Effect of Clay Mineralogy and Exchangeable Cations on Permeability of Saudi Sandstone Reservoirs

Effet de la minéralogie des argiles et des cations échangeables sur la perméabilité des réservoirs gréseux d'Arabie Saoudite

King Saud University

Abstract

Reservoir rocks are susceptible to formation damage during secondary recovery operations due to the particular mineralogical, textural and electrochemical properties of the clay minerals they contain. This damage can be explained by the swelling of indigeneous clays present, resulting in the constricting of pores, or by the dispersion of indigeneous nonswelling particle rearrangements during fluid flow, resulting in the plugging of the pore system, or by a combination of the two. This article describes a laboratory study showing the effect of clay mineralogy on the permeability of actual Saudi sandstone reservoirs during water flooding operations. The study shows that the permeability damage of Saudi sandstone reservoirs depends upon the amount of swelling clays and exchangeable ions as well as on the nature of these ions. Monovalent cations cause more damage than multivalent ones but within the same group of metals, those with smaller atomic mass cause more damage.

Résumé

Les roches réservoirs peuvent être endommagées pendant les opérations de récupération secondaire à cause des propriétés minéralogiques, texturales et électrochimiques particulières des minéraux argileux qu'elles contiennent. Cet endommagement peut s'expliquer, soit par le gonflement des argiles qui conduit à un rétrécissement des pores, soit par la migration de particules non gonflantes pendant l'écoulement des fluides qui entraîne le colmatage des milieux poreux, soit par une combinaison des deux mécanismes. Cet article présente une étude de laboratoire montrant l'effet de la minéralogie des argiles sur la perméabilité des roches réservoirs réelles d'Arabie Saoudite pendant des opérations d'injection d'eau. L'étude montre que l'endommagement de la perméabilité des roches réservoirs d'Arabie Saoudite dépend de la quantité d'argiles gonflantes et d'ions échangeables, ainsi que de la nature de ces ions. Les cations monovalents provoquent plus d'endommagement que les cations polyvalents; pour des ions de même valence, ceux dont la masse atomique est la plus faible causent davantage d'endommagement.