2.4. Приборы для определения прочности структуры промывочных жидкостей

Для определения прочности структуры промывочных жидкостей применяют преимущественно ротационные приборы. Под воздействием поверхностной энергии цилиндров прибора прочность структуры резко возрастает. Этому способствует ребристая поверхность внутреннего цилиндра. Поэтому определяемое напряжение сдвигу оказывается значительно завышенным по сравнению с действительным значением. Кроме того, на поверхности цилиндров могут адсорбироваться гидрофобные компоненты, которые будут понижать поверхностное натяжение и прочность структуры жидкости в контакте с цилиндрами.

Таким образом, при помощи ротационных приборов мы замеряем прочность структуры не раствора, а его слоя, контактирующего со стенками цилиндров, резко отличающегося по структуре.

Достоинство ротационных приборов заключается в том, что они приблизительно моделируют реальное состояние промывочной жидкости в скважине между обсадными и бурильными трубами. Однако на прочность структуры, оказывает влияние величина зазора между бурильными трубами и стенками скважины  которую можно легко рассчитать, зная поверхностное натяжение промывочной жидкости а для конкретных условий:

(2.10)

Поэтому на рассматриваемых приборах целесообразнее определять не касательное напряжение сдвигу промывочной жидкости, расположенной в узком зазоре между цилиндром, а её поверхностное натяжение

(2.11)

где, К_ш - коэффициент, учитывающий шероховатость (наличие рёбер) цилиндров; _n – зазор между цилиндрами прибора; f_n – удельное усилие в момент сдвига, (касательное направление).

3. Структурирование глинистых растворов

3.1. Способы структурирования

Под структурированием будем понимать повышение прочности структуры буровых растворов.

Целью структурирования промывочных жидкостей является повыше­ние ее кольматирующей и несущей способности, снижение ее фильтрации в неустойчивые горные породы, снижение ее водоотдачи.

В свете новых взглядов на природу структурообразования дисперс­ных систем структурирование промывочных жидкостей можно проводить двумя путями: путем структурирования воды под воздействием гидрофильной (активной) твердой фазы (гидрофильное структурирование) и путем структурирования твердой фазы за счет ее гидрофобизации или гидрофобизации среды (гидрофобное коагуляционное структурирование, см. табл. 2.1).

Гидрофобное структурирование обусловлено преимущественно межмолекулярным взаимодействием частиц твердой фазы при отсутствии на них сольватных (изоляционных) слоев. Такие системы обладают высокой водоотдачей и весьма неустойчивы (как седиментационно, так и агрегативно), поэтому при бурении неустойчивых горных пород их рекомендовать нельзя.

Гидрофильное структурирование обусловлено активным взаимодействием молекул воды с поверхностью полярной твердой фазы. В атом случае образуются достаточно прочные связи молекул воды с твердой фазой и между собой. Такие системы стабильны, имеют низкую водоотдачу.

Как в гидрофобных, так и в гидрофильных дисперсных системах прочность структуры зависит от активности частиц и расстояния между ними (т.е. концентрации и дисперсности твердой фазы).

Следовательно, для структурирования промывочной жидкости возможны следующие способы:

- повышение в ней концентрации твердой фазы;

- диспергирование твердой фазы (увеличение количества частиц твердой фазы)

Для гидрофильного структурирования кроме того, возможны способы:

- активации (гидрофилизации) твердой фазы;

- активации (поляризации) дисперсионной среды.

Для гидрофобного структурирования используют:

- дезактивацию (гидрофобизацию) твердой фазы;

- дезактивацию (гидрофобизацию ) дисперсионной среды.