8.3.2. Флокуляция

Под флокуляцией подразумевают такой процесс агрегирования частиц дисперсной фазы, когда присоединение их друг к другу осуществляется полимерными молекулами, называемыми флокулянтами. Флокуляция особенно характерна для линейных полимеров с активными функциональными группами, взаимодействующими с поверхностью дисперсных частиц (полиакриламидов, поливинило­вых спиртов и т. д.). Присоединяясь двумя концами к двум раз­ным частицам дисперсной фазы, длинная молекула образует между ними полимерный (углеводородный) мостик. Связанные полимерными мостиками, частицы взаимодействуют между собой, об­разуя флокулы (рис. 8.3). Образовавшиеся флокулы нарушают седиментационную устойчивость дисперсной системы - и она раз­деляется на фазы. Во времени величина отстоя системы возрас­тает.

Количественная интерпретация флокуляции, проведенная на основе теории адсорбции Ленгмюра, показывает, что вероятность взаимодействия полимера, адсорбированного на одной частице, своей свободной функциональной группой с другой частицей будет тем больше, чем больше число молекул полимера и чем значитель­нее доля свободной поверхности. Считается, что максимальная флокуляция соответствует половинному заполнению поверхностно­го слоя макромолекулами. С повышением содержания полимера в дисперсной системе флокуляция понижается и при достижении определенной концентрации флокулянта исчезает, система стаби­лизируется (рис. 8.3). Причем зона флокуляции и ее глубина для различных дисперсных частиц могут не совпадать. Более того, полимеры могут одни минералы флокулировать, а другие стаби­лизировать.

Рис. 8.3 Схема флоккулы

В бурении полимерные флокулянты используются для приго­товления недиспергирующих буровых растворов с низким содер­жанием твердой фазы. При этом нужно учитывать, что синтетиче­ские полимеры выполняют в промывочных жидкостях двоякую роль. Во-первых, они способствуют образованию сопряженных полимерглинистых структур, когда полимер слабо флокулирует час­тицы или его концентрации превышают значения флокулирующих. Во-вторых, вследствие флокуляции они могут агрегировать частицы, присутствие которых в промывочной жидкости нежела­тельно (выбуренный шлам).

Процесс образования полимерглинистых структур и флокуляции могут протекать одновременно, накладываясь друг на друга. При этом одна и та же молекула полимерного флокулянта различными своими функциональными группами участвует в формировании у глинистых (например, бентонитовых) частиц адсорбционно-гидратного слоя, обусловливающего образование сопряженный структур в основном через вторые энергетические минимумы, а также связывает глинистые (каолинитовые, хлоритовые) и другие минеральные частицы в агрегаты - флокулы.

Глинистые минералы имеют отличающиеся количественные характеристики поверхностных слоев и поэтому флокулируют при различных концентрациях полимера. Наибольшей разницей флокулирующих концентраций по отношению к глинам (бентониту и каолину) обладают некоторые полиакриламидные препараты. Повышение селективности полимерных флокулянтов позволяет более эффективно использовать раствор на их основе также при бурении глинистый отложений.