Исследование коллоидно-химических свойств глин Бельтауского месторождения

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЛИН БЕЛЬТАУСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

1 2 3

Абдикамалова А.Б. , Шарипова А.И. , Калбаев А.М. , Артикова Г.Н.4

'Абдикамалова Азиза Бахтияровна - доктор философии по техническим наукам, ассистент, кафедра органической и неорганической химии;

2Шарипова Айша Ибрагимовна - кандидат химических наук, доцент, кафедра физколлоидной химии;

3Калбаев Алишер Максетбаевич - студент, химико-технологический факультет;

4Артикова Гульзор Нарбаевна - ассистент, кафедра органической и неорганической химии, Каракалпакский государственный университет, г. Нукус, Республика Узбекистан

Аннотация: в статье приведены результаты исследование вещественного составов глин Бельтауского месторождения, а также изучение коллоидно-химических свойств их суспензий в присутствии различных полиэлектролитов. Установлены минимальные концентрации глинистой фазы и вводимого полиэлектролита, соответствующие точкам начала изгиба кривых зависимости «структурно-механические константы-концентрация», являющиеся минимальными концентрациями глины в суспензии для получения системы с сильно выраженными тиксотропными свойствами.

Ключевые слова: структурообразование, полиэлектролит, фильтрациооные показатели, реологические свойства.

В статье приведены результаты исследования глин Бельтауского месторождения.

Глинистые минералы являются высокодисперсными системами, образовавшиеся преимущественно в процессе химического выветривания горных пород. Высокая дисперсность глинистых минералов и их специфические свойства достигаются благодаря особенностям их кристаллохимического строения, способности базальных граней и микрокристаллов активно взаимодействовать с молекулами воды [1].

Глины являются основными структурообразующими и коркообразующими компонентами буровых растворов. Наиболее важными глинистыми минералами, представляющими интерес для получения буровых растворов, являются монтмориллонит, каолинит, гидрослюда и палыгорскит [2, 3].

В буровой практике для создания буровых растворов не применяются мономинеральные глины. Однако, исследование таких систем позволяет более глубоко и обоснованно подходить к подбору сырья для создания глинистых буровых растворов с заданными свойствами [4]. В ряде случаев, мономинеральная система глина-вода, особенно при действии электролитов, не удовлетворяет того или иного технологического процесса. Более устойчивы в этом отношении полиминералные глинистые суспензии [5].

Проблемы устойчивости дисперсных систем являются одной из важных в современной коллоидной химии и имеют огромное практическое значение во многих отраслях промышленности. Вследствие наличия некомпенсированной поверхностной энергии высокодисперсные глинистые суспензии термодинамически неравновесны. На способность дисперсных систем образовать пространственные коагуляционные структуры, проявлять кинетическую и седиментационную устойчивость оказывают влияния дисперсность, минералогический и химический составы дисперсной фазы, а

также ее концентрация, присутствие электролитов и ПАВ, температура и другие физико-химические факторы [6].

Целью данных исследовании является исследование вещественного составов глин Бельтауского месторождения, а также изучение коллоидно-химических свойств их суспензий в присутствии различных полиэлектролитов.

В результате комплексного исследования качественного минерального состава бентонита рентгендифракционными методами и термогравиметрии обнаружилось, что основными глинистыми минералами является монтмориллонит кальциевой формы (1,63; 0,450; 0,4493; 0,2424; 0,1740; 0,169; 0,1512 нм) и гидрослюда (0,2838; 0,2527; 0,2018; 0,1959; 0,148 нм). Кроме того, дифрактограмма содержит еще ряд линий, характерных для иллита (1,0281; 0,4493; 0,2978; 0,1659; 0,1512 нм), каолинита (0,714; 0,4493; 0,258; 0,1512 нм), кальцита (0,3037; 0,213; 0,2019; 0,1915; 0,1862; 0,1619 нм), кварца (0,334; 0,1820; 0,1546 нм) и др. примесей Интенсивность этих линий сравнительна низкая.

Для изучения вязко-текучих и фильтрационных свойств суспензий глин в зависимости от содержания твердой фазы были приготовлены водные суспензия различной концентрации. Для этого использовали измельченную обогащенную глину. Водные суспензия перемешивались в течение 4-6 часов и оставляли на 24 часа в покое для достижения равновесного состояния. После измеряли их реологические и фильтрационные свойства. Результаты этих исследований приведены в табл. 1.

