Роль природи поверхні дисперсних частинок у процесах змочування та структуроутворення

У стабільній дисперсії каолініту значення рН 8-9 відповідають діапазону мінімальної швидкості полімеризації кремнекислоти. Значна кількість розчинної кремнієвої кислоти у дисперсії знаходиться у моно- та димерній формах; їх концентрація у розчині досягає 200 мг/дм3. При збільшенні концентрації силікату натрію у системі кількість кремнекислоти починає перевищувати оптимальну концентрацію у центрифугаті, внаслідок чого частина кремнієвої кислоти адсорбується на поверхні дисперсних частинок. Адсорбована кремнекислота впливає також на структурно-механічні властивості дисперсій. Утворення полімерних форм кремнієвої кислоти, можливо, є основною причиною зменшення питомої електропровідності дисперсій порівняно з розчином і центрифугатом.

Дослідження агрегативної стійкості та процесів структуроутворення водних дисперсій Na- та Cа-монтморилонітів у присутності силікату натрію, полімерів і розчинних лігносульфонатів підтвердили, що на взаємодію між частинками глинистих мінералів впливають адсорбційні та іонообмінні процеси, а також розчинна кремнекислота в інтерміцелярному розчині. Встановлено, що оптимальні структурно-механічні властивості та стабільність дисперсій монтморилоніту досягаються при рН 8-9, при яких від'ємний заряд частинок глинистого мінералу забезпечується дисоційованою кремнекислотою. Показано, що адсорбція макромолекул гіпану на поверхні монтморилоніту відбувається внаслідок утворення координаційних і водневих зв'язків карбоксильних і амідних груп полімеру з поверхнею монтморилоніту. Ця взаємодія посилюються при наявності солей заліза.

З метою з'ясування впливу полярності дисперсійного середовища на взаємодію між частинками графіту та метилкремнезему виконано реологічні дослідження цих систем. Для покращення мастильних властивостей дисперсій глинистого мінералу у водних дисперсіях до них добавляють графіт. На основі вивчення реологічних властивостей дисперсій розширеного графіту у полярному та неполярному середовищах установлено, що з ростом діелектричної сталої рідин ефективна в'язкість дисперсій графіту підвищується.

Дослідження реологічних властивостей дисперсій метилкремнезему вказують на те, що в ряду дисперсійних середовищ метанол - етанол - н-пропанол - н-бутанол розміри агрегатів частинок метилкремнезему змінюється незначною мірою. Зі зростанням довжини вуглецевого радикалу у молекулах спиртів відбувається досить різке послаблення взаємодії частинок метилкремнезему між собою. Такий характер зміни взаємодії свідчить про те, що довжина вуглеводневого радикалу спиртів відіграє роль стеричного фактора, що послаблює взаємодію частинок у досліджуваних дисперсіях і зменшує загущуючі властивості систем.

Вивчаючи вплив концентрації пірогенного кремнезему на реологічні властивості водних дисперсій, ми зафіксували раптове зростання напруги зсуву при сталих його швидкостях. На основі залежності напруги зсуву від концентрації твердої фази ми запропонували нову методику визначення критичної концентрації структуроутворення. Подані результати реологічних досліджень дисперсій А-175 з різним вмістом твердої фази. Видно, що концентрація твердої фази, при якій спостерігається раптове зростання напруги зсуву з часом, становить 14,9% мас. Для дисперсій А-380 критична концентрація твердої фази становить 9,5%мас. Суть механізму підвищення напруги зсуву, на наш погляд, полягає в утворенні нової структури після дії ультразвуку за динамічних умов, які прискорюють агрегацію. Відомо, що структуроутворення у дисперсних системах є наслідком послідовних актів агрегації окремих частинок і їх переходу у крупні агрегати аж до утворення просторового каркасу у системі.

Способи стабілізації мінеральних дисперсій і шляхи їх практичного використання

Для одержання стабільних дисперсій глинистих мінералів необхідні дані щодо ліофільних властивостей мінеральних частинок у системі, котрі значною мірою визначають структурно-механічні та технологічні властивості дисперсій. На основі досліджень залежності напруги зсуву від швидкості зсуву для оцінки мастильних властивостей бурових розчинів було запропоновано використовувати втрати потужності в одиниці об'єму при течії.

Інтенсивність розсіювання механічної енергії при течії у бурових розчинах в одиниці об'єму за одиницю часу розраховували згідно рівняння

W = P v

(P - напруга зсуву, а v - швидкість зсуву). Слід зазначити, що в бурових розчинах з оптимальними технологічними та структурно-механічними властивостями при сталих швидкостях зсуву напруга зсуву зменшується, а при відсутності мастильних добавок може різко зростати. На практиці такі процеси призводять до зростання обертального моменту у процесі буріння, виникнення затяжок, прихватів бурових труб і аварій.

