Нефтяная и газовая промышленность материалы буровых растворов технические условия и испытания

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

Колба Кн-2-250-34 по ГОСТ 25336-82 с изм. № 1.

Цилиндр 1(3)-100 по ГОСТ 1770-74 с изм. № 1-10.

Лабораторные весы 2-го класса точности с наибольшим пределом взвеши­вания 200 г и 3-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 500 г или 1 кг (или 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г).

Проведение анализа

2,00 г препарата помещают в коническую колбу, смачивают 10 см³ воды, взбалтывают, приливают 90 см³ воды, нагретой до 90-95°С, нагревают до кипения и кипятят 1 мин.

Препарат считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если раствор будет прозрачный или слегка опалесцирующий, не застывающий при охлаждении до 20°С.

Раствор сохраняют для определения рН раствора.

Определение рН раствора с массовой долей 2% крахмала, приготовленного по п. 3.2, проводят на иономере универсальном ЭВ-74 или другом приборе с пределом допускаемой основной погрешности ±0,05 рН.

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, абсолютное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение, равное 0,2 рН.

Допускаемая абсолютная суммарная погрешность результата анализа ±0,1 рН при доверительной вероятности Р = 0,95.

Стандартный глинопорошок - глинопорошок с регламентированными характеристи­ками типа: Bentolux API-A (ТУ 2458-013-81065795-2009, стандарт API спец. 13А разд. 11) или Бентокон - Основа (ТУ 5751-002-58156178-02).

Хлорид натрия.

Хлористый кальций.

Хлористый магний.

Бикарбонат натрия.

Дистиллированная вода.

Термометр, с точностью до ± 0,5 °C.

Весы с точностью 0,01 г.

Мешалка диаметром равным 25 мм.

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

Контейнер, стеклянный, вместимостью порядка 500 мл, с крышкой.

Контейнер, с пробкой или крышкой, для солевых растворов.

Лопаточка.

Мерная колба, вместимостью 1 000 мл.

Для измерения показателя фильтрации могут быть использованы:

- фильтр-пресс по АPI,

- фильтр-пресс ФЛР,

- прибор ВМ-6,

- прибор УИВ-2М.

Таймеры, два, механические или электрические, с точностью 0,1 мин во всем рабочем диапазоне.

Три градуированных цилиндра, вместимостью 10 мл ± 0,1 мл (TC), 100 мл ± 1 мл (TC) и 500 мл± 5 мл (TC).

Водяная баня, в которой устанавливается температура 20 °С – 25 °С.

Вискозиметр с прямой индикацией с механическим приводом:

- по АPI (ISO 10414-1),

- ротационный вискозиметр ZM-1001

- ротационный вискозиметр ВИАМ.

5.5.3.4.1 Проведение испытаний в соленой воде с концентрацией 40 г/л

Готовят солевой раствор с концентрацией 40 г/л путем добавления 40 г ± 0,1 г хлорида натрия в мерную колбу вместимостью 1000 мл и разбавления его дистиллированной водой до отметки, нанесенной на колбе. Тщательно перемешивают.

Готовят суспензию на основе глины путем добавления в контейнер 350 мл ± 5 мл солевого водного раствора с концентрацией соли 40 г/л. Добавляют 1,0 г ± 0,01 г бикарбоната натрия и перемешивают в мешалке в течение приблизительно 1 мин.

Во время перемешивания в мешалке медленно добавьте 35,0 г ± 0,1 г оценочной базовой глины Bentolux API-A / Бентокон-Основа.

После перемешивания в течение 5 мин ± 0,1 мин вынимают контейнер из мешалки и скоблят его стороны лопаточкой для удаления глины, прилипшей к стенкам контейнера. Необходимо убедиться в том, что вся глина, прилипшая к лопаточке, добавлена в суспензию.

Устанавливают контейнер в мешалке и продолжают операцию перемешивания. Может возникнуть необходимость в удалении контейнера из мешалки и очистке его стенок от глины, прилипшей к ним, по завершении вторых 5 мин и спустя 10 мин. Полное время перемешивания должно составлять 20 мин ± 1 мин.

Во время перемешивания в мешалке добавьте в суспензию 3,50 г ± 0,01 г крахмала, причем эта операция должна выполняться при постоянной скорости вращения в течение порядка 60 с.

После перемешивания в течение 5 мин ± 0,1 мин вынимают контейнер из мешалки и скоблят его стороны лопаточкой для удаления крахмала, прилипшего к стенкам контейнера. Необходимо убедиться в том, что весь крахмал, прилипший к лопаточке, добавлен в суспензию.

Устанавливают контейнер в мешалке и продолжают операцию перемешивания. Может возникнуть необходимость в удалении контейнера из мешалки и очистке его стенок от крахмала, прилипшего к ним, по завершении вторых 5 мин и спустя 10 мин. Полное время перемешивания должно составлять 20 мин ± 1 мин.

