Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Методы регулирования основных коллоидно-химических свойств - глинистых растворов

Основные коллоидно-химические свойства глинистых растворов (фильтрационные и структурно-механические) можно регулировать:

а) разбавление водой;

б) обогащением высококоллоидальной бентонитовой глиной;

в) обработкой химическими реагентами.

Разбавление глинистого раствора водой применяют при загустевании его вследствие обогащения глиной в процессе или при загустевании вследствие дополнительного диспергирования глинистых частиц.

Облагораживание раствора высококоллоидальной бентонитовой глиной применяется для улучшения фильтрационных и глинизирующих свойств глинистых растворов, приготовленных из местных глин низкого качества. Высокодисперсные частицы бентонита в процессе фильтрации образуют менее проницаемую глинистую корку. Водоотдача раствора вследствие этого понижается, но за счет увеличения концентрации твердой фазы при добавлении бентонитовой глины, статическое напряжение сдвига и условная вязкость раствора несколько возрастают.

Обработка химическими реагентами применяется как для разжижения глинистого раствора, так и для улучшения его фильтрационных (глинизирующих) свойств в тех случаях, когда разбавление водой или обогащение бентонитовой глиной не могут привести к желаемым результатам. Обработка одним, а чаще несколькими реагентами позволяет:

а) добиться разжижения раствора, когда добавление воды недопустимо из-за снижения плотности и роста водоотдачи;

б) уменьшить водоотдачу до величины, не достижимой одной лишь добавкой бентонита.

Наконец, химическая обработка позволяет защитить глинистый раствор от агрессивного воздействия растворимых солей или же добиться разжижения и улучшения фильтрационных и глинизирующих свойств раствора, коагулированного растворимыми солями.

Химические реагенты для обработки глинистого раствора

и их классификации

Исходя из физико-химической природы реагентов, применяемых для обработки глинистых растворов, можно подразделить их на два класса: реагенты- электролиты и реагенты-защитные коллоиды.

Кроме того, в практике бурения применяется ряд добавок, которые не могут быть отнесены ни к одной из этих групп (нефть, графит, пеногасители, антиферментаторы.)

Действие защитных коллоидов на глинистую суспензию обусловлено адсорбцией реагентов на поверхности этих частиц, изменением свойств поверхности раздела твердой и жидкой фаз, повышение гидрофильности частиц. Реагент, адсорбированный на поверхности частиц, стабилизирует глинистую суспензию, повышает ее агрегативную устойчивость. Некоторые реагенты-зашитные коллоиды, кроме стабилизирующего действия, способствуют повышению степени дисперсности глинистых частиц.

Реагенты-электролиты действуют, главным образом, на двойной электрический слой глинистых частиц. Изменение свойств Бурового раствора при обработке электролитами зависит от природы ионов реагента (гл. образом от катиона) и концентрации его в буровом растворе. Один и тот же реагент в зависимости от концентрации может либо стабилизировать глинистую суспензию, либо коагулировать ее.

Химическая обработка глинистого раствора преследует главным образом, две цели:

· Регулирование фильтрационных и коркообразующих свойств (понижение водоотдачи)

· Регулирование структурно-механических свойств (понижение СНС и УВ до необходимого предела).

Если рассматривать химические реагенты с позиций оценки их возможностей решать эти две задачи, то можно видеть, что одна часть реагентов-защитные коллоиды эффективно улучают фильтрационные свойства раствора. В то же время эти реагенты очень слабо разжижают глинистый раствор или даже, наоборот, повышают его вязкость.

Другие защитные коллоиды эффективно разжижают глинистый раствор, но мало влияют на его фильтрационные свойства.

Реагенты- электролиты, за очень небольшим исключением, не способны заметно улучшать фильтрационные и структурно-механические свойства глинистого раствора. Эти реагенты используют в специальных целях, например для осаждения двухвалентных катионов, для регулирования щелочности глинистого раствора, для придания ему способности подавлять гидратацию глинистых пород, для осуществления реакции обмена катионов на глинистых частицах.

Такая специфика действия химических реагентов на глинистый раствор позволяет предложить классификацию реагентов по их целевому назначению, разделив все реагенты на три группы: понизители водоотдачи; понизители вязкости; реагенты специального назначения и добавки.

Классификация реагентов с учетом их физико-механической природы и целевого назначения, а также распределение реагентов по группам представлены в табл. 1

Таблица 1

ХАРАКТЕР ДЕЙСТВИЯ РЕАГЕНТОВ ПОНИЗИТЕЛЕЙ ВОДООТДАЧИ

Понизители водоотдачи представляют собой высоко молекулярные анионногенные полиэлектролиты линейного строения с большой плотностью зарядов. Будучи растворимы в воде, они образуют лиофильные коллоидные системы. В глинистом растворе эти реагенты действуют как защитные коллоиды. Они стабилизируют глинистую суспензию, повышают ее агрегативную устойчивость, поэтому их часто называют реагентами-стабилизаторами.

При обработке понизителями водоотдачи степень дисперсности глинистых частиц не меняется, но частицы, окруженные защитными сольватными оболочками, в процессе фильтрации образуют малопроницаемую глинистую корку.

Как известно структурообразование в глинистых растворах обусловлено слипанием глинистых частиц по краям, где гидратная оболочка мала и имеются ненасыщенные валентности разного знака. При обработке реагентами-стабилизаторами, молекулы реагента “экранируют” глинистую частицу. Возможность слипания частиц уменьшается. Реагент как бы подавляет структурообразование в глинистом растворе. Поэтому СНС, которое характеризует прочность структуры, уменьшается.

Уменьшение интенсивности структурообразования наблюдается до некоторого предела концентрации реагента понизителя водоотдачи. УВ увеличивается, т.к. реагенты обладают высокой вязкостью. При превышении предельной концентрации реагента СНС и УВ начинают расти, это объясняется особенностью формы молекулы реагента.

При малых концентрациях макромолекулы реагента имеют форму свернутых клубов и слабо взаимодействуют между собой. При увеличении концентрации клубки расправляются, приобретая вид спиралей, гармошек. Молекулы сцепляются между собой, способствуя структурообразованию.

Таким образом, при обработке химическими реагентами понизителями водоотдачи под влиянием реагента происходит снижение водоотдачи и повышение условной вязкости (УВ) глинистого раствора. Статическое напряжение сдвига (СНС) при малой концентрации реагента понижается, а при большой – растет. Эти реагенты не коагулируют в присутствии значительного количества электролитов, т.е. поддерживают высокое качество при попадании в раствор посторонних солей. За это качество эти реагенты называют реагентами–стабилизаторами.