Нефтяная и газовая промышленность материалы буровых растворов технические условия и испытания

Метод основан на измерении объема керосина, вытесняемого точной навеской баритового концентрата, с помощью волюметра Ле Шателье.

Волюметр Ле Шателье.

Керосин осветительный или уайт-спирит.

Печь, температура которой регулируется до 105 °С ± 3 °С.

Эксикатор с использованием сульфата кальция или равноценного вещества в качестве осушителя.

Ванна с постоянной температурой, прозрачная, температура 32 °С ± 0,5 °С, регулируемая с точностью до ± 0,1 °С

Весы с точностью 0,01 г.

Пипетка, мерная, вместимостью 10 мл.

Увеличительное стекло.

Штырь, деревянный, диаметром порядка 8 мм и длиной 30 см или равноценная деталь аналогичного назначения.

Абсорбирующая бумага.

Чашка для взвешивания, низкая, с носиком, вместимостью 100 мл.

Волюметр заполняют керосином до нижней метки, помещают в сосуд с водой, имеющей температуру до 20°С, и выдерживают до тех пор, пока керосин не примет температуру воды (1 ч). Если при этом уровень керосина поднимется выше или опустится ниже ни­жней метки, то нужно соответственно либо убрать избыток кероси­на полоской фильтровальной бумаги, либо долить керосин до мет­ки. Затем навеску баритового концентрата, высушенного до посто­янной массы при 105-110 °С, массой 100,00 г небольшими порци­ями насыпают при легком встряхивании в волюметр до тех пор, пока уровень жидкости не поднимется до верхней метки или до деления ниже этой метки в пределах градуированной части.

Волюметр поворачивают вокруг вертикальной оси до полного прекращения выделения пузырьков воздуха и затем снова выдер­живают в сосуде с водой до тех пор, пока уровень керосина в волю­метре перестанет изменяться. Отсчет уровня керосина до и после высыпания навески производят по нижнему мениску. Остаток на­вески после заполнения волюметра снова взвешивают.

Обработка результатов

Плотность р, г/см³, вычисляют согласно формуле

где т₁ - масса остатка баритового концентрата после заполнения волюметра, г;

Примечание – возможно проведение испытания по ISO 13500:2008 (R) (Приложение А)

Метод основан на потенциометрическом или с помощью инди­каторных бумаг измерений рН водной вытяжки после обработки навески баритового концентрата водой.

рН-метр-милливольтметр или иономер любого типа.

Универсальная индикаторная бумага.

Фильтры бумажные обеззоленные.

Кислота соляная, раствор с объемной долей 3 %.

Вода дистиллированная.

Посуду, применяемую для анализа, обрабатывают горячим рас­твором соляной кислоты, затем тщательно промывают водой.

Проведение испытания

Навеску баритового концентрата массой 10,00 г помещают в ко­ническую колбу вместимостью 250 см³ и прибавляют 90 см³ воды. Колбу закрывают пробкой и содержимое ее сильно встряхивают в течение 1 мин.

Суспензии дают отстояться в течение 5 мин, затем фильтруют через двойной фильтр типа «синяя лента», первые порции фильтра­та отбрасывают.

Определяют значение рН фильтрата по окраске индикаторной бумаги или с помощью рН-метра.

Расхождения результатов параллельных определений d (раз­ность большего и меньшего результатов параллельных определе­ний) и результатов анализа D (разность большего и меньшего ре­зультатов. анализа) при доверительной вероятности Р = 0,95 не должны превышать 0,3 и 0,5 ед. рН соответственно.

5.1.3.3 Метод определения массовой доли водорастворимых солей, на примере кальция

Реактивы и посуда

Водный раствор EDTA, состоящий из 3,72 г ± 0,01 г двунатриевой соли дигидрата этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), разбавленной до конечного объема 1000 мл дистиллированной водой в мерной колбе.

Жесткий буферный раствор, 0,001 моль/л, содержащий 67,5 г ± 0,01 г хлористого аммония и 570 мл ± 1 мл раствора гидроксида аммония (15 мол/л), разбавленный до конечного объема 1000 мл дистиллированной водой в мерной колбе.

Раствор – индикатор жесткости, содержащий 1 г ± 0,01 г Калмагита или равноценного вещества [1-(1-гидрокси-4-метилфенилазо-2-нафтол-4-сульфоновая кислота], разбавленный до конечного объема 1 000 мл дистиллированной водой в мерной колбе.

Деионизированная (или дистиллированная) вода.

Весы, емкостью свыше 100 г, точность которых составляет 0,01 г.

Колба Эрленмейера, номинальной вместимостью 250 мл, оснащенная плотно посаженной пробкой.

