Устройство для обработки бурового раствора

 

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА, содержащее положительный электрод, расположенный параллельно дну желоба, и отрицательный электрод , установленный к положительному под углом, вершина которого направлена в сторону движения потока бурового раствора, и источник постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью улучшения регулирования свойств бурового раствора за счет обеспечения послойного контакта бурового раствора с отрицательным электродом, оно снабжено разделителями потока, а отрицательный электрод выполнен с горизонтальными пазами, распределенными по его длине, при этом разделители потока установлены в основании пазов под углом 10-30° по отношению к плоскости отрицательного электрода и направлены навстречу потоку бурового раствора, а угол между положительным и отрицательным электродами равен 5-45°. (Л САЗ 4 о: со 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4Ш Е21 В2106

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3410024/22-03 (22) 22.03. 82 (46) 15.01.85. Бюл. № 2 (72) У. Д. Мамаджанов, Э. Б. Кузнецов, В. М. Бахир, А. А. Буров, Л. Е. Спектор и В. И. Клименко (71) Среднеазиатский научно-исследовательский институт природного газа. (53) 622.243.144.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 904364, кл. E 21 В 21/06, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР № 904384, кл. Е 21 В 21/06, 1980 (прототип). (54) (57) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ

БУРОВОГО РАСТВОРА, содержащее положительный электрод, расположенный параллельно дну желоба, и отрицательный элек„SU„„1134697 А трод, установленный к положительному под углом, вершина которого направлена в сторону движения потока бурового раствора, и источник постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью улучшения регулирования свойств бурового раствора за счет обеспечения послойного контакта бурового раствора с отрицательным электродом, оно снабжено разделителями потока, а отрицательный электрод выполнен с горизонтальными пазами, распределенными по его длине, при этом разделители потока установлены в основании пазов под углом 10 — 30 по отношению к плоскости отрицательного электрода и направлены навстречу потоку бурового раствора, а угол между положительным и отрицательным электродами равен

5 — 45 .

1134697

5 !

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано в устройствах для электрохимической обработки бурового раствора при регулировании свойств жидких сред электрическим воздействием.

Известно устройство для обработки бурового раствора, содержащее желоб, положительный и отрицательный электроды, установленные в желоб и соединенные с источником постоянного тока, в котором положительный электрод размещен в месте минимальной скорости потока бурового раствора перпендикулярно направлению осаждения частиц твердой фазы и выпол. нен в виде металлической плиты с закрепленными в ней в шахматном порядке шипами и металлической пластины с отвер стиями для шипов, а отрицательный элек трод выполнен в виде гофрированной ленты, охватывающей положительный электрод. Такое устройство позволяет осуществлять регулирование свойств бурового раствора за счет электрохимического смещения его окислительно-восстановительного потенциала в требуемую сторону, а также активации и регенерации входящих в него химических реагентов и нейтрализации агрессивного действия пластовых флюидов, проникающих в раствор в процессе его циркуляции при бурении скважины (1).

Недостатком данного устройства является повышенный износ шипов металлической плиты, выступающих в межэлектродном зазоре, в то время как пластина с отверстиями, лежащая на плите, имеет вЫсокое сопротивление контакта с плитой, в результате чего происходит значительная потеря напряжения на электродах. Кроме того, гофрированная лента отрицательного электрода создает турбулизацию обрабатываемого раствора, что приводит к неконтролируемому взаимодействию раствора с отрицательным электродом, в результате чего эффективность обработки раствора резко снижается.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее расположенный параллельно дну желоба положительный электрод и отрицательный электрод, установленный к положительному под углом. вершина которого направлена в сторону движения потока бурового раствора, и источник постоянного тока (2).

Однако движение обрабатываемого раствора в сужающемся. зазоре приводит к тому, что лишь очень небольшая его часть непосредственно контактирует с отрицательным электродом. Поскольку процесс обработки раствора происходит в непосредственном контакте с отрицательным электродом, такое движение обрабатываемого раствора в межэлектродном пространстве сни1S

35 жает эффективность работы устройства и по существу происходит обработка лишь небольшой части проходящего в желобе в месте установки устройства бурового раствора, за счет чего существенно снижается возможность регулирования свойств обрабатываемого раствора. Кроме того, устройство создает местное сопротивление движению раствора в желобе, что вызывает перелив раствора через желоб.

Цель изобретения — улучшение регулирования свойств бурового раствора за счет обеспечения послойного контакта бурового раствора с отрицательным электродом.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для обработки бурового раствора, содержащее расположенный параллельно дну желоба положительный электрод и отрицательный электрод, установленный к положительному под углом, вершина которого направлена в сторону движения потока бурового раствора, и источник постоянного тока, снабжено разделителями потока, а отрицательный электрод выполнен - горизонтальными пазами, распределенными по его длине, при этом разделители потока установлены в основании пазов под углом

10 — 30 по отношению к плоскости отрицательного электрода и направлены навстречу потоку бурового раствора, а угол между положительным и отрицательным электродами равен 5 — 45 .

