Нефтяная и газовая промышленность материалы буровых растворов технические условия и испытания

Весы лабораторные с погрешностью не более 0,01 г.

Термометр ртутный с диапазоном измерения температуры от 0 до 50°С, цена деления 0,5°С.

Вискозиметр ротационный типа ВСН-3, либо соответствующий требованиям ISO 10414-1 со скоростью вращения привода 600 об/мин.

Цилиндр мерный вместимостью 500 см³ по ГОСТ 1770-74 с изм. № 1-10

Секундомер с точностью определения 0,1 минута.

Мешалка лабораторная лопастная с вертикальной осью вращения и следующими характеристиками:

- частота вращения не менее 1000 мин^-1;

- насадка, навинчивающаяся на вал - четырехлопастная, диаметром от 25 до 40 мм, высотой от 15 до 18 мм.

Колбы плоскодонные с притертыми пробками вместимостью 500 см³ по ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4 или другие плотно закрываемые сосуды.

Стаканы стеклянные вместимостью не менее 500 см³ по ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4.

Натрия хлорид по ГОСТ 4233-77 с изм. № 1,2

Спирт октиловый по ГОСТ 19652-89 с изм. № 1 или другой пеногаситель.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72 с изм. № 1, 2.

В мешалку постепенно вносят 350 см³ дистиллированной воды и навеску 3,50 г полимера на основе эфиров целлюлозы, типа КМЦ, не прекращая перемешивания. Навеска КМЦ вносится в раствор как можно дальше от крутящегося вала, с целью предотвращения образования пыли.

После внесения всей навески КМЦ перемешивание суспензии проводят в течение 5 минут, после чего останавливают мешалку и счищают шпателем налипшие частицы КМЦ со стенок стакана, лопастей и вала мешалки. Вновь включают мешалку и проводят перемешивание в течение следующих 5 минут.

Останавливают мешалку и повторяют процедуру. Затем включают мешалку и проводят перемешивание в течение еще 10 минут. Таким образом вся процедура перемешивания составляет 20 минут.

Полученную суспензию переливают в конические колбы, закрывают пробками и выдерживают при комнатной температуре или в устройстве, поддерживающим постоянную температуру 20 °C - 25 °C, 2 часа низковязкую и 16 часов высоковязкую КМЦ.

После выдерживания перемешивают раствор в мешалке в течение 5 мин ± 0,1 мин. Приготовленную суспензию заливают в контейнер до риски, нанесенной на его внутренней стенке, и перемешивают при скорости вращения 600 об/мин. Измерения проводят при температуре 25°С.

Регистрируют показание на шкале вискозиметра при достижении постоянной скорости вращения.

5.4.3.1.2 Метод определения вязкости в растворах NaCl

Проведение анализа

Готовят солевой раствор с концентрацией NaCl 40 г/л. Взвешивают 40,00 г натрия хлористого, переносят его в мерную колбу вместимостью 1000 см³, добавляют 150-200 см³ дистиллированной воды, растворяют навеску соли, а затем доводят объем раствора до метки.

Готовят насыщенный солевого раствора. Для этого взвешивают 200,0-225,0 г хлористого натрия, переносят его в стеклянный стакан и добавляют мерным цилиндром 500 см³ дистиллированной воды. Тщательно перемешивают и дают отстояться в течение одного часа. Раствор над осадком сливают и используют его в дальнейших испытаниях.

Готовят 1% суспензии КМЦ в солевом растворе с концентрацией NaCl 40 г/л и насыщенном солевом раствор.

Для этого в стеклянные стаканы вместимостью 500 см³ мерным цилиндром приливают 350 см³ раствора хлористого натрия с концентрацией 40 г/л, в другой приливают 350 см³ насыщенного раствора хлористого натрия и вносят навеску 3,50 г высоковязкой КМЦ. Технологию смешения проводят согласно процедуре перемешивания п.5.4.3.1.1.

При необходимости, добавляют несколько капель пеногасителя. Для этого постепенно, в течение минуты, вносят навеску КМЦ не прекращая перемешивания. После внесения всей навески перемешивание суспензий проводят в течение 5 минут, после чего останавливают мешалку и счищают шпателем налипшие частицы КМЦ со стенок стакана, лопастей и вала мешалки. Вновь включают мешалку и проводят перемешивание в течение следующих 5 минут. Останавливают мешалку и повторяют процедуру. Затем включают мешалку и проводят перемешивание в течение еще 10 минут. Таким образом вся процедура перемешивания составляет 20 минут.

