Способ регулирования физико-химических свойств бурового раствора

(9) ИИ А 09 К ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН й научно-исследо природного газа й промышленнос 1977,тво ССС 09 К 7/ С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ н двторсномм свидетельств(71) Среднеазиатскивательский институтМинистерства газовоти СССР(56) 1 Проскуряков В.А. и др.Очистка сточных вод в химическпромышленности, Л., Химия,с224-225,2. Авторское свидетельспо заявке М 2018444,кл. С20.04.74 (прототип).(54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУРОВОГО РАСТВОРА путем обработки его в зонеэлектрода в поле постоянного тока,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эффективности способа за счет снижения энергозатрат,после обработки раствор перемешиваютв течение 0,1-150 с, причем величину потенциала электрода выбирают впределах 6-100 В.Изобретение относится к способам регулирования свойств буровых растворов при их приготовлении и обработке, а также к способам обработки растворов полимеров, сыпучих материалов (глины, утяжелителей, цемента) и жидкостей затворения.Известен способ электрообработки жидкости в зоне положительного электрода диафрагменного электролизера(,13Недостатком способа является не большая удельная производительность установки в расчете на 1 кВт электро-энергии.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ 15 регулирования физико-химических свойств буровых растворов путем обработки растворов в поле постоянного тока в зоне электрода (отрицательно заряженного) ( 21. 20Недостатками этого способа является высокий расход электроэнергии.Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет снижения энергозатрат. 25Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования физико-химических свойств бурог вого раствора, последний после обработки в зоне электрода перемешивают в течение 0,1-150 с, причем величину потенциала электрода выбирают в пределах 6-100 В. ние потерь, обеспечивает необходимую степень возбуждения атомов, молекули ионов среды для установления термодинамического равновесия продуктов 60 электрохимических реакций с этой средой, т,е. если систему после электро"обработки поместить в условия, исключающие ее энергообмен с окружаю-, 65 Увеличивают напряжение на электродах до величины, обеспечивающей мак симальную поляризацию одного изэлектродов, в зоне которого производят ббработку среды системы. Полярность поляризованного электрода выбираютв зависимости от необходи мого направления физико-химического обменного процесса в системе, после чего частью объема среды системы, подвергнутого обработке в поляризованной .зоне, воздействуют на ее ме нее активированную часть в течение времени, меньшего чем время энергетической релаксации активированной части объема среды (0,1-150 с), Увеличение напРяжения на электродах вызывает увеличение их поляризации и способствует одновременному протеканию ряда химических реакций с различными энергетическими эффектами образований (с различньми термодинамическими потенциалами Гиббса продук тов реакции). Энергия, затрачиваемая в процессе электролиза на преодолеващей средой, то в ней не происходят физико-химические изменения . Если система с повышенным значением внутренней энергии,полувоенной при электрохимических превращениях веществ и в результате возбуждения атомов, ионов и молекул за счет энергии потерь, находится в контакте с окружающей средой, то она передает в ней энергию в той форме, которая обусловлена видом контакта - в форме ,тепла, электрического тока, химической энергии светового излучения и др. Наиболее часто встречающейся формой передачи энергии для систем, прошедших электрообработку, являются теплообмен, электрический ток и химические превращения. Причем обмен с помощью электрического тока тесно связан с химическими изменениями системы, аобмен посредством тепло- передачи вызывает скачкообразные химические превращения веществ при уменьшении уровня внутренней энергии среды, окружающей элементарную частицу, и энергетически неустойчивого химического соединения ниже критического значенияТаким образом, после электрообработки системы в зоне одного из электродов, максимально поляризованного для данных условий (это обеспечивает одновременное протекание всех возможных окислительных и восстановительных электрохимических