Полимерные растворы. Понятие о псевдопластичности, флокуляции, эффекте Томса.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Полимерными называются водные растворы высокомолекулярных веществ (ВМВ), молекулы которых построены путем многократного повторения одного и того же звена - мономера.Например, мономер ПАА:

– CH₂ – CH –

CONH₂. Если в молекуле чередуются разные мономеры, то такое ВМВ называется сополимером. Молекулярный вес ВМВ может достигать нескольких миллионов (до 10… 14). ВМВ могут быть полиэлектролитами и неэлектролитами. Кполиэлектролитам относятся реагенты на основе водорастворимых эфиров целлюлозы и на основе акриловых полимеров, которые при диссоциации в воде образуют сложный анион и простой катион. К неэлектролитам относятся крахмальные реагенты, содержащие полярные группы, не имеющие заряда. Последняя группа реагентов из-за отсутствия полиэлектролитных свойств и трудностей в хранении для получения полимерных растворов используется крайне редко. Впервые полимерные растворы начали применяться в США в начале 60-х годов, в нашей стране – спустя десятилетие. Современные системы полимерных растворов: FLO-PRO («Фло-Про»), FLO-PRO™ NT («Фло-Про Эн-Ти»), GLYDRIL («Глайдрил») и др. Основными особенностями полимерных растворов, определяющими их успешное применение для целей бурения, являются: Псевдопластичные свойства, благодаря которым полимерные растворы обладают хорошей очистной, несущей (транспортирующей) и удерживающей способностью. Это обеспечивается тем, что при малых скоростях сдвига, имеющих место в затрубном пространстве скважин, вязкость полимерных растворов во много раз превышает вязкость воды, а при высоких скоростях сдвига, характерных для промывочных каналов долот, их вязкость близка к вязкости воды.

Длинноцепочечные полимеры обладают уникальной способностью создавать на стенках скважин полимерную пленку, препятствующую проникновению фильтрата в поры горных пород. Это обусловлено проявлением полимерными растворами полиэлектролитных свойств, обеспечивающих, благодаря наличию зарядов, адсорбцию молекул полимера на стенках скважин, а также на частицах выбуренных пород. Последнее, т.е. адсорбция молекул полимера на частицах выбуренных пород, обеспечивает улучшение очистки бурового раствора от шлама вследствие процесса флокуляции. Длинноцепочечные полимеры обладают уникальной способностью снижать гидравлические сопротивления при турбулентном режиме течения (эффект Томса, 1949 г.). Экспериментально установлено, что добавки некоторых ВМВ позволяют снизить гидравлические сопротивления по сравнению с растворителем (водой) на 80 %. Полимерные растворы по своим функциональным свойствам существенно превосходят техническую воду, а в ряде случаев, и качественные глинистые растворы, т.е. являются весьма перспективными очистными агентами при бурении в условиях отсутствия флюидопроявлений (бурении при равновесии давления в системе «ствол скважины – пласт»). Недостатки полимерных растворов: низкая стойкость к действию ионов кальция и других поливалентных металлов; высокая стоимость импортных ВМВ (3…16 тыс. долларов за тонну) и дефицитность отечественных (потребности в полимерных реагентах удовлетворяются только на 40…50 %).

Строение кристаллической решетки и свойства гидрослюды и каолинита.

