Устройство для регулирования параметров бурового раствора

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(ц 46082 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Дополнительное к авт. свид- ву -Дата опубликования описания 17.07 2) Авторы ов, В. М. Бахир, А, А. Александров, Ю. Г. Ю. Н. Соколов и Л, А. Сорокин ожный,У. Д. Мамадж изоб етения 71) Заявитель Среднеазиатский научно-исследовательский институт природдого газа АРАМЕТРО ВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИ БУРОВОГО РАСТВОРА) УСТР ное устройство, енные твердые обрабатываемо Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин,Известно устройство для регулирования параметров бурового раствора, содержащее электродную систему, включающую отрицательный рабочий электрод - изолированную поверхность вибросита, положительный вспомогательный электрод - детали циркуляционной системы и источник постоянного тока 11).Однако, применяя известное устройство, невозможно удалять иэ бурового раствора положительные ионы металлов, не восстанавливающихся в водной среде, а также - излишнее количество положительно и отрицательно заряженных частиц дисперсной фазы.Известно также устройство для регулирования параметров бурового раствора, содержащее систему чередующихся отрицательных, положительных и вспомогательных электродов, связанную с системой удаления заряженных частиц, и источник постоянного тока )2).Одйако, применяя известневозможно удалять заряжчастицы дисперсной фазы иэ 2го раствора, так как в ойисанном устройстве используются полупроницаемые мембраны.Отсутствует воэможность поляризации дисперсных частиц твердой фазы, так как нет непосредственного контакта обрабатываемого раствора с отрицательным электродом, Отсутствует возможность электрохимического восстановления многовалентных катионов металлов Ре, Ре , г , % , Сибез удаления их обрабатываемого раствора,Нельзя обрабатывать растворы, содер О жащие высокомолекулярные вещества, например нефть, КМЦ и др так как оии закупоривают поры полупроницаемых мембран.Цель изобретения - пЬвышение эффективности работы устройства за счет обеспечения возможности электрохимического восстановления многовалентных катионов металлов без удаления их иэ обрабатываемого раствора и возможности обработки растворов, содержащих высокомолекулярные вещества.Поставленная цель достигается тем, чтокаждый отрицательный электрод выполнен в виде соединенных по периметру с помощью диэлектрических прокладок двух токопроводящих перфорированных пластин, между ко.торыми установлена электрически изолиро ванная от них центральная токопроводя.щая пластина, каждый положительный электродвыполнен в виде соединяемых по пери метру при помощи диэлектрических прокла.док двух диэлектрических перфорированных пластин, полость между которыми заполнена инертным токопроводящим материалом, например графитом, а каждый вспомогатель.ный электрод выполнен в виде токопроводящей пластины с прорезями.На фиг, 1 изображена схема предлагаемого устройства, общий вид; на фиг. 2 и 3 - положительный электрол, вил спереди и сверху; на фиг. 4 и 5 - отрицательный электрод, вид спереди и сверху; на фиг. 6 - схема расположения электродов в желобе системы буровой установки.Устройство состоит из положительных 1, отрицательных 2 и вспомогательных отрицательных электродов (за вихр ителей) 3, расположенных каждый электрически изолированно друг от друга. Регулируемые (по напряжению) источники 4 - 6 постоянного тока,.рассчитанные на максимальное напряжение 20 - 24 В и максимальный ток 300 - 500 Л, подсоелинены положительными полюсами к положительным электродам(к их графитовой набавке), а отрицательными полюсами источники 4 и 5 подсоединены к электродам 2, источник 6 - к вспомогательным отрицательным электролам 3, Гидравлическая система включает центробежные водя. ные насосы 7 и распределительные гидравлические линии 8.