Полученные суспензии переливают в конические колбы, закрывают пробками и выдерживают при комнатной температуре 16 часов.

Перед проведением испытания суспензии взбалтывают в колбах, переливают в стаканы и перемешивают на мешалке в течение 5 минут.

Приготовленные суспензии заливают в контейнер вискозиметра до риски, нанесенной на его внутренней стенке, и перемешивают при скорости вращения 600 об/мин. Измерения проводят при температуре 25°С.

Регистрируют показание на шкале вискозиметра при достижении постоянной скорости вращения.

За результат измерения принимается среднее арифметическое результатов двух параллельных определений.

5.4.3.2 Метод определения показателя статической фильтрации раствора

Аппаратура и реактивы

Весы лабораторные с погрешностью не более 0,01 г.

Термометр ртутный с диапазоном измерения температуры от 0 до 50°С, цена деления 0,5°С.

Цилиндры мерные вместимостью 10, 50 и 500 см³ по ГОСТ 1770-74 с изм. № 1-10.

Колба мерная вместимостью 1000 см³ по 1770-74 с изм. № 1-10.

Секундомер с точностью измерения 0,1 минута.

Прибор для определения показателя фильтрации типа ВМ-6, ВГ-1М, Фильтр-пресс по ISO 10414-1:2008, Раздел 7.

Мешалка лабораторная лопастная с вертикальной осью вращения и следующими характеристиками:

- частота вращения не менее 1000 мин^-1;

- насадка, навинчивающаяся на вал - четырехлопастная, диаметром от 25 до 40 мм, высотой от 15 до 18 мм. Соотношение диаметров стакана для перемешивания и насадки равно трем.

Колбы конические плоскодонные с притертыми пробками вместимостью 500 см³ по ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4 или другие плотно закрываемые сосуды.

Стаканы стеклянные вместимостью не менее 500 см³ по ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4.

Шпатель.

Натрия хлорид по ГОСТ 4233-77 с изм. № 1, 2.

Спирт октиловый по ГОСТ 19652-89 с изм. № 1 или другой пеногаситель.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72 с изм. № 1, 2.

Натрий бикарбонат по ГОСТ 4201-79 с изм. № 1.

Проведение испыианий

Готовят насыщенный раствор хлорида натрия согласно п. 5.4.3.2. Для этого взвешивают 200,0-225,0 г хлористого натрия, переносят его в стеклянный стакан и добавляют мерным цилиндром 500 см³ дистиллированной воды. Тщательно перемешивают и дают отстояться в течение одного часа. Раствор над осадком сливают и используют его в дальнейших испытаниях.

Готовят суспензию на основе глины путем добавления 350 мл ± 5 мл насыщенного солевого раствора в контейнер мешалки. Добавляют 1,0 г ± 0,1 г бикарбоната натрия и перемешивают в мешалке в течение порядка 1 мин. Во время перемешивания в мешалке медленно добавляют 35,0 г ± 0,1 г стандартной оценочной базовой глины API. При необходимости, добавляют несколько капель пеногасителя.

Не выключая мешалку в стакан, с суспензией прибавляют 3,15 г низковязкой КМЦ или 3,15 г высоковязкой КМЦ и продолжают перемешивание, соблюдая процедуру перемешивания по п. 5.4.3.1.

Выключают мешалку и отстаивают суспензию при комнатной температуре в течение 2 часов.

Перед проведением испытания включают мешалку и перемешивают суспензию еще в течение 5 минут.

Выливают суспензию в патрон фильтр-пресса. Температура суспензии должна равняться 25 °С ± 1 °С.

Наливают суспензию до высоты в пределах 13 мм от верхней части патрона. Выполняют сборку патрона фильтр-пресса. Устанавливают фильтрующий патрон в раму и закрывают перепускной клапан. Помещают контейнер под дренажной трубкой.

Устанавливают первый таймер на 7,5 мин ± 0,1 мин, а второй - на 30 мин ± 0,1 мин. Включают оба таймера и регулируют давление на патрон до значения, равного 690 кПа ± 35 кПа (100 фунтов на кв. дюйм ± 5 фунтов на кв. дюйм).. Оба эти действия должны занимать менее 15 с. Давление должно обеспечиваться сжатым воздухом, азотом или гелием.

