ABSTRACT: Results of different laboratory tests conducted in well preserved downhole shales show that it is actually water within the shale (amount and distribution), rather than air, that controls shale reaction when the rock is in contact with water solutions. When shale is dried without introducing air into the rock, it reacts exactly the same way as if drying was done while exposed to air. Shale reaction is only observed when the original water content is somehow modified. Type of reaction varies according to both amount and distribution of the water remaining within the sample. Bound water redistribution indicates that shale dryness may not be a reversible process. Research also shows that mechanical damage changes water content and, therefore, shale reaction. Practical implications on shale preservation, laboratory testing, and well bore stability are discussed.
RÉSUMÉ: Les resultats de divers experiences conduites sur des carottes prelevee en fond de puits et bien preservees montrent que c'est en verite I'eau retenue (quantite et repartition) par les mineraux, et non l'air, qui gouveme la reaction du schiste au contact des solutions aqueuses. Quand le schiste est deshydrate a I'abris de l'air, il reagit au contact de l'eau exactement de la même maniere que s'il avait ete seche a l'air. La reaction du schiste a eu lieu seulement lorsque sa teneur en eau originale est modifie d'une manière ou d'une autre. Le type de reaction varie selon la quantite et repartition de I'eau retenue par l'echantillon. La redistribution de l'eau intra-agrègat indique que la deshydration du schiste peut-être pas un procède reversible. Cet article montre aussi que Ie dommage mechanique change la teneur en eau et par consequent la reaction du schiste. Les implications pratiques sur la preservation du schiste argileux, essais de laboratoire, et la stabilitè de forage sont discutèes.
ZUSAMMENFASSUNG: Verschiedene Labortests wurden in gut erhaltenen Tonschiefem des Liegenden durchgefuehrt. Die Resultate zeigen, daß eigentlich die Menge und die Verteilung des Wassers im Tonschiefer die Reaktion kontrolliert, wenn dieser in Kontakt mit einer wassrigen Lösung gelangt. Die Luft in der Probe hat dabei eine geringere Bedeutung. Wenn der Tonschiefer getrocknet wird ohne das Luft in sein Inneres gelangt, dann verhalt er sich genau so, als ob er unter Luft getrocknet wurde. Eine Reaktion des Tonschiefers wurde nur beobachtet, wenn der urspruengliche Wassergehalt modifiziert wurde. Der Reaktionstyp variiert abhangig von der Menge und von der Verteilung des restlichen Wassers in der Probe. Eine Umverteilung des gebundenen Wassers zeigt an, daß die Trockenheit des Tonschiefers ein nicht umkehrbarer Prozess sein kann. Der Artikel zeigt auch, daß mechanische Zerstörung den Wassergehalt und die Reaktion des Tonschiefers verandert. Praktische Auswirkungen auf die Erhaltung des Tonschiefers, sein Verhalten wahrend Labortests und die Bohrlochstabilitat werden diskutiert.
1 INTRODUCTION shale and water composition (Chenevert, 1970; Sherwood, 1992; Slade et al., 1991; Yew et al., 1990). Research in the past was, therefore, directed towards selecting proper additives and solution compositions to avoid shale reaction and swelling (O'Brien & Chenevert, 1973; Steiger, 1981; Bol, 1986). In the past, no attention was paid to preserving the original water content of samples used in When drilling oil/gas wells with water-based muds (WBM), shale hydration and swelling has long been blamed for the majority of instability problems faced. It is well known that when a shale is in contact with a water solution some ion exchange occurs and the rock absorbs water. Therefore, the shale swells and becomes weaker. This reaction is a function of laboratory tests. Consequently, many results and conclusions obtained from tests were derived from dried or partially dried shales. A few years ago it was observed that partially dried shale behaves differently from saturated shale Presence of air inside the rock was thought to be the main cause, generating capillary effects that lead to shale swelling (Schmitt et al., 1994; Forsans & Schmitt, 1994; Onaisi et al., 1994). The idea, then, became to use saturated samples in laboratory tests, eliminating the air inside the rock. Procedures to resaturate partially dried shale samples were developed and are now in use in different institutions.