Градуированный цилиндр, вместимостью (ТС) 100 мл с делениями 1 мл.

Сосуд для титрования, например, измельчитель, емкостью 100-150 мл.

Серологические пипетки или бюретка с делениями 0,1 мл.

Мерные пипетки вместимостью 10 мл, или равноценные устройства.

Фильтр-пресс или фильтровальная воронка.

Фильтровальная бумага.

Стеклянный контейнер.

Мерная колба, вместимостью 1000 мл.

Мешалка.

Взвешивают 100 г ± 0,05 г барита. Переносят барит в колбу Эрленмейера и добавляют 100 мл ± 1 мл дистиллированной воды. Закупоривают колбу и встряхивают её, как минимум, в течение 5 мин в течение интервала порядка 1 ч или, используя для этой цели дополнительный механический аппарат для встряхивания, в течение 20 мин – 30 мин.

По завершении этой операции фильтруют суспензию через фильтровальный патрон низкого давления или воронку, используя два листа фильтровальной бумаги, и собирают фильтрат в подходящем стеклянном контейнере.

Добавляют в сосуд для титрования 50 мл + 1 мл дистиллированной воды. Добавляют приблизительно 2 мл жесткого буфера и индикатора жесткости в количестве, достаточном для получения четкого синего цвета. Перемешивают круговыми движениями.

Если цвет раствора отличается от четкого синего цвета, то это указывает на загрязнение аппаратуры и/или воды. Определяют и устраняют источник загрязнения и повторяют испытание.

Используя мерную пипетку, отмеряют 10 мл фильтрата и вводят его в сосуд для титрования. Перемешивают круговыми движениями. Появление синего цвета указывает на отсутствие кальциевой жесткости, и испытание на этом завершается. Цвет красного вина может появиться при наличии кальция и/или магния. Записывают значение объема как V₄.

При наличии жесткости приступают к помешиванию и титрованию с использованием раствора EDTA до конечной точки синего цвета. Конечная точка титрования наилучшим образом определяется как точка, в которой введение дополнительного количества EDTA больше не приводит к изменению красного цвета на синий цвет. Объем EDTA, используемый для достижения конечной точки синего цвета, будет использоваться в вычислениях. Записывают значение объема как V₃.

Если конечная точка титрования оказывается нечеткой или неопределяемой, необходимо провести другой анализ, например, атомной абсорбционной спектроскопии.

Вычисляют относительную массу растворимых щелочноземельных металлов, например, кальция, W_АЕМ мг/кг, по формуле:

где V₃ - объем используемой EDTA, мл;

V₄ - объем используемого фильтрата, мл.

Примечание – возможно проведение испытания по ГОСТ 4682-84 с изм. № 1-3 (Приложение Б).

Тигли платиновые.

Весы лабораторные 2-го класса точности.

Колбы конические вместимостью 250, 500 см³.

Стаканы В-1-25 (250, 600) ТХС.

Стакан вместимостью 250 см³.

Фильтры обеззоленные типов «белая лента» и «синяя лента».

Тигли фарфоровые.

Электропечь муфельная, обеспечивающая температуру нагрева до 1000°С.

Кислота серная, 10%-ный раствор.

Кислота соляная и разбавленная 1:1 и 1:100.

Калий углекислый - натрий углекислый безводный.

Натрий углекислый безводный или аммоний углекислый, 1%-ный раствор.

Серебро азотнокислое, 2%-ный раствор.

Вода дистиллированная.

Натрий хлористый.

Кислота азотная.

Аммоний роданистый, раствор с массовой долей 25%.

0,5 г баритового концентрата, взвешенного с погреш­ностью не более 0,0002 г, помещают в коническую колбу или ста­кан вместимостью 250 см³, прибавляют 10-15 см³ соляной кислоты, нагревают 5 мин, добавляют 2,5-5 см³ азотной кислоты и кипятят 5-10 мин. Добавляют около 1 г хлористого натрия, вы­паривают раствор почти досуха. Приливают 5 см³ соляной кис­лоты и вновь выпаривают досуха. К остатку прибавляют 5 см³ со­ляной кислоты, нагревают 1-2 мин, добавляют 100 см³ воды, кипятят 3-5 мин и охлаждают в проточной воде в течение 1 ч.

Содержимое колбы фильтруют через фильтр типа «синяя лен­та», уплотненный фильтробумажной массой. Фильтр с осадком промывают раствором соляной кислоты, разбавленной 1:100, до отрицательной реакции на трехвалентное железо (проба с рода­нистым аммонием). Фильтрат может быть использован для опре­деления железа, суммы кальция и магния. Осадок с фильтром переносят в платиновый тигель, сушат, озоляют и прокаливают при 700-800°С. Прокаленный осадок перемешивают с 5-6 г уг­лекислого калия - натрия, покрывают сверху 1 г этого же реак­тива и сплавляют в муфельной печи при 850-900°С до полного расплавления смеси.

