Ыма қабырғаларының тұрақтылығына физикалық-химиялық үрдістердің әсері

Хлорлы натриймен минералданған су және сазды ерітіндінің мұзға әсер ету туралы сұрақтарды А.В. Марамзин зерттеген және ол NaCl концентрациясы 5 % жоғары болған кезінде таужыныстардың минералды бөлшектерін байланыстырып тұратын мұздың қарқынды бұзылуы жүретінің көрсетті. Мұздың бұзылу жылдамдығына қату алдындағы жуу сұйықтығының температурасы мен ұңғыма қабырғасы мен бұрғылау құбырлары арасындағы сақиналы кеңістікте циркуляцияланатын сұйықтық арасында айырмашылығы біршама әсер етеді. Осы температуралардың айырмашылығы төмен болған болған сайын, мұздың бұзылу мүмкіндігі де шамалы. Ұңғымалық жағдайларда жуу сұйықтығымен мұздың өзара әрекеттесу реакциясы қатты дене – сұйықтық фазалар бөлімінің бетінде өтеді, сондықтан да өтіп жатқан үрдістер сұйық фазаның күйімен және мұздың бетін шайып жатқан мөлшерімен анықталады. Ұңғыма бойынша сұйықтықтың циркуляциялау жағдайларында циркуляция тоқтаған кезінде статикалық жағдайларға қарағанда мұз қарқынды бұзыла бастайды.

Бірақ мұз бен мұзды таужыныстардың бұзылу кинетикасы біршама күрделі және аз зерттелген. Оның теориясын зерттеу біршама назар аударады. Мұзды таужыныстарда криогенді құрылымның үш түрі бар: массивті, онда мұз кристалдары кеуекті кеңістікті толтырады (4.1, а сурет), қатпарлы, онда бір бағытта бағыталған линза және қатпарлар түріндегі мұз мұзды грунттың қалыптасу жағдайларына қатысады (4.1, б сурет) және торлы (4.1, в сурет). Таулы таужыныстар үшін жарықшақтардың мұзбен толу сипатты болып келеді (мысал ретінде желілі мұзды қарастыруға болады).

4.1сурет. Мұзды таужыныстардың бітімі: 1 – таужыныстардың минералды құрамы; 2 – мұз

Ұңғыма бойынша циркуляцияланатын жуу сұйықтығы таужыныстармен, сонымен қатар мұзбен өзара әрекеттеседі, себебі химиялық үрдістер теріс температуралар кезінде де тоқтамайды.

Қазіргі уақытта байланысып жатқан таужыныстарда: таужыныстар (мұз) – сұйықтықта және триадада: таужыныстар (мұз) – таужыныстағы қабықша – сұйықтықта өтетін осмотикалық құбылыстың таралуы да дәлелденген. Бұл температура, қысым, концентрация және т.б. өздігінен теңесетін табиғи үрдістердің жалпы тенденцияларының бірі болып келеді.

Таужыныстар (мұз) – сұйықтық жүйесінде жартылай өткізгіш тосқауыл ретінде сумен байланысатын таужыныстардың қабырғадағы жұқа қабаты саналады. Мұзды таужыныстардың, сонымен қатар мұздың құрамында әртүрлі минералдану дәрежесі с_м бар қатпайтын кеуекті сұйықтық болуы мүмкін.

Мұзды таужыныстарда қатпайтын судың мөлшері температураға, заттық құрамына, тұздалуына тәуелді болып, келесі эмпирикалық формула бойынша есептелуі мүмкін:

w=aT^-b, (4.1)

мұндағы w – қатпайтын судың мөлшері, таужыныс үлгісінің салмағынан %; а және b – таужыныстардың құрамынан тәуелді көрсеткіш (ln а=0,5519 ln S+0,2618 және ln (-b) =0,264S+0,3711; S – таужыныстардың меншікті беті, м²/г; Т – таужыныстардың температурасы, °С.

Жұқа дисперсті мұзды саздар құрамында -100°С температура кезінде де қатпайтын судың мөлшері болуы мүмкін. Ұңғыма оқпанында белгілі минералдану дәрежесі бар жуу, ал мұзды таужыныстарда (мұзда) кеуекті сұйықтықтың болуы кезінде осмотикалық қысымның әсерінен концентрацияның өздігінен теңесу үрдісі жүреді. Осының нәтижесінде ұңғыма қабырғасында таужыныстардың біршама тұрақтануы немесе бұзылуы болуы мүмкін.

Егер мұзды таужыныстарда ерітіндінің с_р және кеуекті сұйықтықтың с_м минералдану дәрежесі тең болатын болса, онда жүйе изотонды тепе-теңдікте болады. Басқа тең жағдайлар кезінде мұзды таужыныстардың бұзылуы болмайды. Ерітінді және мұздың бірдей минералдану дәрежесі жағдайларында (с_р - с_л) мұз басқа факторлардың, сонымен қатар температураның тұрақты күйінде ерітіндіде ұзақ уақыт бойы сақталуы мүмкін. Егер жуу сұйықтығының құрамында кез келген еріген тұздың мөлшері жоғары болатын болса, онда мұз – сұйықтық шекарасында температураның төмендеуімен, мұздың балқуымен байланысты фазалық өзгерулер және оның бұзылу үрдісі орын алады. Ұңғыма қабырғасында мұзды тайжыныстардың тұрақтылығын қамтамасыз ету негізінен мұз-цементке тәуелді болғандықтан жуу сұйықтығының қасиеттері оның тұрақтандыру үшін бағытталуы қажет. Жуу сұйықтығы мұзға (мұзды таужыныстарға) қарағанда инертті немесе жоғары гидрофорбты қасиеттерге ие болуы қажет.

Осы жағдайды тексеру үшін NaCl ерітіндісіне ионогені (анионды сульфанол және катионды АНП-2) бар ОП-7 ПАВ неогенді қоспа араластырылды. ОП-7 (массасы бойынша 0,05%) және сульфанол (масса бойынша 0,005%) қоспасы NaCl 6% ерітіндісне қосылған кезінде бірдей жағдайларда мұздың бұзылу үрдісін 0,5 сағат ішінде 0,82 10^-3-ден 0,32 10^{-3 кг} дейін төмендетті (4.1 кесте). Осы құбылыс ОП-7+АНП-2 типті ПАВ қоспасын енгізген кезінде де байқалады. Егер мұзға NaCl және СаС1₂ тұздар ерітіндісінің бөлек әсері кезінде қабыршақ мұз пайда болғаны байқалған болса, онда бұл ерітінділерге ПАВ қоспасын енгізген кезінде бұл құбылыс байқалған жоқ.

Күрделіктер сүресі кезінде аэрацияланған сұйықтықтар және көпіршіктер үлкен назар ие болды. ПАВ қоспасымен мұздың гидрофобизациясы және оның бетінде ауа көпіршіктерімен бекітілуі мұзға сұйық ортаның біршама әсер етуін тоқтатады. Ауаның көпіршіктері кеуекті кеңістікті жауып, арнайы қоспасыз сұйықтықтың су бергіштігін төмендетеді. Сұйықтықтың аэрациялану дәрежесі жоғары болған сайын, құбыр суының әрекетімен салыстырғанда мұздың бұзылу дәрежесі төмен болады. Сондықтан да аэрацияланған суды мәңгілік мұзды таужыныстарды бұрғылау кезінде қолданған жөн.

4.1 кесте.