Группы глинистых минералов

Смектитовые глины набухают при контакте с водой. Связь между слоями глинистых частиц, имеющих кристаллическую структуру, у них слабее, чем у глин всех других типов. Вода может легко проникать между слоями и раздвигать их. Когда слои расходятся, говорят что глина набухает. Отдельные глинистые частицы могут расходиться настолько, что связь между ними исчезает. Расхождение до такой степени называется диспергированием (рис. 8-3).

Натриевый монтмориллонит является часто встречающимся и проблемным членом группы смектитов. Чаще его называют бентонит. До полного диспергирования бентонит может набухать с увеличением объема до 20 раз.¹ Бентонит и другие смектиты часто залегают около поверхности в молодых, недавно отложившихся пластах глин. Обычно смектиты образуют мягкие пористые глинистые породы, которые легко разбуривать, но которые набухают и уменьшают диаметр скважины. В интервалах смектитов происходит также увеличение диаметра ствола из-за диспергирования с последующим обрушением породы в скважину.

Вода может легко проникать между слоями и бентонитовых глин и раздвигать их. Со временем глина диспергируется.

Рис. 8-3 Диспергирование

Структура иллита схожа со структурой монтмориллонита, но он не имеет раздвигающейся кристаллической решетки. Это означает, что вода не может проникнуть в межслоевое пространство его кристаллов. Под воздействием высокой температуры и давления вышележащих пород монтмориллонит претерпевает физические и химические изменения и превращается в иллит в процессе, называемом диагенез. В Мексиканском Заливе эти превращения происходят на глубине 10 -14 тыс. футов. Иллит производит более твердые и более хрупкие глинистые породы, и скорость проходки в этих породах ниже. Неустойчивость глинистых пород, содержащих иллит, обычно приводит к увеличению диаметра ствола.

Каолинитовые и хлоритовые глины также не набухают сильно при контакте с водой. Хлоритовые глины могут набухать сильнее, чем каолинитовые или иллитовые, но не так сильно, как смектитовые.

Механизм набухания глин будет рассмотрен в разделе, посвященном напряжениям, обусловленным химическими факторами.

Минералогический состав глин влияет на физико-химические свойства глинистых пород. Кроме того, на эти свойства влияют следующие факторы:

• Возраст и степень уплотнения

• Количество плоскостей напластования, их ориентация и прочность породы в направлении, параллельном плоскостям напластования.

• Проницаемость

• Переслаивание и включения солей и песков

• Поровый флюид и поровое давление

• Величина тектонических и напряжений и горного давления, действующих на глинистые породы

Эти свойства определяют различные типы глинистых пород. Некоторые являются мягкими и пластичными, некоторые твердыми и хрупкими, некоторые молодыми, а некоторые древними, некоторые легко расщепляются по плоскостям напластования, некоторые нет. Эти различные глинистые породы имеют разную прочность и разрушаются по-разному. На прежде чем разбираться в типах и причинах обрушения породы нужно подробнее ознакомиться с понятием прочности горной породы.