Исследование коллоидно - химических свойств навбахорских палыгорскитовых глин

АННОТАЦИЯ

Установлены отличительные особенности химического состава и свойств местных палыгорскитовых глин в сравнении с Черкасским палыгорскитом (Украина).

ABSTRACT

The distinctive features of the chemical composition and properties of local palygorskite clays in comparison with Cherkasy palygorskite (Ukraine) are established.

Ключевые слова: глина, бентонит, минерал, щелочь, катион, палыгорскит.

Keywords: clay, bentonite, mineral, alkali, cation, palygorskite.

Введение. Палыгорскитовые глины считаются ценным сырьем для получения специальных видов буровых растворов, используемых при бурении соленосных пластов высокой глубины.

Следует отметить, что не все виды палыгорскитовых глин позволяют получать высококачественные буровые растворы, что напрямую связано с их химическим составом. Присутствие даже малого количества солей и др. веществ может ухудшить качество создаваемой глинистой суспензии. Поэтому изначально новые виды глин подвергают химическому анализу [1].

Обзор литературных источников. Анализы глин проводились в лаборатории нерудного сырья Министерства геологии Узбекистана, где количественный состав двуокиси кремния (SiO₂) устанавливался методом коагуляции с использованием желатина [2], полуторных оксидов (Fe₂O₃ и Al₂O₃) – комплексометрическим методом [3], оксида титана (TiO₂) - колориметрическим способом, окисикальция и магния (CaO и MgO)  - комплексометрическим методам [4], окиси железа (FeO) – методом титрования [3], окиси калия (K₂O) и натрия (Na₂O) – методом пламенной фотометрии [4], оксида марганца (MnO) -  колориметрическим методом [3].

Ранее [4] отмечено, что для бурения соленосных пород целесообразно использовать суспензии палыгорскитовых глин Черкасского месторождения (Украина). В Узбекистане бурение нефти и газа проводиться в осложненных условиях, часто в соленосных пластах. Завоз палыгорскита из-за рубежа требует значительных материальных и транспортных затрат, что отрицательно сказывается на себестоимости буровых растворов. Поэтому поиск местных палыгорскитовых глин и их применение в буровых работах безусловно актуален и экономически рационален. С этой целью нами изучены некоторые виды местных палыгорскитовых глин.

Материалы и методы. Как отмечалось ранее, в литературе очень мало сведений о коллоидно-химических свойствах местных глин, особенно палыгорскитовых. Из коллоидно-химических свойств глин нами были изучены дисперсный состав, пористость, набухаемость, теплота смачивания водой, ионообменная емкость и др. В табл. 1 приведены результаты дисперсного анализа местных палыгорскитов, которые сопоставлены с аналогичными характеристиками известных аналогов.

Результаты дисперсного анализа местных палыгорскитов

Таблица 1.

Показатели дисперсного состава объема общих и переходных пор и удельной поверхности местных палыгорскитовых глин

Седиментационный анализ, проведенный по методу Сабанина-Робинзона [5,6] показал, что по своему гранулометрическому составу все образцы изученных палыгорскитов (табл. 2) относятся к тонкодисперсному сырью, представленному в основном частицами размером от 1,0 до 10 мкм.

Пористость палыгорскитовых глин обуславливает их влагёмкость, набухаемость и структурно-реологические свойства. На практике чаще исследуют объемы общих и переходных пор, эффективные радиусы которых находятся в пределах от 2·10^-9 до 20·10^-8 м [7]. Метод ртутной порометрии [1] позволяет исследовать макро -, микро - и переходные поры бентонитов и палыгорскитов при различных давлениях (от 500 до 1000 МПа).

Из данных табл. 1 видно, что Навбахорский карбонатный палыгорскит по объёму переходных пор (0,15 см³/г), а Тульсохский по общему объёму пор (0,21 см³/г) превосходят известный Черкасский палыгорскит (Украина), имеющий соответственно следующие показатели (0,14 см³/г и 0,18 см³/г).  Следовательно, по показанию общей пористости и содержанию переходных пор местные палыгорскиты могут быть использованы для получения глинистых буровых растворов специального назначения.