Такое выполнение устройства обеспечивает послойное контактирование большей части обрабатываемого раствора с отрицательным электродом и своевременное удаление обработанного слоя раствора из межэлектродного пространства.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство имеет электроды 1 и 2, подключенные к источнику 3 постоянного тока и установленные в желобе 4 циркуляционной системы скважины, которую бурят. Электрод 1 подключен к положительному полюсу источника 3 постоянного тока и установлен параллельно дну желоба 4 на изоляторах 5.

Электрод 2, подключенный к отрицательному полюсу источника 3 постоянного тока, выполнен с горизонтальными пазами 6, в основании которых размещены разделители 7 потока в виде язычков, расположенных навстречу движению потока бурового раствора. Отрицательный электрод 2 снабжен опорными выступами 8, которые входят в пазы 9 кронштейнов 10, выполненных из диэлектрического материала, второй конец отрицательного электрода 2 опирается на упор 11, также выполненный из диэлектрического материала.

1134697

Устройство работает следующим образом.

При движении раствора в желобе 4 между электродами 1 и 2 возникает электрическая цепь, благодаря которой вблизи электродов 1 и 2 начинают происходить электрохимические реакции. При этом положительный электрод 1 за счет возникновения электрофоретических процессов, поскольку частицы глинистой фазы несут на себе отрицательный заряд, покрывается плотным слоем глинистой корки. Эта глинистая корка предотвращает попадание продуктов кислых реакций, образованных на положительном электроде 1, в обрабатываемый раствор, а также предохраняет электрод 1 от электрохимического анодного разрушения.

Вблизи отрицательного электрода 2 протекают восстановительные реакции с насыщением его свободными гидроксильными группами ОН и гидратированными электронами. Эти гидроксильные группы и гидратированные электроны соединяются с мо- 0 лекулами воды и образуют комплексы типа НзОг, концентрация и активность которых характеризует восстановительную способность бурового раствора и связанные с ними свойства, такие как снижение водоотдачи за счет увеличения отрицательного потенциала в плотной части двойного электрического слоя (ДЭС), что способствует образованию более мощной диффузионной части ДЭС, повышение активности химических реагентов стабилизаторов и структурообразователей, находящихся в растворе, а также повышение адсорбционно-химической активности частиц твердой фазы бурового раствора.

Поэтому изменение количества обра35 зующихся в процессе вэаимодеиствия бурового раствора с отрицательным электродом 2 гидроксильных групп и гидратированных электронов влияет в широких пределах на изменение свойств бурового раствора.

При входе обрабатываемого раствора в межэлектродный зазор верхний слой бурового раствора вступает в контакт с поверхностью отрицательного электрода 2 и, двигаясь вдоль него, подвергается обработке 45 с накоплением в нем гидроксильных групп и гидратированных электронов. Процесс обработки слоя происходит до тех пор, пока слой не подойдет к первому разделителю 7 потока, который отсекает его от нижележащего слоя и выводит через. верхний горизон50 тальный паз 6. При этом верхний слой раствора по завершении обработки в зоне отрицательного электрода 2 выводится из межэлектродного зазора. Последующий слой бурового раствора при этом, подойдя к верх- 55 нему разделителю 7 потока, подвергается обработке, поскольку разделитель потока

7 является продолжением отрицательного электрода 2. Пройдя вдоль разделителя 7 потока, этот слой контактирует с электродом 2 до тех пор, пока нижележащий разделитель 7 потока не обеспечит выхода обработанного слоя через паз 6, расположенный над этим разделителем 7 потока.

Таким же образом осуществляется обработка всех нижележащих слоев движущегося в межэлектродном пространстве бурового раствора, каждый из которых вступает во взаимодействие с участком электрода, лежащим между разделителем 7 потока, и сразу после обработки удаляегсь из межэлектродного пространства. Благодаря такой конструкции все слон бурового раствора, лежащие в плоскости, перпендикулярной направлению движения обрабатываемого раствора, подвергаются обработке при контактировании с поверхность:о отрицательного электрода, так как течение раствора в суживающемся межэлектродном пространстве является ламинарным, что исключает подход одной и той же порции раствора к поверхности отрицательного элск— трода 2. Поскольку к отрицательному электроду 2 подходит все время необработанньш раствор, который не насыщен гидроксильными группами и гидратированными электронами, процесс обработки идет гораздо более интенсивно. и. следовательно, в процессе обработки раствора при движении межэлектродном зазоре буровой раствор приобретает значительно большее количество гидроксильчых групп и гидратирован. ных электронов, степень воздействия эле. :— трообработки на буровой раствор существенно повышается. Слой бурового раствор.-., лежащий ниже нижней кромки электрода 2. непроконтактировавший с электродом 2, усредняется с обработанным растьором за счет ионообменных процессов.

