36. Значение водородного показателя для практики бурения.

Водородный показатель.

Водородный показатель характеризует щелочность или кислотность буровых растворов на водной основе.

Известно, что дважды дистиллированная вода имеет нейтральную реакцию. Способность молекул воды к диссоциации очень слабая. Константа диссоциации воды составляет всего:

.

В этом выражении:

- концентрация ионов водорода, г. моль/л;

[ОН^-] - концентрация гидроксил ионов, г.моль/л;

[Н₂ O] - концентрация недиссоциированных молекул воды.

Величина константы диссоциация, равная С= 10^-14 означает, что всего лишь одна молекула воды из общего количества 10¹⁴ молекул диссоциирует, образуя ионы Н⁺ и ОН^-. Степень диссоциации настолько незначительна, что можно принять:

[H₂O] = 1 Тогда С = [Н⁺] * [ОН^-] = 10^-14 или [Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7. То есть, концентрация ионов водорода и гидроксилионов в дважды дистиллированной воде составляет

10^-7 г. моль/л.

Поскольку такое выражение концентрации ионов водорода не совсем удобно, было решено выражать ее десятичным логарифмом от величины, обратной концентрации ионов [Н+], и обозначать эту величину индексом pH, получившим название - "водородный показатель".

;

Для дважды дистиллированной воды:

Следовательно, нейтральной реакции соответствует значение pH = 7.

Если концентрация ионов водорода, ответственных за кислотность, больше чем 10^-7, например 10^-4, то значение pH для раствора составит:

Аналогично, для раствора, в котором концентрация ионов водорода меньше 10^-7, например 10^-10:

Таким образом, значения pH, лежащие в пределах:

1<=pH<7 - характеризуют кислую среду;

7<=pH<14 - характеризуют щелочную среду.

Значение водородного показателя для практики бурения.

Лабораторными экспериментами было установлено, а практикой бурения подтверждено, что величина водородного показателя оказывает влияние на вязкость глинистых растворов.

Эффективная вязкость необработанных и некоторых химически обработанных глинистых растворов имеет минимальное значение при pH =8,5-9,5.

Величина pH влияет на растворимость неорганических соединении, попадающих в глинистый раствор при бурении, например, растворимость углекислого кальция увеличивается при уменьшении pH. Понижение pH ниже 7,0 может привести при бурении карбонатных пород к переходу в раствор такого количества катионов Са++, которое может вызвать коагуляцию и загустевание глинистого раствора. Растворимость органических реагентов, используемых для обработки глинистого раствора, зависит от pH. Водородный показатель влияет также и на форму молекул органических полимеров, вводимых в глинистый раствор. В силу этих обстоятельств наиболее эффективное действие на глинистый раствор большинства химических реагентов соответствует определенному диапазону значений pH.

Концентрация водородных и гидроксильных ионов, определяемая величиной pH, оказывает влияние на жизнедеятельность микроорганизмов, присутствующих в глинистом растворе. При pH > 11,5 - 12,0 существенно понижается активность микроорганизмов, которые вызывают ферментацию крахмала, введенного в глинистый раствор.

Попадание в глинистый раствор хлористого натрия, хлористого кальция, сернокислого кальция, сероводорода вызывает понижение pH, а присутствие в растворе цемента повышает водородный показатель. Таким образом, изменение pH глинистого раствора может быть использовано для косвенной оценки причин, вызвавших изменение технологических свойств, характера загрязнения его.

Интенсивность коррозии стальных бурильных труб и другого оборудования, работающего в контакте с глинистым раствором, резко возрастает при понижении pH. Легкосплавные трубы из алюминиевых сплавов интенсивно подвергаются коррозии в щелочной среде при pH > 10.