7. Образование структуры в промывочных жидкостях. Количественная оценка прочности структуры.

Дисперсные системы можно разделить на свободнодисперсные, связнодисперсные и переходные.

В переходных системах отдельные частицы связаны друг с другом в рыхлые агрегаты, но не образуют сплошной структуры и называются структурированными жидкостями.

В свободнодисперсных системах частицы дисперсной фазы не взаимодействуют друг с другом и не способны создавать структуру.

В связнодисперсных системах частицы дисперсной фазы взаимодействуют друг с другом, образуя пространственную структуру.

Структура дисперсной системы придает ей определенные реологические (структурно-механические) свойства.

На развитие структуры оказывают влияние следующие факторы:

• концентрация дисперсной фазы;

• состав дисперсионной среды;

• температура;

• давление;

• механическое воздействие;

• время.

Виды структур

По характеру связи между отдельными элементами структуры делятся на коагуляционные (тиксотропно-обратимые) и коагуляционно-кристализационные (необратимо-разрушающиеся).

Коагуляционная структура возникает вследствие коагуляционного сцепления частиц дисперсной фазы через тонкие прослойки жидкой дисперсионной среды. Такую структуру имеют глинистые растворы.

Второй тип структуры возникает в результате образования сначала коагуляционных связей между частицами цементных зерен, а затем в процессе кристаллизации происходит сращивание кристаллов, т. е. образуется коагуляционно-кристаллизационная структура. Эта структура разрушается необратимо. Такую структуру имеют цементные растворы.

Большинство промывочных жидкостей представляют связнодисперсные системы. Частицы глины, имеющие вид пластинки, сталкиваясь друг с другом, могут соединяться различными поверхностями, плоскость с плоскостью, ребро с ребром и плоскость с ребрами.

Соединение частиц плоскость с плоскостью приводит к агрегированию их, выпадению в осадок и к коагуляции раствора.

В результате слипания глинистых частиц ребро с ребром или плоскость с ребром образуется пространственный каркас, который называется структурой. Внутри заключается вода, т. е. дисперсионная среда.

Возникновение коагуляционных структур глинистых растворов связано с явлением коагуляции, которая протекает в два этапа. На стадии скрытой (гидрофильной) коагуляции образуется структура.

Коагуляционные структуры характеризуются прочностью и восстановлением во времени. Если разрушить коагуляционную структуру путем перемешивания, после покоя в глинистом растворе вновь образуется структура.

Способность глинистого раствора восстанавливать структуру после перемешивания называется тиксотропией.

В состоянии покоя прочность структуры увеличивается во времени. Количественно прочность структуры оценивается по статическому напряжению сдвига. Промывочная жидкость должна обладать способностью образовывать структуру с минимальной прочностью достаточной для удержания утяжелителя и частичек выбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции раствора.