Кристаллическая решетка гидрослюды подобна монтмориллониту, но имеет большее число изоморфных замещений. Так, у гидромусковита октаэдрические позиции в основном заполнены Al³⁺, а у гидробиотита могут быть замещены Fe²⁺ или Mg²⁺. Кроме того, у того и другого минералов в тетраэдрическом слое до 1/6 всех атомов Si⁴⁺ изоморфно замещены Al³⁺. Возникающий при этом отрицательный заряд компенсируется катионами К⁺, входящими в межпакетное пространство гидрослюд. Близкое расположение заряда, который локализован в тетраэдрическом слое, к поверхности пакета приводит к прочному ионному взаимодействию смежных пакетов с катионами К⁺ и молекулы воды уже не могут проникать в межпакетное пространство. Для гидрослюд обменными являются лишь катионы, расположенные на механически разорванных ребрах (гранях) кристаллической решетки, в связи с чем обменная емкость (емкость поглощения) гидрослюд составляет всего 10·10^-3… 40·10^-3 моль / 100 г. Гидратация слюд и некоторое увеличение их объема, которое значительно меньше, чем у монтмориллонита, происходит в результате ионообменных реакций на внешних механически разорванных гранях. Удельная поверхность гидрослюд составляет 400…500 м²/г. Каолинит имеет двухслойную кристаллическую решетку без зарядов на базальных поверхностях, что объясняется отсутствием изоморфных замещений. В алюмокислородном слое значительная часть атомов кислорода замещена группами ОН^-. Атомы кислорода и гидроксил ионы смежных соприкасающихся пакетов находятся друг против друга и по всей площади довольно прочно связаны водородной связью типа О – Н, которая препятствует внутрикристаллическому разбуханию решетки. В связи с тем, что молекулы воды и катионы не могут проникать в межпакетное пространство, каолинит трудно диспергируется, имеет малую емкость обмена 3·10^-3…15·10^-3моль/100г, приходящуюся на внешние механически разорванные грани (разрыв связей Si–O–Si, OH–Al–OH), и очень слабо набухает. По форме частицы каолинита представляют собой несколько вытянутые шестиугольные пластинки. Удельная поверхность каолинита оставляет всего 10…20 м²/г.

32. Показатели электрохимических свойств БР и способы их определения.

К общепринятым показателям электрохимических свойств буровых растворов на водной основе относятся: водородный показатель (pH); удельное электрическое сопротивление (УЭС, Ом·м). Водородный показатель характеризует концентрацию в буровом растворе ионов водорода [Н⁺] (степень кислотности или щелочности буровых растворов на водной основе): pH = 7 – нейтральная среда; 7 < pH £ 14 – щелочная среда; 1 £ рН < 7 – кислая среда. Степень кислотности или щелочности буровых растворов оказывает существенное влияние на проявление ими других свойств. Так, изменяя величину рН, можно изменять реологические и фильтрационные свойства, ингибирующую способность буровых растворов, их седиментационную устойчивость и др. Величина рН также влияет на растворимость неорганических реагентов (солей) и эффективность действия (форму молекул) полимерных реагентов. При этом оптимальные значения рН находятся, как правило, в диапазоне от 9 до 11. Однако для щелочных сред с ростом рН увеличивается вероятность: нарушений устойчивости стенок скважин, сложенных глинистыми породами, за счет их дополнительного увлажнения в результате интенсификации электроосмотических процессов; химического диспергирования (пептизации) глинистых пород, что затрудняет их удаление из бурового раствора, вызывая тем самым рост его плотности, вязкости и статического напряжения сдвига; снижения естественной проницаемости продуктивных песчано – глинистых коллекторов из-за уменьшения размеров поровых каналов, обусловленного набуханием глинистой составляющей продуктивных пластов, а также из-за закупорки этих каналов мигрирующими в них глинистыми частицами. Для измерения величины рН применяют колориметрический и электрометрический способы. Колориметрический способ основан на способности некоторых красителей менять свой цвет в зависимости от концентрации ионов водорода и заключается в определении величины рН с помощью индикаторной (лакмусовой) бумаги и эталонных цветных шкал. Этот способ имеет невысокую точность (± 0, 5 ед. рН) и ограниченную область применения (нельзя использовать для измерения величины рН окрашенных жидкостей). Электрометрический способ, в отличие от колориметрического, универсален и более точен (± 0, 01 ед. рН). В основе его лежит способность некоторых веществ менять электрический потенциал в зависимости от концентрации [Н⁺]. Для электрометрических измерений используют специальные приборы - рН-метры.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