АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Стабилизация буровых растворов полимерами

Читайте также:
  1. Анализ эффективности ингибирующих растворов
  2. Анализ эффективности применяющихся глинистых растворов для бурения уплотненных глин.
  3. Биосорбция металлов из растворов
  4. Виды и состав растворов для обычных и декоративных штукатурок.
  5. Влияние кальциево-алюмо-силикатных полимерполисолевых растворов на пластическую прочность глины.
  6. Влияние кальциево-силикатных полимерполисолевых растворов на пластическую прочность глины.
  7. Влияние кальциевых полимерполисолевых растворов на пластическую прочность глины
  8. Влияние магниевых полимерполисолевых растворов на пластическую прочность неуплотненной глины.
  9. Влияние полимеров и полимерсолевых растворов на увлажнение и прочность неуплотненных глин.
  10. Влияние силикатно-магниевых и силикатно - кальциевых растворов на пластическую прочность неуплотненной глины.
  11. Влияние силикатных полимерполисолевых растворов на пластическую прочность неуплотненной глины.
  12. Влияние числа импульсов генератора на свойства растворов

Полимеры широко применяют не только для активации, дезактивации твердой фазы и структурообразования, но и для стабилизации буровых растворов, т.е. для предохранения их от коагуляции и седиментации под воздействием электролитов. Полимеры в этом случае служат для изоляции твердой фазы от "сшивающего" действия катионов и предохранения от сближения частиц твердой фазы на расстояния интенсивного действия молекулярных сил.

Изоляцию твердой фазы частиц производят солестойкими полимерами. Солестойкость полимеров к коагуляции в первую очередь определяется способностью ее функциональных групп взаимодействовать о ионами электролитов.

Функциональная группа. -О-. Большая часть горных пород, в том числе и глины являются кислородными соединениями. На поверхности зерен в местах разрыва кристаллической решетки атомы кислорода имеют нескомпенсированный заряд. Да и связанные атомы кислорода (например, 8Юз, А12Оз и т.д.). вследствие их высокой электроотрицательности, обладают высокими полярными зарядами. В природных условиях заряд поверхности зерен компенсируется обменными ионами,

Благодаря высокой электроотрицательности многие кислородсодержащие породы используют в качестве катионитов. Под воздействием этих зарядов глинистые частицы оказываются гидрофильными и хорошо гидратируются в воде.

Оксигруппа -ОН -. Эта группа характерна как для глинистых частиц (например, каолинита), так и неиногенных ПАВ, таких как спирт, фенолы, алкилфенолы, целлюлоза и естественные биополимеры-полисахариды:

 

крахмал, лигнин, целлюлоза, гуаровая смола, ксантановая смола и др.

Оксигруппы достаточно прочно связаны с углеводородными радикалами (ПАВ), цепями (полимеры) и кремнекислородными листами (глинистые частица). Они могут обладать в зависимости от взаимодействующего иона либо кислотными, либо основными свойствами.

Оксигруппы гидрофильны и малоактивны (ГЛБ = 1,9), но вследствие большого их количества они способна образовывать водородные.связи между цепями полимеров. Поэтому с увеличением ОН- (рН среды) вязкость раствора растет вплоть до сцепления макромолекул в агрегаты (коагуляции). Поэтому количество оксигрупп частиц твердой фазы должно быть ограниченным.

В связи с достаточно высокой прочностью связей оксигруппы с цепями и радикалами она не образует химических связей в растворе даже с поливалентными - ионами металлов.

Химическое взаимодействие оксигруппы с металлами с образованием солей (например, алкоголя) возможно только при наличии катализаторов.

Вследствие этого между частицами твердой фазы с группой ОН- и ионами электролитов возможны лишь полярные связи. С одновалентными ионами электролитов частицы образуют слабые связи вплоть до полного насыщения раствора солью. Устойчивы такие частицы и к коагулирующему действию поливалентных ионов (в определенных пределах, см. табл. 5.3,).

Устойчивы к солевой и кальциевой агрессии полимеры с полярными заместителями типа –ОСН3. Например, ММЦ (модифицированная метилцеллюлоза), не коагулирует при полном насыщении раствора солью NaCl и устойчива в растворе с высокой концентрацией солей CaCl2 (до 15 %).