реакция между компонентами системы), в процессе ее энергообмена с окружающей средой в ней последовательно протекают электрохимические реакции распада неустойчивых и химически активных соединений, образовавшихся в процессе электрообработки. Из анализа электродных потенциалов, соответствующих различным электрохимическим реакциям, следует вывод о том, что химическим путем, а также электрохимическим, но в отсутствие электродной поляризации, невозможно в большинстве случаев добиться таких превращений веществ, которые происходят на максимально поляризованном в данных условиях электроде. Однако для того, чтобы эффективно использовать электрохимические превращения в системе, подвергнутой электрическому воздействию в зоне максимально поляризованного электрода, необходимо обеспечить ее контакт с объемом применения в течение времени, меньшего чем время рассеяния в окружающую среду,Основной задачей электрохимического регулирования технологических процессов является обработка рабочей) среды в зоне максимально поляризованного электрода какой-либо одной полярности и затем последующее ееиспользование (осуществление контак та с каким-либо объектом, использующимся в технологической цепи, либо интенсивное перемешивание активированных и неактнвированных объемов самой среды в течение времени, меньшего чем время энергетической релаксации среды). При этом необходимо,рассмотрев реакции между актнвированной эЛектрообработанной средой и объектом ее применения с термодинамической и электрохимической точек зрения, выбрать рациональные условия применения электрообработки с целью максимального использования в нужном направлении энергии потерь, заключенной в рабочей среде.В процессе электрообработки мак.симальная поляризация электродов позволяет не только осуществлять, различные электрохимические реакции., идущие при высоком значении электрод ного потенциала, но и увеличить энер гетический потенциал обрабатываемой среды, снижая тем самым интенсивность обратных химических превращений в системе и создавая таким образом своеобразный энергетический щит, предохраняющий активированные компо.ненты среды от преждевременного распада.Ф П р и м е р. Процесс электрообработки бурового раствора в установкахдля обработки бурового раствора УОБРЭти установки позволяют обрабатыватьнекоторую часть бурового раствора взоне сильно поляризованного отрицательного электрода. В результатетакой обработки восстановительныйпотенциал этой части .увеличиваетсяор (+100)-(+200) мВ до (-800) -(.-1000) мВ, т.е. более чем на 1 В..Затем при помощи специальных приспособлений активированный объем бурового раствора должен интенсивно перемешиваться со всей остальной егочастью. Время, прошедшее между окончанием электрообработки и началомперемешивания, должно составлять0,1-150 с. Так как буровой растворявляется многокомпонентной гетерофазной и полидисперсной системой,то влияние воздействия на него и отдельные компоненты его составляющейпредлагаемым способом можно расчленить. на ряд самостоятельных процессов: электрообработку твердых сыпучих материалов электрическим током иих последующее смешение с жидкостьюзатворения, также подвергнутой обработке в зоне сильно поляризованногоэлектрода, активацию полимерных реагентов - ионизителей .вязкости, водоотдачи; электрообработку воды передиспользованием ее для приготовленияхимических реагентов и ряддругих, 15 В качестве примера можно привести данные экспериментальной проверки предлагаемого способа,Целью проверки является определение оптимального режима униполярной электрообработки (потенциала рабочего электрода) и времени сохранения потенциальной энергии среды после электрообработки, Последнее контролируется посредством измерения величины редокс-потенциала системы послеэлектрообработки, поскольку его значение прямо определяет реакционную способность среды системы, т.е. ееспособность принимать нли поглощатьэлектроды в химических реакциях.