|
Твердые тела всегда обладают способностью в той или другой степени поглощать (адсорбировать) из окружающей среды на своей поверхности молекулы, атомы или ионы. При этом на поверхности адсорбента концентрируются вещества, понижающие его поверхностное натяжение относительно окружающей среды. Как отмечалось ранее, в процессе бурения кроме естественной пористости породы в поверхностном слое забоя и стенок скважины образуется большое количество трещин разных размеров и направлений, особенно при усталостном разрушении. При этом слои жидкости, покрывающие за счет адсорбции и смачивания видимую поверхность горной породы, проникают вглубь но местам контактов зерен и поверхностям трещин, главным образом микротрещин, до тех пор, пока размер адсорбирующихся атомов или молекул будет меньше толщины трещины. Как показано ранее, катионы глинистых частиц находятся в динамическом равновесии с катионами окружающего порового пространства, и между ними ведется непрерывный обмен катионный обмен. Если меняется состав и концентрация порового раствора, немедленно меняется состав и концентрация обменных катионов, после чего устанавливается новое состояние динамического равновесия. Эксперименты показали, что катионный обмен подчиняется следующим основным закономерностям [2,4]: 1. Замещение происходит в эквивалентных по валентности соотношениях. Например: Na-глина + СаСЬ = Са-глина + 2NaCl. 2. Ионы с более низкой валентностью легче замещаются ионами с более высокой валентностью, чем наоборот. 3. Чем больше радиус иона, тем выше его способность замещать другие ионы с той же валентностью (правило Гольдшмидта). Однако ион, который по своему размеру лучше подходит к кристаллической решетке глинистой 12 |
одному их электродов в зависимости от их заряда. Отрицательные глинистые частицы чаще всего движутся в аноду. В силу этого, движение жидкости относительно глинистых частиц вызывает электрический потенциал. Известно, что при осаждении глинистых частиц возникает потенциал оседания, а при движении жидкости через поры и тещины потенциал течения. В целом, электроосмотнческие процессы могут быть использованы для различных целей, например, для осушения глин и увеличения их устойчивости. Адсорбция и катионный обмен. Твердые тела всегда обладают способностью в той или другой степени поглощать (адсорбировать) из окружающей среды на своей поверхности молекулы, атомы или ионы. При этом на поверхности адсорбента концентрируются вещества, понижающие его поверхностное натяжение относительно окружающей среды. Как отмечалось ранее, в процессе бурения кроме естественной пористости породы в поверхностном слое забоя и стенок скважины образуется большое количество трещин разных размеров и направлений, особенно при усталостном разрушении. При этом слои жидкости, покрывающие за счет адсорбции и смачивания видимую поверхность горной породы, проникают вглубь по местам контактов зерен и поверхностям трещин, главным образом микротрещин, до тех пор, пока размер адсорбирующихся атомов или молекул будет меньше толщины трещины. Как показано ранее, катионы глинистых частиц находятся в динамическом равновесии с катионами окружающего порового пространства, и между ними ведется непрерывный обмен катионный обмен. Если меняется состав и концентрация порового раствора, немедленно меняется состав и концентрация обменных катионов, после чего устанавливается новое состояние динамического равновесия. Эксперименты показали, что катионный обмен подчиняется следующим основным закономерностям [28]: 35 1. Замещение происходит в эквивалентных по валентности соотношениях. Например: Na-глина + СаСЬ = Са-глнна + 2NaCl. 2. Ионы с более низкой валентностью легче замещаются ионами с более высокой валентностью, чем наоборот. 3. Чем больше радиус иона, тем выше его способность замещать другие ионы с той же валентностью (правило Гольдшмидта). Однако ион, который по своему размеру лучше подходит к кристаллической решетке глинистой частицы, легче замещает ионы с менее подходящими размерами. Поэтому одновалентные ионы натрия обладают высокой замещающей способностью, так как хорошо подходят к гексагональным пустотам на поверхности глинистых частиц. 4. По способности к замещению друг друга катионы могут быть расположены в следующем порядке: Li+ < Na+ <Н‘« Mg2* < Са2+ «А13+ < Fe3+. 5. Количество замещенных ионов тем больше, чем выше концентрация замещающих ионов в норовом растворе. Для определения равновесного соотношения существует ряд формул. Для приближенных оценок можно использовать формулу Гапона: где М и N молярные концентрации соответственно с валентностями ш и п; индекс е относится к замещаемым ионам, а индекс 0 к замещающим ионам внешнего раствора; к константа, зависящая от вида ионов и характера распределения зарядов на поверхности частиц (чем больше плотность поверхностных зарядов, тем меньше к). мг __ {мг————— — fC (1.17.) 36 |