Розсіювання механічної енергії при течії визначали при малих - 9 с-1 і великих - 1312 С-1 (криві 5-8 на цьому ж рисунку) швидкостях зсуву при температурах 20 і 600С. Для вихідного бурового розчину при сталих малих швидкостях зсуву протягом години спостерігаються різкі зміни напруги зсуву і, відповідно, піки на кривих, як при 20, так і при 600С. Додавання графіту практично не впливає на величину максимумів. При наявності нафти у буровому розчині максимуми на графіках зникають, величина потужності, що розсіюється в одиниці об'єму з часом дещо зменшується, що вказує на достатню кількість мастильної добавки у буровому розчині.

Таким чином, якщо величина потужності, що розсіюється в одиниці об'єму бурового розчину при сталій швидкості зсуву протягом певного інтервалу часу, буде зменшуватися, то це свідчить, що у буровому розчині наявна оптимальна концентрація мастильної добавки. Останнє рекомендується застосовувати у буровій практиці.

У другому розділі наведено результати структурно-механічних і технологічних досліджень властивостей бурових розчинів з добавками нітронного реагенту та силікату натрію. Показано перспективність застосування порошкоподібного силікату натрію для обробки бурових розчинів при бурінні нестійких глинистих порід. Це дає змогу різко зменшити витрати реагентів, необхідних для стабілізації промивних рідин.

Досліджено колоїдно-хімічні властивості розрізу свердловини 5412 107 куща Талінського родовища Західного Сибіру: ємність катіонного обміну, дисперсність, набухання, рН, вологість, електропровідність тощо. На основі цих даних розроблено нову рецептуру бурового розчину для проходки нестійких глинистих порід. Проілюстровано вплив порошкоподібного силікату натрію на технологічні параметри бурового розчину, що застосовується при бурінні нестійких порід. Оптимальна добавка до промивної рідини порошкоподібного силікату натрію складає 1-2 г/дм3, що дає змогу уникнути осипання стінок свердловини. Для одержання стабільних бурових розчинів витрати порошкоподібного силікату натрію у 10-15 разів менші у порівняні з рідким склом.

Виготовлено дослідну партію порошкоподібного силікату натрію АСН-1 і проведено його промислові випробування на свердловинах Талінського нафтового родовища Західного Сибіру. На основі одержаних результатів і промислових випробовувань розроблено відповідні методичні рекомендації та нормативні документи з застосуванням силікатного інгібітору для обробки бурових розчинів при бурінні у нестійких породах.

Експериментально підтверджено, що інтенсивне осипання аргілітів 107 куща фроловської світи зумовлено наявністю в них великої кількості каолініту й органічних речовин. Більша стійкість аргілітів 307 куща фроловської світи пов'язана з наявністю монтморилоніту та колоїдного кремнезему, котрі дозволяють бурити без ускладнень у нестійких породах.

Висновки

Вперше розроблено ряд нових універсальних методик і приладів для проведення комплексних досліджень процесів змочування, набухання, фільтрування та витіснення рідин, по визначенню впливу іонообмінного комплексу матеріалів, модифікуванню їх поверхні та природи розчинника на кінетику та рівноважні параметри взаємодії пористих систем із полярними та неполярними середовищами. Запропоновані методики дають змогу підвищити надійність вимірювань і проводити комплексні дослідження за умов малонабухаючих речовин, легко-летких рідин і малої кількості досліджуваної речовини.

Визначено основні чинники, що впливають на кінетичні та рівноважні характеристики набухання дисперсних мінералів у воді. Вперше показано, що найбільший ступінь набухання мінералів, як із лабільною (наприклад, монтморилоніт), так і з жорсткою (наприклад, цеоліти) кристалічними структурами у Na-формі переважно зумовлюється процесами часткового гідролізу поверхні. Встановлено залежність швидкості процесу набухання від способу приготування дисперсії та запропоновано новий метод для прискорення процесу досягнення стану рівноваги при набуханні дисперсій натрієвої форми монтморилоніту.

Визначено взаємозв'язок між формами зв'язаної води у гідрофільних дисперсних системах і кінетикою витіснення вуглеводневих рідин із них. Показано, що при збільшенні вологості дисперсій швидкість витіснення спочатку зростає, а потім при досягненні вологості, що відповідає формуванню прошарку зв'язаної води, різко зменшується. Вперше запропоновано механізми цього процесу, що базуються на уявленнях про анізотропну рухливість зв'язаної з поверхнею води та характер взаємодії молекул води та вуглеводнів на межі розділу фаз. Показано, що припинення спонтанного витіснення вуглеводневих рідин при малих вологостях для дисперсій натрієвої форми монтморилоніту та кальциту пов'язане з утворенням емульсій у цих системах.

Запропоновано та обґрунтовано нові методи для визначення характеристик процесів змочування гідрофобних дисперсних систем. Вперше встановлено, що при змочуванні гідрофобних порошків водними спиртовими розчинами нижня гранична концентрація спирту зменшується з ростом його молекулярної маси згідно правилу Траубе. Для кількісного опису процесів змочування гідрофобних дисперсій запропоновано використовувати коефіцієнт змочування та показник гідрофобності, котрі залежать від природи поверхні та міжмолекулярних взаємодій на міжфазній межі. Показано, що процеси змочування порошкоподібного терморозширеного графіту водою контролюються наявністю адсорбованих на поверхні газів СО, СО2 та SO2. На основі даних досліджень запропоновано новий адсорбент для поглинання нафти та нафтопродуктів з поверхні водоймищ.