Выдерживают суспензию в течение 24 часов в герметизированном или закрытом крышкой контейнере при комнатной температуре или в устройстве, поддерживающем постоянную температуру. Записывают температуру хранения и продолжительность хранения.

После выдерживания перемешайте раствор в мешалке в течение 5 мин ± 0,1 мин.

Сразу же наливают суспензию в чашку вискозиметра, поставляемую вместе с вискозиметром прямого считывания. Показание на шкале должно считываться на скорости вращения ротора вискозиметра 600 об/мин при достижении постоянного значения. Показание должно считываться при температуре испытываемого раствора, равной 25 °С ± 1 °. Записывают показание шкалы вискозиметра, полученное при скорости вращения 600 об/мин.

Далее выполняют определение объем фильтрата. Сливают суспензию в патрон фильтра-пресса. Перед добавлением суспензии необходимо убедиться в том, что каждая часть фильтрующего патрона является сухой и что все уплотнения не искривлены или не изношены. Температура суспензии должна равняться 25 °С ± 1 °С. Наливают суспензию до высоты в пределах 13 мм от верхней части патрона. Выполняют сборку патрона фильтра-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 вместимостью 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, суспензии глины по формуле:

Ф = 2⋅Фc , (15)

где Фc - выраженный в миллилитрах объем фильтрата, собранный в промежутке времени между 7,5 мин и 30 мин.

Записывают вычисленное значение объема фильтрата.

5.5.3.4.2 Проведение испытаний в насыщенном солевом растворе

Готовят достаточный объем насыщенного солевого раствора путем тщательного перемешивания в подходящем контейнере 40 г - 45 г хлорида натрия в расчете на 100 мл ± 1 мл дистиллированной воды. Дают раствору отстояться в течение приблизительно 1 ч. Декантируют или фильтруют раствор в контейнер для хранения.

Готовят суспензию на основе глины путем добавления в контейнер 350 мл ± 5 мл насыщенного солевого раствора. Добавляют 1,0 г ± 0,01 г бикарбоната натрия и перемешайте в мешалке в течение приблизительно 1 мин.

Во время перемешивания в мешалке медленно добавляют 35,0 г ± 0,1 г оценочной базовой глины Bentolux API-A / Бентокон-Основа.

После перемешивания в течение 5 мин ± 0,1 мин вынимают контейнер из мешалки и скоблят его стороны лопаточкой для удаления глины, прилипшей к стенкам контейнера. Необходимо убедиться в том, что вся глина, прилипшая к лопаточке, добавлена в суспензию.

Устанавливают контейнер в мешалке и продолжают операцию перемешивания Может возникнуть необходимость в удалении контейнера из мешалки и очистке его стенок от глины, прилипшей к ним, по завершении вторых 5 мин и спустя 10 мин. Полное время перемешивания должно составлять 20 мин ± 1 мин.

Во время перемешивания в мешалке добавляют в суспензию 3,50 г ± 0,01 г крахмала, причем эта операция должна выполняться при постоянной скорости вращения в течение порядка 60 с.

После перемешивания в течение 5 мин ± 0,1 мин вынимают контейнер из мешалки и скоблят его стороны лопаточкой для удаления крахмала, прилипшего к стенкам контейнера. Необходимо убедиться в том, что весь крахмал, прилипший к лопаточке, добавлен в суспензию.

Устанавливают контейнер в мешалке и продолжают операцию перемешивания Может возникнуть необходимость в удалении контейнера из мешалки и очистке его стенок от крахмала, прилипшего к ним, по завершении вторых 5 мин и спустя 10 мин. Полное время перемешивания должно составлять 20 мин ± 1 мин.

Выдерживают суспензию в течение 24 часов в герметизированном или закрытом крышкой контейнере при комнатной температуре или в устройстве, поддерживающим постоянную температуру. Записывают температуру хранения и продолжительность хранения.

После выдерживания перемешивают суспензию в мешалке в течение 5 мин ± 0,1 мин.

Сразу же наливают суспензию в чашку вискозиметра, поставляемую вместе с вискозиметром прямого считывания. Показание на шкале должно считываться на скорости вращения ротора вискозиметра 600 об/мин при достижении постоянного значения. Показание должно считываться при температуре испытываемого раствора, равной 25 °С ± 1 °. Записывают показание шкалы вискозиметра, полученное при скорости вращения 600 об/мин.

