分子模拟无机盐抑制蒙脱石水化机理

井壁不稳定是油气勘探开发过程中最为复杂的技术难题之一，而井壁的稳定性在很大程度上取决于岩石中黏土矿物的含量和特性，尤其是蒙脱石的水化膨胀特性。为深入了解无机盐稳定井壁的微观作用机理，利用分子模拟软件Material Studio（MS）建立了Na-蒙脱石的晶体模型，并对其水化过程、水化机理以及水化造成的强度参数变化进行了动力学模拟研究。模拟结果表明，Na-蒙脱石晶体层间距随晶体表面吸附水分子个数的增多而逐级增大，当水分子数达到48、72、96时，分别形成1、2、3层饱和水合层；加入无机盐后，蒙脱石晶体的力学参数有一定程度的提高；KCl和CaCl2具有较其他无机盐更好的提高Na-蒙脱石晶体弹性模量、减小膨胀的效果。通过KCl、NaCl和CaCl23种无机盐在不同质量分数条件下对Na-蒙脱石晶体弹性力学性质影响的研究，给出了Na-蒙脱石晶体达到最佳稳定状态性时3种无机盐的质量分数范围。膨胀实验结果很好地证明了蒙脱石具有一定盐敏特性，在高质量分数无机盐条件下，膨胀率反而增加。该结果对于强水敏性地层防塌机理研究和抑制性钻井液体系的研究开发具有重要的理论指导意义。