Строительство скважин - Основы физикохимии промывочных жидкостей

ОСНОВЫ ФИЗИКОХИМИИ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

 

 

Промывочные жидкости представляют собой физико-химические системы, состоящие из одной или нескольких фаз. Однофазные системы из двух или более веществ, не имеющие между компонентами поверхности раздела, называются гомогенными. Примером таких систем являются истинные растворы. Компоненты раствора – растворитель и растворенное вещество (вещества). Растворителемназывается среда, в которой равномерно распределены растворенные вещества. Растворитель содержится в системе в относительно большем количестве.

 

Процесс растворения в общем случае не представляет собой простого распределения молекул или ионов одного вещества среди молекул или ионов другого, но большей частью связан с различными взаимодействиями между ними физического и: химического характера. Растворы характеризуются концентрацией, т.е. количеством растворенного вещества в определенном объеме раствора. Концентрация выражается в массовых долях, массовых частях, молях растворенного вещества.

 

В бурении истинные растворы применяются либо для обработки промывочных жидкостей, либо (реже) в качестве самостоятельной промывочной среды, например растворы солей при бурении в зонах многолетнемерзлых пород.

 

Системы, состоящие из двух или большего числа фаз, между которыми существуют реальные поверхности раздела, называются гетерогенными. Значительная часть гетерогенных систем – дисперсные системы. К последним относится большинство промывочных жидкостей и тампонажных растворов.

 

Дисперсной фазой дисперсной системы называется вещество, мелко раздробленное и равномерно распределенное в другом, получившем название дисперсионнойсреды. И дисперсионная среда, и дисперсная фаза могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Если частицы дисперсной фазы имеют одинаковый размер, то система называется монодисперсной, в противном случае – полидисперсной. В зависимости от вида и количества дисперсной фазы дисперсные системы относятся к жидкостям или твердым (твердообразным) телам. Промывочные жидкости и тампонажные смеси относятся в основном к полидисперсным системам.

 

Дисперсная фаза промывочной жидкости может быть представлена одним или несколькими компонентами. Чаще всего промывочные жидкости являются многокомпонентными системами.

 

Степень раздробленности частиц дисперсной фазы характеризуется дисперсностью(или степенью дисперсности) Чем выше степень дисперсности, тем больше общая поверхность раздела фаз.

 

Дисперсность определяет многие свойства дисперсных систем, в частности водоотдачу и структурно-механические свойства промывочных жидкостей. Дисперсность системы характеризует ее устойчивость.

 

Как правило, размер частиц дисперсной фазы неодинаковый. В системе всегда встречаются более крупные и более мелкие частицы, но большинство частиц имеют размеры, близкие по величине. Эти размеры частиц обусловливают в большинстве случаев свойства системы и отнесение ее к той или иной группе. В то же время свойства дисперсной системы во многом зависят от содержания наиболее мелких, коллоидных частиц. Вид и объем твердой фазы определяют консистенцию (густоту) системы.

 

Из грубодисперсных систем в качестве промывочной жидкости применяются суспензии, эмульсии и аэрированные жидкости (пены).

 

Суспензиипредставляют собой мутные жидкости с находящимися в них во взвешенном состоянии частицами твердого вещества. Суспензии характеризуются неустойчивостью компонентов во времени. Частицы твердой фазы при прекращении движения под влиянием силы тяжести довольно быстро оседают (седиментируют), система расслаивается.

 

Эмульсияминазываются многофазные жидкие системы, в которых в одной жидкости находятся во взвешенном состоянии мельчайшие капельки другой жидкости. Эмульсии – также неустойчивые системы и могут существовать только при наличии поверхностно-активных веществ – эмульгаторов. Эмульсии разрушаются в результате коалесценции – укрупнения частиц дисперсной фазы при слиянии между собой.

 

Аэрированной жидкостью называется многофазная система, содержащая дисперсную фазу в виде пузырьков воздуха. При высоком содержании воздуха, когда последний играет роль дисперсионной среды, такие жидкости называются пенами.