буровые промывочные растворы 2.docx. Лекция Основы физхимии промывочных жидкостей

• Название: Лекция Основы физхимии промывочных жидкостей
• Дата: 10.03.2023
• Размер: 314.27 Kb.
• Имя файла: буровые промывочные растворы 2.docx.docx
• Тип: Лекция; #979031

Лекция 2. Основы физхимии промывочных жидкостей.

1. Сравнить две системы –раствор электролита(соли) и глинистый раствор, обработанный органическими реагентами.

Какая из них гетерогенная, а какая гомогенная система?

Ответ:

Гомогенная (однофазная) система – это система, внутри которой нет поверхностей раздела, отличающих одну часть этой системы от другой, отличающихся по свойствам и составу.

Примером гомогенных систем являются солевые растворы – истинные растворы.

Гетерогенная (многофазная)система – система, состоящая из двух и более частей, между которыми есть реальные границы раздела, отделяющая эти части, отличающиеся по составу и свойствам.

Раствор электролита (соли) – гомогенная система, Глинистый раствор, обработанный органическими реагентами – гетерогенная система.

2. Классификация дисперсных систем.

Ответ:

1. 
   Размер частиц
   

В зависимости от размера частиц бывают следующие дисперсные системы:

а) грубодисперсные – системы, в которых размер частиц а ≥ 10^-2 см (взвеси почвы, песка);

б) тонкодисперсные – системы, в которых размер частиц а = (10^-2÷10^-5) см. Например: эмульсионные растворы, глинистые растворы невысокого качества (из местной глины);

в) коллоидные – системы, в которых размер частиц а = (10^-5÷10^-7) см (высокого качества глинистые растворы);

г) молекулярно-дисперсные (истинные растворы)– системы, в которых размер частиц – а = (10^-7÷10^-8) см – растворы солей.

2. 
   Агрегатное состояние дисперсионной среды и дисперсной фазы:
   

а) золи (solutio – коллоидный раствор) – а = (10^-5÷10^-7) см;

Золи

Аэрозоли

(от air – воздух)

Лиозоли

(лиос – жидкость)

Гидрозоли

(глинистые растворы)

Органозоли

(на основе дизельного топлива)

б) суспензии – это системы, у которых дисперсионная среда в виде жидкости, а дисперсная фаза – твердая. Представляют собой взвеси твёрдых частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде.

а =(10^-2÷10^-5) см – тонкодисперсная система.

Для бурения скважин важное значение имеют следующие системы:

а) глинистые растворы;

б) глинистые суспензии;

в) эмульсионные растворы (смесь двух несмешивающихся жидкостей: вода + масло);

г) пены – газожидкостные смеси - смесь жидкости и газовых компонентов (водный раствор + сжатый воздух).

Система ГЖС имеет пленочно-ячеистое строение, в котором жидкость вырождена для пленок-перегородок.

В качестве дисперсной фазы могут использоваться:

а) шлам – выбуриваемая горная порода (глина, песок, карбонатные породы);

б) глина – порошок;

в) торф;

г) битум – порошок;

д) сапропель;

е) полимеры;

ж) цемент (для проведения тампонажных работ в скважине).

3. 
   Интенсивность взаимодействия фазы и дисперсионной среды
   

а) лиофильные системы – устойчивые системы, в которых дисперсная фаза интенсивно взаимодействует с молекулами дисперсионной среды. В таких системах химические реагенты, как правило, не применяются.

б) лиофобные системы – системы, плохо взаимодействующие с жидкостью, неинтенсивно перемешивающиеся. Применяется специальный метод лиофилизации для интенсивного получения растворов на углеводородной основе – гидрофобных эмульсионных растворов.



NH₄⁺

NH₄⁺

Органо-глина - используется для

приготовления растворов на углеводо-

родной основе (дизельное топливо)

NH₄⁺

3. Если в водной среде находятся глинистые частицы размером 10-2-10-5 см, то, что это за система –глинистый раствор или глинистая суспензия?

Ответ:

Глинистая суспензия

4. Факторы, обусловливающие агрегативную устойчивость дисперсных систем.

Ответ:

1. Броуновское тепловое движение, которое обусловливает беспорядочное тепловое перемещение молекул дисперсионной среды и их соударение с частицами дисперсной фазы.

2. Диффузия – самопроизвольное выравнивание концентрации молекул, ионов дисперсной фазы и др. структурных элементов дисперсной системы .

5. ПАВ – это вещества, которые …

Ответ:

ПАВ – вещества, которые :

-способны изменять поверхностное натяжение;

- способны увеличивать свою концентрацию на границе раздела.

6. Абсорбция – это процесс …

Ответ:

Адсорбция – это самопроизвольный процесс, связанный с изменением концентрации растворённого вещества на границе раздела, приводящий к изменению поверхностного натяжения

7. Как называется ядро мицеллы глинистого раствора?

