1.2 Прочность структуры.

Прочность структуры один из важных показателей коллойдных растворов Нормальная прочность структуры способна удерживать тяжелый шлам в растворе во взвешенном состоянии, закупоривать поры и трещины, образовывать прочную корочку на стенках скважины, и тем самым предотвращать осложнения и аварии прибуренити скважин (набухание, разупрочнение породы, осыпи, обвалы и т.д.)

Как отмечено выше, прочность структуры раствора зависит от активности и толщины гидратной оболочки твердой фазы

f = ; f = .

(1.10)

Поэтому прочность структуры можно регулировать изменением гидрофильности и толщины гидратнотной оболочки.

Активность функциональный групп, как отмечено, определяют по формуле Полинга (см. 1.1)

Как видно из формулы, регулировать активность функциональной группы можно введением в раствор катионактивных электролитов. С увеличением валентности катионов эффективность снижения гидрофильности (потенциала) твердой фазы повышается (рис 1.5)

Рис. 1.5. Зависимость электрокинетического потенциала глинистых частиц от концентрации электролита одно-(1), двух-(2) и трехзарядных (3) противоионов.

Влияние зависимости прочности структуры от толщины гидратнного слоя (диаметра капилляра) можно определить по высоте столбика воды в капилляре изготовленного из гидрофильного материала (например, стекла). При опускании капилляра в сосуд с водой за счет поверхностной энгергии вода в капилляре будет подниматься до тех пор пока вес ее не сравняется с поверхностной энергией капилляра

ρgh=σ|r

откуда

d=2r=2σ|ρgh

Прибор для определения прочности структуры

В геологоразведочных организациях прочность структуры определяют преимущественно на ротационном приборе СНС-2 (статистического напряжения сдвигу), (рис. 1.6)

Рис. 1.6. Прибор СНС-2.

Прибор СНС-2 состоит из цилиндра 6, подвешенного на упругой проволоке 2 к конусу кронштейна 4 и стакана 7, установленного на вращающемся столике 8. Вращение частотой 0,2 об/мин через редуктор 12 и шкив передается столику от электродвигателя 13. Поверхность подвешенного цилиндра сделана рифленой. На трубке 3, соединенной с цилиндром, укреплен лимб 14 с делениями в градусах. На уровне лимба на кронштейне закреплен указатель 5. Для установки станины прибора на опорах 10 имеются установочные винты для вывода станины в горизонтальное положение.

Порядок работы. Станину приводят в горизонтальное положение. С помощью поворота конуса совмещают нуль лимба 14 с указателем 5.

В зазор между цилиндром и стаканом заливают промывочную жидкость до уровня верхнего основания цилиндра 6. Жидкость с помощью поворота цилиндра перемешивают и оставляют в покое на 1 мин., включают двигатель. Вместе со стаканом вращается и цилиндр, происходит закручивание проволоки - 2. После остановки поворота цилиндра по лимбу определяют максимальный угол закручивания , а по нему статическое напряжение сдвига

где к – константа стальной нити.

Определив двигатель выключают, промывочную жидкость вновь перемешивают, нуль лимба совмещают с указателем, жидкость оставляют в покое на 10 мин., включают двигатель, определяют угол закручивания нити , а затем СНС₁₀.

.

Дтя более точных исследований применяют прибор Вейлера-Ребиндера (рис. 1.7). Основная деталь прибора - рифленая атюминиевая пластинка 6, подвешенная на упру­гой стальной проволоке, закрепленной на коромысле аналитических весов 3. На проти­воположном плече коромысла подвешена чашка 2 для грузов. Пластину устанавливают в середине кюветы 7 с испытуемой промывочной жидкостью 8. На проволоке крепят репер 4, напротив него на основании 1 устанашшвают микроскоп 5.

Время исследования СНС - 24 часа Наблюдения выполняют при шести нагрузках. Деформации опре­деляют по истечении 1, 5, 10, 15, 30 и 45 с и 1,2,3, 5, 7, 10, 12, 15 мин. после каждой нагрузки производится раз­грузка с таким же порядком отсчета, как и при нагружении. Последова­тельные нагружения и разгрузки вы­полняют до полного разрушения об­разца

Рис. 1.7. Прибор Вейлера-Ребиндера

По результатам наблюдений для каждого цикла нагружение-разгрузка строят кривые деформация-время (ε=f(t)), проводят прямую до пересечения с ординатой и по­лучают величину . Быструю эластичную деформацию . рассчитывают по первому секундному расчету, медленную определяют величиной отрезка . Напряжение сдвигу находят по формуле:

p=

где F - нагрузка в момент разрушения структуры; S - площадь пластинки.

Рассмотренные выше приборы не позволяют точно определить страте­гическое напряжение сдвига в объеме промывочной жидкости, т.к. в кольце­вом зазоре благодаря влиянию стакана и рифленого цилиндра прочность структуры жидкости значительно повышается.