LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Хімічні науки → Роль природи поверхні дисперсних частинок у процесах змочування та структуроутворення

біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, Київ, 2000.

Дисертація присвячена дослідженню впливу природи поверхні дисперсних частинок на процеси набухання, змочування та структуроутворення у дисперсіях оксидів кремнію, алюмінію та глинистих мінералів. Розроблено нові пристрої для визначення набухання та змочування порошкоподібних речовин, введено нові коефіцієнти набухання, змочування та гідрофобності порошкоподібних речовин, що дозволило розширити межі застосування цих методів. Досліджено роль зв'язаної води у процесах витіснення вуглеводневих рідин із гідрофільного пористого середовища водою, вплив електролітів і полімерів на процеси структуроутворення у дисперсіях оксидів і глинистих мінералів. Це дозволило запропонувати нові композиції для буріння нафтових і газових свердловин за складних геологічних умов.

Ключові слова: бурові розчини, глинисті мінерали, змочування, кремнезем, набухання, оксид алюмінію, реологічні властивості, структуроутворення.



Аннотация

Паховчишин С.В. Роль природы поверхности дисперсных частиц в процессах смачивания и структурообразования в дисперсных системах. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.11 – коллоидная химия. – Институт биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена исследованию влияния природы поверхности частиц на процессы набухания, смачивания и структурообразования в дисперсиях оксидов кремния, алюминия и глинистых минералов. Предложенные методики исследования процессов набухания дисперсных минералов и разработанные приборы позволили установить зависимость скорости этих процессов от способа приготовления дисперсии. Равновесные процессы в дисперсиях натриевой формы монтмориллонита при перемешивании устанавливаются на протяжении 2 – 3 суток, а без перемешивания – более 6 месяцев. Показано, что наибольшую степень набухания имеют минералы, как с лабильной (монтмориллонит), так и с жесткой кристаллической решеткой (цеолиты) в Na форме, что объясняется частичным гидролизом поверхности минералов и высокой гидратационной способностью ионов натрия. Установлено, что коэффициент скорости смачивания зависит от природы поверхности минералов и толщины слоя связанной воды. Скорость этого процесса возрастает с увеличением влажности до заполнения слоя связанной воды, а затем она резко уменьшается. Особенностью вытеснения углеводородных жидкостей водой отличаются дисперсии натриевой формы монтмориллонита и кальцита: при малых влажностях из этих дисперсий не наблюдается самопроизвольного вытеснения углеводородов.

Впервые установлено, что при смачивании гидрофобных порошков водными растворами спиртов нижняя пороговая концентрация спирта уменьшается с возрастанием его молекулярной массы согласно правилу Траубе. Для количественного описания процессов смачивания дисперсных порошков предложено коэффициент смачивания и показатель гидрофобности, которые зависят от природы поверхности твердых частиц и межмолекулярных взаимодействий на границе раздела фаз. Показано, что процессы смачивания порошкообразного терморасширенного графита определяются наличием адсорбированных на поверхности газов CO, CO2, SO2. На основании экспериментальных исследований предложен новый адсорбент для поглощения нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов.

Исследовано влияние природы поверхностно-активных веществ и их концентраций на характер самопроизвольного вытеснения углеводородных жидкостей из гидрофильной пористой среды водой. Установленные закономерности были использованы при разработке новой композиции для повышения нефтеотдачи порово-кавернозных пластов.

Усовершенствована методика исследования структурно-механических свойств дисперсных систем, разработан новый способ определения модулей сдвига упругой и эластической деформаций при экстраполяции нагрузок к нулевому значению. Предложен метод определения критической концентрации структурообразования в дисперсных системах при динамических условиях и постоянной скорости сдвига с резким возрастанием напряжения сдвига. Разработан новый метод для экспресс-оценки коэффициента трения в буровых растворах.

Показано влияние кремнекислотного гель-слоя на устойчивость водных дисперсий кремнезема и алюмосиликатов. Этот слой обеспечивает высокий отрицательный заряд частиц и ослабляет взаимодействие между ними.

Изучено влияние электролитов и полимеров на процессы структурообразования в дисперсиях оксидов и глинистых минералов. Для получения алюмосиликатных дисперсий с оптимальными структурно-механическими и технологическими свойствами рекомендованы добавки порошкообразного силиката натрия и водорастворимых полимеров, при помощи которых можно в широком диапазоне изменять вязкостные и упругие характеристики дисперсий. Показано, что структурно-механические характеристики стенок скважин зависят от минералогического состава и физико-химических свойств минералов соответствующего геологического разреза, который встречается при бурении скважин. Проведенные исследования позволили предложить новые композиции буровых растворов для бурения нефтяных и газовых скважин в сложных геологических условиях.

Ключевые слова: буровые растворы, глинистые минералы, кремнезем, набухание, оксид алюминия, реологические свойства, смачивание, структурообразование.


SUMMARY

Pakhovchyshyn S.V. A role of the surface nature of disperse particles in wetting and structure formation processes in the disperse systems. – Manuscript.

Thesis of the doctor's degree by specialty 02.00.11 – colloid chemistry. Institute by F.D. Ovcharenko of NAS of Ukraine, Kyiv, 2000.

The dissertation is devoted to the research of the effect of the nature surface of particles on the swelling, wetting and structure formation processes in the dispersions of silicon and aluminium oxides as well as clay minerals, are defended. New devices aimed at measurement of swelling and wetting of clay minerals and powdered substances are developed. The coefficients of swelling, wetting and hydrophobicity are proposed. An effect of electrolytes and polymers on the structure formation processes in the dispersions of oxides and clay minerals are studied. This provided means to move forward the new compositions of drilling solutions at drilling of oil and gas wells under the complex geological conditions.

Keywords: alumina, clay minerals, drilling solutions, rheological properties, silica, structure formation, swelling, wetting.