Другие физико-механические свойства буровых растворов
Для характеристики физико-механических свойств буровых растворов в практике бурения используются еще и другие показатели, например плотность р, удельный вес у, водоотдача В, стабильность С, толщина глинистой корки К, отстой О, содержание песка П, поверхностное натяжение о, дисперсность D и др.
Под плотностью жидкости понимается ее масса т, приходя
щаяся на единицу объема* V, и для однородной жидкости p = m/V.
Удельный вес представляет. собой отношение веса (сила тяжести) жидкости G к занимаемому ею объему V и для Однород
ных жидкостей у =G/V. Ho G=mg и, следовательно,
у = рg или р = v/ff — ‘ (11.53)
Важной характеристикой для таких многокомпонентных систем, как современные буровые растворы, является степень раздробленности, от которой во мнором зависят поверхностные свойства дисперсной фазы. Дисперсность измеряется величиной, обратной поперечному размеру частицы: £>=1/а (вхм-1). Вопрос о значении дисперсности для нормальных растворов впервые был поставлен
А. И. Цуриновым и важность его была подтверждена в ряде работ, из числа которых в первую очередь необходимо назвать исследование В. Л. Квирикашвили и Н. И. Шацова. Однако проведение аналогичных работ для химически обработанных и утяжеленных растворов сильно затруднено из-за огромного разнообразия применяемых добавок и хим’ических реагентов. ‘
По величине водоотдачи В судят о прдчности глинистой корки на стенках сквзжины. Но, кроме того, исследования У. Д. Мамад — жанова [40] показали, что если фильтрация происходит в процессе циркуляции бурового раствора (динамическая фильтрация), то при определенных условиях она может значительно повлиять на величину гидравлических1 потерь в стволе скважины. При, рассмотрении вопросов фильтрации, а также явлений капиллярности в трубках малого диаметра важное значение имеет поверхностное натяжение, под которым понимается физическое свойство жидкостей сокращать до наименьших размеров свою свободную поверхность при соприкосновении с другой жидкостью. Поверхностное натяжение измеряется коэффициентом поверхностного натяжения, т. е. силой, действующей на единице длины линии раздела одной части свободной поверхности от другой, и обозначается буквой а. В соответствии с этим размерность поверхностного натяжения определяется силой, отнесенной к единице длины. *
При исследовании потоков жидкостей влиянием поверхностного натяжения обычно пренебрегают. Между тем И. Г. Есьман неоднократно отмечал, что поверхностное натяжение, будучи тесно связанным со смачивающей способностью жидкостей, характеризует их возможность сопротивляться растягивающим усилиям. Отсюда-следует, что вязкость не является величиной, полностью характеризующей жидкость в гидравлическом отношении, и что на
ряду с вязкостью необходимо иметь данные о величине поверхностного натяжения. Полагая, что силы сцепления вызывают прилипание частиц к стенкам, а возможно, и друг к другу, И. Г. Есьман приходит к выводу, что это свойство, названное им липкостью,, может иметь тесную связь с явлениями, развивающимися в граничном слое, и с явлениями турбулентности вообще.
Заметим, что Л. Прандтль в своих рассуждениях прибегал к понятию о «шарообразном скоплении частиц» жидкости, а
В. И. Гончаров говорил о наличии в #кидкости «проникащщих масс». С. А. Абдурашитов полагал, что влияние липкости будет сказываться главным образом при турбулентном режиме и тем значительнее, чем сильнее будет турбулизирован поток. В. П. Тронов и А. К. Розенцвайг [64] показали реальную возможность слипания частиц диспергированной пластовой воды в турбулентном потоке. .
Автором было высказано предположение, что свойство липкости (а значит, и поверхностного натяжения) эквивалентно статическому напряжению сдвига Ф и присуще всем жидкостям, но количественно оно проявляется для различных жидкостей по-разному. Так, для того, чтобы каплю воды, лежащую спокойно на горизонтальной плоскости, вывести из состояния равновесия, к ней так же, как и к капле глинистого раствора, необходимо приложить некоторое, пусть самое незначительное усилие.
Примерно к аналогичным выводам пришли и М. Н. Ализаде,
Э. А. Багбанлы и А. X. Мйрзаджанзаде, предлагая для определения гидравлических потерь при движении газожидкостной смеси по трубам учитывать не поверхностное натяжение жидкости, а предельное напряжение сдвига газожидкостной смеси.
Еще конкретнее в этом плане высказался Н. В. Тябин, утверждая, что жидкости считаются вязкими только по той причине, что, как правило, приходится иметь дело со значительными объемами этих Жидкостей, а в этих условиях предельное напряжение сдвига маскируется их текучестью. Между тем любаи жидкость в пленках (типа мыльной) или на поверхности другой жидкости в слое толщиной несколько молекул обладает упруго-пластичными свойствами. Предельное напряжение сдвига для жидкости в таком состоянии можно вычислить, если принять толщину этого слоя равной критической высоте формосохраняемости (см. с. 12).