Досліджено вплив природи поверхнево-активних речовин і їх концентрації на характер перебігу процесів спонтанного витіснення вуглеводневих рідин із гідрофільного пористого середовища водою. Обґрунтовано рекомендації щодо вибору типу ПАР і його оптимальної концентрації з метою досягнення значного підвищення швидкості перебігу процесів витіснення. Встановлені закономірності використані при розробці нової композиції для покращення нафтовіддачі порово-кавернозних пластів.

Удосконалено методику досліджень структурно-механічних властивостей дисперсних систем, і розроблено новий спосіб визначення модулів зсуву пружної та еластичної деформацій при екстраполяції навантажень на нульове значення. Запропоновано метод визначення критичної концентрації структуроутворення в дисперсних системах за динамічних умов при постійній швидкості зсуву з раптовим різким ростом напруги зсуву. Розроблено новий метод для експрес-оцінки коефіцієнту тертя у бурових розчинах.

Запропоновано механізми агрегативної стійкості водних дисперсій кремнезему та дисперсних алюмосилікатів. Обґрунтовано вплив кремнекислотного гель-шару на стійкість, що забезпечує високий від'ємний заряд частинок і значно послаблює взаємодію між ними. Показано, що найбільша агрегативна стійкість при наявності розчинних фосфатів пов'язана з утворенням поверхневих кремній-фосфатних комплексів. Вивчені закономірності використано при розробці нового способу обробки ґрунтів фосфатними та силікатними додатками з метою підвищення їх врожайності.

Сформульовано принципи регулювання структурно-механічних властивостей алюмосилікатних дисперсій на основі добавок порошкоподібного силікату натрію та водорозчинних полімерів. Виявлені закономірності були використані при композиції для зменшення гідравлічного опору при транспортуванні нафти по трубопроводах, нових розчинів для буріння у пластах із нестійкими породами та у нормативних документах для буріння свердловин на Талінському родовищі нафти у Західному Сибіру.

Основний зміст дисертації викладено в публікаціях

1. Круглицкий Н.Н.,Паховчишин С.В. Методические разработки применения ПАВ для повышения нефтеотдачи нефтяных пластов. -Киев: Наук. думка, 1983. - 48 с.

2. Паховчишин С.В., Круглицкий Н.Н. Определение величины набухания глинистых минералов // Укр. хим. журн. - 1978. -Т.44, No 3 - C. 263 - 264.

3. Взаимосвязь между адсорбционно-разделительными свойствами и набухающей способностью органозамещенных слоистых силикатов / Никуличев Ю.Г.,Тарасевич Ю.И.,Паховчишин С.В., Мысак А.Е. // Коллоидн. журн. - 1984. - Т. 46, No 2. -С. 284 - 289.

4. Определение набухаемости органоглин /Ю.Г.Никуличев, С.В.Паховчишин, А.Е.Мысак, Ю.А.Канченко //Химия и технол. топлив и масел. - 1982. - No 7. - C. 43 - 44.

5. Изучение лиофильных свойств клиноптилолита /Н.Н.Круглицкий, О.Г.Ломтадзе, В.Я.Круглицкая, С.В.Паховчишин // Коллоидн.журн. - 1985. - Т. 47, No 4. - С. 693 - 697.

6. Паховчишин С.В., Овчаренко Ф.Д., Манк В.В. Изучение лиофильних свойств системы системы кремнезем-вода-декан// Докл. АН СССР. - 1979. - Т. 245, No 1. - C. 140-143.

7. Паховчишин С.В., Манк В.В. Иследование процессов вытеснения декана водой из дисперсий оксида алюминия// Журн.прикл.хим. - 1981. Т. 54, No 9. - C.2009-2013.

8. Паховчишин С.В., Манк В.В. Некоторые лиофильные свойства системы кальцит-вода-декан// Коллоидн.журн.- 1980. - Т. 42, No 2. - C. 373-377.

9. Мартинцив О.Ф., Паховчишин С.В.Исследование остаточной водонасыщенности пористых блоков трещинных карбонатных коллекторов на процесс извлечения из них нефти// Нефтепромысловое дело. - 1983. - No 8. - C. 6-7.

10. Паховчишин С.В., Круглицкий Н.Н. Кинетика вытеснения углеводородных жидкостей водными растворами ПАВ из гидрофильной пористой фазы // Коллоидн.журн. - 1979. - Т. 41, Nо 2. - С.364-367.

11. Коэффициент смачивания высокодисперсного кремнезема водой / С.В.Паховчишин, В.В.Манк, А.А.Чуйко, А.П.Шиманский// Коллоидн.журн. - 1992.- Т. 54, No 4. - С. 141-143.

12. Смачивание кремнезема и тефлона водными растворами спиртов/ С.В.Паховчишин, А.А.Чуйко, А.П.Шиманский, В.В.Манк// Докл. АН СССР. - 1992. Т. 322, No 4.- С. 727-731.