Опорные выступы 8 могут быть устанолены в одном из пазов 9 кронштейнов 10. что позволяет устанавливать угол между электродами 1 и 2, равным 5 — 45, в зависимости от скорости потока- обрабатываемого раствора. Угол менее 5 устанавливать нецелесообразно, поскольку это и риводит к черезмерному увеличению длины электродов 1 и 2 настолько удлиняя поверхность электрода 2, что часть ее не обеспечивает обработки раствора из-за перенась1щения гидроксильными группами и гидратированными электронами. Угол более 45 резко увеличивает лобовое сопротивление электрода 2 в потоке, вызывая завихрение горизонтально движущихся слоев обрабатываемого раствора при встрече с поверхностью электрода 2. Меньшее значение углов следует устанавливать при увеличении вязкости раствора. Угол между плоскостью электрода 2 и разделителями 7 потока, 10 ——

30 устанавливают в зависимости от вяз1134697

Таблица 1

Величина редокс-потенциала, мВ, при угле наклона отрицательного электрода, Скорость, V м/с

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

-700 -680 -600 -500 -400 -350 -200 -150 -100 -50 -50 -40

-650 -650 -550 -450 -350 -330 -180 -130 -80 -30 -40 -30

-600 -600 -500 -400 -300 -300 -160 -100 -50 -20 -30 +10

0,1

0,5

1,0

-550 -530 -400 -300 -270 †2 †1 -80 -50 -10 -10 +10

1,5

-500 -450 -300 -280 -250 †2 †1 -80 -50 -10 +10 +30

2,0

Таблица 2

Усл.

Величина редокс-потенциала, мВ, при угле наклона разделителя потока,о вязкость

Т,с

10

35

-600

-400

750

-200

-200

750

-100

730

-90

730

730

-520

700

-300

-70

30 кости обрабатываемого раствора. При этом угол менее 10 принимать не рекомендуется из-за резкого увеличения входного сопротивления пазов 6 электрода 2, а при угле более 30 под разделителями 7 потока образуются зоны завихрения, которые вызывают турбулизацию бурового раствора, нарушая ламинарность течения его слоев. При этом больший угол назначается с увеличением вязкости обрабатываемого раствора.

Основным параметром, характеризующим степень электроактивации бурового раствора, при котором раствор становится более стабильным, является величина его окислительно-восстановительного потенциала (далее по тексту редокс-потенциала).

Учитывая, что при прочих равных условиях (плотность тока, напряжение, интенсивность электрического воздействия) эффективность электрообработки бурового раствора зависит от количества раствора, Как видно из табл. 1, при угле наклона выше 45 величина редокс-потенциала резко падает и, кроме того, уровень раствора начинает повышаться. Наклон ниже 5 ведет к излишнему удлинению электрода. вступившего в контакт с отрицательным электродом, и времени контакта (чем большая часть раствора вступит в контакт с электродом и чем дольше контакт, тем выше величина редокс-потенциала), становится очевидным роль скорости потока и вязкость бурового раствора, которые влияют на объем и время контакта раствора с отрицательным электродом.

Конструктивные особенности предлагаемого технического решения увеличивают объем и время контакта раствора в зависимости от скорости потока и вязкости раствора.

В табл. 1 показано изменение величины редокс-потенциала в зависимости от скорости потока при различном угле наклона отрицательного электрода при постоянной условной вязкости, равной 30 с. Величина редокс-потенциала исходного раствора

20 +- 50 мВ.

В табл. 2 показано изменение величины редокс-потенциала в зависимости от угла наклона разделителя потока при различной величине условной вязкости (с) при скорости потока 1 м/с и угле наклона отрицательного электрода, равном 25 .

1134б97

Продолжение табл.2 (2 3 ) 1

-650 — 50

-700 †6

-320

-200 — 40

-500

-600

-300

-30

-400

-470

-300 — 180

50 — 25

-120

-300

-200 — 20

70 — 20 — 170

-150

-50

+10

-30

-S0

Таблица 3

Услов ная Водоотдача, вязкость, см /30 мин

Т, с

Re, мВ

Re мВ

Устройство

50

-270

+50

Известное

-700

+50

Предлагаемое

Составитель Е. Молчанова

Редактор И. Рыбченко Техред И. Beper Корректор О. Тигор

3aказ 10051 29 Тираж 54О Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

-270

-200 — 120

-100

Как видно из табл. 2, крайние рациональные пределы угла наклона разделителя потока по отношению к отрицательному электроду составляют 10 — 30о. При превышении или снижении этого предела резко снижается величина редокс-потенциала, особенно при увеличении вязкости раствора.

В табл. 3 показаны результаты сравниЭффективность, электрообработки определяют по величине редокс-потенциала, условной вязкости и водоотдаче бурового раствора. Измерения производят отбором проб из желоба на расстоянии 3 м за установками.

-270

-200 †1 — 100 тельных испытаний известного и предлагаемого устройств для электрообработки бурого

Оба,. устройства смонтированы в желобной системе. Скорость потока 1 и/с, вязкость 60 с, угол наклона отрицательного электрода 30, угол наклона разделителя потока 15 .

Как видно из табл. 3, буровой раствор после обработки на предлагаемом устройстве по всем показателям лучше, чем после обработки на известном устройстве.

Предлагаемое устройство позволяет улучшить свойства обрабатываемого раствора.