201594. lajstromszámú szabadalom • Eljárás agyagásványokat is tartalmazó fluidumtároló rétegek kutkörüli zónáinak stabilizálására és/vagy homokosodás elleni védelmére az agyaghatások vizes elektrolitoldatokkal való inhibitálása útján
1 HU 201594 B 2 A találmány tárgya olyan eljárás, amelyben az agyagásványokat tartalmazó fluidumtárolók, különösen a szénhidrogéneket tartalmazó homokkő magas agyag-, agyagmárga, aleurit tartalmú tárolók kútkörnyéki zónáiban lévő agyagásványok ioncseréjének és ionos környezetének előnyös módosításával csökkentjük az agyagásványok duzzadási és elektrosztatikus diszpergálódási hajlamát úgy, hogy részint a 2:1 rétegszerkezetű agyagásványok Ca2* és/vagy Mg2* iontártalmát lecseréljük az agyagásvány szerkezetébe erősebben vagy maradandóan beépülő, 0,13- -0,15 nm hidratált ionátmérőjű, magas koordinációs számú kationokkal, másrészt a felületi negatív töltéseket alkalmas egy, vagy tóbbértékú kationokkal lekötjük, vagy mindkét folyamatot együttesen hajtjuk végre, a tárolóba mélyített fúrások kútkörnyéki zónáiban. Ennek következtében az agyagásványok C-tengely irányú duzzadása nagymértékben lecsökken, a belső hidrátviz tartalom csökken, a felületi szorpciós helyek inaktívvá válnak, amely változások közös eredményeként az agyagásványok stabilizálódnak, az agyagok diszpergálódásából származó permeabilitás-csökkenés korlátozódik, vagy megszűnik. A 2:1 rétegszerkezetű agyagásványok a szmektit-csoportba tartoznak, legjellegzetesebb képviselőjük a montmorillonit. A 2:1 rétegszerkezet elnevezés onnan adódik, hogy az agyagásvány elemi celláját lényegében két szerkezeti réteg, egy tetrahedrélís és egy oktahedrális réteg alkotja, amelyek közt egy hidratált réteg helyezkedik el. A koordinációs szám megjelölés a komponensek érintkezési pontjainak számát adja, és minél nagyobb egy hidratált ion hidratécíób energiája, annál inkább tömörebb szerkezetet alakit ki. A legtömörebb szerkezet a rombohedrális illeszkedés, amikor a szerkezetet alkotó ionok (elemek) 12 ponton érintkeznek, és ezt a kolloidkémiai gyakorlatban 12- -es koordinációs számnak nevezik. Amennyiben disszociáció útján a kálium-, ammónium és cirkonil-ionok az oldatba kerülnek, ezek alkalmasak ioncserével az agyagásványokba beépülni, és minden illyen esetben a legnagyobb kontrakcióé erőt fejtik ki, mivel illeszkedésük rombohedrális. Permeábilis fluidumtároló kőzetek általában tartalmaznak olyan ásványi komponenseket, amelyek szénhidrogénbányászati, vagy hasonló (víztermelés, geotermikus energia hasznosítás, stb.) tevékenységekkel összefüggő beavatkozások folyamén sok esetben megváltoztatják tulajdonságaikat. A megváltozott tulajdonságok gyakorlati szempontból legtöbbször kedvezőtlen irányú változásokat okoznak (pl. áteresztőképesség csökkenés,’ granuális kőzeteknél a cementáció csökkenése, stb.). A tulajdonságaikat külső behatásokra megváltoztató kózetalkotó agyagásványok közül közismertek pl. a szilikátok osztályának filloszilikátok alosztályába tartozó egyes ásványok. Ezek egyes kőzetekben már a keletkezésüktől jelen vannak, mig másokban a diagenezis idején, vagy egyéb hatásokra (málés, stb.) keletkeznek. Ilyen ásványok pl. a montmorillonit-csoport tagjai. Közülük a jellegzetes montmorillonit az agyagokban, aleuritokban, ezekkel szennyezett üledékes kőzetekben, a vegyes hézagterű kőzetek repedéseiben, áramlási csatornáiban gyakorlatilag mindig jelen van. Az azonos csoportba tartozó nontronit a montmorillonitéval megegyező tulajdonságú. A fluidumtárolók bányászati tevékenységekkel összefüggő beavatkozások során .( a tárolókőzet átharántolásakor, a réteg megnyitásakor, vizbesajtoláskor, stb.) a tárolókőzet és a telepfluidumok (szűredékek) alkotta rendszer fizikai, fizikai-kémiai egyensúlya (kvázi egyensúlya) folyamatosan változik. E változások nemcsak a fluidum tulajdonságaira, hanem - a fluidum és a kőzetalkotó ásványok kémiai kölcsönhatása következtében - az egész rendszer eredő tulajdonságaiban okoznak kedvezőtlen karakter-módosulásokat, elsősorban a hidrodinamikai paraméterekben, különösen az áteresztőképesség inhomogenitásának növekedésében, átlagértékének csökkenésében. E tekintetben rendkivül fontos szerep jut a duzzadó agyagásványoknak, amelyek kiegyenlítetlen töltés-állapota következtében - olyan ioncsere folyamatokban vesznek részt, amelyekben szerkezeti Ca2* és Mg2* ionjaikat könnyen cserélik le Na* és H* ionokra, amelyek a réteges agyagszerkezet duzzadását, az agyag hidratáltságának, instabilitásának növekedését eredményezik. A megnövekedett szerkezeti csatornák nagyobb szorpciós képességet határoznak meg, a további ioncserére való hajlam megnő (ugyancsak a szerkezet fellazulása miatt). Súlyosabb következményei a folyamatnak azonban az agyagcellák teljes diBzpergálódásából erednek, mivel az agyagmigráció az áteresztőképesség drasztikus csökkenéséhez vezet. Nyilvánvaló, hogy a tárolókőzet agyagásványai sem kémiai tulajdonságaik, sem fizikai eloszlásuk tekintetében nem homogének, ezért nemcsak az ionos környezettel, hanem a kőzet egészének stabilitásával kapcsolatban van fontos szerepük, lévén az agyagásványok szemcséi egyes kőzetek cementező anyagai is. Amikor a kedvezőtlen irányú ioncsere folyamat hatására (feleslegben bejutó vagy bejuttatott Na* és H* ionkoncentráció, pl. savas kezeléseknél) a rétegszerkezet duzzad, jelentős szerkezeti fellazulás következik be, az agyagszemcsék diszpergálódása megindul, ugyanakkor azonban a cementáló hatás is 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