13. Pakhovchyshyn S.V., Shimansky A.P. Wettability of highly dispersed silica and alumina// Colloids & Surf. A. -1995.- V. 101, No 2-3. - P. 211-215.

14. Изучение адсорбции н.углеводородов на стеарате и 12-оксистеарате лития/ А.Е.Мысак, Н.С.Никитина, С.В.Паховчишин и др. // Коллоидн. журн. - 1977. -Т.39, No 4. - С. 794-796.

15. Смачиваемость стеарата лития органическими жидкостями/ Ю.А. Канченко, Н.Н. Круглицкий, С.В. Паховчишин и др.// Укр. хим. журн. - 1984. - Т. 50, No 10. - С. 1041-1044.

16. Взаимодействие стеарата и оксистеарата лития с органической дисперсионной средой / Ю.А. Канченко, Н.Н. Круглицкий, С.В. Паховчишин и др. // Нефтепереработка и нефтехимия.- 1985. - No 28. - С. 61-65.

17. Определение смачиваемости порошкообразных материалов методом капиллярной пропитки / В.П.Василенко, Е.И.Шевченко, С.В.Паховчишин и др.// Лакокрасочные материалы. - 1985. -No 6. - C. 52-53.

18. Взаимодействие некоторых электролитов с поверхностью терморасширенного графита / С.В.Паховчишин, И.Г.Черныш, В.Ф.Гриценко, И.Д.Бурая // Журн. прикл.хими.- 1990. - Т. 63, № 12. - C. 2580-2582.

19. Паховчишин С.В., Черныш И.Г., Гриценко В.Ф. Некоторые ограничения применения индикаторного метода при изучении поверхности частиц графита// Коллоидн. журн. - 1991. - Т. 53, No 2. - С. 284-289.

20. Исследованиe поверхности дисперсных форм графитов методами термопрограммированной десорбции и вторично-ионной массспектрометрии / Г.В.Устюжанина, С.В.Паховчишин, И.Г.Черныш, В.А.Покровский // Укр.хим.журн. - 1992. - Т. 58, No 8. - C. 636-640.

21. I.G. Chernysh, S.V. Pakhovchyshyn, V.P. Goncharik.The activity of dispersed oxedes on natural and expholiated graphite surface // React. Kinet. Catal. Lett. - 1993. -V. 50, No 1-2. -P. 273-277.

22. С.В. Паховчишин, И.Г. Черныш, В.Ф. Гриценко. Теплоты смачивания терморасширенных и модифицированных форм графита // Коллоидн. журн. - 1994. - Т. 56, No 5.- С. 683-686.

23. Деякі результати комплексних фізико-хімічних досліджень властивості поверхні дисперсних форм графіту /В.Ф.Гриценко, С.В.Паховчишин, І.Г.Черниш, І.Д.Бурая // Хім. пром.України. -1994. - No 4. - C.18-20.

24. Круглицкий Н.Н., Паховчишин С.В., Гриценко В.Ф. Устойчивость дисперсий палыгорскита в кислых и щелочных средах // Укр. хим. журн. - 1976. - Т. 42, No 4. - С. 369-371.

25. Круглицкий Н.Н., Паховчишин С.В., Гриценко В.Ф. Устойчивость дисперсий аэросила в кислых и щелочных средах // Хим. технология. - 1977. - No 5. - С. 24-27.

26. Паховчишин С.В., Гриценко В.Ф. Влияние рН среды и электролитов на структурообразование тиксотропных дисперсий аэросила // Укр. хим. журн. - 1977. - Т. 43, No 6. - С. 497-501.

27. Паховчишин С.В., Гриценко В.Ф. Энергия активации структурообразования тиксотропных дисперсий аэросила // Укр. хим. журн. - 1977. - Т. 43, No 6. - С. 605-609.

28. Паховчишин С.В., Гриценко В.Ф. Влияние ультразвуковой обработки на кинетику структурообразования водных дисперсий палыгорскита // Укр. хим. журн. - 1978. - Т. 44, No 4. - С. 389-391.

29. Паховчишин С.В., Круглицкий Н.Н., Гриценко В.Ф. Электрокинетические свойства и агрегативная устойчивость силикатных дисперсий // Физико-хим. механика и лиофильность дисперсных систем. - 1978. No 10, - С. 121-134.

30. Влияние рН на гидрофильные, електрокинетические и реологические свойства оксида алюминия / В.В. Маляренко, С.В. Паховчишин, А.П. Шиманский и др.// Укр. хим. журн. - 1989. - Т. 55, No 11. - С. 1141-1145.

31. Некоторые характеристики пирогенного оксида алюминия / С.В. Паховчишин, А.П. Шиманский, П.И. Куприенко и др. // Журн. прикл. хим. - 1990. - Т. 63, No 12. - С. 2666-2670.

32. Структурообразование и устойчивость гидрозолей оксида алюминия в кислых и щелочных средах / П.И. Куприенко, С.В.Паховчишин, А.П. Шиманский и др. //Неорганич. материалы. - 1991. - Т. 27, No 4. - С. 437-440.

