Двойной электрический слой. Ионный обмен

Частицы в колло­идной суспензии несут поверхностный заряд. Он притягивает ионы противоположного знака, получившие название противо­ионов, и эта комбинация называется двойным электрическим слоем (ДЭС). Некоторые противоионы непрочно удерживаются на поверхности и имеют тенденцию отходить от нее, образуя диффузную ионную атмосферу вокруг частицы. Кроме притяже­ния ионов противоположного знака, поверхностный заряд от­талкивает ионы того же знака. В результате проявления этих противоположных сил возникает распределение положительных и отрицательных ионов. Для глин поверхностный заряд отри­цателен и обменные катионы выступают в виде противоионов.

Ионный обмен

Катионы адсорб-ся на базальных поверх-х кристаллов глины. Кат-ы и ан-ы удержива­ются также у ребер кристаллов благодаря тому, что разрывы в кристал-й структуре вдоль оси с приводят к разрывам валентных связей. В водной суспензии оба вида ионов могут вступать в обменные реакции с ионами основного раствора.

В соответствии с законом действия масс ионообменная реак­ция зависит от относительной концентрации различных ионов в каждой фазе.

Реология буровых растворов: ламинарный режим течения (ньютоновские и неньютоновские жидкости)

· преобладает при низких скоростях

· поток упорядоченный,

· зависимость «давление —скорость» яв­-ся функцией вязкостных св-в жидкости.

Ньютоновские жидкости

Вязкость- опреде­ляющий параметр свойств потока ньютоновской жидкости.

Ламинарное течение ньют. жидкости в круглой трубе можно представить в виде параболы. Скорость движения возрастает от нуля у стенки трубы до максимума у ее оси. Скорость сдвига максимальна у стенки трубы и равна нулю на ее оси.

вязкость

скорость. сдв.

Модель бингамовской жидкости

Отлич-ся от ньют. жидкостей тем, что для течения требу­ется приложить напряжение.

Псевдопластичные жидкости

(Суспензии полимеров с длинными цепями) Не имеют предельного динами­ческого напряжении сдвига, но при высо­ких скоростях сдвига приближаются к бингамовским.

Идеальный степенной закон опис-т три мо­дели течения в завис-ти от п: · псевдопластичную при n < 1 — эффективная вязкость сни­жается с увеличением скорости сдвига; · ньютоновскую про п= 1 — вязкость остается постоянной при изменении скорости сдвига; · дилатантную при п> 1 —эффективная вязкость повышается с увеличением скорости сдвига.

>

K — показатель консистенции; n — показатель нелинейности,

Реология буровых растворов: турбулентный режим течения (ньютоновские и неньютоновские жидкости)

Турбулентный режим преобладает при высоких скоростях. Поток неупорядочен и зависит главным образом от инерцион­ных свойств движущейся жидкости. Уравнения течения эмпири­ческие.

Ньютоновские жидкости

В жидкости, текущей в турбулентном режиме, происходят беспорядочные локальные флуктуации как по скорости, так и по направлению; в то же время сохраняется средняя скорость, параллельная направлению потока. Поскольку турбулизация течения начинаемся при превышении определенной критической скорости, в сечении трубы наблю­даются три разных режима, а именно, ламинарный в непосред­ственной близости к стенке, где скорость ниже критического значения, центральное ядро турбулентного потока и переходная зона, располагающаяся между ними.

Поведение турбулентного потока обычно описывают с помощью двух безразмерных групп, а именно: коэффициента трения и числа Рейнольдса: f = 16/Re

Переход от лам. режима течения к турб. всегда происх-т почти при одном и том же Re. Для ньют. жидко­стей при Re = 2100. При Re=3000 течение полностью турбулентно.

Ламинарное течение Ньют. жид. при турб. теч. Неньют. жид. при турб. теч.

Неньютоновскис жидкости

Коэффициент трепня Фэннинга и число Рейнольдса могут быть также использованы для определения поведения турбулентного потока неньютоновских жидкостей, если при этом из­вестны необходимые параметры течения.

Вязкость неньютоновских жидкостей меняется в зависимости от скорости сдвига, которую для турбу­лентного течения определить невозможно.