Растворы буровые
Вычисление эффективности понизителя вязкости
жүктеу/скачать 1.27 Mb.
|
14.8 Вычисление эффективности понизителя вязкости Вычислить эффективность понизителя вязкости, e, выраженную как процентное соотношение характеристик испытательной пробы относительно характеристик эталонной пробы лигносульфоната или другого понизителя вязкости, по Формуле (25):  , (25)
где ps - характеристика испытательной пробы, например предел текучести или предельное статическое напряжение сдвига, определяемые в соответствии с ISO 10414-1; pr – характеристика эталонного понизителя вязкости, например предел текучести или предельное статическое напряжение сдвига, определяемые в соответствии с ISO 10414-1. 15 Испытания базовых масел, используемых в буровых растворах 15.1 Общие положения Настоящий раздел предоставляет краткое описание методов испытаний ASTM, которые были пересмотрены Подкомитетом API 13 «Материалы для буровых растворов» и признаны приемлемыми для испытаний базовых масел, используемых в буровых растворах и жидкостях для глушения скважины на нефтяной основе. Если процедура также описывается в международном стандарте как более общий случай, то международный стандарт имеет преимущество по отношению к национальному стандарту, такому как ASTM или IP. Национальные стандарты (ASTM, IP) предоставляются в случае единственной процедуры. 15.2 Реактивы и оборудование Должны использоваться реактивы и оборудование, установленные в соответствующем международном стандарте, стандарте ASTM или IP. Данные реактивы и испытательное оборудование являются обязательными для правильного и безопасного выполнения испытаний, а также для получения результатов, отвечающих требованиям ISO. Данные реактивы и испытательное оборудование приведены в настоящем стандарте только в общих чертах. 15.3 Плотность, относительная плотность (удельный вес), или плотность в градусах API (см. ISO 3675) 15.3.1 Принцип Данный метод распространяется на лабораторное определение плотности, относительное плотности (удельного веса) или плотности в градусах API сырой нефти, нефтепродуктов или смесей нефтепродуктов с другими веществами, находящихся в жидкой фазе при нормальных условиях и имеющих давление паров по Рейду 180 кПа (1,8 бар; 26 фунт/кв. дюйм) или менее (см. ISO 3007). Значения измеряются ареометром при удобных температурах, показания плотности, относительной плотности (удельного веса) и плотности в градусах API уменьшаются до температуры 16 °C (60 °F), в соответствии с переводными таблицами для нефтепродуктов, приведенными в ISO 91-1. Посредством данных таблиц значения, определенные в любой из трех систем измерения, могут быть преобразованы в эквивалентные значения любой из других двух систем так. В промышленности буровых растворов наиболее широко применяются единицы относительной плотности (удельного веса). 15.3.2 Краткое описание метода Проба доводится до заданной температуры и перемещается в цилиндр, имеющий аналогичную температуру. Соответствующий ареометр погружается в пробу. После установления температурного равновесия считываются показания ареометра и записывается температура пробы. При необходимости цилиндр и его содержимое могут быть помещены в водяную баню с постоянной температурой для предотвращения колебаний температуры во время испытания. 15.4 Определение плотности и относительной плотности жидкостей с помощью цифрового денситометра (см. ASTM D 4052) 15.4.1 Принцип Данный метод распространяется на определение плотности или относительной плотности дистиллятов перегонки нефти и вязких масел, которые находятся в жидком состоянии при испытательных температурах от 16 °C до 35 °C (от 60 °F до 95 °F). Применение данного метода ограничивается жидкостями с давлениями паров менее 80 кПа (11 фунт/кв. дюйм) и вязкостью менее 0,015 м2/с при температуре испытания. Данный метод не следует применять к пробам с темным цветом, в которых не может быть точно установлено отсутствие воздушных пузырей в ячейке для пробы. 15.4.2 Краткое описание метода Проба жидкости объемом 0,7 мл вводится в колеблющуюся трубку для пробы цифрового денситометра. Изменение в частоте колебания, вызванное изменением массы трубки, используется совместно с градуировочными данными для определения плотности пробы. 