33. Влияние напряжения сдвига на величину модулей сдвига водных дисперсий некоторых неорганических материалов / С.В.Паховчишин, В.Ф.Гриценко, В.М. Богатырев и др. // Коллоидн. журн. - 1992. - Т. 54, № 1. - С. 125-128.

34. Агрегативная устойчивость и структурно-механические свойства водных дисперсий кремнезема в присутствии водорастворимых фосфатов / Н.Н. Круглицкий, С.В. Паховчишин, Ф.В. Вольвач, Н.Ф. Чуйко // Укр. хим. журн. - 1987. - Т. 53, No 7. - С. 683-687.

35. Взаимодействие между фосфат- и силикат-ионами в водных растворах / В.В. Маляренко, Н.Ф. Чуйко, В.Ю. Третинник, С.В. Паховчишин // Укр.хим.журн. - 1988. - Т. 54, No 7. - C. 686-689.

36. Вовкотруб Н.Ф., М.Н. Городний, С.В. Паховчишин. Безотходная технология переработки низкосортных природных фосфатов в минеральные удобрения // Химическая технология. - 1988. - No 2. - С. 26-29.

37. Вовкотруб Н.Ф., С.В. Паховчишин. Использование отходов електролиза високодисперсных ферромагнетиков в производстве минеральных удобрений // Химическая технология. - 1988. - No 2. - C. 34-36.

38. Паховчишин С.В., Богатырев В.М., Гриценко В.Ф. Реологические свойства водных дисперсий аеросила, модифицированного треххлористым фосфором // Укр. хим. журн. - 1994. - Т. 60, No 5-6. - С. 404-409.

39. Влияние старения на реологические свойства водных дисперсий дисперсий фосфорсодержащего кремнезема // С.В.Паховчишин, В.Ф.Гриценко, В.М. Богатырев и др. // Коллоидн. журн. - 1996. - Т. 58, No5. - С. 656-658.

40. Паховчишин С.В. Вплив довжини вуглеводневого радикала на реологічні властивості дисперсій метилкремнезему // Хімічна промисловість України.- 1997. - № 5.- С. 43-45.

41. Исследование устойчивости водных дисперсий монтмориллонита в присутствии феррохромлигносульфоната / Н.Н. Круглицкий, В.С.Палейчук, С.В. Паховчишин и. др. // Укр. хим. журн. - 1977. - Т. 43, No 3. - С. 244-247.

42. Бентонит, модифицированный аминопроизводными поверхностноактивными веществами / С.В. Паховчишин, В.С. Палейчук, В.И. Токунов и др. // Химическая технология. - 1980. No 3. - С. 50-51.

43. Круглицкий Н.Н., Паховчишин С.В., Руди М.Д. Исследование тиксотропного структурообразования в полиминеральных осадках / Укр. хим. журн. - 1978. - Т. 44, No 11. - С. 1169-1172.

44. Влияние нитрата аммония на процессы структурообразовани в водных дисперсиях монтмориллонита/С.В.Паховчишин,Н.Ф.Вовкотруб, Н.Ф. Чуйко, П.П. Надточий // Укр. хим. журн.-1985. - Т. 50, No 6. - С. 468-471.

45. Влияние рН и сорбции красителей на структурно-механические свойства гидроксида магния / Л.А. Кульский, Н.Н. Круглицкий, С.В. Паховчишин и др. // Химия и технология воды. - 1985. - Т. 7, No 5. - С. 44-46.

46. Исследование коллоидно-химических свойств системы каолинит-вода-жидкое стекло / С.В. Паховчишин, М.И. Медведев, Н.Н. Круглицкий и др. // Журн. прикл. хим. - 1978. -Т. 51, No 7. - С. 1531-1535.

47. Паховчишин С.В., Круглицкий Н.Н. Изучение устойчивости водных дисперсий глинистых минералов и кремнезема // Укр. хим. журн. - 1978. - Т. 45, No 6. - С. 331-334.

48. С.В.Паховчишин, Н.Н.Круглицкий. Реологические свойства водных дисперсий монтмориллонита в присутствии аминированного стиромаля//Новое в реологии полимеров. - М.:АН СССР ИНС. - 1981. - С. 45-48.

49. Исследование особенностей медленных конформационных изменений в водных растворах полиамфолитных поверхностно-активных веществ/ Н.И. Лебовка, В.В. Манк, С.В. Паховчишин и др. // Докл. АН УССР, сер. Б. - 1982. - No 5. - С. 57-61.

50. Исследование взаимодействия полиэлектролита К-4 с монтмориллонитом в присутстии сернокислого железа-3 / С.В.Паховчишин, Н.Н.Круглицкий, И.Ю.Харив и др. // Коллоидн. журн. - 1982. - Т. 44, No 4. 709-715.

51. Исследование коллоидно-химических свойств дисперсий гипана и сернокислого железа (III) / С.В.Паховчишин, В.В.Манк, Н.Н.Круглицкий и др. // Коллоидн. журн. - 1983. - Т. 45, № 3. - С. 594-597.

52. Изучение флокулируючих свойств гипана в присутствии сернокислого железа в водных дисперсиях монтмориллонита / C.В. Паховчишин, В.В. Манк, Н.Н. Круглицкий и др. // Укр. хим. журн. - 1983. - Т. 49, № 4 - С. 363-367.