По прошествии 7,5 мин ± 0,1 мин по первому таймеру вынимают контейнер и удаляют жидкость, налипшую на дренажную трубку. Ставят сухой градуированный цилиндр емкостью 10 мл под дренажную трубку и продолжают собирать фильтрат до тех пор, пока по второму таймеру не пройдет 30 мин. Убирают градуированный цилиндр и записывают значение объема собранного фильтрата.

Вычисляют показатель статической фильтрации в миллилитрах, по формуле:

Ф = 2 ⋅ Фc, (12)

где Фc - объем фильтрата, собранного в промежуток времени между 7,5 мин и 30 мин, в миллилитрах.

Рассчитанный объем фильтрата записывают.

Примечание – определить показатель статической фильтрации раствора можно на приборе ВМ-6 (Приложение Д).

Весы лабораторные с погрешностью не более 0,01 г.

Термометр ртутный с диапазоном измерения температуры от 0 до 150°С, цена деления 2°С.

Эксикатор по ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4, заполненный селикагелем по действующей документации. Не допускается использовать хлорид кальция.

Чашка фарфоровая по ГОСТ 9147-80 с изм. № 1-3.

Шкаф сушильный, обеспечивающий поддержание температуры в пределах (105±2)°С по ГОСТ 14919-83 с изм. № 1-7.

 Навеску 5,00-10,00 г взвешивают в фарфоровой чашке, помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 105±2°С. Перед взвешиванием пробы охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры.

 Время первого высушивания - 2 часа, повторные - каждые 30 минут до тех пор, пока разность между последовательными взвешиваниями не будет превышать 0,01 г.

Для равномерного высушивания навески ее распределяют таким образом, чтобы толщина слоя не превышала 2 мм.

Массовую долю влаги (W) в процентах вычисляют по формуле:

, (13)

 где m - масса пробы до высушивания, г;

5.4.3.4 Метод определения присутствия крахмала и его производных

Полимеры на основе эфиров целлюлозы растворимые в воде, типа КМЦ, не должны содержать крахмала или его производных. По этой причине перед проверкой свойств КМЦ необходимо качественно определить присутствие рассматриваемого продукта. Если крахмал обнаружен, то дальнейших испытаний не требуется, а образец бракуют.

Реагенты и аппаратура

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72 с изм. № 1, 2.

Йодид калия по ГОСТ 4232-74 с изм. № 1, 2.

Гидроксид натрия (NaOH), разбавленный раствор, 0,1 % - 0,5 %.

Мешалка.

Контейнер, со следующими приблизительными размерами: 180 мм (глубина), 97 мм (диаметр верхней части), 70 мм (диаметр днища).

Лопаточка.

Весы с точностью 0,01 г.

Мерная колба, вместимостью 100 мл.

Пастерка или капельница, пластмассовая.

Таймер, механический или электрический, с точностью 0,1 мин во всем рабочем интервале.

pH-метр.

Настоящее испытание определяет присутствие крахмала и его производных в полимерах на основе эфиров целлюлозы, растворимых в воде, типа КМЦ.

Раствор йода/йодида смешивается с раствором анализируемого полимера. В присутствии амилозы (линейная фракция крахмала) образуется окрашенное комплексное соединение.

Готовят раствор йода/йодида, используя мерную колбу вместимостью 100 мл ± 0,1 мл. Добавляют 10 мл ± 0,1 мл раствора йода (0,1 Н). Добавляют 0,60 г ± 0,01 г йодида калия (KI) и растворяют его, осторожно поворачивая мерную колбу. Доводят объем раствора до 100 мл, разбавив его дистиллированной водой, и тщательно перемешивают. Записывают дату приготовления раствора.

Хранят приготовленный раствор йода/йодида в герметизированном контейнере в темном, прохладном и сухом месте. Раствор может использоваться в течение трех месяцев. По истечении этого срока сливают его и готовят новый раствор.

Готовят 5 %-ый раствор исследуемого полимера путем добавления в контейнер 380 г ± 0,1 г дистиллированой воды. Во время перемешивания в мешалке добавляют 20 г ± 0,1 г указанного полимера в течение временного интервала 60 с – 120 с при постоянной скорости вращения ротора мешалки. Полимер, растворимый в воде, должен добавляться в этот прибор вдали от шпинделя крыльчатки для минимизации пылеобразования.

После перемешивания в течение 5 мин ± 0,5 мин вынимают контейнер из мешалки и скоблят его стороны лопаточкой для удаления полимера, прилипшего к стенкам контейнера. Необходимо убедиться в том, что весь полимер, прилипший к лопаточке, добавлен в раствор.