15.5 Кинематическая вязкость прозрачных и непрозрачных масел — Метод калиброванной капиллярной трубки (см. ISO 3104) 15.5.1 Принцип Данный метод распространяется на определение кинематической вязкости (мера сопротивления потоку под действием силы тяжести) жидких нефтепродуктов, прозрачных и непрозрачных, с помощью измерения времени, необходимого для протекания данного объема жидкости через калиброванный стеклянный капиллярный вискозиметр. Динамическая вязкость может быть получена, умножив измеренную кинематическую вязкость на плотность жидкости. 15.5.2 Краткое описание метода Время, в секундах, измеряется для фиксированного объема пробы жидкости для протекания через капилляры калиброванного вискозиметра под действием воспроизводимого давления столба жидкости при регулируемой температуре. Кинематическая вязкость представляет собой произведение измеренного времени для вытекания и калибровочной константы вискозиметра. Испытательными температурами наиболее часто выбираются 40 °C и 70 °C (105 °F и 160 °F) для базовых масел за исключением случаев, когда данные температуры могут вызвать опасность воспламенения или вспышки во время испытания. 15.6 Дистилляция (см. ISO 3405) 15.6.1 Принцип Данный метод распространяется на дистилляцию моторных бензинов, авиационных керосинов, авиационных турбинных топлив, растворителей со специальными точками кипения, нафты, светлых растворителей, керосинов, газойля, дистиллятных топлив и аналогичных нефтепродуктов. 15.6.2 Краткое описание метода Проба объемом 100 мл дистиллируется при заданных условиях, которые являются соответствующими для характеристик пробы согласно ISO 3405:2000, Таблица 1. Производится систематическое наблюдение за показаниями термометра и объемами конденсата, и по этим данным вычисляются и записываются результаты испытаний. Важные находимые значения температуры следующие: a) начальная точка кипения, при которой конденсируется первая капля; b) конечная точка кипения, при которой достигается максимальная температура; c) температура конца разгонки, при которой в колбе испаряется последняя капля. 15.7 Анилиновая точка и смешанная анилиновая точка (см. ISO 2977:1997) ПРИМЕЧАНИЕ Применение ISO 2977 может потребовать применение опасных материалов, процедур и оборудования. ISO 2977 не распространяется на вопросы техники безопасности, связанными с его использованием. Ответственностью пользователя стандарта является установить надлежащую безопасность и определить применимость обязательных норм перед использованием. 15.7.1 Принцип Данные методы испытаний распространяются на определение анилиновой точки нефтепродуктов и углеводородных растворителей. Метод 1 (ISO 2977:1997, Приложение A) является подходящим для прозрачных проб с начальной точкой кипения выше комнатной температуры, имеющих анилиновую точку ниже точки начала кипения и выше температуры затвердевания смеси анилина с пробой. Метод 2 (ISO 2977:1997, Приложение B) - метод тонкой пленки, является подходящим для проб темного цвета, которые невозможно испытать методом 1. Методы 3 (ISO 2977:1997, Приложение C) и 4 (ISO 2977:1997, Приложение D) являются подходящими для проб, которые могут значительно испаряться в анилиновой точке. Метод 4 в частности подходит для малых проб. Метод 5 (ISO 2977:1997, Приложение E) устанавливает процедуру с использованием автоматического оборудования, подходящую для диапазона жидкостей, охваченного методами 1 и 2. Данные методы испытаний также распространяются на определение смешанной анилиновой точки нефтепродуктов и углеводородных растворителей, имеющих анилиновую точку ниже температуры, при которой анилин кристаллизуется в смеси анилина с пробой. 15.7.2 Краткое описание методов Метод 1 и метод 2 являются наиболее применимыми в производстве буровых растворов для испытаний базовых масел. Заданные объемы анилина и пробы масла (или анилина, пробы и н-гептана) помещаются в трубку и перемешиваются механическим способом. Смесь нагревается при контролируемой скорости до тех пор, пока данные две фазы не становятся смешивающимися. Затем смесь охлаждается при контролируемой скорости, и температуре, при которой две фазы начинают отделяться и проявляется помутнение, записывается как анилиновая точка (или смешанная анилиновая точка, если н-гептан используется в качестве растворителя). 15.8 Точка кристаллизации (см. ISO 3016) 15.8.1 Принцип Испытания для определения точки кристаллизации предназначаются для любых углеводородных масел. Процедура, подходящая для темных масел, цилиндровых масел и мазутов, приведена в ISO 3016. 