53. Паховчишин С.В. Використання реологічних характеристик для оцінки мастильних властивостей бурових розчинів // Нафтова і газова промисловість. - 1998. - № 1 - C. 19-20.

54. Паховчишин С.В. Реологічні та структурно-механічні властивості бурових розчинів з добавкою силікату натрію // Нафтова і газова промисловість. - 1997. - № 6. - С. 30-31.

55. Паховчишин С.В., Бачериков А.В., Гриценко В.Ф. Реологические свойства водных дисперсий монтмориллонита в присутствии фосфатидного концентрата // Коллоидн. журн. - 1997. - Т. 59, No 6. - С. 790-794.

56. Особливості реологічної поведінки дисперсій пірогенного кремнезему з різною питомою поверхнею / С.В. Паховчишин, В.М. Огенко, А.П. Шиманський та інш. // Доповіді НАН України. - 2000. - No 9. - C. 140 - 144.

57. Реологические свойства дисперсий пирогенных оксидов алюминия и кремния в полиметилсилоксане / С.В. Паховчишин, В.Ю. Третнник, В.Ф. Гриценко, А.П. Шиманский // Коллоидный журн.- 1999. - Т.61, No 2. - С. 247-253.

58. Некоторые физико-химические свойства почв, оценка их смачиваемости и набухания в лабораторных условиях /П.П.Надточий, Н.Ф.Вовкотруб, С.В.Паховчишин, Н.Ф.Чуйко// Вопросы почвозащитной бесплужной системы земледелия: Сб.науч.трудов. - Киев: Укр.сельхоз. академия. 1986. - С. 39 - 50.

59. Шемеляк Б.Т., Паховчишин С.В., Хохлова Л.И. Влияние жидкостей перфорации на качество вторичного вскрытия продуктивных горизонтов // Бурение и заканчивание скважин на нефтяных месторождениях /Украины и Белоруссии: Сб.научн.тр. - Киев: Укргипрониинефть, 1986.- С. 72 - 78.

60. Шемеляк Б.Т.,Паховчишин С.В., Хохлова Л.И. Физико-химические и технологические свойства буферных жидкостей, приготовленных на основе полимеров // Геология, бурение и разработка нефтяных месторождений Украины и Белоруссии. Сб. трудов УкргипроНИИнефть. Киев: - 1985. - С. 86-92.

61. А.с. 442267 СССР, М.Кл4 Е 02 D 1/00. Устройство для определения набухания глинистых грунтов / С.В. Паховчишин, Н.Н. Круглицкий, Э.Г. Агабальянц, В.Н. Лебедев (СССР). - № 829534/29-14; Заявлено 21.09.72; Опубл. 05.09.74, Бюл. № 33. - 2с.

62. А.с. 681994 СССР, М.Кл2 Е 21 В 43/22. Способ разработки нефтяной залежи / С.В. Паховчишин, Г.С. Поп, О.Ф. Мартинцив, Ю.В. Танчук, Н.Н. Круглицкий, В.Ф. Гриценко (СССР). - № 2615412/22-03; Заявлено 03.04.78. - 7 с. (для служб. корист.).

63. А.с. 1726560 СССР, М.Кл5 С 23 F 11/00. Способ получения противокоррозионного защитного состава / C.В. Паховчишин, А.П. Шиманский, Ю.Л. Пасечник, М.Ф. Сагач, Б.Н. Костур, В.А. Петриняк, В.С. Палийчук (СССР). - № 4724729/02; Заявлено 27.07.89; Опублик. 15.04.92, Бюл. № 14. - 5 с.

64. А.с. № 815623 СССР, М.Кл3 G 01 N 33/24. Устройство для определения смачиваемости и набухания порошков и грунтов / С.В. Паховчишин (СССР). - № 2780941/23-33; Заявлено 18.06.79; Опубл. 23.03.81, Бюл. № 11.- 3 с.

65. А.с. 872905 СССР, М.Кл3 F 17 D 1/08.Способ уменьшения потерь на трение при трубопроводном транспорте жидкости / В.В. Банатов, Г.С. Поп, Ю.В. Танчук, С.В. Паховчишин, С.Ф Мойсейков, И.С. Мулица, С.М. Лакиза, В.В. Манк, Ф.Х. Ибрагимов, И.Н. Костур, П.Ф. Тюгаев, Н.В. Павличев, А.Я. Колбасин (СССР). - № 2846872/25-08; Заявлено 05.12.79; Опубл.15.10.1981, Бюл. № 38. - 2 с.

66. А.с. № 950411 СССР, М.Кл3 A 62 D 1/00. Способ получения огнетушащего порошка / В.М.Жартовский, А.В.Антонов, Г.В. Цицишвили, О.Г. Ламтадзе, В.В. Манк, С.В.Паховчишин (СССР). - No 300319/23-26; Заявлено 14.11.80; Опубл.15.08.82, Бюл. No 30. - 3 с.

