Растворы с конденсированной твердой фазой

В настоящее время широкое распространение получили коллоидные растворы с искуственно приготовленными коллоидными частицами – растворы с конденсированной твердой фазой

Для получения конденсированной твердой фазы используют легкорастворимые в воде соли, вступающие друг с другом или с водой в реакцию с получением нерастворимых или малорастворимых, но гидрофильных соединений.

Так, в результате гидролиза бишофиты MgCl₂ в растворе появляются основания Mg(ОН)₂, и кислоты HCl

MgCl₂+HOH=Mg(OH)₂+HCl

Благодаря наличию полярных групп – ОН вокруг микрокристаллов Mg(OH)₂ в воде образуются сольватные слои значительной величины, в результате чего раствор в спокойном состоянии образует струкетуру - гидрогель. Поэтому буровые растворы с конденсированной твердой фазой, содержащей гидроксильную группу, получили название гидрогелей (в данном случае гидрогель магния).

С целью получения твердой фазы с большой удельной поверхностью и большей агрегитивной и седиментационной устойчивостью рост частиц твердой фазы ограничивают введением в раствор полимеров (чаще всего КМЦ). Адсорбируясь на миерокристаллах Mg(OH)₂, КМЦ не только ограничивает рост кристалла, но и активируте поверхность твердой фазы.

Подобные гидрогели могут образовывать гидроксиды трех- и четырхвалентных элементов: Al(OH)₃, Si(OH)₄ и т.д. В отличие ит двухвалентных, которые образуют гидроксиды только в щелочной среде, трех- и четырехвалентные элементы образуют гидроксиды даже в кислой среде. Так, например, гидроксид алюминия появляется уже при pH=5. При действии на кислые растворы солей алюминия щелочью из раствора выпадает студенистый осадок гидрогеля алюминия.

Кремниевые кислоты H₂O•SiO₂, Si(OH)₄ в растворе также образуют гидрогели.

При высушивании гидрогелей получают аэрогели: алюмогели, силикагели.

Предотвращая сращивание микрокристаллов с помощью полимеров, получают стойкие структурированные растворы.

Наряду с гидрогелями широкое распространение получают промывочные жидкости с конденсированной твердой фазой, образованной из двух взаимодействующих в растворе друг с другом солей:

Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃+2Na⁺+2Cl^-

Na₂SiO₃+CaCl₂=CaSiO₃+2Na⁺+2Cl^- и т.д.

или двух солей и воды:

Al(SO₄)₃+3CaCl₂+3H₂O=3CaSO₄+2Al(OH)₃+3H⁺+3Cl^-

Полученные таким образом соли также имеют гидрофильные функциольные группы и способны образовывать гели, поэтому их называют солегелями и гидросолегелями.

С целью ограничения роста кристаллов и гидрофилизации твердой фазы так же, как и при получении гидрогелей, в раствор добавляют полимеры: КМЦ, гипан, крахмал. Тип солегелей определяется по наименованию аниона и катиона конденсированной соли (сульфатно-кальциевый солегель, силикатно-кальциевый солегель, алюмосиликатный солегель) или по названию соли (например, гипсовый солегель).

Гидрогели и солегели при бурении соленосных отложений для максимально возможного снижения растворяющей способности промывочной жидкости насыщают солями одновалентных или двухвалентных металлов в зависимости от требуемой соли. В таблице 4.2 приводится состав некоторых гидро- и солегелей, применяемых для бурения соленосных отложений.

Таблица 4.2