Файл: Мискарли, А. К. Влияние состава дисперсионной среды на абразивные свойства утяжеленных промывочных систем.pdf

от них, такое ухудшение наблюдается у известняка. Возмож* но, что по этой причине, несмотря на то, что минералы барит и известняк имеют одинаковую твердость, абразивность из­ вестняка-породы несколько выше абразивности барита.

На рис. 4 представлены электронные микрофотографии исследуемых исходных утяжелителей. Как видно, влияние формы частиц на фактор абразивного износа имеет важное значение: частицы КМА (а) и дашкесанского магнетита (б)

Р ис. 4. Электронные микрофотографии частиц исходных утяжели­ телей: а —КМА; б —дашкесанского магнетита; в —кутаисского ба­ рита; г —известняка.

имеют ромбическую и прямоугольную форму с заостренными краями, что способствует сильному абразивному износу. Что касается форм частиц барита (в) и известняка (г), то края их округлены, несколько размыты, а следовательно, и величи­ на абразивного износа незначительна.

38

Интересно отметить наблюдения, сделанные при опреде­ лении дисперсного состава седиментациониыім методом. Если определить дисперсный состав сейчас же после приготовле­ ния суспензии, то получится результат, показанный в табл 8. Если же предварительно суспензию выдерживать в течение 5 суток, а потом сделать дисперсный анализ, то результат получится другой.

В табл. 9. сопоставлены составы мелких фракций в обоих случаях. Из данных этой таблицы видно, что при выдержива­ нии утяжелителя в воде в течение некоторого времени проис-

Т а б л и ц а 9

Изменения в количестве и составе фракции <50 р после выдерживания

ходит некоторая самодиспергация его, выражающаяся в уве­ личении фракции <50 ix у дашкесанского магнетита в 2,38 раза, у КМА — в 1,8 раза и у барита — в 1,4 раза.

Только у известняка никакой самодиспергации не наблю­ дается. Если принять во внимание, что все указанные утяже­ лители не обладают гидрофильными свойствами и представ­ ляют собой обломки кристаллов, то трудно себе представить, чтобы эти первичные кристаллические частицы были способны к самопроизвольной диспергации. Скорее всего, это должно быть приписано распаду агрегатов, образовавшихся при по­ моле или последующем хранении.

На практике приходится иметь дело с утяжеленными про­ мывочными растворами разных удельных весов, содержащих различные концентрации утяжелителя. Поэтому необходимо было определить зависимость абразивного износа от концент­ рации утяжелителя. Для этого был приготовлен ряд суспензий с различными объемными концентрациями дашкесанского утя-

39

желителя: 17, 25, 37, 45%. Свыше 45%, получались очень гу­ стые массы, не поддающиеся определениям, да и в практике бурения такие концентрации не встречаются.

Абразивный износ определяли по описанной методике. Полученные результаты приведены в табл. 10 и изображены графически на рис. 5.

Из этих данных видно, что с увеличением концентрации утяже­ лителя в суспензии абразивность

еерастет.

2.Исследование абразивных свойств глинистого компонента

значительна и с увеличением концентрации глины практиче­ ски не возрастает.

Т а б л и ц а 10

Зависимость величины износа от концентрации утяжелителя в суспензии

Предыдущие исследования относились или к чисто магнетитовым или чисто глинистым суспензиям. На практике, од­ нако, утяжеленные системы всегда содержат некоторое коли­ чество глины. Поэтому важно было выяснить: как различное содержание глины влияет на абразивный износ. При этом мы считаем целесообразным исходить из утяжеленных систем одинакового удельного веса т=2,18 гісм3.

40

ГЛАВА IV

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДЫ НА АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА УТЯЖЕЛЕННЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Впоследние два десятилетия широкое развитие получила новая отрасль науки — физико-химическая механика, разра­ батываемая, главным образом, акад. П. А. Ребиндером и его школой [87—94].

Всаімам общем виде эта наука основывается на следую­

щем:

1) імехаиические свойства твердых тел не являются неиз­ менными, а могут видоизменяться под влиянием среды, в которой эти материалы находятся: 2) воздействуя на твердые тела физико-химическими методами, можно получить мате­ риалы с заданными механическими свойствами как в сторону ослабления, так и в сторону упрочнения их.

П. А. Ребиндер характеризует эту науку как образовав­ шуюся в смежных областях трех наук: молекулярной физики, механики материалов и физико-химии поверхностных явлений и дисперсных структур — важнейшего раздела коллоидной химии. Такое научное «родословие» делает понятным тот раз­ мах, который получила за последние годы физико-химическая механика.

Многообразные вопросы большого народнохозяйственного значения становятся объектами исследования данной науки. Эти вопросы в общем виде могут быть сгруппированы в две области кардинальных проблем современной техники:

1.Создание конструкционных и строительных материалов

сзаданными механическими свойствами.

2.Управление процессами деформации твердых тел, в особенности, связанными с тонким измельчением.

Вобоих этих направлениях советские ученые, применяя физико-химические методы воздействия на материалы, до-

42

стигли больших результатов, получивших применение на практике [95—100].

К числу ранних работ в области физико-химической ме­ ханики, относящихся к проблемам разрушения, измельчения материалов, принадлежат работы П. А. Ребиндера, Л. А. Шрейнера, К. Ф. Жигача [101—102] по физико-химическому воздействию на твердость пород при бурении нефтяных сква­ жин с помощью так называемых «понизителей твердости».

Применение на практике «понизителей твердости» повы­ сило скорость бурения и одновременно износостойкость инст­ румента [9]. Последнее, очевидно, может быть объяснено из­ бирательностью в адсорбции понизителей твердости. С другой стороны, если речь идет о режущей части инструмента, оно может быть в некоторой степени объяснено притираемостыо инструмента в ходе долбления, сглаживающей дефекты поверхностной структуры и понижающей в результате этого износ. Последнее происходит аналогично явлениям износа при притирке металлических поверхностей, когда в начальной стадии из-за большой шероховатости поверхностей наблю­ дается сильный износ, который после притирки и улучшения качества поверхности значительно уменьшается. Следует учесть также и упрочнение поверхности при трении [103].

Большое значение имеют работы П. А. Ребиндера и Г. С. Ходакова [104] в области тонкого измельчения. Авторы иссле­ довали явления, протекающие при тонком измельчении, и роль поверхностно-активных добавок.

Большой интерес представляет обнаруженное авторами явление ассоциации частиц при воздушном помоле. Авторы приходят к выводу, что «тонкое диспергирование вообще не­ возможно в отсутствие поверхностно-активной среды и адсор­ бирующихся добавок».

Проблема тонкого измельчения в настоящее время при­ обрела первостепенное значение в связи с развитием многих технологических процессов, основанных на применении мате­ риалов в диспергированном, а часто в высокодиспергированном состоянии.

В последнее время разрабатываются процессы получения сверхпрочных материалов, также основанные на предвари­ тельном тонком измельчении последних [109].

В области применения физико-химических методов для получения прочных материалов следует отметить важные ра­ боты П. А. Ребиндера, Н. Б. Урьева и Н. В. Михайлова

[110—113].

Авторы разработали новую технологию производства высокопрочных водонепроницаемых и долговечных бетонов и других строительных материалов. Принцип этой технологии «состоит в обеспечении оптимально высокой концентрации дисперсной фазы (частиц цемента для цементно-водных сус­

43