6.3. Деструктурирование минерализованных промывочных жидкостей

При бурении соленосных отложений галита, бишофита, карналлита в промывочную жидкость поступает большое количество электролитов, за счёт чего прочность структуры раствора, и водоотдача возрастают.

Для деструктурирования таких растворов требуется удаление сшивающих ионов, чаще всего - поливалентных катионов Са²⁺ и Мg²⁺. С этой целью раствор обрабатывают солями с поливалентными анионами и одновалентными катионами (NaSO₄, NaCO₃, Na₃PO₄, Na₂SiO₃), способными образовывать с катионами раствора нерастворимые соли-сульфаты, карбонаты, фосфаты, силикаты кальция или магния.

Деструктурирование (разжижение) промывочных жидкостей, содержащих электролиты, можно проводить и путём обработки буровых растворов полимерами - стабилизаторами. Такие полимеры, адсорбируясь на поверхности твёрдой фазы, образуют гидрофильный, полимерный, а затем и плотный гидратный слой, изолирующий частицы от воздействия катионов электролитов.

Полимеры - стабилизаторы снижают прочность структуры растворов не только с поливалентными, но и одновалентными катионами.

7. Структурная вязкость и коэффициент трения промывочных жидкостей

7.1.Вязкость ньютоновских жидкостей

Вязкое трение (касательные напряжения) обусловлено межмолекулярным взаимодействием диполей воды. В объеме, вследствие хаотического движения молекул воды, молекулярное взаимодействие весьма мало. Под воздействием поверхностной энергии твердых тел (например, стенок труб), молекулы воды поляризуются и ориентируются. Как отмечено выше согласно представлениям де Бура и Цвиккера [1] поверхность полярного адсорбента поляризует молекулы контактирующей жидкости в первом адсорбционном слое; возникающие индуцированные диполи слоя в свою очередь индуцируют (ориентируют) диполи во втором слое и процесс этот распространяется на последующие слои; таким образом, локальные близкодействующие полярные силы поверхности твердого тела порождают дальнодействующие силы молекулярного взаимодействия на значительные расстояния.

С удалением от поверхности твердого тела эта сила убывает обратно пропорционально расстоянию.

Если вода расположена между двух пластин, сила межмолекулярного взаимодействия (прочность связей диполей воды) удвоится

а между четырех взаимно перпендикулярных пластин (или в трубе) учетверится

Такая же зависимость силы взаимодействия молекул воды с поверхностью твердого тела от расстояния наблюдается и при течении жидкости. В гидравлике [1] вязкость жидкости (касательное напряжение) рассматривают на примере двух пластин, разделенных слоем воды. Одна из пластин перемещается относительно другой. Вязкость воды определяют по экспериментальному закону Ньютона

(7.1)

где,  - коэффициент пропорциональности, – скорость движения пластины, r – расстояние между пластинами.

При υ=1м/с и r=1м значение касательного напряжения по абсолютному значению будет равным коэффициенту пропорциональности

, (7.2)

поэтому этот коэффициент стали называть вязкостью. За единицу измерения вязкости принято считать величину

, (7.3)

Таким образом, безразмерный коэффициент пропорциональности превратился в вязкость с единицей измерения Па·с.

Для того, чтобы понять физический смысл рассмотренной выше “вязкости” проведем небольшие расчеты.

Касательные напряжения в жидкости при движении верхней пластины относительно нижней составит

(7.4)

где F – сила вязкого трения, S – поверхность пластин.