سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
تبلور رسها Hydration of clays
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱:۳٤ ‎ق.ظ روز ۱۳۸٩/۱٢/٢٢
 

 

 

<!-- /* Font Definitions */ @font-face {font-family:Wingdings; panose-1:5 0 0 0 0 0 0 0 0 0; mso-font-charset:2; mso-generic-font-family:auto; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:0 268435456 0 0 -2147483648 0;} @font-face {font-family:"Cambria Math"; panose-1:2 4 5 3 5 4 6 3 2 4; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:roman; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:-1610611985 1107304683 0 0 159 0;} @font-face {font-family:Zar; panose-1:0 0 4 0 0 0 0 0 0 0; mso-font-charset:178; mso-generic-font-family:auto; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:8193 -2147483648 8 0 64 0;} @font-face {font-family:Yagut; panose-1:0 0 4 0 0 0 0 0 0 0; mso-font-charset:178; mso-generic-font-family:auto; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:8193 -2147483648 8 0 64 0;} /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-unhide:no; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; margin:0cm; margin-bottom:.0001pt; text-align:right; mso-pagination:widow-orphan; direction:rtl; unicode-bidi:embed; font-size:14.0pt; font-family:"Times New Roman","serif"; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-font-family:Yagut; mso-bidi-language:AR-SA; font-weight:bold; mso-no-proof:yes;} .MsoChpDefault {mso-style-type:export-only; mso-default-props:yes; font-size:10.0pt; mso-ansi-font-size:10.0pt; mso-bidi-font-size:10.0pt;} @page WordSection1 {size:612.0pt 792.0pt; margin:72.0pt 72.0pt 72.0pt 72.0pt; mso-header-margin:36.0pt; mso-footer-margin:36.0pt; mso-paper-source:0;} div.WordSection1 {page:WordSection1;} /* List Definitions */ @list l0 {mso-list-id:1752853516; mso-list-type:hybrid; mso-list-template-ids:-535268648 -673942392 67698691 67698693 67698689 67698691 67698693 67698689 67698691 67698693;} @list l0:level1 {mso-level-start-at:3; mso-level-number-format:bullet; mso-level-text:-; mso-level-tab-stop:36.0pt; mso-level-number-position:left; text-indent:-18.0pt; font-family:"Times New Roman","serif"; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-font-family:Zar;} @list l1 {mso-list-id:2018968194; mso-list-type:hybrid; mso-list-template-ids:572322034 734820420 67698713 67698715 67698703 67698713 67698715 67698703 67698713 67698715;} @list l1:level1 {mso-level-text:%1-; mso-level-tab-stop:36.0pt; mso-level-number-position:left; text-indent:-18.0pt; mso-bidi-language:FA;} ol {margin-bottom:0cm;} ul {margin-bottom:0cm;} -->

بسمه تعالی

 

تبلور رسها Hydration of clays

 

رسها از نظر تمایل به جذب آب بدو دسته تقسیم می کنند:

1-     رسهای hydrophylic که تمایل به جذب آب دارند.

2-     رسهای hydrophobic که تمایل به جذب آب ندارند.

     ساختمان بنتونایت دارای سه لایه است یعنی ذرات سینی شکل آن متشکل از سه لایه اند یک لایه Al2O3 که بین دو لایه SiO2 قرار گرفته است.  مجموعه این سه لایه مولکول یا صفحه بنتونایت را تشکیل میدهد که دارای بار الکتریکی منفی است و بوسیله ابری از اتمهای مثبت (یا کاتیونها) محاصره شده است.

  

 

  اگر کاتیونها،  سدیم باشند،  بنتونایت را سدیم بنتونایت نامند و اگر کاتیونها کلسیم باشند،  بنتونایت را کلسیم بنتونایت می نامند.

     بنتو نایت که جزء دسته رسهای hydrophllic است،  چون در آب شیرین قرار گیرد متبلور می شود یعنی مولکولهای آن بصورت فیلمهای نازکی،  صفحات سینی شکل مولکول بنتونایت را در بر می گیرند.  بسته به مقدار و نوع کاتیونهای یاد شده،  ضخامت فیلم آن فرق می کند.

     کاتیونهای دو ظرفیتی مثل Ca++ و Mg++ که شارژ الکتریکی بیشتری دارند باعث نزدیکی صفحات بهم میشوند لاجرم مقدار آبی که می تواند به فضای بین آنها نفوذ کند کاهش می یابد.

     برعکس کاتیونهای یک ظرفیتی Na+ که شارژ الکتریکی ضعیف تر دارند نیروی جاذبه کمتری هم بین صفحات بنتونایت برقرار می کنند و با بیشتر شدن فاصله صفحات از یکدیگر،  اجازه میدهند که آب بیشتری در فضای بین آنها نفوذ کند. 