15.8.2 Краткое описание метода После предварительного нагревания проба охлаждается при заданной скорости и исследуется в промежутках через 3 °C (5 °F) на характеристики текучести. Наименьшая температура, при которой наблюдается движение масла, записывается как точка кристаллизации. 15.9 Температура вспышки в закрытом тигле Пенски-Мартенса (см. ISO 2719) 15.9.1 Принцип Данный метод распространяется на определение температуры вспышки в закрытом тигле Пенски-Мартенса мазута, суспензий твердых частиц, жидкостей, которые формируют поверхностную пленку при испытательных условиях, и прочих жидкостей. Данный метод не рекомендуется для испытаний эмульсий воды и нефти, таких как буровые растворы. 15.9.2 Краткое описание метода Проба масла нагревается в тигле при медленной, постоянной скорости с непрерывным перемешиванием. Маленькое пламя направляется в тигель через определенные интервалы времени без прерывания перемешивания. Температурой вспышки является наименьшая температура, при которой применение испытательного пламени вызывает возгорание паров пробы. 15.10 Содержание ароматических углеводородов (см. IP 391 или ASTM D 5186) 15.10.1 Принцип 15.10.1.1 Общие положения Методы по ASTM и IP измеряют «содержание ароматических углеводородов» масел для буровых растворов, дистиллятов нефтепродуктов и дизельных топлив. Пользователю следует знать, что исследования масел со сложным составом двумя методами могут дать различные значения содержания ароматических углеводородов. Причина различия состоит в том, что два различных прибора разделяют ароматические компоненты различными способами, и детекторы приборов функционируют по различным принципам. Приборы для методов IP являются более доступными и менее дорогими, чем приборы для методов ASTM. Метод ASTM использует систему колонки и детектора, предоставляющую лучшее представление типов ароматических углеводородов в маслах со сложным составом. Метод ASTM не позволяет измерить низкие концентрации ароматических углеводородов. 15.10.1.2 IP 391 Метод по IP 391 является подходящим для определения фракций моноциклических, бициклических и трициклических ароматических углеводородов в маслах для буровых растворов и в дистиллятах нефтепродуктов, выкипающих в диапазоне от 140 °C до 360 °C (от 285 °F до 680 °F) с бромным индексом менее 1,0 (определенным в соответствии с ISO 3839). Данный метод является подходящим для концентраций от 0,05 % до 25 % по объему моноциклических ароматических углеводородов и от 0,05 % до 5 % по объему бициклических и трициклических ароматических углеводородов. Более высокие концентрации требуют соответствующего растворения. ПРИМЕЧАНИЕ Компоненты, содержащие кислород, или азот, могут вызвать ошибочные результаты для метода IP. 15.10.1.3 ASTM D 5186 Метод ASTM D 5186 является подходящим для определения ароматических компонентов в топливах с концентрациями от 5 % до 75 % по массе. 15.10.2 Краткое описание метода IP 391 Проба масла объемом от 5 мкл до 10 мкл вводится в жидкостный хроматограф, оборудованный полярной разделительной колонкой с гексаном в качестве подвижной фазы. Колонка разделяет ароматические компоненты на моно - би- и трициклические фракции, которые появляются как точки пика на хроматограмме. Фракции идентифицируются дифференциальными детекторами показателя преломления при выходе из колонки. Процентное соотношение определяется интегрированием площади под пиками на основе предыдущей калибровки с известными концентрациями ароматических соединений. 15.10.3 Краткое описание метода ASTM D 5186 Проба масла объемом от 0,05 мкл до 0,2 мкл вводится в закрытую кварцевую колонку с сверхкритическим углекислым газом в качестве подвижной фазы. Ароматические компоненты в пробе отделяются от неароматических компонентов адсорбцией в кварцевой капиллярной колонке. Компоненты измеряются пламенно-ионизационным детектором при выходе из колонки. Концентрации вычисляются по площади пикововых областей на основе предыдущей калибровки с известными концентрациями ароматических соединений. 