Устройство для обработки бурового раствора Советский патент 1982 года по МПК E21B21/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ/БУРОЭОГО РАСТВОРА ----1.

1 .

Изобретение относится к горной промышленности, например, для регулирова.ния технико-эксплуатационных характеристик бурового раствора с использованием электрохимического воздействия на него, а более конкретно к устройствам для обработки бурового раствора.

Известно устройство для регулирования параметров бурового раствора, содержащее положительный и отрицательный электроды, подключенные к источнику постоянного тока.

Буровой раствор, вышедший из скважины и содержащий шлам, предварительно разбавляют и отделяют его от крупных частиц. В разбавленном и очищенном буровом растворе остаются мелкие незаряженные частицы выбуренной породы и коллоидные отрицательно заряженные глинистые частицы, последние отделяют из этого раствора, осаждая их на вращающемся положительном электроде, и удаляют скребком 1.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность в области регулирования параметров бурового раствора, кроме того, устройство позволяет повысить качество бурового раствора за счет удаления излишней глинистой фазы, но не дает возможности регулировать структурно-механические параметры раствора путем активации химических реагентов, находящихся в растворе, и повышения адсорбционно-химической активности его твердой фазы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для обработки бурового раствора, содержащее желоб с размещенными в нем электродами, выполненными в виде стержней и связанными -через переключатель полярности с

10 источником постоянного тока 2.

Недостаток известного устройства заключается в значительной сложности конструкции, что усложняет эксплуатацию устройства и снижает его надежность.

Цель изобретения - повышение надеж15ности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что электроды установлены в шинах на свободно вращающемся валу и образуют лопасти,

30 а контакты переключателя полярности расположены на концах вала.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Устройство содержит электроды, установленные на валу 1, источник постоянного тока 2, желоб 3. Электроды выполнены в виде продольных стержней 4 и 5, закрепленных концами в радиально закрепленных на валу

Iшинах 6 и 7 с образованием решеток 8. Вал 1 выполнен свободно вращающимся и снабжен на концах переключателями 9 и 10 полярности электродов. Вал устанавливается на вертикальных стенках желоба 3 и выполнен составным. Средняя часть его

I1изготовлена из диэлектрического материала, а концы - металлические. Шины 6 и 7 крепятся к металлической части вала и являются токопроводяшими элементами. Электроды одноименной полярности крепятся к шине непосредственно, а противоположной полярности . через изоляторы 12.

Каждый из переключателей 9 и 10 состоит из подпружиненного контакта 13, установ ленного в радиальном отверстии вала, который скользит по неподвижным контактам 14 и 15, размещенным по окружности вала через определенный угол. Контакты 14 и 15 соединены с источником тока 2.

Устройство работает следуюш,им образом.

Исходный буровой раствор поступает в устройство по желобу циркуляционной системы. При этом часть решеток 8 находится в растворе, а другая часть поверх его. Буровой раствор протекает между электродами. Под действием электрического тока высокозаряженные частицы глины оседают на положительных электродах в виде плотной пасты, препятствуя интенсивному растворению их. Обработка основного объема раствора происходит таким образом в зоне отрицательных электродов, что позволяет повысить адсорбционно-химическую активность компонентов бурового раствора за счет активизации химреагентов, находящихся в растворе, увеличения в растворе количества гидроксильных групп и, вследствие этого, роста рН (щелочности). Все это ведет к улучшению свойств раствора и его качества в целом.

Физико-химическая сущность обработки раствора в поле электрического тока заключается в следующем.

Буровой раствор представляет собой гетерогенную полидисперсную систему, состоящую из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза представлена, в основном, глинистыми частицами различных минералов, состояших из: Na, К, S1, Mg, Ga, Fe, Мп и др.

При обработке бурового раствора в электрическом поле постоянного тока, образованном между электродами электролизера, при напряжении, обеспечивающем режим электрохимического разложения жидкой фазы раствора, у положительного и отрицательного электродов происходит электрохимические ионно-обменные процессы. При этом в зоне

положительного электрода протекают реакции окислительного характера, а в зоне отрицательного электрода - восстановительного характера.

Необходимость электрообработки больщей части объема бурового раствора преимущественно в зоне отрицательного электрода (униполярная электрообработка) диктуется тем, что вода, находящаяся в растворе, насыщается в зоне отрицательного электрода свободными гидроксильными группами ОНи гидратированными электродами.

Гидроксильные группы и гидратированные электроны, соединяясь с молекулами воды, образуют долгоживущие комплексы типа НзО2, концентрация и активность которых характеризуют восстановительную способность дисперсионной среды.

Таким образом, униполярная электрообработка буровых растворов, преимущественно в зоне отрицательного электрода, резко повыщает активность химических реагентовстабилизаторов и структурообразователей, находящихся в растворе, а также адсорбционно-химическую активность частиц твердой фазы, что приводит к повыщению стабильности и улучщению качества бурового раствора при одновременном снижении расхода химреагентов.

Глинистая корка, образованная на поверхности положительного электрода, не только препятствует поступлению продуктов окислительных реакций в обрабатываемый буровой раствор, но и предохраняет положительный электрод от коррозионного разрушения. Защита от коррозии электрода объясняется тем, что вблизи поверхности положительного электрода, покрытого слоем глинистых частиц рН меньще, чем в окружающей среде (основной массе раствора), в результате электрохимических реакций окисления и диссоциации силанольных групп гли нистых частиц происходят по щелочному типу:

SiOH - Si -f ОН

Поскольку потенциал окисления ОН группы намного ниже потенциала металлического электрода, то именно их окисление на поверхности положительного электрода обеспечивает предохранение его поверхности от коррозийного разрушения даже при высокой плотности тока (до 2000 А/м и выше).

Для снижения энергетических затрат образовавшуюся на положительном электроде корку необходимо своевременно удалять.

При увеличении толщины корки на положительных электродах зазор между электродами уменьщается и сопротивление движению раствора увеличивается. При определенном сопротивлении под действием напора раствора вал с решетками поворачивается.

При повороте вала на определенный угол при помощи переключателей 9 и 10 полярность электродов изменяется на противоположную, корка моментально падает на дно желоба, смывается раствором и отделяется на вибросите.

Процесс обработки повторяется. Те электроды, которые были отрицательными, стали положительными.

Конструктивное исполнение устройства позволяет легко заменять отдельные электроды без разборки всего устройства. Оно состоит из простых деталей. Отсутствие привода упрощает конструкцию устройства и его эксплуатацию. Устройство надежно в работе, поскольку в нем автоматически регулируется рост и удаление корки. Оно может быть изготовлено на любом буровом предприятии и встроено в любую циркуляционную систему.

Использование устройства позволяет получить значительный экономический эффект за счет повышения качества раствора и его стабильности, упрощения конструкции, повышения срока службы электродов, сокращения расхода органических химреагентовстабилизаторов на 30-50%, а неорганических - на 70-80%, а также за счет снижения транспортных расходов на перевозку химреагентов на 40-50% и улучшения условий эксплуатации.

Экономический эффект от внедрения одного устройства составляет не менее 70 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Устройство для обработки бурового раствора, содержаш.ее желоб с размещенными в нем электродами, выполненными в виде стержней и связанными через переключатель полярности с источником постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, электроды установлены в шинах на свободно вращающемся валу и образуют лопасти, а контакты переключателя расположены на концах вала. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

фиг. 2