     سدیم بنتونایت در حدود 10 برابر حجم اصلی خود و کلسیم بنتونایت در حدود 2 تا 4 برابر حجم اصلی خود در آب شیرین باد  می کنند.

     صفحات بنتونایت از صفحات سایر رسها نازک تر است و با نیروی جاذبه کمتری هم بیکدیگر چسبیده اند لذا در آب که قرار    می گیرند راحت تر از هم جدا می شوند.  Surfacearea بسیار زیادتر بوجود می آورند.

انواع اتصالات صفحات رس بیکدیگر

     در موارد معمل بین صفحات رس اتصالی بوجود می آید که به یکی از سه مشکل زیر (و یا ترکیبی از آنها) خواهد بود.

                                                                                                                                                             رویه به رویه(face to face)         1)

                                                                                                                                                             لب به لب     (edge to edge)     2)

                                                                                                                                                         لب به رویه3)  (edge to face)    

     Face  یا رویه با شارژ منفی و edge یا لبه شارژ مثبت،  منفی یا هر دو.

-      این شارژهای الکتریکی به اضافه کاتیونهای قابل تعویض روی face یک میدان،  نیروی الکتریکی در اطراف صفحه بوجود می آورند که رفتار این صفحه را در رابطه با سایز صفحات رس معلق در دوغاب تعیین می کند اگر این کاتیونهای قابل تعویض را از سطوح رس جدا شده و از آنها دور شوند،  آنگاه نیروی وافعه بین صفحات (که اینک بار منفی پیدا کرده اند) زیاد شده و آنها یکدیگر را دفع کرده و در فاز آب پراکنده می سازند این پدپده را dispersion می گویند. 

- Dispersion (یا پراکندگی) عکس aggregation است منجر به پیدایش صفحات زیادتر رس در دوغاب خواهد شد         و بدنبال آن viscosity گل افزایش پیدا می کند.

AGGREGATION (اتصال رویه به رویه)

     اتصال رویه به رویه صفحات رس موجب بوجود آمدن صفحات ضخیم تر آن خواهد شد.  بدین ترتیب تعداد صفحات رس کاهش یافته و vis دوغاب افت می کند.

     ورود کاتیونهای دو ظرفیتی مثل Ca+2 به گل سبب aggragation صفحات رس میشود بنابراین افزودن lime، gypsum به گل و همچنین حفاری سیمان و anhydrite هر یک می تواند مقداری یون Ca+2 را وارد گل نماید.

Flocculation

     عبارتست از اتصال صفحات رس بصورت لب به لب یا رویه و یا هر دو بدین ترتیب صفحات رس،  ساختمانی پیدا می کنند شبیه خانه های کاغذی که کودکان با ورق بازی می سازند.

     Flocculation سبب افزایش Viscosity میشود و میزان این افزایش بستگی دارد به تعداد صفحاتی که آماده اتصال به یکدیگرند و نیز نیروهایی که روی آنها اثر می کند.

 Deflocculation

     بعضی مواد شیمیایی هستند که چون به گل افزوده شوند شارژهای خنثی نشده صفحات رس را خنثی می کنند و به این ترتیب مانع اتصال لب به لب یا لب به رویه آنها می گردند یا اگر صدر متصل شده اند اتصال آ‹ها را پاره می کنند.  این عمل را           de flocculation و ماده شیمیایی راflocaulant  de یا تینر (thinner) می گویند.

بازدهی رسها yield of clays

     آن مقدار رس خشک (بر حسب پوند) که بتوان با آن در آب شیرین یک بشکه دوغاب با Viscosity،  cp 15 ساخت را بازدهی آن رس گویند.

     در مورد بنتونایت این مقدار 22 تا 5/24 پوند است.

عوامل مؤثر در بازدهی رسها

     تبلور رسهای شیرین - مثل سدیم بنتونایت – با افزایش غلظت یونهای کلسیم و منیزیم در آب و نیز نمک بسرعت کاهش پیدا می کند و تأثیر آن روی Viscosity نیز کم میشود.

     اثر PH روی بنتونیت – در محدوده PH،  7 تا 5/9،  Viscosity،  دوغاب بنتونایت در حداقل مقدار خود است بهمین دلیل است که PH بسیاری از گلهای حفاری آبی را در این محدوده نگهدارند.

ATTAPULGITE Clay

     یک رس بنام Attapulgite یا Salt Water Clay وجود دارد که ویژه آبهای شور است.  این رس در هر نوع آبی (حتی شوراب اشباع) Viscosity تولید می کند در حقیقت توانایی این کانی در ایجاد Viscosity در محیط های آبی،  مستقل از نوع آب و کاتیونهای موجود در آن می باشد.

نگارنده رضا سپهوند