Чем больше абсолютные значенияимеет окислительно-восстановительный потенциал системы (бурового раст. вора), тем интенсивнее протекают реакции взаимодействия с ннм неактивированных объемов этого же раствораили каких-либо других веществ, например органических химических реа"гентов-стабилизаторов. А так какфизико-химические свойства всех компонентов бурового раствора зависятот интенсивности окислительных иливосстановительных процессов, то, изменяя окислительную илн восстановительную способность бурового раст- ЗО вора, можно регулировать в широкихпределах его физико-химические свойства (термо- и солестойкость, стабильность, агрегативную и кинематическую устойчивость). Во многих слу чаях наилучшим условиям работы органических реагентов-стабилизаторовв буровом растворе соответствуютотрицательные значения редокс-потенциала (окислительно-восстановительного потенциала). Значения потенциала рабочего электрода определяютпри помощи высокоомного осциллографаи вспомогательного неполяризующегоэлектрода, введенного в обрабатыва емый РаствоР Наименьшее значениепотенциала электрода для исследования типов буровых растворов, требуемое для повышения эффективности,должно быть больше напряжения разложения, находится в пределах 6 В иотносится к случаям обработки высокоминерализованных буровых растворов (более 50 г/л) на воднс)й основе, обладающих высокой электропроводностью (более 0,01 Ом ".см- ) .55 Наиболее экономически выгодное дляданных условий применения. способазначение потенциала электрода (100 В)соответствует случаям обработки буровых растворов на углеводородной Щ основе, обладающих низкой электропроводностью (менее 0,01 Ом -" см ).Увеличение потенциала электродавыше 100 В не соответствует пропорциональному росту начального запаса 65 потенциальной энергии (это фиксирует.1035047 Составитель Г. СапроноваРедактор Л. Авраменко ТехредМ,Гергель Корректор О, Билак Заказ 5755/22 Тираж 639 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ф ся по значению редокс-потенциала) и поэтому нецелесооб.азно.Уменьшение потенциала электрода ниже 6 В не обеспечивает необходимого минимального начального запаса потенциальной энергии для химиЧеских реакций (-800)(-1000) мВ и поэтому также нецелесообразно.Как видно из приведенных данных, время релаксации большинства иссле- . дованых типов буровых растворов, являющееся функцией потенциала электрода (величины поляризации) объема среды, обработанной в поляризационной зоне, температуры и дд, находится в пределах от 0,1 до 150 с. Таким образом, для повышения интенсивности окислительиых или восстановительных процессов в буровом растворе необходимо перемешивание активированного и неактивированного его объемов в течение времени, меньшего чем время энергетической релаксации его активированной части (0,1- 150 с).После перемешивания система продолжает релаксировать, но время релаксации равно 0,5-12 ч (это обусловлено тем, что удельное содержание потенциальной энергии во всей системе уменьшается при значительном увеличении ее объема), Это позволяет сохранить требуемые параметры бурового раствора в течение нескольких циклов циркуляции. Однако при интенсивном иеремешивании раствОра после электрообработки в течение времени, большего 0,1-150 с его редокс-потенциал будет близок к первоначальному значению, т.е. эффект использования энергии поляризационных потерь теряется. Предлагаемый способ позволяет защищать буровое оборудование от коррозии путем увеличения восстановительного потенциала бурового раство.ра обработкой его в зоне сильно поляризованного отрицательного электро-.,да. Если в буровой раствор из разбуриваемых пород поступают агрессивные компоненты (СО"НБ) вызывающие коррозию бурового инструментаи оборудования и приводящие к преждевременному выходу их из строя,то увеличение восстановительногораствора, поддерживаемое в нем постоянным расходованием полезной 15 электрической мощности, направленной на химические превращения веществ и энергии потерь, направленнойна поддержание этих веществ в возбужденном состоянии, позволяет умень шить до минимума окислительные процессы на стенках металлических конструкций (бурильных труб) и уменьшитьтем самым интенсивность коррозионных разрушений. 25Таким образом эффективность изобретения заключается в сокращении затрат химических реагентов на 35-60;уменьшении потерь электроэнергии засчет использования их в технологических процессах на 15-50; повышении чистоты процессов за счет исключения ввода в них химических реагентов - окислителей или восстановителей на 30-501 упрощении регулиро вания и контроля процессов за счетиспользования в качестве основногоинструмента в регулировании и контроле величины окислительно-восстановительного потенциала на 12- 4 15 .