3.4. Воздух и газы в промывочных и тампонажных жидкостях

Воздух и газы используются при бурении с продувкой. Они яв­ляются дисперсной фазой аэрированных промывочных жидкостей (пен) и попадают в буровые суспензии и эмульсии, как на поверх­ности, так и при разбуривании газоносных пластов. Даже в тех случаях, когда газы не являются необходимым компонентом про­мывочных жидкостей, они присутствуют в них, принимая разносто­роннее участие в физико-химических процессах: взаимодействуют с минеральными поверхностями и растворенными веществами; из­меняя структуру воды, влияют на растворимость в ней минералов; выделяясь из дисперсионной среды, образуют газовую фазу, кото­рая отражается на технологических характеристиках буровых растворов.

Растворимость газов в воде различна и характери­зуется законом Генри, согласно которому весовая концентрация q в растворе (при постоянной температуре) пропорциональна давле­нию р и коэффициенту К, учитывающему свойства жидкости и газа:

Q = K p

Для технологии буровых растворов важное значение имеет вы­деление газов из растворов, происходящее в основном при пониже­нии давления. Возникновение и рост размеров пузырьков газа происходят, как правило, вблизи поверхности минералов, находящих­ся в промывочной жидкости. Пузырьку легче отодвинуть упорядо­ченные силовым полем частицы молекулы воды от твердой поверх­ности, чем оторвать их одну от другой. Причем диффузия газа в пузырек происходит в том случае, если парциальная упругость газа в растворе превышает его парциальное давление внутри пу­зырька. Вначале в пузырьке преобладает газ с наибольшей упру­гостью. Затем состав газовой фазы меняется вследствие различной скорости диффузии новых молекул газов. Таким образом, полу­чается, что пузырьки разного размера имеют неодинаковый состав газовой фазы. Их выделение на твердых поверхностях часто носит избирательный характер.

Растворимость газов обычно уменьшается с увеличением кон­центрации в дисперсионной водной среде других растворенных ве­ществ. Например, растворимость метана при появлении в воде NaCl снижается в 2-3 раза. Однако одновременно с ростом в воде концентрации электролитов повышается упругость растворенных газов. Поэтому увеличение содержания электролитов в жидкой фазе промывочных жидкостей может уменьшить число пузырьков, выделяющихся из раствора, но не повысит заметно их минималь­ных размеров, а значит, и не уменьшит числа устойчивых зароды­шей.