Вопросы Лекция 6 (Янгиров). Лекции 6 химические реагентыэлектролиты Пояснить действие электролитов на глинистые растворы

• Название: Лекции 6 химические реагентыэлектролиты Пояснить действие электролитов на глинистые растворы
• Дата: 30.04.2023
• Размер: 170.29 Kb.
• Имя файла: Вопросы Лекция 6 (Янгиров).docx
• Тип: Лекции; #1099481

Вопросы по лекции 6 химические реагенты-электролиты:

1.Пояснить действие электролитов на глинистые растворы.

Действие электролитов связано с их воздействием на двойной электрический слой и гидратную оболочку, находящуюся вокруг гидратированной глинистой частицы. При низких концентрациях электролита (до порога коагуляции) происходит увеличение заряда частицы за счет попадания в диффузный и адсорбционный слои катионов и анионов диссоциированного электролита. Это приводит к увеличению заряда поверхности глинистых частиц,при этом силы взаимодействия ослабевают, меняются структурные свойства раствора. Поэтому при низких концентрациях электролит способствует усилению структурообразования. При увеличении концентрации электролита (выше порога коагуляции) происходит компенсация зарядов на поверхности глинистой частицы, диффузный слой сжимается, что приводит к коагуляции и ухудшению свойств глинистого раствора.

При высоких концентрациях:













коагуляция






Действие электролитов на изменение параметров глинистого раствора:

Оценивается по изменению основных параметров глинистого раствора при добавлении в его состав электролита и увеличении концентрации этого электролита:

Ф₃₀

Т Ф₃₀





Т





2-3 13-15 Na₂CO₃, %

2.Охарактеризовать состояние глинистых частиц в трех областях по величине концентрации кальцинированной соды в растворе.

1- область стабилизции-при концентрации Na₂CO₃до 2-3% - область стабилизации в которой показатель фильтрации ,условная вязкость и статическое напряжение сдвига заметно снижаются:

Ф₃₀↓; Т↓; θ↓

Связано с тем, что диссоциируемые катионы Na⁺и анионы CO₃^-- насыщают поверхность глинистой частицы, заряд частицы возрастает, и силы взаимодействия ослабевают. Раствор разжижается с закономерным снижением структурных свойств и условной вязкости . При этом хорошо диспергированные частицы глины как твердой фазы в растворе образуют плотную мало проницаемую корочку ,обеспечивающую заметное снижение показателя фильтрации.

2 -область структурообразования- при концентрации Na₂CO₃ до 1315% – область структурообразования: в этой области показатель фильтрации еще продолжает снижаться ,но условная вязкость и статическое напряжение сдвига возрастают Ф₃₀↓; Т↑; θ↑

Увеличение концентрации бикарбоната натрия в растворе до 13-15% приводит к компенсации зарядов диффузного и адсорбционного (частично ) слоев и усилению сил взаимодействия между частицами глины т к большая часть молекул воды вступает во взаимодействие с увеличенным количеством диссоциированных катионов и анионов .Это приводит к тому ,что подвижность раствора уменьшается и вязкость его растет.

Усиление структурных свойств происходит за счет того, что попадая в диффузные слои кионы Na⁺ и анионы СО₃^-- приводят к компенсации заряда на поверхности глинистых частиц. Силы взаимодействия возрастают, то есть возрастают структурные свойства. В этом случае глинистые частицы соединяются между собой краевыми частями и развитыми поверхностями чешуек.Однако при этом происходит дальнейшее снижение показателя фильтрации поскольку частицы глины еще сохраняют защитную гидратную оболочку ,образуя достаточно плотную малопроницаемую корку.





3- область коагуляции -при концентрации Na₂CO₃ > 15% : в этой области концентрации Ф₃₀↑; Т↓; θ↓ - снижаются структурные свойства и условная вязкость при существенном увеличении показателя фильтрации.

Дальнейшее насыщение диффузного и адсорбционного слоев вокруг глинистых частиц приводит к практически полной компенсации зарядов на их поверхностях ,что приводит к агрегатированию таких электронейтральных частиц и существенному увеличению показателя фильтрации при снижении вязкости и статического напряжения сдвига

Область, в которой увеличивается концентрация электролита, заряд глинистой частицы приближается к нулю. Выпадают из раствора агрегаты частичек. Падают структурные свойства раствора. Глинистые частички соединяются не только краевыми частями но и поверхностями чешуек-гранями :



Поэтому выбору оптимальной концентрации электролита необходимо подходить осторожно, так как при приближении концентрации электролита в растворе к порогу коагуляции существенно снижаются свойства такого раствора.

3.Раскрыть назначение кальцинированной соды глинистом растворе.