Отрицательный электрод 2 состоит из центральной пластины 9, выполненной из Металла, например нержавеющей стали, и облицованной диэлектрическим (например, гетинаксом) материалом -корпус 10 электрода. Боковые поверхности электрода 2 представляют собой металлические перфорированные пластины 1 с диаметром отверстий не более 0,4 мм. Пластины 11 и центральная пластина 9 не имеют между собой электрического контакта. В электрод 2 введены две трубки 12 для подачи и отвода воды, при помощи которой и осуществляется контакт между центральной пластиной 9 и пластинами 1.Положительный электродсостоит из корпуса 13, выполненного из диэлектрического материала (например, гетинакс, текстолит), диэлектрических (например, винипластовых) пластин 14 с отверстиями и графитовой набивки 15. В электрод 1 также введены трубки 16 для подачи и отвода воды, которая, омывая графитовую набивку 15, обеспечивает контакт ее с буровым раствором, проходящим через электродный блок. Графитовая набивка 15 помещена в полость, образованную перфорированными диэлектрическими станками 17, Отрицательный потенциал подается на пластины 11 электро. дов 2 от отдельного регулируемого источ. ника 4 постоянного тока. Отрицательнымиполюс источника 5 тока соелинен с центральными пластинами электродов 2. Для обеспечения необходимой разности потенциаловмежду пластинами 11 и пластинами 9 элект 3 родов 2 мощность источника тока регулируется путем изменения питающего напряжения.Электродный блок устанолен в желобе 18очистной системы буровой установки. Отрицательный полюс источника 6 соединенсо вспомогательньми отрицательными элект.фф ролами-завихрителями 3,, Положительные полюсы источников 4 -6 тока соединены с графитовой набивкой.положительных электродов 1.Устройство работает следующим образом.Буровой раствор, проходящий черезэлектролный блок, установленный в желобеочистной системы буровой установки, попадает в зону влияния отрицательных электролов 2, где напряженность поля достигает1000 В/м и более при относительно невысо 26 ком абсолютном значении его потенциала7 - 15 В, При этом лисперсные частицы твердой фазы бурового раствора ионизируются,подвергаясь поляризации.Ионизация дисперсных частиц обусловливается отделениемиз кристаллической решетки части положительных ионов металлов Ге, Ге", А",Си, % и др. Положительные ионы, отдел +лившиеся под воздействием поля отрицательных электродов от ребер частиц глинистых минералов ( из мест нарушения крисзв таллической решетки) либо увеличивают пер.воначальный отрицательный заряд, либо способствуют уменьшению первоначального положительного заряда ребер. В результатевосстановления этих ионов на отрицательных перфорированных пластинах 11 электродов 2 до нейтрального состояния частицытвердой фазы приобретают отрицательныйповерхностный заряд. Более активные ионыиз раствора (Ма, Са, Мд, К и др.),занимающие места восстановленных многовалентных ионов, удаляются от поверхностираздела фаз на большее расстояние, способствуя тем самым расширению ионно-гидратных оболочек, окружающих частицы твердой фазы, Увеличению размеров ионно-гид-ратных оболочек способствует также и то4 обстоятельство, что в результате уменьшения количества положительных ионов в растворе повышается интенсивность адсорбцииотрицательных ионов. на поверхности дисперсных частиц твердой фазы. Для удаления50 из бурового раствора ионов Ха", Ма",Са, К, Аулержанных боковыми поверхностями 11 отрицательных электродов 2,в электроды по нагнетательной линии подается вода, расход которой для различных режимов электрообработки может изменятьсяи в пределах от 0,1 до 5 л/с. Уровень жидкости внутри .электродов регулируется путемотбора ее при помощи насоса, установлен.ного на всасывающих линиях гидравлической системы 8. Уровень жидкости поддержи вается обычно на 1 - 2 см ниже уровня раст вора, обтекающего электроды. Благодар 5.градиенту потенциала внутри электродов 2 (потенциал центральных пластин 9 на 2 - 15 В выше потенциала перфорированных боковых пластин 11) положительные ионы проникают внутрь электрода и удаляются из ,него вместе с водой, откачиваемой насосом.