|
Удельная поверхность глинистых систем обусловлена степенью дисперсности глинистых частиц. Удельная поверхность е характеризуется отношением общей поверхности S к массе т: S Размеры частиц так же, как и форма, обуславливают физико-химические свойства систем. Чем выше дисперсность и удельная поверхность, тем больше поверхность возможного контакта глины с водой, тем активнее процесс обваливания и образования каверн. В натриевых глинах, имеющих хорошее сродство с водой, на поверхностях частиц будут образовываться коллоидные слои и, следовательно, развиваться межмолекулярные силы, на первой стадии препятствующие осыпанию глин. При дальнейшем значительном поступлении воды или фильтрата в глинистый пласт могут возникнуть условия, благоприятствующие активному набуханию глины и ослаблению молекулярных связей в коллоидном слое и, как следствие, способствующие обваливанию глинистой породы. В кальциевой глине, имеющей плохое сродство с водой, вода в основном будет служить разделительным слоем между частицами, в котором могут проявляться капиллярные силы. Эти условия так же способствуют разрушению глинистого материала и осыпанию горной породы. Адсорбция и обмен катионов. Это химическое явление является наиболее важным процессом при взаимодействии глины с дисперсионной средой. Большинство глинистых минералов обладает способностью адсорбировать некоторые катионы из водной среды и взамен десорбировать в раствор эквивалентное количество других катионов. Обменные катионы в основном удерживаются на наружной части структурных единиц глины. Адсорбированными ионами в глинах являются Са2"-, Mg2+, ЬГ, Na+, К+, А13+, Fe3*. Другие катионы встречаются редко. В морских глинах преобладают К*, л , NaT и Mg . В грунтах континентального происхождения преобладающими являются Са2+ и Mg2+. В кислых грунтах преобладает А13+ и FT. 10 |
1.1.2. Основные физико-химические свойства слаболитифицированных глин К важнейшим свойствам глины, определяющим се качество, относятся пластичность, набухаемость, дисперсность, гидрофил ьность, обменная адсорбция. Рассмотрим как некоторые из этих свойств влияют на потерю устойчивости стенок скважины. Дисперсность. Основные физико-химические свойства глин (пластичность, капиллярность, адсорбция и другие) в значительной степени связаны с удельной поверхностью входящих в их состав глинистых минералов. Удельная поверхность глинистых систем обусловлена степенью дисперсности глинистых частиц. Удельная поверхность г характеризуется отношением общей поверхности S к массе т: Размеры частиц так же, как и форма, обуславливают физикохимические свойства систем. Чем выше дисперсность и удельная поверхность, тем больше поверхность возможного контакта глины с водой, тем активнее процесс обваливания и образования каверн. В натриевых глинах, имеющих хорошее сродство с водой, на поверхностях частиц будут образовываться коллоидные слои и, следовательно, развиваться межмолекулярные силы, на первой стадии препятствующие осыпанию глин. При дальнейшем значительном поступлении воды или фильтрата в глинистый пласт могут возникнуть условия, благоприятствующие активному набуханию глины и ослаблению 11 молекулярных связей в коллоидном слое и, как следствие, способствующие обваливанию глинистой породы. В кальциевой глине, имеющей плохое сродство с водой, вода в основном будет служить разделительным слоем между частицами, в котором могут проявляться капиллярные силы. Эти условия так же способствуют разрушению глинистого материала и осыпанию горной породы. Адсорбция и обмен катионов. Это химическое явление является наиболее важным процессом при взаимодействии глины с дисперсионной средой. Большинство глинистых минералов обладает способностью адсорбировать некоторые катионы из водной среды и взамен десорбировать в раствор эквивалентное количество других катионов. Обменные катионы в основном удерживаются на наружной части структурных единиц глины. Адсорбционными ионами в глинах являются Са2+, Mg2', Н*, Na+, К+, АГ+, Fe”. Другие катионы встречаются редко. В морских глинах преобладают К4, I ^ Nar и Mg“ . В грунтах континентальною происхождения преобладающими являются Са2+и Mg2+. В кислых грунтах преобладает АГ’ и Н4. \ Глинистые минералы отличаются между собой как по общей емкости обмена, гак и по химическому составу обменного комплекса. Наибольшей обменной способностью обладает монтмориллонит, у каолинита она выражена слабо, а иллитовые группы занимают промежуточное положение. Емкость катионного обмена комплекса глинистых минералов, приведена в таблице 1.1 [4]: Таблица 1.1 Емкость катионного комплекса глинистых минералов Минерал Емкость катионообменного комплекса, Мг-экв/100 г Монтмориллонит 80-150 Вермикулит 100-150 Г аллуазит 2Н>0 5-10 Гагглаузит 4Н:0 40-50 Ил л ит 10-40 Коалинит 3-15 12 |