1. 
   Na₂CO₃ – кальцинированная сода (получается методом кальцинирования). Порошок белого цвета, хорошо растворяется в воде. Растворимость – 215 кг/м³.
   

Назначение:

- улучшение качества глин местного производства;

- повышения выхода раствора из глин смешанного состава (Na⁺ + Ca⁺⁺);

- связывание поликатионов;

- повышения рН растворов.

Са – глина исходно подвергается обработке содой:




Са-глина + Na₂CO₃CaCO₃ + Na-глина




Na⁺

Ca⁺




Na⁺




Ca⁺
Кальциевая глина невысокого качества, так как ее частицы имеют неразвитую гидратную оболочку, катионный обмен идет неэффективно, гидратация у таких глин плохая.Поэтому введение в состав глинистого раствора кальцинированной соды способствует замещению катионов кальция в межслоевых пространствах таких глинистых частиц диссоциированными катионами натрия и приводит к модификации за счет получения натриевых глин ,которые являются глинами более высокого качества.Натриевая глина более эффективно набухает, хорошо гидратирует. Предпочтительными в практике бурения являются натриевые глины.

Кальцинированная сода необходима для связывания бивалентных катионов Са⁺²,которые вызывают коагуляцию глинистых растворов при перебуривании гипсов,ангидритов ,цементного камня в скважинах:



гипс ангидрит цемент

СаSO₄2H₂O CaSO₄–безводный гипс Са(ОН)₂

природный гипсовый

камень

Гипс – CaSО₄∙2H₂O (природный гипс, камень), ангидрит – CaSO₄ безводный гипс.

Цементный камень после твердения цементного раствора –это в основном соединения вида Ca(OH)₂.

При взаимодействии гипса с кальцинированной содой образуются слаборастворимые карбонаты кальция СаСО₃ за счет чего устраняется коагулирующее действие катионов кальция по отношению к глинистым частицам:

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + Na₂SO₄



Слабо растворимое вещество

При бурении в цементном камне катионы кальция то же связываются:



При наличии притока минерализованных вод по CаCl₂ катионы кальция анионами то же связываются в слаборастворимое соединение:



4.Назначение едкого натра и жидкого стекла в растворах.

NaOH – гидроксид натрия (едкий натр).

Растворимость достигает 1040 кг/м³. Хорошо растворим в воде. Гигроскопичен. Хранится как 40-60%-ный водный раствор (синеватого цвета).

Назначение:

- повышение качества глин;

- связывание сероводорода;

- повышение рН среды.

При диссоциации:

→ улучшает гидратацию глинистых частиц

родственный анион молекулам воды

При обработке растворов на основе кальциевых глин введение щелочи способствует получению глин натриевого более качественного типа.

Кроме того ,едкий натр может применяться для нейтрализации сероводорода:



При добавлении в раствор щелочи –едкого натра образуется слаборастворимый гидросульфид натрия NaHS и агрессивное действие сероводорода устраняется.

Ввод в раствор едкого натра увеличивает щелочность раствора.

Na₂O ∙ nSiO₂ – жидкое стекло (от светло-желтого до темно-бурого цвета) представляет собой водный раствор 50-60%-ной концентрации

Назначение:

- структурообразователь при концентрации более 5%;

- разжижитель при концентрации до 2%-3%;

- силикатизация глиносодержащих пород – закрепление глин.




CaSiO₂
Ca⁺⁺ + Na₂O ∙ nSiO₂




Ca⁺⁺ + SiO₂ = CaSiO₂ цементирующее вещество
5.Назначение хлористого кальция, хромпика и хлорида натрия в глинистых растворах.

СаCl₂-хлористый кальций- растворимость до 750 кг/м³

Назначение:

• 
  Увеличивает содержание катионов ↑ Ca⁺⁺ в фильтрате ,что применяется для получения ингибированных растворов для бурения в глиносодержащих горных породах ;
  

Поэтому хлористый кальций применяется для регулирования ингибирующего и крепящего действия глинистых буровых растворов и нашли широкое применение

хлоркальциевые ингибированные растворы.

NaCl-хлорид натрия – растворимость до 300 кг/м³

Назначение:

- структурообразователь для растворов,получаемых из глин невысокого качества;

- получение солевых растворов (применяются при бурении в многолетних мерзлых породах, при бурении в интервалах залегания глинистых пород, для получения минерализованных растворов).

Na₂Cr₂O₇ двуххромовокислый натрий – хромпик (ярко-оранжевого цвета). Растворимость до 750 кг/м³.

Назначение:

- ингибирующее действие 3-5% -ых растворов по отношению к глиносодержащим породам;

- повышение термостойкость при добавлении 5-7% в растворы сприменением КМЦ.

Электролит носит вспомогательный характер: увеличение термостойкости, ингибирующее действие, растворение органических реагентов.