Активация твердой фазы электролитами

Активацию твердой фазы и среды проводят с целью повышения прочности структуры, стабилизации раствора и снижения водоотдачи промывочной жидкости, проводят путем устранения экранирующих противоионов водорода двойного электрического слоя частиц дисперсной фазы щелочными электролитами.

Глинистые частицы бурового раствора на своей поверхности имеют и силанольные функциональные группы SiOH обменные катионы. В растворе эти группы диссоциируют, образуя двойной электрический слой (ДЭС).

В результате наличия такого экрана степень взаимодействия молекул воды с частицами относительно невысока.

При введении в раствор щелочного электролита, например NaОН, и его гидролиза ионы ОН^- активно взаимодействует с ионами водорода, образуя воду, а водородный слой ДЭС заменяется натриевым:

В результате замены водородного экрана натриевым потенциал и гидрофильность частицы значительно возрастают, что приводит к увеличению толщины гидратной плёнки, а значит, снижению её прочности, и прочности структуры глинистого раствора также несколько понижается, но возрастает стабильность системы и понижается водоотдача. Активность взаимодействия глинистых частиц с водой возрастает также за счет активации среды.

При дальнейшем увеличении электролита после полной замены водородного экрана натриевым равновесие раствора нарушается, в растворе появляется избыток катионов (Nа⁺), которые при взаимодействии с глинистыми частицами постепенно нейтрализуют их потенциал. Толщина гидратного слоя при этом уменьшается, что ведёт к увеличению прочности структуры раствора (и водоотдачи). Прочность структуры возрастает также и за счёт кулоновского взаимодействия ионов Na⁺ c глинистыми частицами. Далее c увеличением концентрации электролита гидрофобизация частиц достигнет такого значения, при котором начнётся агрегатирование (коагуляция частиц) и вследствие этого вторичное понижение прочности структуры промывочной жидкости.

Для иллюстрации рассмотренного механизма структурирования глинистого раствора щелочным электролитом можно привести классический пример [12] зависимости параметров промывочной жидкости от концентрации кальцинированной соды (рис.4.2).

На рисунке чётко выделяются: область активации (гидрофилизации) частиц, в которой прочность структуры раствора и водоотдача понижается, область гидрофобизации частиц, в которой наблюдается повышение СНС и водоотдачи, и область агрегатирования частиц, в которой наблюдается понижение СНС и дальнейшее повышение водоотдачи.

Оптимальную концентрацию щелочного электролита для активации различных глин определяют опытным путем.

Рис. 4.2. Зависимость СНС (Q), вязкости (Т) и водоотдачи (В) глинистого раствора от концентрации кальцинированной соды Na₂CO₃.

Подобным же образом (щелочными электролитами) проводят активацию и полимеров, функциональные группы которых в растворе способны дисооциировать с образованием ионов водорода, чаще всего это полимеры с карбоксильными функциональными группами (гумусовая кислота, ГПАА и др.):

-СОО^- + Н⁺ + ОН^- — – СОО^- + Н₂О

Поиск по сайту: