2.4. Буровые промывочные и тампонажные растворы – как дисперсные системы

Буровые промывочные и тампонажные жидкости также являются дисперс­ными (гете­рогенными) системами, т. е. системами, состоящими из нескольких внутренне однородных частей (двух или трех) с разными по срав­нению друг с другом физическими свойствами, разделенных по­верхностными слоями.

В промывочных и тампонажных растворах также различают дисперсную фазу - часть системы, представляющую собой раздробленное вещество (в твердом, жид­ком или газообразном состоянии), распределенное в другой части системы - дисперсионной среде, чаще всего в жидкости.

Использование дисперсных систем продиктовано необходимо­стью выполнения с помощью промывочных жидкостей ряда функ­ций, о которых говорилось ранее и которые «чистые» жидкости и газы обеспечить не могут.

Среди промывочных жидкостей (буровых растворов) наибольшее применение нашли дисперсные системы следующих типов:

т/ж – суспензии на углеводородной и водной основе, дисперсная фаза которых представлена высокодисперсными природными и синтети­ческими соединениями (глина, мел и другие высокодисперсные вещества);

ж/ж – к которым относятся прямые и обратные эмульсии; в качестве дисперсной фазы, в которых могут использоваться вода или углеводородные жидкости;

г/ж – к которым относятся пены и аэрированные суспензии, в которых в качестве дисперсной фазы, используется воздух.

Системы ж/г и т/г могут образоваться в скважинах при бурении скважин с применением газообразных продувочных агентов.

Среди тампонажных жидкостей наибольшее распространение имеют дисперсные системы следующих типов:

т/ж - тампонажные растворы, дисперсная фаза которых представлена вяжущим, а дисперсионная среда водой или растворами солей;

ж/т – цементный камень, в порах которого находится жидкость (дисперсная фаза), а дисперсионная среда твердое вещество (продукты твердения).

2.5 Характеристика различных форм межмолекулярных, межчастичных взаимодействий между основными компонентами дисперсных систем (буровых растворов).

Природа физико-химических взаимодействий в промывочных жидкостях определяется действующими межатомными и молеку­лярными силами. Эти силы, обусловленные расположением и дви­жением в атомах и молекулах электрических зарядов и имеющие электрическую природу, определяют свойства и характер взаимодействия компонентов, которые содержатся в фа­зах промывочных жидкостей - минералов, воды, химических реа­гентов, газов и др.

Несмотря на единую электрическую природу, эти силы различны, а потому отличаются и связи, возникающие при их взаимодействии. В настоящее время различают пять основ­ных форм связи: ионную (гетерополярную), ковалентную (непо­лярную или гомеополярную), водородную, металлическую и молекулярно-поляризационную, обусловленную силами Ван-дер-Ваальса. Их основные характеристики приведены в табл. 2..3.

Таблица 2.3. Характеристики различных форм химической связи

Форма связи	Причина возникновения	Радиус действия, 10-8 см	Энергия связи, кДж/моль
Ковалентная	Образование общих электронных пар электронами, выделенными каждым атомом	1-2	210-850
Ионная	Переход электронов от одного атома к другому с образованием ионов и взаимное притяжение ионов с противоположными знаками их заря­дов	2-3	85-125
Водородная	Взаимодействие (внутримолекулярное) или межмолекулярное) водорода с электроотрицательными атомами, имеющими свободную электронную пару	1,8-3,1	10-35
Молекулярно-поляризацион-ная	Электростатическое взаимодействие между полярными и поляризуемыми молекулами (электрически ней­тральными атомами)	5-10	≤21

Электростатическое взаимодействие между нейтральными ато­мами и молекулами возможно тогда, когда их структура полярна. Молекулы соединений становятся полярными, если электрические заряды в них распределены неравномерно между атомами: в одной части преобладают положительные заряды, в другой - отрицатель­ные. Полярность молекул характеризуется дипольным моментом µ, представляющим собой произведение зарядов е на расстояние между ними l:

µ=e^.l

Следует отличать полярность молекулы в целом от полярности от­дельных связей в ней. Для двухатомных молекул эти два понятия совпадают. Двухатомные молекулы, состоящие из одинаковых ато­мов, в соответствии с вполне симметричным положением связы­вающей их электронной пары не обладают полярностью, и для них µ= 0. Двухатомные молекулы, состоящие из неодинаковых атомов, в большинстве случаев являются в той или иной степени полярными, и чем больше разница в их электроотрицательности, тем полярность связи выше.

В многоатомных молекулах полярность зависит от полярностей отдельных связей и от относительного расположения последних в молекуле, их симметрии. Так, в молекуле СО₂ две двойные связи углерода располагаются на одной прямой и расстояние, на кото­ром находятся оба атома кислорода от углерода, одинаково, т. е. она обладает симметричным строением с µ = 0.