Измеряют pH. Если значение pH меньше 10, повышают значение pH путем добавления разбавленного раствора NaOH по капле.

Ставят контейнер в мешалку и продолжают операцию перемешивания. Полное время перемешивания должно составлять 20 мин ± 1 мин.

Наливают 2 мл ± 0,1 мл раствора полимера в пробирку и добавляют порциями по 3 капли за один раз до 30 капель раствора йода/йодида.

Готовят три холостые пробы, используя только дистиллированную воду, вводя 3, 9 и 30 капель раствора йода/йодида, применяемого для сравнения, соответственно.

После добавления каждых 3 капель осторожно вращают пробирку и сравнивают цвет исследуемого раствора с цветом пустых проб. Сравнение цветов должно происходить на белом фоне.

Исследуемый образец приобретает желтый цвет, сравнимый с цветом холостой пробы тогда и только тогда, когда образец не содержит крахмала или его производных.

Если светло-зеленый цвет переходит в темно-синий цвет либо в растворе либо в осадке, то это указывает на присутствие крахмала (фракция амилозы).

Если светло-розовый цвет переходит в красновато-коричневый цвет, то это указывает на присутствие полизамещенного крахмала, декстрина или крахмалов с высоким содержанием амилопектина.

Появление любого другого цвета является значительным аргументом в пользу присутствия крахмала или его производных.

Мгновенное обесцвечивание указывает на присутствие восстановителя. В этом случае продолжают добавлять капли раствора йода/йодида и сравнивают получаемый цвет.

Присутствие крахмала или его производных противоречит определению продукта и поэтому дальнейшее проведение испытаний бессмысленно.

Весы лабораторные общего назначения любого типа 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г.

Шкаф сушильный электрический лабораторный с автоматическим регулятором, обеспечивающий поддержание температуры 1505⁰С.

рН - метр лабораторный любого типа.

Мешалка.

Колба с тубусом 1-1000 по ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4.

Медь сульфат по ГОСТ 4165-78 с изм. № 1-3, раствор молярной концентрации c(CuSO₄·5H₂O)=0,1 моль/дм³.

Кислота уксусная по ГОСТ 61-75 с изм. № 1-3, раствор молярной концентрации c(CH₃COOH)=6 моль/дм³.

Калий йодид по ГОСТ 4232-74 с изм. № 1, 2.

Натрий серноватистокислый (натрий тиосульфат) по ГОСТ 27068-86, раствор молярной концентрации c(Na₂S₂O₃·5H₂O)=0,1 моль/дм³.

Крахмал по ГОСТ 10163 с изм. № 1, раствор с массовой долей 0,5%.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72 с изм. № 1, 2.

Фильтрат и промывную жидкость из колбы с тубусом количественно переносят в коническую колбу вместимостью 750 см³, добавляют 10 см³ раствора уксусной кислоты, 10 г иодида калия (или 20 см³ раствора с массовой долей 50%), и выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.

Массовую долю основного вещества Х₂, в %, вычисляют по формуле:

, (13)

где V₁ - объем раствора сульфата меди молярной концентрации с(CuSO₄·5H₂O) = 0,1 моль/дм³, см³;

V₂ - объем раствора тиосульфата натрия молярной концентрации c(Na₂S₂O₃·5H₂O) = 0,1 моль/дм³, израсходованный на титрование, см³;

m - масса КМЦ, г;

Х - массовая доля воды в КМЦ, %, определяемая по п.5.4.3.3 настоящих технических условий;

А - масса КМЦ, соответствующая 1 см³ раствора тиосульфата натрия молярной концентрации c c(Na₂S₂O₃·5H₂O) = 0,1 моль/дм³, г, вычисляемая по формуле:

где 162 - молярная масса элементарного звена макромолекулы целлюлозы, г;

80 увеличение молярной массы этого звена при введении в него группы СН₂СООNa, г;

 - степень замещения по карбоксиметильным группам, определяемая по п.4.5 - Определение степени замещения по карбоксиметильным группам ТУ 2231-002-50277563-2000;

2 - коэффициент пересчета, введенный ввиду того, что эквивалент меди при взаимодействии с йодом в два раза больше, чем при взаимодействии с КМЦ.

За результат измерения принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, абсолютное значение допускаемого расхождения между которыми не превышает 2,0 %.

5.4.4 Требования безопасности

5.4.4.1 По степени воздействия на организм полимеры на основе эфиров целлюлозы растворимые в воде относятся к 3 классу опасности - умеренно-опасное вещество (ГОСТ 12.1.007-76 с изм. № 1, 2).