К а р б о к с и л ь н а я г р у п п а -СООН и ее з а м е с т и т е л и. Карбоксильная группа входит в состав карбоновых кислот. Она обладает слабокислотными (константа диссоциации 2·10-5 и менее) и очень слабыми основными свойствами. По строению аналогична угольной кислоте (с константой диссоциации 4,5·10-7) и представлена карбонильной – С =О - и гидроксильной –ОН- группами:

Под влиянием сильноотрицательного атома кислорода карбонильной группы связь между кислородом и водородом в гидроксильной группе значительно слабее, чем в спиртах, поэтому она обладает более сильными кислотными свойствами. С ионами поливалентных металлов водород карбоксильной группы замещается в нейтральной среде без подогревания. Также как и угольная кислота, органические кислоты (c карбоксильной группой - СООН), с ионами Са образуют нерастворимые соли, выпадающие в осадок (агрегатирвание).

Аналогичным образом ведут себя по отношению к поливалентным металлам соли-заместители и другие соли одновалентных металлов.

Из табл. 5.3 видно, что полимеры о карбоксильной группой устойчивы к солевой агрессии (вплоть до полного насыщения), но не устойчивы к кальциевой агрессии. Уже при концентрации Са свыше 0,1-0,2 % эти полимеры коагулируют и выпадают в осадок.

Полимеры с короткими цепями (с более подвижными макромолекулами) и активными функционалънами группами -СООNa (ГЛБ=21,1) типа КМЦ-250, КМЦ-350 могут образовывать достаточно сильные полярные связи со слабогидратированиыми одновалентными ионами. Слабая гидратация ионов возможна в концентрированных растворах солей. При концентрации в растворе поваренной соли NaCl более 10-15% такие полимеры способны к коагуляции.

Высоковязкие более жесткие полимера с длинными макромолекулами КМЦ-500, КМЦ-600, КМЦ-700 устойчивы к солевой •агрессии даже при полном насыщении раствора солыо NaCl.

А м и д н а я г р у п п а—СОNН2 по строению аналогична карбоксильной группе:

 

 

Азот так же как и кислород, обладает высокой электроотрицательностью, образует прочные связи с водородом. Под влиянием кислорода карбонильной группы связь водорода с азотом ослабляется и амидная группа приобретает слабокислотные свойства.

Вследствие достаточно прочных связей водорода с кислородом замещение его одновалентными металлами невозможно. Из-за довольно высокой активности функциональной группы (подобно аналогичной группе СООН) с одновалентными ионами эти полимеры могут образовывать только слабые полярные связи и поэтому они устойчивы к солевой агрессии даже при полном насыщении раствора солью NаCl (табл. 5.3).

Гидролизованные акриловые полимеры с гибкими макромолекулами и активными функциональными группами (гипан, ГПАА) так же, как и КМЦ с короткими макромолекулами, способны образовывать сильные полярные связи со слабогидратированными ионами. При концентрации в растворе поваренной соли более 10-15 % гидролизованные акриловые полимеры также могут коагулировать.

Н и т р и л ь н а я г р у п п а –СN. Азот прочно связан с углеродом. Группа обладает слабоосновными свойствами, вследствие высокой электроотрицательности азота группа весьма полярна.

Но из-за незначительного количества групп в применяемых для приготовления буровых растворов полимерах (в гипане их не более 10 %} существенной роли на коагуляцию они не оказывают.

С у л ь ф о г р у п п а –SO3H имеет структуру подобно cерной кислоте:

 

       
   
 
 

 

 


Благодаря наличию двух атомов сильно электроотрицательного кислорода сулъфонильной группы водород гидроксильной группы связан весьма слабо, поэтому группа обладает сильными кислотными и весьма слабыми основными свойствами.

Соли с сульфогруппой хорошо растворимы в воде. В результате высокой гидрофильности сульфогруппы, вокруг нее образуется довольно плотный диэлектрический слой воды, что резко снижает взаимодействие функциональных групп с ионами электролитов, поэтому полимеры-сульфокислоты устойчивы к солевой и кальциевой агрессии.

Ниже приводится таблица устойчивости различных полимеров, применяемых в России для обработки буровых растворов[47].

Таблица 5.3


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | 85 | 86 | 87 | 88 | 89 | 90 | 91 | 92 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.007 сек.)