Таблица 1. Некоторые реологические и фильтрационные свойства суспензий глин Бельтауского месторождения

Содержание глины, % Цотн ^отн В, см3 Худ Ом" '"См рн СНСЬ дин/см2

3 0,91 2,33 30 1,24 7,4 6,7

6 0,98 1,21 28 1,71 7,5 9,6

9 1,03 0,81 25 2,67 7,7 10,2

12 1,13 0,59 23 4,11 7,8 15,6

15 1,19 0,46 21 4,56 8,0 22,1

Как показывают данные таблицы по мере увеличения содержания твердой фазы все структурно-механические константы возрастают. Однако резкий рост структурно -механических констант наблюдаются только, начиная с определенной концентрации твердой фазы (более 15 %), которая определяется точкой начала изгиба кривых т = у (С). При таких содержаниях твердой фазы в системе глина-вода заканчивается образования пространственной сетки и обеспечиваются связь между элементами коагуляционной структуры.

В интервале концентрации 5-12 % образовавшаяся пространственная коагуляционная структура не прочна, о чем свидетельствует значение статического напряжения сдвига, вследствие недостаточного количества частиц глинистой фазы в единице объема. Это, прежде всего связано с дисперсностью фазы, что зависит от минералогического состава исследуемых объектов.

Концентрации, соответствующие точкам начала изгиба кривых зависимости «структурно-механические константы-концентрация», являются минимальными концентрациями глины в суспензии для получения системы с сильно выраженными тиксотропными свойствами.

При изучении напряжения сдвига т0 водных суспензий бентонита определена критическая концентрация структурообразования - наименьшая концентрация глинистой фазы необходимая для осуществления структурообразования во всем объеме системы. Такому требованию отвечает 7 % суспензия изучаемой глины.

Для изучения структурно-механических свойств суспензий в присутствии полиэлектролита (ПЭ) использовали 10 % глинистую суспензию. Результаты

исследований показывают, что вязкость суспензий с увеличением концентрации ПЭ (натриевая соль сополимера метакриловой кислоты с акриламидом) до 0,2 % возрастает плавно, дальнейшее увеличение концентрации ПЭ вызывает резкое увеличение вязкости системы. Как показывают результаты исследования стабилизирующее способность этого ПЭ намного выше чем соответствующие способности традиционно использующихся в буровой практике КМЦ, ПАА, унифлок и др.

Увеличение значения пластической вязкости и статического напряжения сдвига указывает на упрочнение коагуляционно-тиксотропной структуры в суспензиях глины. При введении в глинистую суспензию ПЭ в указанных оптимальных количествах наблюдается потеря системой подвижности и улучшения фильтрационных показателей, уменьшается суточный отстой (табл. 2).

Таблица 2. Исследования некоторых структурно-механических и фильтрационных свойств 7% суспензий глин Бельтауского месторождения

Концентрация ПЭ, % Цпл, СПз СНСЬ дин/см2 В, см3

0,01 3,15 31,2 18

0,05 10,7 97,4 8

0,1 18,1 110,1 7

Таким образом, из вышеизложенных следует, свойства суспензий полиминеральной глины Бельтауского месторождения легко регулируется добавками ПЭ. Это позволяет рекомендовать данную глины и ПЭ в качестве основы и стабилизатора буровых растворов.

Список литературы

1. Крупин С.В., Трофимова Ф.А. Коллоидно-химические основы создания глинистых суспензий для нефтепромыслового дела. Казань: ФГУП ЦНИИ геолнеруд; 2010, 411 с.

2. Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики. Киев: Вища школа, 1975. 268 с.

3. Rodovich E.W. The Cell Dimensions and Simmetry of Lattice Silicatesimer. Amer. Mineral, 1963. Р. 48-68.

4. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы. Учеб. пособие для вузов. М.: «Недра», 1999. 424 с.

5. Круглицкий Н.Н. Очерки по физико-химической механике. Киев: Наук. Думка. 1988. 224 с.

6. Лучинский Г.П. Курс химии. Учеб. пособие для вузов. М.: «Высшая школа», 1985. 416 с.