Структурно-механические свойства пены
Пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из ячеек — пузырьков газа (пара), разделенных пленками жидкости. Обычно газ (пар) рассматривается как дисперсная фаза, а жидкость — как непрерывная дисперсионная среда.
Структура пен определяется соотношением объемов газовой и жидкой фаз, и в зависимости от этого соотношения ячейки пены могут иметь сферическую или многогранную (полиэдрическую) форму. Переходная форма ячеек от сферической к многогранной названа Мане-гольдом «ячеистой» из-за сходства со строением пчелиных сот.
Ячейки пены принимают сферическую форму в том случае, если объем газовой фазы превышает объем жидкости не более чем в 10—20 раз. В таких пенах пленки пузырьков имеют относительно большую толщину. Чем меньше отношение объемов газовой и жидкой фаз, тем больше толщина пленки. В процессе старения шарообразная форма пузырьков пены превращается в многогранную вследствие утончения пленок. Состояние пены с многогранными ячейками близко к равновесному, поэтому такие пены обладают большей устойчивостью, чем пены с шарообразными ячейками.
Свойства пен во многом определяются условиями их получения, факторами, влияющими на их свойства и разрушение. Выделяют следующие основные свойства, характеризующие пенную систему:
- пенообразующую способность раствора
- кратность
- стабильность (устойчивость)
- дисперсность.
Пенообразующая способность растворов ПАВ
Пенообразующая способность растворов ПАВ зависит от типа и состава ПАВ; концентрации ПАВ; наличия стабилизирующих добавок, а в воде — примесей различных солей, нефти, взвешенных минеральных частиц; температуры раствора, давления.
Для оценки пенообразующих растворов и приготовленных из них пен пользуются разнообразными критериями: объемом или высотой столба пены, полученными в определенных условиях проведения эксперимента; отношением объема или высоты столба пены к времени ее полного разрушения; изменением объема (высоты столба) пены во времени, представленным в виде графиков и т. д. До настоящего времени нет и, по-видимому, не может быть единого универсального критерия пенообразования, который бы объективно оценивал все пенящиеся системы в сходных условиях.
Устойчивость пен
Устойчивость пен из растворов неионогенных ПАВ практически всегда ниже, чем из растворов анионактивных ПАВ. Эффективными стабилизаторами пен являются карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, поливиниловый спирт. Устойчивость пены, образованной под давлением, значительно выше устойчивости пены, образованной при атмосферном давлении.
Вязкость и механическая прочность пен
На вязкость пен влияет ряд факторов: вид вспенивающего агента, его концентрация в растворе, дисперсность пены.
Способность эффективно выносить из скважины шлам выбуренной породы
Важное свойство пен при использовании их в качестве очистного агента в бурении — способность эффективно выносить из скважины шлам выбуренной породы. При этом существенную роль играют поверхностные явления (поверхностное натяжение, угол смачивания), создающие прочную связь системы «частица шлама — пузырек воздуха».
Дисперсность пен
Пена, как и любая дисперсная система, является агрегатно неустойчивой, что объясняется избытком поверхностной энергии, пропорциональной поверхности раздела «жидкость—газ».