Результаты и обсуждения. Определение величины набухания палыгорскитов весьма важно, особенно на стадиях проводки скважины, т.к. выбуренная порода, пептизируясь, может привести к нежелательному повышению вязкости бурового раствора. Поэтому снижение величины набухаемости используемых глин является одной из главных задач получения эффективных буровых растворов.

В литературе известно множество методов оценки степени набухания глин, которые зависят от учета факторов, влияющих на данный процесс. Безусловно, количество связанной воды зависит от типа глины, её минералогического и химического составов, пористости, удельной поверхности и других [5].

Нами изучено максимальное поглощение воды местными палыгорскитами при нормальных условиях. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Показатели набухаемости местных палыгорскитов (при Т=45 ⁰С)

где: h – степень набухания, τ – период набухания, ω_ср – средняя скорость набухания, P_m – предельное напряжение сдвига.  

Из данных табл. 2. видно, что по интенсивно набухания местные палыгорскиты близки друг к другу, но по степени набухания они отличаются. Как и ожидалось, палыгорскиты набухают в меньшей степени, чем бентониты.

Полученные выше данные по удельным поверхностям S., позволили рассчитать теплоту смачивания водой местных палыгорскитов Q при условии полной поверхностной энергии q = 116 Эрг/см², [1]:

Q = S*q                                                     (2)

В случае измерения S (удельная поверхность) в единицах м²/г формула (2) имеет слудующий вид [4]:

                                  (3)

В табл. 3. представлены данные теплот смачивания подобранных местных палыгорскитов.

Используя теплоту смачивания глин, можно рассчитать количество связанной ими воды А по формуле [4]:

A = Q · d (%);                                            (4)

где: Q – теплота смачивания глины, кал/ч;                   

d – плотность связанной воды (d = 1,3 г/см³) [4].

Количество связанной воды дает возможность судить о степени гидрофильности глин. Для изученных местных палыгорскитов данный показатель меняется в пределах от 8 до 16 %.

Выводы. Таким образом, на основании исследования химического состава и коллоидно-химических свойств местных палыгорскитов, можно сделать вывод о том, что они по своим изученных показателям не уступают известному Черкассому палыгорскиту, завозимому из Украины. Их можно эффективно использовать при получении буровых растворов специального назначения, вместо импортных.

Список литературы:

1. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах, Киев: Наукова Думка, 1975-351 с.
2. Камолов Д.Д., Тoшeв Ш.О., Сатторов М.О. Изучение химического состава бентонитовой глины Навбахарского месторождения для приготовления эффективного бурового раствора. Журнал «Развитие науки и технологии». 2020. №7. С.118-123
3. Тoшев Ш.O., Aбдурaхимoв С.A., Aдизoв Б.З., Бaзaрoв Г.Р. Изучение термoстoйкoсти бурoвых рaствoрoв, пoлучaемых из рaзрaбoтaнных кoмпoзиций Нaвбaхoрских глин. Universum:Технические нaуки. Мoсквa. 2019. №2. С. 44-48
4. Нусратов, Н. Н., & Тошев, Ш. О. (2017). Получение ПАВ на основе жирных кислот хлопкового соапстока. Научный аспект, (1-2), 193-194.
5. Тoшев Ш.O., Абдурахимов С.А., Адизов Б.З. Разработка технологии получения термо-и солестойких буровых растворов из полиминеральных глинистых композиций с использованием механо-химического способа их диспергирования. Узбекский журнал нефти и газа. 2019. №1. С.35-36
6. Sharipov Kahramon Kandiyorovich, Toshev Sherzod Orziyevich,,Yamaletdinova Aygul Axmatovna. Thermo- and Salt-Resistant Drilling Fluids Based on Polymineral Clays of Uzbekistan. European Journal of Molecular & Clinical Medicine. Volume 07, Issue 07, 2020, Page No. 825-833.
7. Тошев Ш.О., Нуруллаева З.В., Хожиева Р.Б. Содержание химических соединений и дисперсный состав бентонитов и палыгорскита Навбахорского месторождения. Наука и образование сегодня. 2016, 2(3). С.18-20