КМЦ не обладает сенсибилизирующим, канцерогенным и кожно-резорбтивным действием, не оказывает влияния на репродуктивную функцию. Кумулятивное действие слабое.

Пыль технической КМЦ при попадании на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и органов зрения вызывает их слабое раздражение. Опасно попадание продукта в органы пищеварения.

При попадании пыли КМЦ в глаза - промыть проточной водой; при ингаляционном отравлении (при вдыхании) - промыть носовую полость и рот водой; при проникновении в желудок - обильное питье воды или молока, свежий воздух, покой, при необходимости обратиться к врачу.

5.4.4.2 Подтверждение соответствия полимеров должно быть проведено с учетом требо­ваний правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности (в соответствии с Приказом № 101 от 12.03.2013 г. Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности»).

Сертификационные испытания полимеров осуществляются в спе­циализированных испытательных центрах (лабораториях), аккредитованных в установленном порядке.

5.4.4.3 Производственные помещения должны быть оборудованы общеобменной вентиляцией, пылящие узлы - местными отсосами. Оборудование и трубопроводы должны обеспечивать герметичность и быть защищены от статического электричества. При пересыпании и дозировании продукта следует избегать сильного пылевыделения.

5.4.4.4 Все работы с КМЦ должны проводиться вдали от огня и источников искрообразования с соблюдением требований пожарной безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 с изм. № 1.

В случае загорания тушить распыленной водой, воздушно-механической пеной, порошком ПФ.

Полимеры должны поставляться в упаковке, исключающей проникновение вла­ги при транспортировке и хранении по ГОСТ 15846-2002.

При отгрузке полимеров должна быть предусмотрена маркировка тары с указани­ем массы, даты изготовления и условий (температуры), срока хранения. Маркировка нано­сится в соответствии с требованиями ГОСТ 14192-96 с изм. № 1-3.

Отклонение по массе одной упаковки (мешка, контейнера) допускается в преде­лах не более ±2 %. Гарантированный срок хранения полимеров должен быть не менее 18 месяцев. Хранение осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 15846-2002.

Настоящий стандарт распространяется на реагенты на основе крахмала и представляют собой растворимый марочный крахмал для буровых растворов при строительстве и ремонте скважин.

Крахмальный реагент должен готовиться с использованием холодной воды, способной к гидратации (пептизированный крахмал) должен быть пригодным для использования в качестве понизителя фильтрации в буровых растворах на водной основе. Реагенты на основе крахмала для обработки буровых растворов представляют собой порошок от белого до кремового цвета, должны быть сыпучим и свободным от комков.

5.5.2 Содержание технических требований

Реагенты на основе крахмала для обработки буровых растворов должны соответ­ствовать следующим требованиям по таблице 10.

Таблица 10 — Технические требования к реагентам на основе крахмала

Наименование показателя	Значение	Метод
1 Массовая доля влаги, %, не более	10	СТО Газпром РД 12.1-150-2005
2 Растворимость в воде	должен выдерживать испытание по п.3.2.	ГОСТ 10163-76 с изм. № 1
3 рН раствора с массовой долей 2% крахмала	4,5-6,0	ГОСТ 10163-76 с изм. № 1
4 Показатель статической фильтрации, мл, не более	10	ISO 13500:2008 (R) (в соленой воде с концентрацией 40 г/л)
		ISO 13500:2008 (R) (в насыщенном солевом растворе)
		СТО Газпром РД 12.1-150-2005 (в соленой воде с концентрацией NaCl - 311 г/л, CaCl2 - 5 г/л, MgCl2 - 5 г/л)
5 Показания по шкале вискозиметра при скорости 600 об \мин, град., не более	18	ISO 13500:2008 (R) (в соленой воде с концентрацией 40 г/л)
	20	ISO 13500:2008 (R) (в насыщенном солевом растворе)
	100	СТО Газпром РД 12.1-150-2005 (в соленой воде с концентрацией NaCl - 311 г/л, CaCl2 - 5 г/л, MgCl2 - 5 г/л)

5.5.3 Методы испытаний

5.5.3.1 Метод определения массовой доли воды

Проведение анализа

Определение проводят по ГОСТ 14870-77 с изм. № 1, 2 путем высушивания в термостате навески препарата массой около 1,0000 г.

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, абсолютное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение, равное 0,5%.

Допускаемая абсолютная суммарная погрешность результата анализа ±0,3% при доверительной вероятности Р = 0,95.