16 Содержание ионов калия – Метод ион-селективного электрода 16.1 Принцип 16.1.1 Соединения калия, прежде всего хлорид, и в меньшей степени гидроксид, используются в буровых растворах для стабилизации формаций глин и/или сланцев. Метод ион-селективного электрода (ISE) может обеспечить точные, количественные данные по пробам с диапазоном концентрации иона калия от нескольких миллиграммов на 1 литр до насыщения. 16.1.2 Измерение концентрации иона калия методом ISE имеет сходство с измерением pH и может выполняться с аналогичной простотой. Обе процедуры основаны на измерении разности потенциалов между чувствительным электродом и электродом сравнения. В зависимости от используемых приборов импульс представляется в виде показания реального потенциала или в какой-либо форме прямого показания концентрации. 16.1.3 Для одновалентных ионов, таких как водород и калий, разность потенциалов между чувствительным электродом и электродом сравнения теоретически равняется 59 мВ для десятикратного изменения активности измеряемого иона. Реальная разность потенциалов несколько ниже, приблизительно 56 мВ ± 2 мВ для электродной системы калия. Данное значение определяется как наклон на графике электродной системы. 16.1.4 Следует отметить, что реальным измеряемым свойством является активность, а не концентрация. Активность любых разновидностей ионов сильно зависит от общей ионной силы раствора. Метод может применяться до тех пор, пока общая ионная сила считается постоянной. Данная процедура обеспечивает постоянную фоновую общую ионную силу, добавлением раствора хлорида натрия во все стандарты и пробы. 16.1.5 При условиях данного метода испытания ни один из материалов, обычно встречающихся в отфильтрованных пробах буровых растворов, не является помехой. Погрешность, являющаяся результатом загрязнения натрием, устраняется обеспечением высокого постоянного фонового уровня натрия с помощью хлорида натрия в качестве раствора ISA. Относительно высокое разбавление уменьшает прочие возможные помехи до незначительного уровня. 16.2 Реактивы и оборудование 16.2.1 Хлорид калия, стандартный раствор, ρ = 1 г/л. Раствор является легко доступным от большинства организаций, занимающихся поставками лабораторных реактивов. Также раствор может быть приготовлен, растворив 1,907 г KCI, чистого для анализа, в деионизированной или дистиллированной воде и доведя объем до 1 л. Высушить KCI в сушильном шкафу при температуре 105 °C ± 3 °C (220 °F ± 5 °F) в течение 2 ч и хранить во влагопоглотителе до приготовления стандартного раствора. 16.2.2 Хлорид натрия, раствор, cNaCl = 5 моль/л. Растворить 292 г хлорида натрия, чистого для анализа, в деионизированной или дистиллированной воде и довести объем до 1 л. Данный раствор используется в качестве ISA и для обеспечения высокой, постоянной фоновой концентрации натрия. 16.2.3 Хлорид натрия, раствор, cNaCl = 0,1 моль/л, насыщенный ионами серебра. Растворить 2 мл раствора хлорида натрия с концентрацией 5 моль/л в 100 мл деионизированной или дистиллированной воды. Каплями добавлять раствор нитрата серебра до образования помутнения. Данный раствор используется в качестве внутреннего заполняющего раствора для электрода сравнения с одним соединением. 16.2.4 Иономер или pH-метр. Любой коммерчески доступный прибор является подходящим, если прибор может предоставить показания по милливольтной шкале с ценой деления не более 0,1 мВ. Аналоговое или цифровое показание является приемлемым. Предпочтительным для использования является прибор с цифровыми показаниями и средствами управления, которые обеспечивают прямое показание концентрации после соответствующей калибровки. 16.2.5 ISE калия, электрод из калия. Модель Orion 93-19, электрод, состоящий из двух частей: многократно используемого корпуса и одноразового навинчиваемого модуля. Только модуль требует замены. Средний срок службы каждого модуля составляет шесть месяцев. 16.2.6 Электрод сравнения, с одним соединением. ПРИМЕЧАНИЕ Чувствительный электрод и электроды сравнения являются доступными с прочными эпоксидными корпусами. 16.2.7 Магнитная мешалка, с покрытыми вертушками. 16.2.8 Мензурки, объемом 150 мл, из боросиликатного стекла или пластмассы. 16.2.9 Пипетки, градуированные, различных размеров, для приготовления растворов проб и стандартов. Использование микролитровых пипеток с одноразовыми пластмассовыми кончиками является удобным для растворения отфильтрованных проб буровых растворов, если количество доступного фильтрата ограничивается или требуется чрезвычайно высокое растворение. 