|
Капиллярные процессы связаны со смачиваемостью пород, поэтому они могут иметь место в сухих и слабоувлажненных глинах. Капиллярное всасывание фильтрата бурового раствора приводит к возникновению дополнительного расклинивающего давления, вызванного поверхностными силами, а также уменьшает силы сцепления в горной породе. Капиллярные процессы и связанное с ним увлажнение пород, могут оказаться причиной в дальнейшем диффузионно-осмотических перетоков. Диффузионно-осмотический массоперенос. Известно, что диффузия в глинах процесс самопроизвольного выравнивания концентрации воды или фильтрата бурового раствора в системе глина—среда бурового раствора. Диффузия ионов и молекул воды весьма замедленный процесс, подчиняющийся первому закону Фика. В водонасыщенных глинах диффузия ионов зависит от размера и количества пор: чем меньше радиус и количество пор, тем медленнее протекают диффузионные процессы. Под осмосом в глинах понимается диффузия растворителя (фильтрата, воды) через полупроницаемую перегородку, разделяющую два раствора различной концентрации. Диффузия растворителя в глинах обычно продолжается до тех пор, пока не установится химическое равновесие в системе в результате выравнивания концентраций по обе стороны перегородки. Это приводит к возникновению осмотического давления. Даже высокодисперсные глины не являются идеальными полупроницаемыми перегородками, поэтому в них происходят как диффузия ионов растворенных электролитов и движение растворителя — молекул воды. В зависимости от пористости и структурного строения глин наблюдается преобладание того или иного явления. Наиболее обстоятельные исследования осмоса в глинах были выполнены Б. Ф. Рельтовым и др [6]. Осмотическое давление для разбавленных растворов электролитов прямо пропорционально их концентрации. Для глин осмотическое давление в дифференциальной форме может быть выражено следующим образом: 30 |
где о поверхностное натяжение. Это давление возрастает обратно пропорционально радиусу пор и для наиболее мелких пор достигает значительной величины. В случае неполного смачивания капиллярное давление не достигает предельного значения и определяется выражением: где 0угол смачивания, г радиус капилляра. При перемене знака смачивания капиллярное давление также меняет знак, препятствуя или способствуя проникновению жидкости в поры горной породы. Максимальную высоту поднятия жидкости в капилляре hK цилиндрической формы можно определить по формуле: где уж удельный вес жидкости. Капиллярные процессы связаны со смачиваемостью пород, поэтому они могут иметь место в сухих и слабоувлажненных глинах. Капиллярное всасывание фильтрата бурового раствора приводит к возникновению дополнительного расклинивающего давления, вызванного поверхностными силами, а также уменьшает силы сцепления в горной породе. Капиллярные процессы и связанное с ним увлажнение пород, могут оказаться причиной в дальнейшем диффузионно-осмотических перетоков. Диффузиоппо-осмопшческий массоперенос. Известно, что диффузия в глинах процесс самопроизвольного выравнивания концентрации воды или фильтрата бурового раствора в системе глина—среда бурового раствора. Диффузия ионов и молекул воды весьма замедленный процесс, cos О , ( 1-12.) г (1.13.) 31 подчиняющийся первому закону Фика. В водонасыщенных глинах диффузия ионов зависит от размера и количества пор: чем меньше радиус и количество пор, тем медленнее протекают диффузионные процессы. Под осмосом в глинах понимается диффузия растворителя (фильтрата, воды) через полупроницаемую перегородку, разделяющую два раствора различной концентрации. Диффузия растворителя в глинах обычно продолжается до тех пор, пока не установится химическое равновесие в системе в результате выравнивания концентраций по обе стороны перегородки. Это приводит к возникновению осмотического давления. Даже высокодисперсные глины не являются идеальными полупроницаемыми перегородками, поэтому' в них происходят как диффузия ионов растворенных электролитов и движение растворителя — молекул воды. В зависимости от пористости и структурного строения глин наблюдается преобладание того или иного явления. Наиболее обстоятельные исследования осмоса в глинах были выполнены Б. Ф. Рельтовым и др [6]. Осмотическое давление для разбавленных растворов электролитов прямо пропорционально их концентрации. Для глин осмотическое давление в дифференциальной форме может быть выражено следующим образом: dPocM = iicRTdC, (1.14.) где i изотонический коэффициент; к коэффициент полупроницаемости; R газовая постоянная; Т абсолютная температура; С молярная концентрация электролита. Скорость осмотического движения воды r глине можно выразить в форме, аналогичной закону Дарси, обычно используемому для оценки процессов фильтрации, введя понятие о коэффициенте осмоса [6]: dCV = к «Сч осм л > (1 .1 5.) |