Cтраница 4
Как уже отмечалось в предыдущем разделе, график консистенции бингамовской вязкопластичной жидкости, получаемый в результате измерений с помощью ротационного вискозиметра, должен быть линейным при частотах вращения ротора, превышающих значение, необходимое для обеспечения ламинарного течения всей жидкости в кольцевом пространстве. Однако буровые растворы не являются идеальными бингамовскими вязко-пластичными жидкостями, и на графиках консистенции для них при низких скоростях сдвига можно наблюдать отклонения от линейности. Эти отклонения становятся очевидными, когда поведение этих растворов исследуется на вискозиметре Фэнна с большим набором частот вращения, а не двух, как рассматривалось в предыдущем разделе. В качестве примера на рис. 5.12 приведены графики консистенции для четырех бентонитовых суспензий. [46]
Частицы бентонита могут взаимодействовать по типу - грань к грани, ребро к ребру и ребро к грани. Усиление взаимодействия частиц по типу грань к грани ведет к их агрегации, образованию толстых пакетов и, как следствие, к уменьшению числа кинетически активных и структурообразующих элементов. В результате уменьшается вязкость системы, фильтрационная корка становится более проницаемой. Подобное явление наблюдается при увеличении содержания двухвалентных катионов ( обработка гипсом) в гидратированной бентонитовой суспензии. После начального сгущения такая суспензия разжижается. [47]
Коллоидные частицы остаются во взвешенном состоянии неопределенно долгое время и могут осаждаться, если будет их агрегация. Но самостоятельно данное явление не происходит из-за взаимодействия между сильно диффундиированными двойными электрическими слоями ( ДЭС), особенно в бентонитовых суспензиях. Крупные и мелкие частицы выбуренной породы из глинистых растворов и технической воды удаляются средствами механической очистки не полностью, особенно при высоких скоростях бурения. Частицы размером 10 мкм и менее удаляются только при совместной механической и химической очистке. Поэтому в бентонитовую суспензию, с содержанием не более 4 % твердых частиц, и техническую воду добавляются акриловые полимеры, способствующие эффективной очистке таких растворов, механизм действия которых заключается в следующем. [48]
Тем не менее такие модификации обычно несовершенны в отношении степени покрытия поверхности. Хаузер [129, 130] был, очевидно, первым, кто развил: эффективную методику гидрофобизации бентонитовых материалов путем использования алифатических кислот с короткой цепью. По-видимому, является существенной обработка бентонита катионом металла такого размера, чтобы он не мог войти в кристаллическую решетку, например РЬ - , и присоединять к свинцовому катиону органический анион, например ацетат, или лучше пропионат или бутилат. Вероятно, свинец остается на поверхности бентонита как основной ион, который может, таким образом, удержать алифатические кислотные группы на поверхности, превращая ее ъ гидрофобную. Пленки, приготовленные сушкой бентонитовых суспензий, были погружены в раствор бутилата свинца, затем высушены и обожжены в нерастворяющийся комплекс. Насыщение свинцовой солью полимеризующейся кислоты, такой, как мета-крилат свинца, очевидно, дает еще более водоустойчивые пленки, так как добавляются поперечные связи, образующиеся при полимеризации органических групп. [49]
Условимся давление, передаваемое суспензией на стенки вмещающего сосуда в покое, называть поровым. Если суспензия находится в сосуде с непроницаемыми стенками и днищем и в покое в ней не происходит никаких объемных изменений, норовое давление может уменьшаться от давления столба всей суспензии в начальный момент покоя до давления столба только дисперсионной среды после выхода всех частиц твердой фазы из гидравлически взвешенного состояния. Скорость выхода частиц из гидравлически взвешенного состояния зависит от крупности и плотности их, концентрации дисперсной фазы в суспензии, проницаемости тиксотропной структуры, образующейся в суспензии, вязкости дисперсионной среды и других факторов. Например, поровое давление в водопесчаной суспензии падает очень быстро, так как никакой тиксотропной структуры в ней не образуется, а проницаемость песчаного скелета даже при большой концентрации песка в суспензии велика. Напротив, скорость уменьшения перового давления в высококачественной бентонитовой суспензии весьма мала, и процесс снижения давления в ней может длиться в течение многих месяцев, поскольку проницаемость тиксотропной структуры гораздо ниже, чем водопесчаной суспензии. [50]
Анализ последнего уравнения показывает, что если объем частиц V большой, то второй член очень мал и им можно пренебречь. И, наоборот, если при высокой степени дисперсности объем частиц V очень мал, энергия частиц будет в основном связана с энергией поверхности. Иными словами, в грубодисперсных системах преобладает объемная энергия, связанная с массой, а в высокодисперсных системах - поверхностная энергия. Дальнейшее дробление дисперсной фазы вплоть до молекул или ионов приводит к исчезновению поверхности раздела фаз. При этом второй член уравнения будет равен нулю. Так даже при малой концентрации, например 1 %, суммарная площадь поверхности раздела S в 1 л бентонитовой суспензии измеряется тысячами квадратных метров. [51]
Существуют рецептуры неэмульсионных растворов, основанные на добавках кальцинированной соды. Главным в проблеме растворов с низким содержанием твердой фазы является не их получение, а предотвращение обогащения их выбуриваемой породой. Существуют механический метод очистки и метод селективной флокуляции, при котором грубодисперсная фракция флокулируется и стабилизируется высокодисперсная глинистая фаза. При втором методе в качестве реагентов-флокулянтов используются ГПАА и ме-тас. Следует отметить, что высококоллоидальные гидратированные глины, присутствующие в разрезе, удалить из раствора не удается. Селективный реагент в этом случае выступает только в качестве стабилизатора. Если эти меры не дают желаемого результата по очистке от выбуриваемой породы, то буровой раствор разбавляют добавками 1 - 3 % - ных бентонитовых суспензий с введенными в них реагентами. [52]
Крутильная головка обеспечивает измерения при постоянном градиенте скорости или при постоянном напряжении. Конечные интервалы, измеряемые каждым методом, перекрываются. Исследования могут производитья с через-вычайно малой скоростью внутреннего цилиндра. Высокую точность обеспечивает фиксация углов поворота с помощью кругового линейчатого растра со ступенчатым редуктором. Круговой растр используется также в качестве датчика угловых смещений внутреннего цилиндра, автоматически поддерживающего постоянство крутящего момента. Специальные меры приняты для исключения вибраций. С помощью этого вискозиметра у бентонитовых суспензий были изучены область медленной ползучести ( шведовская область) и переход от бингамов-ской текучести к ньютоновскому течению с минимальной вязкостью. [53]