2.2. Структурирование глинистых растворов

Под структурированием будем понимать повышение взаимозависимых параметров : прочности структуры буровых растворов, их вязкости и снижение водоотдачи.

Целью структурирования промывочных жидкостей является повыше­ние ее кольматирующей и несущей способности, снижение ее фильтрации в неустойчивые горные породы, снижение ее водоотдачи. Но при этом следует помнить, что повышение прочности структуры, как отмечено выше, ведет к резкому снижению механической скорости бурения, поэтому повышать прочность структуры бурового раствора следует только в случае необходимости: при наличии тяжелого шлама, использовании утяжелителей или при бурении трещиноватых пород.

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).

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 полярных молекул воды с функциональными группами твердой фазы. В этом случае образуются достаточно прочные связи молекул воды с функциональными группами полярной 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, 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.

Структурирование промывочной жидкости за счет повышенияконцентрации твердой фазы

Прочность структуры гидрофильных дисперсных систем в соответствии с теорией ион-дипольного и ориентационного взаимодействия может быть определена по формуле (1.2).

Для разбавленных растворов в связи со значительными расстояниями между частицами и молекулами воды будет действовать преимущественно ион-дипольное взаимодействие, а межмолекулярное взаимодействие будет близко к нулю:

(2.1)

где е- заряд частиц, m-количество; ; -дисперсность.

т.е. для разбавленных растворов промывочных жидкостей прочность структура будет прямо пропорциональна концентрации дисперсной фазы ее дисперсности и активности.

В концентрированных растворах частицы твердой фазы располагаются на незначительных расстояниях, на которых действуют преимущественно сильные межмолекулярные (ориентационные) силы

(2.2)

Одновременно с повышением прочности структуры промывочной жидкости при возрастании концентрации твердой фазы количество прочносвязанной воды увеличивается, а количество свободной воды соответственно понижается, следовательно, понижается и водоотдача промывочной жидкости (табл. 2.1)

.Таблица 2.1

Зависимость прочности структуры и водоотдачи бентонитового раствора от его концентрации.

Концентрация глины С, %	СНС, дПа за минуту		Водоотдача за 30 минут, см3	Плотность r,кг/м3
	эксперимент	по формуле
2	1,67	1,76	полная	1010
4	8,30	8,8	40	1020
5	15,0	14,9	34	1025
6	23,0	23,0	20	1030
8	46,3	45,5	15	1040
15	95	93,5	4	1130