Жидкости на растворяющую способность раствора

Существующие методы снижения растворяющей способности промывочных жидкостей основаны преимущественно на уравновешивании объемной энергии ее компонентов и использовании неполярной (не способной растворять) жидкости.

Растворяющую способность промывочной жидкости на водной основе, как мы отметили выше, можно определить по скорости растворения. В соответствии с законом Фика она определяется по формуле (13.9):

,

где С_х - концентрация определяющих объемную энергию компонентов промывочной жидкости (электролитов, твердой фазы, полимеров).

Коэффициент диффузии D зависит как от скорости циркуляции и промывочной жидкости, так и ее вязкости. Следовательно, растворяющую способность бурового раствора можно понизить не только за счет повышения концентрации компонентов промывочной жидкости, но и за счет повышения ее вязкости. Для многокомпонентной системы растворяющую способность бурового раствора можно выразить соотношением

, (13.15)

где С_х - концентрация насыщения раствора; С_i - концентрация i-го компонента в растворе; D_i - коэффициент диффузии i-го компонента.

Кратко рассмотрим скорость растворения различных солей в различных растворах. Скорость растворения и растворяемость соли определяются ее химическим составом. Если растворяемая соль имеет более гидрофильные ионы, чем ионы электролита в растворе, то последние вытесняются ионами растворяемой соли. Причем растворяющая способность раствора электролита может быть выше, чем чистой воды. Известно, например, что трудно растворимый гипс в растворе поваренной соли растворяется в 2,5 раза сильнее, чем в воде, этому способствуют анионы хлора. Гидрофильность солей можно расположить в следующий ряд: МgCl₂, СаСl₂, NaCl, KC1.

 

а б

 

Рис 13.3. Графики условного объема каверн, которые могут образовываться в отложениях галита, сильвина и бишофита при длительном контактировании с растворами KC1 (1), NaCI(2) и MgCI₂(З), насыщенными при 10⁰С: а - галит, б - сильвин, в – бишофит.

 

Так, например, бишофит хорошо растворяется в растворе поваренной соли, еще лучше в растворе хлористого калия. Сильвин и галит легче растворяются в растворах солей одновалентных металлов, чем в солях двухвалентных металлов.

Достаточно четкие представления о влияниях электролита бурового раствора на растворимость перебуриваемых солей дают графики (рис.13.3), построенные по результатам пересчета данных Н.С. Курнакова и Н.А. Осокарева [16].

Скорость растворения поваренной соли, определенная по экспериментальным данным автора в соответствии с формулой (13.14),

 

приведена в табл.13.3.

Таблица 13.3

Скорость растворения галита в растворах электролитов

NaCl и MgCl₂, м/c´10^-7

Электролит	Концентрация соли, %
NaCl MgCl2	4,7 4,7	3,9 3,9	3,1 3,3	2,2 2,7	0,14 1,4	- 0,19

 

 

Скорость растворения солей в структурированных растворах, очевидно, зависит от вязкости раствора, которая в свою очередь зависит от концентрации твердой фазы, скорости циркуляции раствора и ионной силы ионов соли

Для определения этой зависимости проведены лабораторные исследования.

В табл.13.4 показаны результаты исследований по определению скорости растворения галита в неподвижном, а в табл.13.5 - в постоянно перемешиваемом глинистом растворе.

 

Таблица 13.15

Скорость растворений галита в глинистом растворе, м/с´10^-7

(емкость сосуда 0,5л)

Время растворения, с	Концентрация глины, %
3%	5%	7%
	2,5 2,5 2,4 1,6 1,5 1,4 0,3 ,3	2,5 2,4 2,4 1,6 1,5 1,3 0,2 0,2	2,1 2,1 2,1 1,3 1,2 1,1 0,2 0,2

Таблица 13.5

Скорость растворения галита в перемешиваемом растворе, м/с´10^-7 (емкость 10л)

 

 

Время растворения, с	Концентрация глины, %
	3%	5%	7%
	4,7 4,7 4,7 4,7	2,55 2,55 2,45 2,38	2,30 2,30 2,27 2,27	2,15 2,11 2,11 2,08

Из анализа результатов следует:

1. Скорость растворения соли в малоглинистых растворах более чем в 2 раза ниже скорости растворения соли в чистой воде.

2. В неподвижной жидкости в контакте с образцом концентрируются ионы соли, что с течением времени снижает скорость растворения (через 20 часов скорость растворения снижается почти в 10 раз).

3. Наибольший темп снижения скорости растворения галита наблюдается при концентрации глины от 0 до 3 %. При дальнейшем увеличении концентрации глины скорость растворения изменяется незначительно.

Скорость растворения галита в растворах полимеров ПАА и KMЦ 600 показана в табл.13.6.

 

Таблица 13.6

Скорость растворения галита в растворах полимеров, м/с´10^-7

Полимер	Концентрация полимера, %
	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
ПАА КМЦ 600	4,7 4,7	2,4 3,8	2,2 3,5	2,0 3,4	2,0 3,2	1,9 3,0

 

 

Подобно глинистым растворам наибольший темп снижения скорости растворения галита наблюдается при малой концентрации. С увеличением концентрации (выше 0,5 %) скорость растворения галита мало зависит от концентрации полимера

.