16.2.10 Миллиметровая бумага, с 3 или 4 полулогарифмическими циклами, для построения калибровочных кривых. 16.2.11 Колбы, градуированные, различных размеров, для приготовления калибровочных стандартов и растворения отфильтрованных проб. 16.3 Подготовка электродов 16.3.1 Если используется электрод Orion 93-19, извлечь чувствительный модуль из ампулы и закрутить его в корпус электрода, приняв меры, чтобы резиновая шайба находилась на месте. 16.3.2 Встряхнуть электрод аналогично встряхиванию медицинского ртутного термометра. 16.3.3 Погрузить электрод в деионизированную или дистиллированную воду на 10 мин, затем хранить в растворе калия, содержащем от 10 мг/л до 100 мг/л калия до использования. 16.3.4 С помощью капельницы или шприца заполнить электрод сравнения с одним соединением раствором хлорида натрия с концентрацией 0,1 моль/л (насыщенного ионами серебра) (см. 16.2.3). 16.3.5 При подготовке к использованию других типов чувствительного электрода и электродов сравнения следовать инструкциям изготовителя. 16.4 Эксплуатационная проверка электродной системы 16.4.1 Два свойства электродной системы, имеющие наибольшее влияние на точность и воспроизводимость, представляют собой наклон и стабильность. Наклон определяется как изменение в наблюдаемом потенциале при увеличении концентрации в 10 раз. Стабильность показаний является индикатором количества шума (быстро, непрерывно изменяющиеся показания) и отклонения (показания, медленно изменяющиеся в одном направлении). 16.4.2 При выполнении начальной калибровки со стандартными растворами согласно инструкциям по 16.5 или 16.6, записать реальный измеренный потенциал для стандартных растворов с концентрациями 10 мг/л и 100 мг/л. Для нового электрода из калия (или чувствительного модуля), разность между двумя показаниями должна быть в диапазоне от 54 мВ до 59 мВ. Наклон обычно уменьшается со временем. Заменить электрод (или модуль), когда наклон достигнет 48 мВ. 16.4.3 Если при выполнении начальной калибровки существует признак шума или отклонения обратиться к разделу поиска и устранения неисправностей инструкции электродной системы. Существует множество возможных причин для данных эффектов в любой электродной системе, и причина обычно находится только в процессе устранения. Если лаборант не способен достигнуть стабильного уровня, который отвечает техническим требованиям изготовителя, заменить чувствительный электрод (или модуль). 16.5 Измерения с помощью прибора с прямым показанием концентрации 16.5.1 Приготовить стандарты калия с концентрацией 100 мг/л и 10 мг/л последовательным разбавлением стандартного раствора с концентрацией 1 г/л. 16.5.2 Добавить раствор ISA (5 моль/л хлорида натрия) в каждый стандартный раствор по 2 мл на 100 мл стандарта. 16.5.3 Перелить стандарты в мензурки объемом 150 мл. Поместить стандарт с концентрацией 10 мг/л в магнитную мешалку и перемешать при умеренной скорости вращения. Погрузить электроды. 16.5.4 Дождаться устойчивых показаний (необходимо от 1 мин до 2 мин), затем отрегулировать средства управления для отображения концентрации калия в стандарте согласно процедуре, описанной в инструкции прибора. 16.5.5 Извлечь электроды, промыть дистиллированной водой, вытереть насухо и погрузить в стандарт с концентрацией 100 мг/л. Перемешать при умеренной скорости вращения. 16.5.6 Дождаться устойчивых показаний, затем отрегулировать средства управления для отображения концентрации калия в стандарте. Прибор и электродная система теперь откалиброваны. 16.5.7 Приготовить отфильтрованную пробу бурового раствора, разбавленную в пропорции 1:1000. 16.5.8 Перелить 100 мл разбавленной пробы в мензурку объемом 150 мл, добавить 2 мл ISA и перемешать при умеренной скорости вращения. 16.5.9 Промыть электроды дистиллированной водой, вытереть насухо, погрузить в пробу и дождаться устойчивых показаний. Значение показания на дисплее прибора является концентрацией калия в разбавленной пробе. Данное значение, умноженное на коэффициент растворения (1000 в данном случае), дает концентрацию калия в первичной пробе. ПРИМЕЧАНИЕ Значения концентрации выше или ниже концентраций стандартов для калибровки являются верными, так как стандарты с концентрацией 10 мг/л и 100 мг/л являются серединой области линейного отклика электрода из калия. жүктеу/скачать 1.27 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|