3.7Технические средства для приготовления полимерных растворов
Для приготовления полимерных растворов применяют установку ППР (ВИТР) (см. рис. 3.5).
Установка для приготовления полимерных промывочных растворов ППР конструкции ВИТР (рис. 3.5) предназначена для приготовления полимерных растворов и растворов полимерных реагентов, для обработки бентонитовых растворов с низким содержанием твердой фазы при бурении глубоких скважин.
Раствор перемешивается в баке, установленном в водяной рубашке, снабженной нагревательными элементами. Внутри бака находится перемешивающее устройство, приводимое в действие электродвигателем. Вихревой насос типа ВКС-1/16 обеспечивает закачивание жидкости в емкость водяной рубашки, наполнение бака водой или полимерным реагентом и откачивание готового раствора. Контроль за температурой нагрева осуществляется с помощью реле.
Рис. 3.5. Установка для приготовления полимерных растворов ППР (ВИТР).
1 – температурное реле; 2 – нагревательные элементы; 3 – перемешивающее устройство; 4 – водяная рубашка; 5 – бак для перемешивания растворов; 6 – загрузочное устройство; 7 – электродвигатель; 8 – термометр; 9 – пульт управления; 10 – шкаф управления; 11 – штекерный разъем; 12 – вихревой насос с электродвигателем; 13 – болт заземления.
Глава 4 растворы электролитов
4.1. Общие сведения об электролитах, применяемых при бурении скважин
К электролитам относят щелочи, кислоты, соли, легко диссоциирующие в воде на ионы, вследствие высокой их гидрофильности и слабой связи между ионами.
Щелочи - хорошо растворимые в воде основания. Чаще это соединения одновалентных металлов с гидроксиланионами:
Na – O – H K – O – H.
В качестве катионов электролитов-щелочей выступают одновалентные и двухвалентные металлы с большим ионным радиусом, например, Ва (ОН)2 (ионный радиус Ва2+ 1,43 А°).
Основания двухвалентных металлов с малыми ионными радиусами в воде малорастворимы, например, Са(ОН)2 (ионный радиус Са 1,06 А°), или нерастворимы, например, Мg(ОН)2 (ионный радиус Мg 0,78 А°).
Кислоты - это химические соединения, диссоциирующие в воде с образованием в качестве катионов ионов водорода. К сильным кислотам относят кислоты со слабыми связями водорода с высокоотрицательными анионами: Cl, Вг, I, и кислородсодержащими анионными группами (при наличии в них не менее, двух атомов кислорода с двойными связями).
S
Вследствие
малых ионных радиусов металлоиды (S-
0,35 А0
, Р- 0,35 А°, N - 0,2 А°, С - 0,2 А°) с атомами
кислорода образуют прочные связи (S–О
517 кДж/моль, Р-О 594 кДж/моль, С-О 1071 кДж/моль).
Связи водорода с кислородсодержащими
анионными группами ослаблены вследствие
высокой электроотрицательности кислорода
(для кислорода она равна Э = 3,5, для серы
Э = 2,5, фосфора Э = 2,1 , азота Э =
3,0 , углерода Э = 2,5). Электронное облако
в результате этого смещается в сторону
несвязанного водородом кислорода. Связь
металлоида с кислородом становится
полярной. На полюсе металлоида
положительный, на полюсе кислорода -
отрицательный заряд. Электронное облако
кислорода, связанного с водородом, в
свою очередь смещается в сторону
металлоида, а прочность связи водорода
с кислородом понижается.
Чем больше атомов кислорода с двойной связью, выше полярность аниона, тем ниже прочность связей водорода с анионной группой. Так, сильные кислородсодержащие кислоты имеют не менее двух таких атомов: H2S04, НNОз, НМnO4 и т.д.
Эффективность электролита определяется количеством ионов, появившихся в растворе при его диссоциации. Наиболее полно диссоциируют кислоты с одновалентными анионами (галогенами). Причем с увеличением ионного радиуса галогена прочность связей ионов понижается, степень диссоциации повышается.
Степень диссоциации в химии обычно определяют по константе диссоциации
,
где в числителе указаны концентрации ионов (продуктов диссоциации), а в знаменателе - концентрация недиссоциированных молекул.
Соли-электролиты - это соли со слабыми связями гидрофильных ионов (соли сильных кислот и соли слабых кислот одновалентных металлов). Их можно разделить на три группы: щелочные, кислотные и нейтральные.
К кислотным солям относят соли поливалентных металлов, после диссоциации активно взаимодействующих с молекулами воды и образующих в результате гидролиза ионы водорода Н+, например,
А1С1з=А13+ +ЗСl-
Al3++H2O=Al(OH)2++H+
Al(OH)2++ H2O= Al(OH)++H+
Al(OH)++ H2O = А1(ОН)3 + H+
К "нейтральным" солям относят соли, диссоциирующие на ионы, слабо взаимодействующие с молекулами воды, соли с одновалентными анионами (галоиды): NaCI, КСl, CaC12 и др.
К щелочным солям относят соли слабых кислот чаще одновалентных металлов с поливалентными анионами, способными образовывать (после диссоциации) в растворе связи с водородом воды и ионы ОН- : карбонаты, нитраты фосфаты и др.
Na2CО3+Н2О=2Nа+НСО3+ +ОН-
Свойства полимеров. Растворимость (диссоциация) соли зависит от прочности связей анионов с катионами и их гидрофильности. Хорошо растворяются соли со слабыми связями одновалентных катионов с различными анионами. Значительно труднее растворяются соли, образованные двухвалентными анионами и катионами. Существенно влияет на растовримость соли их гидрофильность.
Гидрофильность электролитов можно определить по теплоте их растворения (табл.4.1).
Таблица 4.1