3.5 Процесс соединения глинистых частиц
Для определения реологических характеристик буровых промывочных жидкостей кроме знания количества и качества глин, необходимо знать степень связи глинистых частиц.
Наличие на плоской поверхности глинистой частицы отрицательного электрического заряда и положительного заряда на гранях и в местах, где решетка разрушена, определяет характер взаимодействия частиц друг с другом. Если взаимозаменяемые ионы не связаны с поверхностью частицы, то сила отталкивания между плоскими отрицательно заряженными пластинами высока и пластины будут диспергировться друг от друга. Полное диспергирование происходит очень редко и может наблюдаться в сильно разбавленных суспензиях очищенного монтмориллонита натрия. Обычно между частицами существует некоторая степень связи.
Частицы глины могут находиться в состоянии агрегации, дисперсии, флокуляции и дефлокуляции одновременно в одной системе при одном доминирующем состоянии (рисунок 3.11).
Агрегация
поверхность к
поверхности
Флокуляция
Дисперсия
Дефлокуляция
Рисунок 3.11 – Связи частиц глины в растворе
Агрегация (связь грань к грани) приводит к образованию более толстых пластин и пачек, это уменьшает число частиц и соответственно пластическую вязкость. Причиной агрегации может быть наличие в растворе двухвалентных катионов кальция или при добавлении извести, гипса.
Дисперсия – процесс, обратный агрегации, приводящий к увеличению пластической вязкости из-за увеличения количества частиц. Пластинки глины диспергируются во время гидратации. Степень дисперсии зависит от количества воды, наличия электролита, времени, температуры, взаимозаменяемых катионов глин и концентрации глины.
Флокуляция характеризуется соединением частиц торец к торцу или торец к грани, что приводит к возникновению структуры типа «карточный домик». Это вызывает увеличение вязкости. Степень повышения вязкости зависит от количества частиц и от сил, действующих на связанные частицы.
Дефлокуляция – это разрушение связей флоккулированных частиц. Введение определенных реагентов нейтрализует электрохимические заряды глинистых частиц, уменьшая силы притяжения между ними. Ввиду того, что дефлокуляция приводит к понижению вязкости, дефлокулянты часто называют разжижителями буровых промывочных жидкостей.