Основы физико-химии промывочных жидкостей

Лекция 2

Основы физико-химии промывочных жидкостей.

Физикохимия – это наука о специфических свойствах дисперсных систем (промывочные жидкости и тампонажные смеси) и о процессах, в них протекающих. Мы должны управлять свойствами очистного агента, регулировать их, приводя их в соответствие с условиями бурения.

Система – это совокупность частей находящихся во взаимодействии, например, вода и глинистая частица.

[pic 1][pic 2]

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.

[pic 3]

Рис. 14. Граница раздела: твердое (Т) + вода (В).

Сложность системы определяется следующими факторами:

1. числом компонентов, входящих в эту систему;
2. числом фаз.

Фаза – это совокупность гомогенных частей системы, одинаковых по свойствам и составу.

Дисперсная система – это система, состоящая из непрерывной дисперсионной среды и дисперсной фазы (раздробленной).

[pic 4]

Рис. 14. Состав дисперсной системы.

Основные параметры, характеризующие степень раздробленности частиц дисперсной фазы:

1. а – поперечный размер частиц дисперсной фазы;
2. Дисперсность D=1/а; см-1;
3. Удельная поверхность Sуд = S/V

где:S – суммарная площадь поверхности частиц раздробленной фазы;

        V – объём частиц дисперсной фазы.

Для шара:

S = 4⋅π⋅r2;

V = 4/3⋅π⋅r3;

Sуд = = 3/r = 6⋅1/a = 6⋅D;[pic 5]

Где:

r = a/2;

Следовательно:

Sуд = k⋅D, см-1где k = 6 – коэффициент, учитывающий форму частицы.

Классификация дисперсных систем

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.

1. Агрегатное состояние дисперсионной среды и дисперсной фазы:

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

[pic 6]

Рис. 15. Разновидности золей.

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);