Остывший тигель с плавом помещают в стакан вместимостью 250 см³, приливают 100 см³ горячей воды и нагревают до полного выщелачивания плава и превращения его в тонкий порошок.

Тигель обмывают горячей водой. Осадок углекислых солей от­фильтровывают на фильтр типа «белая лента», уплотненный фильтробумажной массой, промывают четыре-пять раз горячим 1%-ным раствором углекислого натрия или аммония, затем три-четыре раза горячей водой. Осадок с фильтра смывают горячей водой в стакан, где проводилось выщелачивание, и растворяют в 10 см³ соляной клслоты 1:1 при нагревании. Раствор фильтруют через тот же фильтр в чистую коническую колбу вместимостью 500 см³ или стакан вместимостью 600 см³. Фильтр промывают 8-10 раз горячей водой. Фильтрат, объем которого должен быть 250-300 см³, нагревают до кипения, прибавляют 10 см³ горячего рас­твора серной кислоты и кипятят в течение 5 мин до коагуляции осадка. Раствор с осадком сульфата бария оставляют на теплом месте при 60-70°С 2-3 ч или при 15-20°С не менее чем на 12 ч. Затем осадок отфильтровывают на фильтр типа «синяя лента», уплотненный фильтробумажной массой; осадок на фильтре промывают теплой водой до отрицательной реакции на ион хлора (проба с азотнокислым серебром).

Фильтр с осадком переносят во взвешенный фарфоровый тигель, осторожно, без воспламенения, озоляют и прокаливают в муфельной печи при 800-850°С в течение 30-40 мин. Тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Массовую долю сернокислого бария (X) в процентах вычисля­ют по формуле:

где m₁ - масса прокаленного осадка, г;

m - масса навески баритового концентрата, г.

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Разность между резуль­татами параллельных определений и двух анализов не должна превышать допускаемых расхождений, приведенных в таблице 2:

Таблица 2 — Допускаемое расхождение, %, между результатами

Гексаметафосфат натрия.

Печь, температура которой регулируется вплоть до 105 °C + 3 °C.

Эксикатор с использованием сульфата кальция или равноценного вещества в качестве осушителя.

Весы с точностью 0,01 г.

Мешалка.

Сетчатый фильтр с диаметром отверстий 75 мкм, приблизительные размеры которого составляют: диаметр 76 мм и расстояние от верхней части рамы до проволочной ткани 69 мм.

Распылительная насадка, прикрепляемая к водоводу с коленчатым патрубком под углом 90°.

Регулятор давления воды, регулирующий давление до 69 кПа + 7 кПа (10 фунтов на кв.дюйм + 1 фунт на кв.дюйм).

Выпарная чашка или равноценная по назначению посуда.

Промывалка.

Помещают приблизительно 60 г сухого барита в эксикатор.

Взвешивают 50 г + 0,01 г сухого барита. Записывают значение массы как m. Добавляют взвешенный образец в приблизительно 350 мл воды, содержащей порядка 0,2 г гексаметафосфата натрия. Перемешивают с помощью мешалки в течение 5 мин + 1 мин.

Переносят образец в сетчатый фильтр с отверстиями диаметром 75 мкм. Используют промывалку для удаления всех материалов из контейнера в сетчатый фильтр. Промывают материал на сетчатом фильтре водой из распылительной насадки, давление которой контролируется до значения 690 кПа + 35 кПа (100 фунтов на кв. дюйм + 7 фунтов на кв.дюйм), в течение 2 мин + 15 с. Во время промывания держат наконечник распылительной насадки в плоскости верхней части сетчатого фильтра и перемещают струю воды над образцом.

Смывают остаток из сетчатого фильтра в тарированную выпарную чашку и декантируют избыточную прозрачную воду.

Высушивают остаток в печи до постоянной массы. Записывают значение массы остатка m₂ и полное время высушивания.

Массовую долю остатка, состоящего из частиц диаметром более 75 мкм, W₁, в процентах, вычисляют по формуле:

где m – масса образца сухого барита, г;

m₂ – масса высушенного остатка, г.

5.1.3.6 Метод определения массовой доли фракции, диаметр частиц которого не превышает 6 мкм

Реагенты и аппаратура

Цилиндр мерный, на стенку которого наносят две метки: первую - на расстоянии 5 см от дна, вторую - на расстоянии 30 см от первой метки.

