Кислотное воздействие на горные породы (стр. 15 )

Найденное количество магния вполне соответствует указанной выше практической норме - 1 кг на 0,1 м3 15%-ного солянокислотного раствора. Для принятых в первой фазе обработки 4м3 раствора следует взять 40 кг магния.

Определим изменение концентрации 4 м3 15 %-ного солянокислотного раствора после растворения в нем Qм=40 кг магния. Уменьшение концентрации кислотного раствора, полностью нейтрализующегося, найдем по формуле

                                       (3.19),

где A – числовой коэффициент, который при концентрации кислоты до 18% равен 218, а при концентрации до 12% —214;

Следовательно, концентрация 15 %-ного раствора соляной кислоты уменьшится на 3 % и составит 12 %.

Металлический магний при термохимических обработках применяют в виде стружек или прутиков (стержней), которыми заполняют реакционный наконечник и спускают его на трубах до глубины обрабатываемого интервала скважины. При использовании стружек трудно рассчитать и выдержать определенный режим закачки соляной кислоты, так как они имеют различную толщину и плотность упаковки. Легче поддается расчету применение магния в прутиках.

Допустим что имеется реакционный наконечник с контактным стволом диаметром 114 мм, длиной 6 м; объем 1 м такого наконечника равен 0,00785 м3, а всего наконечника – 0,0471 м3. Стержни магния диаметром dп=0,04 м, длиной по l=0.6 м помещают в наконечник пачками по 3 стержня. Всего в наконечник длиной 6 м войдет 10 таких пачек, т. е. 30 стержней.

Определим интервалы закачки (объемов и скоростей), т. е. режимы закачки соляной кислоты.

При расчете режима необходимо располагать данными о том, за какое время контакта кислоты с магнием (таблица 3.3) реакция пройдет до намеченного снижения начальной концентрации раствора, т. е. за какое время концентрация HCl понизиться с 15 до 11,5 % (для нагрева до 90 °С) или с 15 до 12,2 % (для нагрева до 75 °С)

По мере закачки соляной кислоты через реакционный наконечник количество магния в нем будет непрерывно и неравномерно уменьшаться. Для равномерности процесса (достижения одинаковой температуры нагрева кислоты) скорость закачки его следует непрерывно уменьшать.

Поэтому процесс растворения стержней разбивают на пять интервалов с постепенным уменьшением диаметра, а, следовательно, объема и массы стержней.

Таблица 3.3

Данные о продолжительности реакции до заданного остаточного содержания HCl

Объем закачиваемого 15 %-ного раствора (см3) на 1 см2 поверхности магния	Продолжительность реакции (с) до остаточного содержания HCl
11,5 %	12,2 %
1,1 1,7 2,0 2,7 3,7 4,2 5,3	10 13 15 18 22 25 30	7 10 11 13 18 20 25

Примем уменьшение диаметра стержней для I интервала с 4 до 3,5 см; для II интервала — с 3,5 до 3,0 см; для III интервала — с 3 до 2 см; для IV и V интервалов - соответственно, с 2 до 1 см, а с 1 до 0 см.

Для каждого из этих интервалов можно принять процесс равномерным, соответствующим некоторым средним для интервала показателям.

Порядок расчета на этом этапе следующий.

1. Подсчитывают поверхность всех стержней (10 пачек по 3 стержня в каждой пачке, итого 30 стержней) в начальный и конечный момент интервала закачки соляной кислоты, а затем как среднеарифметическое из крайних значений - среднее значение поверхности для каждого интервала.

2. Вычисляют объем пустот в наконечнике, заполненном раствором при закачке, как разность между объемом реакционного наконечника и объемом всех стержней в начале и конце каждого интервала. Как среднеарифметическое из крайних значений получают средний для каждого интервала объем пустот (т. е. раствора) во всём наконечнике.

3. Делением среднего для каждого интервала объема пустот на поверхность магния узнают, сколько кубических сантиметров раствора приходится в среднем на 1 см2 поверхности магния за каждый интервал.

4. Результаты этих вычислений приведены в табл. 3.4

На следующем этапе расчета проводят такие операции.

1. Определяют количество магния (в килограммах), которое растворится в кислоте в течение каждого интервала процесса.

Определяют количество магния, которое растворится в кислоте в течении первого интервала процесса. За этот интервал объем магния в реакционном наконечнике уменьшится на

                       (3.20),

где V1 и V'1 — объемы магния в наконечнике соответственно в начале и в конце интервала, дм3; dп1 и d'п1—диаметр стержней магния соответственно в начале и конце интервала (dп1=0,4 дм, d’п1=0,35 дм); l — длина одного стержня, 6 дм; n — число стержней в наконечнике (n = 30).

