Файл: Шептала, Н. Е. Руководство по физико-химическому анализу глинистых растворов, глин, утяжелителей и реагентов.pdf

димо производить измерения параллельно на двух-трех при­ борах.

Из полученных результатов берутся средние значения объе­ мов глины за одни и те же отрезки времени, по которым стро­ ится кривая кинетики набухания (рис. 3) или производятся следующие расчеты.

Объем набухшей глины складывается из объема сухих гли­ нистых частиц в пробе Уо, объема поглощенной частицами жидкости Уж и объема иммоби­

лизованной жидкости У,к'. Иммобилизованная жид- •

кость— это жидкость, механиче­ ски задержанная набухшей гли­ ной, практически не влияющая на ее набухание.

Унаб = Уо + У ж + Ѵ ж .

откуда

= У Наб — У 0— У » .

(tgß — характеризует изменение объемов глин).

Унач = ^нач '-’приб> (Янач— высота сухой пробы);

где Унач, и Унач2 — начальные объемы глины (сухой), измерен­ ные на двух приборах; Унаб, и УНаб. — объемы глины, измерен­ ные на двух приборах через один и тот же отрезок времени, т. е. для определения tg ß значения объемов не усредняются.

20

Коэффициент набухания

Уж

*1 = У„

Коэффициент поглощения воды 1 г глины

k

т

Скорость изменения объема во времени

(t — время набухания в ч).

При определении набухания глины более наглядное пред­ ставление дает кинетика изменения набухания во времени.

П р и м ер . Измерения проводились на двух приборах. Навеска глины в обоих случаях равна 4 г. Плотность глины 2,6 г/см3. Время измерения <=48ч.

Показания I прибора:

У„ = - = А = 1 ,5 2 ;

У2,6

Показания II прибора:

Уо= — = 1.52;

Унач2 = 0 >5 6 Х 4,906 = 2,782;

Унаб, = О-559 X 4,906 = 2,742;

21

0,197

Ксе всех проб в сухом состоянии).

ставимы с данными, полученными по методике объемного опре­ деления. Нетрудно видеть, что в этом случае применим аналити­ ческий метод оценки набухания. Масса набухшей пробы РІіаб состоит из суммы масс сухих частиц Р0 жидкости набухания Рук И иммобилизованной ЖИДКОСТИ Рук.

Отсюда

22

Описанные методы, разработанные в МИНХ и ГП пм. И. М. Губкина, позволяют определять объем или массу жидко­ сти набухания независимо от начальной пористости дисперсоида, что обеспечивает инвариантность получаемых величин. Для определения связи между степенью к* набухания и возможным видимым изменением объема пробы образцов глинистых пород, имеющих различ­ ную пористость, рассмотрим рис. 5.

Изменение объема образца при набухании будем выражать через коэффициент видимого изменения объема образца k*

Ѵ н .е = ^ а б + С ,

но

С = р tg ß;

^наб = ^наб + Рtg ß-

Подставляя эти выражения в (3), имеем

Поскольку величина tg ß при максимальном набухании всег­ да меньше единицы, с ростом объема пор р знаменатель в вы­ ражении (4) будет расти прогрессивнее, чем числитель, и вели­ чина k* будет уменьшаться. Рассмотрим, при каких значениях р объем образца каолина, тереклинской глины и огланлииского бентонита, набухающих в дистиллированной воде, не будет из­ меняться, т. е. коэффициент k* будет равен единице. Преобра­ зуем выражение (4)

23

Значения величин klt Ѵ0 и i:gß приведены в табл. 1.

Таблица 1

Подставляя данные табл. 1 в формулу (5), получаем: для 1 г бентонита

для 1 г тереклинской глины

0,370 ( 2 ,7 2 - 1)

1,354 см3;

Р1 — 0,53

для 1 г каолина

0,390 (1,43 — 1) = 1,118 см3.

1 — 0,85

При значениях р больше полученных произойдет уменьшение объема образцов при контакте с водой, т. е. усадка образцов, при значениях р меньше полученных — увеличение объема.

Методики, разработанные в МИНХиГП им. И. М. Губкина, позволяют достаточно точно (допустимая погрешность не долж­ на превышать 1,0%) определять величины набухания глинистых и других порошков при правильном проведении опытов.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Каждое вещество в зависимости от условий может существо­ вать в трех различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.

Агрегатное состояние вещества обусловливается взаимодей­ ствием частиц, которое определяет характер их возможного дви­ жения и взаимного расположения. Взаимодействие частиц яв­ ляется результатом одновременного существования сил отталки­ вания и притяжения, зависящих от расстояния. Эти вещества сложные, состоящие из двух или большего числа компонентов, которые содержатся в системе с той или иной степенью раз­ дробленности. В зависимости от степени раздробленности (дис-

24

лерсности) компонентов сложные вещества различаются на го­ могенные и гетерогенные системы.

Однородная физико-химическая система, состоящая из одной фазы и не имеющая между компонентами поверхности раздела, называется гомогенной. Примером таких систем могут служить газовые смеси и истинные растворы как твердые (различные •сплавы металлов), так и жидкие (щелочи, кислоты и др.). В бурении гомогенные системы (истинные растворы) применяются для обработки промывочных жидкостей (водный раствор едко­ го натра).

Системы, состоящие из двух или большего числа фаз, между которыми существуют реальные поверхности раздела, называ­ ются гетерогенными. Составные части таких систем представля­ ют собой крупные ассоциации атомов или молекул различных веществ. Значительная часть гетерогенных систем является ди­ сперсными системами. Промывочные жидкости относятся к ди­ сперсным гетерогенным системам и могут быть изучены физикохимичеокими методами.

Дисперсной фазой называется вещес-тво, мелко раздробленное в другом веществе, являющемся дисперсионной средой. Если' частицы дисперсной фазы имеют одинаковый размер, то дисперс­ ная система называется монодисперсной, а в противном слу­ чае— полидисперсной.

Промывочные жидкости относятся к пОлидисперсным систе­ мам.

Степень раздробленности или степень дисперсности Д систе­ мы является ее важнейшей характеристикой и определяется ве­ личиной, обратной поперечному диаметру частицы а

Д = — см-1.

а

Общая поверхность раздела фаз резко возрастает с увеличе­ нием степени дисперсности. Удельная поверхность 5УД, под ко­ торой понимается отношение общей поверхности 5 дисперсной фазы к ее общему объему V, также может служить мерой ди­ сперсности системы

(А — коэффициент формы частиц).

По степени дисперсности системы делятся на высокодисперс­ ные, или коллоидальные, если величина поперечного размера ча­ стиц а, находится в пределах ІО-7—ІО-'5, а дисперсность Д в пределах 1СНЧ-10-5 см~\ и грубодисперсные, если размер ча- ‘Стиц больше. Промывочные жидкости содержат как грубодис­ персные, так и коллоидные частицы. Дисперсные системы клас­ сифицируют по различным признакам. В настоящее время при­ нята классификация по агрегатному состоянию дисперсной фа­

25