Ответ:

Ядро мицеллы глинистого раствора называется алюмосиликатным ядром

8. Дать определение свойства глинистого раствора-тиксотропия.

Ответ:

Тиксотропия – это свойство раствора изменять своё состояние при встряхивании, илиэто изотермический переход золя в гель, обладающий свойствами твёрдого тела в состоянии покоя и обратимое разрушение структуры с переходом в текучее состояние при механическом воздействии

9. От чего зависит величина дзета-потенциала двойного электрического слоя коллоидной частицы?

Ответ:

Коагулянтами называются те электролиты, которые при попадании в водный раствор приводят к уменьшению дзета-потенциала,что вызывает потер заряда коллоидных частиц и усилению их взаимодействия.

10. Пояснить явление электрофореза.

Ответ:

Электрофорез – направленное движение частиц дисперсной фазы под воздействием электрического поля в неподвижной дисперсионной среде

11. Что позволяет устранить вредное влияние электроосмотического перетока фильтрата бурового раствора?

Ответ:

Для исключения электроосмотического перетока вводят в буровой раствор электролит, который способствует компенсации отрицательных зарядов на стенках скважины, сложенных глиносодержащими горными породами и приводит к снижению величины дзета потенциала, а значит, и к уменьшению скорости электроосмотического перетока водной фазы бурового раствора, что исключает поступление ее в стенки скважины

12. Что является причиной адгезии бурильной колонны к стенкам скважины?

Ответ:

Адгезия – результат стремления таких поверхностей к уменьшению избыточной поверхностной энергии

Модель адгезии в скважине показана на рисунке
пустота

буровой раствор


3
желоб




прижимающее усилие








4

1


2

пустота
Рисунок. Схема к модели адгезии бурильной колонны к стенкам скважины:

1 – стенки скважины;

2 – глинистая корка;

3 –бурильная труба;

4 – линия касания бурильной трубы со стенкой скважины.
Чтобы избежать желобообразования , как результата адгезии бурильной колонны к стенкам скважины, нужно уменьшить силы адгезии и трение между бурильной колонной и стенками скважины необходимо в раствор добавить:

-поверхностно-активное вещество ,снижающее поверхностное натяжение на границе раздела бурильная колонна- горная порода(глинистая корка);

- полимерные реагенты для стабилизации горной породы в стенках скважины;

- смазывающие вещества, уменьшающие силы трения между бурильной колонной и горной породой.

13. Какими видами поверхностного натяжения порождаются силы на поверхностях раздела фаз.

Ответ:

Схема действия сил на границах раздела трех фаз: горной породы (Т), жидкости (Ж) и газа (Г).



Силы, возникающие на поверхностях раздела фаз, порождаются следующими видами поверхностного натяжения:

– на границе раздела твердого тела (горной породы) и газа;

- награнице раздела жидкости и горной породы;

– на границе раздела жидкости и газа.

14. В чем проявляется действие межфазной энергии на границе раздела горная порода-жидкость.

Ответ:

Межфазная энергия на границе горная порода (Т) – жидкость (Ж) характеризуется поверхностным натяжением -стремится сжать каплю-т.е. поверхностная энергия уменьшается за счет снижения площади поверхности контакта жидкости и твердого тела (горная порода).

15. Какое действие вызывает энергия твердого тела на контактирующую с ним каплю жидкости.

Ответ:

Энергия твердого тела (горной породы) стремится уменьшиться, вызывает растяжение капли жидкости на своей поверхности – эта межфазная энергия (поверхностное натяжение) - .

16. Какие силы препятствуют растеканию капли жидкости на поверхности горной породы.

Ответ:

Растеканию жидкости препятствуют коагезионные силы внутри капли. Действие коагезионных сил направлено от границы между твердым телом (горная порода), жидкостью и газообразной фазой по касательной к сферической поверхности капли - .

17. Условия возникновения положительного и отрицательного капиллярных поднятий.

Ответ:

КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ – возникают в каналах, у которых радиус соизмерим с радиусом мениска:


r₀
мениск


h⁺






h^-

h⁺ - положительное капиллярное поднятие – дополнительное Лапласовское давление ( ), направлено от центра кривизны.

• 
  r₀ ;
  
• 
  – дополнительное Лапласовское давление (тянет вверх);
  
• 
  - смачиваемость хорошая.
  

h^- - отрицательное капилярное поднятие – дополнительное Лапласовское давление( ), направлено к центру кривизны.

• 
  – задавливает жидкость внутрь собственной фазы;
  
• 
  - смачиваемостьплохая.
  

18. От каких параметров зависит дополнительное Лапласовское давление.

Ответ:

- это значит, что при равновесии Лапласовское давление равно гидростатическому давлению столба жидкости высотой h.

– поверхностное натяжение;

- радиус мениска;

– плотность жидкости;

– плотность газа;

- величина капилярного поднятия.

ВНК – водонефтяной контакт.