионы ОН^—и Н⁺, что приводит к увеличению объема глин.

Присутствие глины в осадочных породах-коллекторах отрицательно сказывается на их пористости и проницаемости. Особенно это относится к монтмориллонитовым разностям.

Наличие глины влияет на приемистость скважин при закачке воды с целью поддержания пластового давления. Одна из главных причин уменьшения приемистости — разбухание пород на забое скважины при вскрытии пласта сильным щелочным глинистым раствором, применяемым при бурении скважин, или пресной водой.

Глинистые породы вследствие практической непроницаемости играют роль покрышек нефтяных и газовых залежей. Наилучшими покрышками среди глин являются монтмориллонитовые, в большей степени обеспечивающие изоляцию залежей нефти и газа и их сохранность.