При возрастании вязкости бурового раствора вследствие поступления в него из скважины хорошо диспергирующихся глинистых минералов уровень жидкости в положительных электродах 1 снижают до предела, обеспечивающего поступление в эпектроды под действием мощного электрического поля мелкодисперсных . высокозаряженных гли нистых частичек, отделение которых в гидроциклонах невозможно (менее 2 ОмЯ, Эти частички удаляются вместе с водой, циркулирующей внутри электродов. Одновременно, если это необходимо, может производиться отбор заряженных положительно и слабозаряженных отрицательных частиц твердой фазы при помощи отрицательных электродов 2 таким же образом, как и в положительных электродах 1. Наличие в электродном блоке вспомогательных (отрицатель ных) электродов (завихрителей) 3 увеличивает эффективность электрообработки в результате интенсивного перемешивания ,ими раствора, проходящего между электродами 1 и 2 блока, а также в результате поляризации дисперсных частиц твердой фазы, Кроме того, дополнительный градиент потенциала, возникающий между основными, отрицательными электродами 2 и вспомогатель ными электродами (завихрителями) 3 обеспечивает более интенсивное движение положительных ионов к перфорированным электродам основных отрицательных электродов 2.Водоотдача буровых растворов, подвергнутых электрообработке, снижается в результате двух причин. Во-первых, увеличение числа молекул воды, связанной с частицами дисперсной фазы, обусловливает уменьшение количества жидкости, которое может быть отделено от раствора фильтрования под давлением, Во -вторых, электрически активированные частицы твердой фазы образуют на поверхности фильтров (стенках скважины) корку менее проницаемую, чем части.- цы, не подвергнутые электрообработке, Уменьшение проницаемости корки объясняется тем, что возросшие электрические заряды частиц дисперсной фазы, являющиеся в основном униполярными, способствуют более плотной их упаковке под действием перепада давления, а увеличение размеров ионно-гидратных оболочек, взаимно перекры вающихся при уплотнении частиц, затруд.няет течение жидкости через такую корку,Необходимо отметить, что в буровом раст.воре, электрически активированном в описываемом устройстве, силы притяжения между разноименно заряженными частица ми твердых частиц снижаются, что обуславливает уменьшение статического напряжения сдвига и вязкости буровых растворов. Кроме того, вязкость раствора, подвергнутого электрообработке, уменьшается в результате того, что возросшая толщина ионно-гидратных оболочек дисперсных частиц твердой фазы обеспечивает уменьшение степени коагуляционного структурообразования, а следовательно, уменьшение сил сопротивления, возникакццих в процессе течения раст.вора.Формула изобретенияи Устройство для регулирования параметров бурового раствора, содержащее систему чередующихся отрицательных, положи.тельных и вспомогательцых электродов, свя занную с системой удаления заряженных частиц, и источник постоянного тока, отличавщееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет обеспечения возможности электрохимическо.го восстановления многовалентных катио.нов металлов без удалений их из обраба зе тываемого раствора и возможности обработки растворов, содержащих высокомолекулярные вещества, каждый отрицательный электрод выполнен в виде соединенных по периметру с помощью диэлектрических прокладок двух токопроводящих перфорированных пластин, между которыми установ.лена электрически изолированная от них центральная токопроводящая пластина, каж дый положительный электрод выполнен в виде соединенных по периметоу при помощидиэлектрических прокладок двух диэлектрических перфорированных пластин, полость между которыми заполнена инертным тоно- проводящим материалом, например Графитом, а каждый вспомогательный электрод вы полнея в виде. токопроводящей пластины с аф прорезями.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Мамаджанов У. Д, и др. Магнитоэлектрические свойства буровых растворов и их использование для повышения эффективности бурения. М., ВНИИЭГазпром, 19752, Ротинян А. Л, Прикладная электрохимия. Л., Химияэ 1974, с, 389 (прототип).оо 2 дода из эпевпродадай оода В74 б 082 Я Ц Составители А. СнмецкаяТел ред К. Шуфрич Корректор Н. 1 рягорук Тираж 626 Подписное сударственного м изобретений а, Ж-.-35, Ратент, г. Ужго 4/5 тная, 13035;лиал П 1 буроВо растко Редактор С. ТнтонаЭаказ 3913/23ЦНИИ И Го делаМоскв 1 Па комитета С и открытнй ская иаб д, ул. Прое