|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Другие функции полимеровРоль полимеров в буровом растворе не ограничивается только функцией структурообразователя. Они выполняют целый ряд других функций: роль разжижителя (при малой концентрации), ингибитора диспергирования и набухания глинистых пород, понизителя водоотдачи и фильтрации, стабилизатора, гидрофобизатора бурильной колонны и стенок скважин и т.д. В буровых растворах они, кроме того, выполняют функцию флокулянта для удаления шлама грубодисперсной фазы из раствора. Для выяснения причин, определяющих названные функции, для определения сути протекающих процессов в контакте полимерных растворов с глинистыми породами рассмотрим механизм их взаимодействия. Известно, что полимеры представляют собой цепи, состоящие из большого числа звеньев (мономеров). Каждое звено может вращаться вокруг направлений, соединяющих их химические связи. Такое вращение Вант-Гофф назвал внутренним вращением в молекуле. Под воздействием полярной (заряженной) поверхности твердого тела полярные звенья поворачиваются в сторону полярного твердого тела, а неполярной (водородной) в обратную сторону. В результате этого поверхность становится гидрофобной, а электрический потенциал равным нулю.
Рис.5.1. Влияние ориентации молекул ПАВ на поверхности металла на электрический потенциал.
Способность ПАВ и полимеров к образованию ориентированных слоев на границе с твердым телом была установлена ленинградскими учеными П.И. Лукирским и А.В. Ечеистовой [14]. Они наносили на золотую пластинку различные количества полимера и измеряли потенциал пленки ∆φ. Полученные кривые зависимости ∆φ от γ (количества мультислоев) имели пилобразную форму с максимумами γ, Зγ, 5γ и минимумами (∆φ=0) при 2γ, 4γ (рис.6.1). К.В. Блоджет [6] наблюдал эти явления на пластинках с отрицательным поверхностным зарядом (кварц, стекло). При подъеме стеклянной пластинки из воды через монослой полимера на ней образуется пленка, гидрофобная поверхность которой ориентирована наружу. Если затем погружать пластинку в обратном направлении в воду, на пластинке "спина к спине" откладывается второй слой с гидрофильной поверхностью и т.д. При очень малых концентрациям ПАВ и полимеров в растворе в поверхностном (адсорбированном) слое соблюдается закон распределения Генри [6], и, вследствие гидрофобизации поверхности твердого тела, поверхностное напряжение снижается,в соответствии с уравнением
σ =σ0–qс,(5.1) где σ– поверхностное натяжение в растворе ПАВ, σо – начальное поверхностное натяжение твердого тела; q - поверхностная активность твердого тела; с – концентрация ПАВ. С увеличением концентрации ПАВ поверхность тела постепенно заполняется молекулами ПАВ, и темп снижения поверхностного натяжения падает. В этом-случае закон Генри перестает соблюдаться. При больших концентрациях ПАВ в растворе снижение поверхностного натяжения происходят в соответствии с уравнением Шишковского:
σ = σ0 – А∞RТ 1n(1 + КС), (5.2)
где А∞ – масса адсорбированного на поверхности твердого тела вещества; R – газовая постоянная; Т – температура по Кельвину; К – константа, зависящая от концентрации ПАВ. Рис. 5.2. Изотермы абсорбции (А) и поверхностного натяжения для растворов ПАВ с повышением концентрации С. В контакте полимерных растворов с поверхностью твердого тела может адсорбироваться различное количество мультислоев. При течении полимерного раствора скольжение жидкости происходит по плоскостям с неполярно ориентированными слоями, вследствие чего снижается трение и износ твердого тела. Гидрофобизация бурильных труб снижает трение при вращении бурильной колонны, потери давления при циркуляции жидкости в бурильных трубах и в скважине. На рис. 5.3 показана зависимость потерь давления растворов полимеров, циркулирующих в колонне бурильных труб диаметром 50,8 мм и длиной 30-50 мм [12]. Из графика видно, что при малых концентрациях полимеров потери давления при циркуляции растворов в бурильных трубах снижаются, по сравнению с потерями давления при циркуляции чистой воды, в 2-3 раза. Однако надо помнить, что гидрофобизация труб возможна лишь при малых концентрациях полимеров в растворе. При больших концентрациях вязкость раствора возрастает, возрастают и потери давления. Стенки скважины в уплотненных глинах можно рассматривать как плоское твердое тело. Макромолекулы полимеров вследствие незначительных размеров пор не способны проникать в глинистую породу и адсорбируются на поверхности стенок скважины так же, как и на пластины твердого тела. В зависимости от концентрации полимера в растворе на стенках скважин может адсорбироваться несколько мультислоев полимера.
Рис. 5.3. Зависимость потерь давления в бурильных трубах от расхода различных растворов: 1 – вода. 2-0,17 % раствор ПАА. 3-0.17 % раствор ГПАА, 4 – 0,29% раствор КМЦ.
Но при циркуляции раствора неподвижными оказываются лишь один - два слоя, прочно связанных с поверхностью стенок скважин. Причем наружная поверхность наружного слоявсегда гидрофобна.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.003 сек.) |