Чашка фарфоровая.

Проведение анализа

В цилиндр помещают продукт, прошедший сквозь сито при определении остатка после просева по ГОСТ 24598 с изм. № 1, наполняют его водой до второй метки и перемешивают в течение 5 мин, следя за тем, чтобы перемешивание происходило по всей высоте жидкости.

Суспензии дают отстояться в течение времени t, мин, вычисляемое по формуле:

, (5)

где 300 - высота столба жидкости в цилиндре, мм;

545 - постоянная величина;

0,006 - диаметр определяемых частиц;

ρ - плотность баритового концентрата, г/см³.

Погрузив сифон в цилиндр до нижней метки, сливают жидкость с неосевшими частицами. Цилиндр снова наполняют водой до верхней метки и повторяют отмучивание до полного осветления слива.

Остаток на дне сосуда переносят в предварительно высушенную при 105-110 °С фарфоровую чашку и высушивают его до постоянной массы при той же температуре, охлаждают и взвешивают с точ­ностью до 0,01 г.

Обработка результатов

Массовую долю фракции 6 мкм X, %, вычисляют по формуле:

где m₁ - масса остатка на сетке после просева по ГОСТ 24598 с изм. № 1;

Примечание – проведение испытания можно проводить по ISO 13500:2008 (R) (Приложение В).

Баритовый концентрат принимается партиями. Партией счи­тают любое количество продукта, однородного по своим показателям качества, сопровождаемое одним документом о качестве, содержащим:

- наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак;

- наименование продукта, класс и марку;

- номер партии и дату изготовления;

- массу партии;

- технические характеристики.

Для проверки баритового концентрата на соответствие требованиям настоящего стандарта пробу отбирают по ГОСТ 14180-80 с изм. № 1, 2 для неупакованного продукта или от 5% упаковочных единиц, но не менее чем от пяти упаковочных единиц продукции при малых партиях.

При получении неудовлетворительных результатов анализа хотя бы по одному из показателей проводят повторный анализ на удвоенной выборке той же партии. Результаты повторного анализа распространяются на всю партию.

5.1.5 Требования безопасности

Баритовый концентрат относится к малоопасным продуктам, так как содержит до 95% сернокислого бария в виде минера­ла барита и до 4,5% кристаллической двуокиси кремния, относящихся к 4-му классу опасности.

Вид опасности - фиброгенное действие на организм.

Пыль баритового концентрата поступает в организм человека через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт и вызывает профессиональное заболевание легких - пневмокониоз.

Барит и двуокись кремния в воде практически нерастворимы.

Баритовый концентрат не образует в присутствии других веществ или факторов токсичных соединений в воздушной среде и сточных водах.

Баритовый концентрат пожаровзрывобезопасен.

Каждый работающий с баритовым концентратом должен пройти инструктаж по правилам 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»).

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

При отгрузке 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.

Хранение должно осуществляться в соответствии с требованиями ГОСТ 15846-2002.

Марочный гематит для буровых растворов производится из промышленных руд и может производиться из отдельной руды или смесей гематитных руд. Гематитные руды могут являться продуктом, полученным прямой добычей, или обработанным материалом. Небольшие количества обычных побочных минералов, исключая минерал оксида железа (Fe₂O₃), включают диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция и оксид магния.

Гематит, применяемый для буровых растворов должен соответствовать следующим техническим требованиям настоящего стандарта из таблицы 3.

Таблица 3 — Технические требования к гематиту

Наименование показателя	Значение	Метод
1 Плотность, г/см3, не менее	5,05	ГОСТ 30240.5-95
2 Остаток, размер частиц которого превышает 75 мкм, %, не более	1,5	ISO 13500:2008 (R)
3 Частицы, эквивалентный сферический диаметр которых менее 6 мкм, %, не более	15	ISO 13500:2008 (R)

5.2.3 Методы испытаний

При оценке технической характеристики гематита используются мето­ды испытаний из таблицы 4.

Таблица 4 — Методы испытаний гематита

Наименование технического показателя	Ссылка на метод испытания
1 Плотность	Проведение испытаний согласно п.5.1.3.1
2 Остаток, размер частиц которого превышает 75 мкм	Проведение испытаний согласно п.5.1.3.5
3 Частицы, эквивалентный сферический диаметр которых менее 6 мкм	Проведение испытаний согласно п.5.1.3.6

Примечание – испытания по показателю «Частицы, эквивалентный сферический диаметр которых менее 6 мкм» проводят согласно п.5.1.3.6., константу образца, Ks, определяют согласно Таблице 5 или по Приложению В.

Таблица 5 — Константа образца, Ks, для гематита (образец массой 80,0 г)