Таблица 3.4

Результаты вычислений поверхности магниевых стержней и объемов кислотного раствора в заполненном наконечнике

Конечные диаметры стержней, дм	Поверхность всех стержней (10 пачек), м3	Объем кислотного раствора в заполненном наконечнике, м3	Объем раствора на 1 см2 поверхности магния, см3
конечная	средняя	конечная	средняя
0,40 0,35 0,30 0,20 0,10 0,00	2,34 2,03 1,74 1,15 0,57 0,00	2,18 1,89 1,44 0,86 0,28	0,0245 0,0298 0,0349 0,04145 0,0330 0,0471	0,0271 0,0323 0,0382 0,0372 0,0350	1,2 1,7 2,7 4,3 12,5

Подставляя данные в формулу, получим

?V1 =0,785 (0,42-0,352) 6 • 30=5,3.

Масса этого объема магния при плотности металлического магния ?м=1,77 кг/дм3 составит:

?М1= ?V1 ?м =5,3-1,77=9,4 кг.

По приведенной схеме подсчитывают количество магния, которое растворится в кислоте за каждый из последующих интервалов.

2. Вычисляют объем 15%-ного кислотного раствора, который должен быть прокачан через наконечник, если считать, что на каждый килограмм магния расходуется 0,1 м3 15%-ного раствора ври понижении концентрации кислоты до 12,2 % остаточного в растворе. Для первого интервала это составит:

W1=0,1 ? М1,

где W1 — объем 15 %-ного кислотного раствора, м3; 0,1 – объем раствора, расходуемого для растворения 1 кг магния, м3, ?М1 - масса растворенного магния, кг. Подставляя данные в формулу, получим:

W1=0,1*9,4=0,94 м3.

Аналогично определяют объем 15%-ного кислотного раствора для каждого из последующих интервалов.

3. Делением 15 %-ного объема кислотного раствора на средний для каждого интервала объем пустоты находят число смен кислотного раствора в течении каждого интервала. Для первого интервала это составит:

N1= Wn/Wср1,

где N1 - число смен кислотного раствора в наконечнике в течение первого интервала; Wср1 – средний объем кислотного раствора, прокачиваемого за первый интервал (Wср1 = 0,0271, см. таблицу). Подставляя данные в формулу, будем иметь:

N1=0,94/0,0271=34,7

4. Подбирают по таблице 3.3 или приблизительно подсчитывают время контакта (в секундах) каждой порции раствора с магнием, в течение которого концентрация HCl уменьшается до 12,2 %. Для первого интервала по таблице 3.3 для объема раствора, равного 1,2 см3 (1,1 см3), время tk=7 c. Точно так же по этой же таблице определяют время контакта каждой порции раствора с магнием, когда концентрация НСl понизится до 12,2 % для всех остальных интервалов.

5. Определяют время t1 требующееся для прокачки через наконечник всего объема 15%-ного раствора, вычисленного для каждого интервала. Для первого интервала

t1=N1 tк=34,7 • 7=243 с.

6. Определяют скорость закачки для каждого интервала

uзак1 = W13600/ t1.

Таблица 3.5

Результаты вычислений скорости для намеченных интервалов закачки солянокислотного раствора

Интервал	Изменение диаметров стержней, см	Количество магния, раство-ренного за интервал, кг	Объем, раствора, прокачи-ваемого за интервал, м3	Число смен раствора за интервал	Время реакции, необходимое для снижения концентрации раствора до 12,2%, с	Время прокачки всего раствора за интервал, с	Скорость закачки, м3/ч
I II III IV V	4-3,5 3,5-3,0 3,0-2,0 2,0-1,0 1,0-0,0	9,4 8,1 12,5 7,5 2,5	0,94 0,81 1,25 0,75 0,25	34,7 25 33 20 7,1	7 10 13 20 30	243 250 429 400 213	13,9 11,7 10,9 6,7 4,2
Всего	-	40,0	4,00	-	-	1537	-

Интервал	Время закачки, мин	Объем закачиваемого раствора, м3	Скорость закачки, м3/ч
I II III IV V	4,0 4,1 7,0 6,6 3,6	0,94 0,81 1,25 0,75 0,25	13,9 11,7 10,5 6,7 4,2
Всего	25,3	4,00	-

Для первого интервала

vзак1=0,94*3600/243=13,9 м3/час.

Результаты вычислений для рассматриваемого примера, приведены в табл. 3.5.