67. А.с. 956539 СССР, М.Кл3 С 09 К 7/02. Глинистый буровой раствор / Н.Н. Круглицкий, С.В. Паховчишин, И.Ю. Харив, Г.С. Поп, А.М. Красницкая, В.А. Яременко (СССР). - № 2972828/23-03; Заявлено 13.08.80; Опублик. 07.09.82. Бюл. № 33. - 8 с.

68. А.с. 1110236 СССР М.Кл4 Е 21 В 43/22. Состав для увеличения нефтеотдачи трещиновато-порово-кавернозного пласта / О.Ф. Мартинцив, С.В. Паховчишин, Г.С. Поп, Б.Г. Парахин, В.В. Манк, Н.И. Лебовка (СССР). - № 3392456/22-03; Заявлено 02.02.82. - 6 с. (для служб. корист.).

69. А.с. 1368714 СССР, М.Кл4 G 01 N 7/14. Способ определения набухания глинистых минералов / С.В. Паховчишин, Н.Ф. Вовкотруб, Н.Ф. Чуйко, Б.Т. Шемеляк, Ф.В. Вольвач (СССР). - № 4039139/22-26; Заявлено 21.01.86; Опубл. 23.05.88, Бюл. № 3. - 2 с.

70. А.с. 1433963 СССР, М.Кл4 С 09 К 7/02. Реагент для обработки глинистого бурового раствора на водной основе АСН-1 / С.В. Паховчишин, А.Т. Левченко, В.А. Реун, В.П. Банатов, С.П. Гирник, А.А. Косороков, В.В. Маляренко, Р.Ю. Садовский, В.Н. Лужаница (CCCР). - No 4142243/23-03; Заявлено 08.08.86; Опублик. 30.10.88. Бюл. № 40. - 4с.

71. А.с. 1490130 СССР, М.Кл4 С 09 К 17/00. Способ химической мелиорации почв /В.Ю. Третинник, Н.Ф. Чуйко, Ф.В. Вольвач, Н.Г. Васильев, С.В. Паховчишин, П.П. Надточий, Г.М. Тельбис (СССР). - № 4187897/31-26; Заявлено 28.01.87; Опублик. 30.06.89, Бюл. № 24. - 5 с.

72. А.с. 1661187 СССР, М.Кл5 С 09 К 7/02. Реагент для обработки глинистых буровых растворов / С.В. Паховчишин, А.А. Чуйко, И.Г. Черныш, А.П. Шиманский, В.А. Тертых, В.В. Янишпольский, В.Ф. Гриценко, В.С. Чапля, М.Е. Тачинский, Н.Н. Мельник, Н.М. Полинник, Н.Н. Заяц, А.М. Романюха (СССР). - № 4671767/03; Заявлено 06.03.89; Опублик. 07.07.91, Бюл. № 25. - 3 с.

73. А.с. 1664817 СССР, М.Кл5 С 10 М 125/26. Противокоррозионный защитный состав / С.В. Паховчишин, А.П.Шиманский, Ю.Л.Пасечник, М.Ф. Сагач, Б.Н. Костур, В.А. Петриняк, В.И. Фурман (СССР). - № 4724811/02; Заявлено 27.07.89; Опубл. 23.07.91, Бюл. № 27. - 3 с.

74. А.с. 18225228 СССР, М.Кл5 В 01 J 20/00, 20/10. Сорбент для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов / С.В. Паховчишин, А.П.Шиманский, И.Г.Черныш, В.Ф.Гриценко, А.А.Чуйко (СССР). - №4942486/26; Заявлено 04.06.91 (Для служб. корист.).

75. Патент 12445 А Україна, М.Кл5 С 09 К 7/02. Реагент для обробки глинистих бурових розчинів / А.В. Бачериков, С.В. Паховчишин (Україна). - No 94117757 від 30.11.94; Опубл.

28.02.97, Бюл. № 1. - 2 с.

76. Pakhovchishin S.V., Kruglitsky N.N., Mank V.V. The role of bound water in the processes of hydrophilic roks wetting by different liquids// Abstr. VIII Europ. Conf. Chem.Interf. Hungary. - 1982.- P. 33.

77. Pakchovchyshyn S.V., Shimansky A.P. Wettability of Highly-Dispersed silica and alumina // XIII European Conference Chemistry at Interfaces. Kyiv, Ukraine, September 11-16, 1994. - P.116

Анотація

Паховчишин С.В. Роль природи поверхні дисперсних частинок у процесах змочування та структуроутворення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 02.00.11 - колоїдна хімія. - Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, Київ, 2000.

Дисертація присвячена дослідженню впливу природи поверхні дисперсних частинок на процеси набухання, змочування та структуроутворення у дисперсіях оксидів кремнію, алюмінію та глинистих мінералів. Розроблено нові пристрої для визначення набухання та змочування порошкоподібних речовин, введено нові коефіцієнти набухання, змочування та гідрофобності порошкоподібних речовин, що дозволило розширити межі застосування цих методів. Досліджено роль зв'язаної води у процесах витіснення вуглеводневих рідин із гідрофільного пористого середовища водою, вплив електролітів і полімерів на процеси структуроутворення у дисперсіях оксидів і глинистих мінералів. Це дозволило запропонувати нові композиції для буріння нафтових і газових свердловин за складних геологічних умов.

Ключові слова: бурові розчини, глинисті мінерали, змочування, кремнезем, набухання, оксид алюмінію, реологічні властивості, структуроутворення.

Аннотация

Паховчишин С.В. Роль природы поверхности дисперсных частиц в процессах смачивания и структурообразования в дисперсных системах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.11 - коллоидная химия. - Институт биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена исследованию влияния природы поверхности частиц на процессы набухания, смачивания и структурообразования в дисперсиях оксидов кремния, алюминия и глинистых минералов. Предложенные методики исследования процессов набухания дисперсных минералов и разработанные приборы позволили установить зависимость скорости этих процессов от способа приготовления дисперсии. Равновесные процессы в дисперсиях натриевой формы монтмориллонита при перемешивании устанавливаются на протяжении 2 - 3 суток, а без перемешивания - более 6 месяцев. Показано, что наибольшую степень набухания имеют минералы, как с лабильной (монтмориллонит), так и с жесткой кристаллической решеткой (цеолиты) в Na форме, что объясняется частичным гидролизом поверхности минералов и высокой гидратационной способностью ионов натрия. Установлено, что коэффициент скорости смачивания зависит от природы поверхности минералов и толщины слоя связанной воды. Скорость этого процесса возрастает с увеличением влажности до заполнения слоя связанной воды, а затем она резко уменьшается. Особенностью вытеснения углеводородных жидкостей водой отличаются дисперсии натриевой формы монтмориллонита и кальцита: при малых влажностях из этих дисперсий не наблюдается самопроизвольного вытеснения углеводородов.

Впервые установлено, что при смачивании гидрофобных порошков водными растворами спиртов нижняя пороговая концентрация спирта уменьшается с возрастанием его молекулярной массы согласно правилу Траубе. Для количественного описания процессов смачивания дисперсных порошков предложено коэффициент смачивания и показатель гидрофобности, которые зависят от природы поверхности твердых частиц и межмолекулярных взаимодействий на границе раздела фаз. Показано, что процессы смачивания порошкообразного терморасширенного графита определяются наличием адсорбированных на поверхности газов CO, CO2, SO2. На основании экспериментальных исследований предложен новый адсорбент для поглощения нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов.

Исследовано влияние природы поверхностно-активных веществ и их концентраций на характер самопроизвольного вытеснения углеводородных жидкостей из гидрофильной пористой среды водой. Установленные закономерности были использованы при разработке новой композиции для повышения нефтеотдачи порово-кавернозных пластов.

Усовершенствована методика исследования структурно-механических свойств дисперсных систем, разработан новый способ определения модулей сдвига упругой и эластической деформаций при экстраполяции нагрузок к нулевому значению. Предложен метод определения критической концентрации структурообразования в дисперсных системах при динамических условиях и постоянной скорости сдвига с резким возрастанием напряжения сдвига. Разработан новый метод для экспресс-оценки коэффициента трения в буровых растворах.

Показано влияние кремнекислотного гель-слоя на устойчивость водных дисперсий кремнезема и алюмосиликатов. Этот слой обеспечивает высокий отрицательный заряд частиц и ослабляет взаимодействие между ними.

Изучено влияние электролитов и полимеров на процессы структурообразования в дисперсиях оксидов и глинистых минералов. Для получения алюмосиликатных дисперсий с оптимальными структурно-механическими и технологическими свойствами рекомендованы добавки порошкообразного силиката натрия и водорастворимых полимеров, при помощи которых можно в широком диапазоне изменять вязкостные и упругие характеристики дисперсий. Показано, что структурно-механические характеристики стенок скважин зависят от минералогического состава и физико-химических свойств минералов соответствующего геологического разреза, который встречается при бурении скважин. Проведенные исследования позволили предложить новые композиции буровых растворов для бурения нефтяных и газовых скважин в сложных геологических условиях.

Ключевые слова: буровые растворы, глинистые минералы, кремнезем, набухание, оксид алюминия, реологические свойства, смачивание, структурообразование.

Summary

Pakhovchyshyn S.V. A role of the surface nature of disperse particles in wetting and structure formation processes in the disperse systems. - Manuscript.

Thesis of the doctor's degree by specialty 02.00.11 - colloid chemistry. Institute by F.D. Ovcharenko of NAS of Ukraine, Kyiv, 2000.

The dissertation is devoted to the research of the effect of the nature surface of particles on the swelling, wetting and structure formation processes in the dispersions of silicon and aluminium oxides as well as clay minerals, are defended. New devices aimed at measurement of swelling and wetting of clay minerals and powdered substances are developed. The coefficients of swelling, wetting and hydrophobicity are proposed. An effect of electrolytes and polymers on the structure formation processes in the dispersions of oxides and clay minerals are studied. This provided means to move forward the new compositions of drilling solutions at drilling of oil and gas wells under the complex geological conditions.

Keywords: alumina, clay minerals, drilling solutions, rheological properties, silica, structure formation, swelling, wetting.

Размещено на Allbest.ru