Далее выполняют определение объем фильтрата. Сливают ранее полученную суспензию в патрон фильтра-пресса. Перед добавлением суспензии необходимо убедиться в том, что каждая часть фильтрующего патрона является сухой и что все уплотнения не искривлены или не изношены. Температура суспензии должна равняться 25 °С ± 1 °С. Наливают суспензию до высоты в пределах 13 мм от верхней части патрона. Выполняют сборку патрона фильтра-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 вместимостью 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, суспензии глины по формуле:

Ф = 2⋅Фc , (16)

где Фc выраженный в миллилитрах объем фильтрата, собранный в промежутке времени между 7,5 мин и 30 мин.

Рассчитанный объем фильтрата записывают.

5.5.3.4.3 Проведение испытаний в соленой воде с концентрацией 321 г/л

В мерной колбе вместимостью 1000 мл готовят солевой раствор путем внесения 311 г ± 0,1 г хлорида натрия, 5 г ± 0,1 г хлористого кальция и 5 г ± 0,1 г хлористого магния и разбавлением дистиллированной водой до отметки, нанесенной на колбе. Тщательно перемешивают.

Готовят суспензию на основе глины путем добавления в контейнер 350 мл ± 5 мл солевого водного раствора с концентрацией соли 311 г/л. Добавляют 1,0 г ± 0,01 г бикарбоната натрия и перемешивают в мешалке в течение приблизительно 1 мин.

Во время перемешивания в мешалке медленно добавьте 24,5 г ± 0,1 г базовой глины по API (Bentolux API-A, Бентокон-Основа).

После перемешивания в течение 5 мин ± 0,1 мин вынимают контейнер из мешалки и скоблят его стороны лопаточкой для удаления глины, прилипшей к стенкам контейнера. Необходимо убедиться в том, что вся глина, прилипшая к лопаточке, добавлена в суспензию.

Устанавливают контейнер в мешалке и продолжают операцию перемешивания. Может возникнуть необходимость в удалении контейнера из мешалки и очистке его стенок от глины, прилипшей к ним, по завершении вторых 5 мин и спустя 10 мин. Полное время перемешивания должно составлять 20 мин ± 1 мин.

Во время перемешивания в мешалке добавьте в суспензию 1,05 г ± 0,01 г крахмала, причем эта операция должна выполняться при постоянной скорости вращения в течение порядка 60 с.

После перемешивания в течение 5 мин ± 0,1 мин вынимают контейнер из мешалки и скоблят его стороны лопаточкой для удаления крахмала, прилипшего к стенкам контейнера. Необходимо убедиться в том, что весь крахмал, прилипший к лопаточке, добавлен в суспензию.

Устанавливают контейнер в мешалке и продолжают операцию перемешивания. Может возникнуть необходимость в удалении контейнера из мешалки и очистке его стенок от крахмала, прилипшего к ним, по завершении вторых 5 мин и спустя 10 мин. Полное время перемешивания должно составлять 20 мин ± 1 мин.

Выдерживают суспензию в течение 24 часов в герметизированном или закрытом крышкой контейнере при комнатной температуре или в устройстве, поддерживающем постоянную температуру. Записывают температуру хранения и продолжительность хранения.

После выдерживания перемешайте раствор в мешалке в течение 5 мин ± 0,1 мин.

Сразу же наливают суспензию в чашку вискозиметра, поставляемую вместе с вискозиметром прямого считывания. Показание на шкале должно считываться на скорости вращения ротора вискозиметра 600 об/мин при достижении постоянного значения. Показание должно считываться при температуре испытываемого раствора, равной 25 °С ± 1 °. Записывают показание шкалы вискозиметра, полученное при скорости вращения 600 об/мин.

Далее выполняют определение объем фильтрата. Сливают суспензию в патрон фильтра-пресса. Перед добавлением суспензии необходимо убедиться в том, что каждая часть фильтрующего патрона является сухой и что все уплотнения не искривлены или не изношены. Температура суспензии должна равняться 25 °С ± 1 °С. Наливают суспензию до высоты в пределах 13 мм от верхней части патрона. Выполняют сборку патрона фильтра-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 вместимостью 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, суспензии глины по формуле:

Ф = 2⋅Фc , (17)

где Фc выраженный в миллилитрах объем фильтрата, собранный в промежутке времени между 7,5 мин и 30 мин.

Записывают вычисленное значение объема фильтрата.

5.5.3.4.4 Сопоставление результатов определения показателя статической фильтрации раствора на приборах различной конструкции

Таблица 11 — Диаметры фильтров и коэффициенты пересчета площади фильтрации для получения результатов по АPI (К_API) и по РД 39-00147001-773-2004 (К_РД)

Таблица 12 — Стандартные градиенты давлений для соответствующих приборов

5.5.3.5.1 Осевшая пыль крахмала пожароопасна. В случае загора­ния для тушения применяют тонкораспыленную воду и пену. Крахмал при попадании на кожу и слизистые оболочки в виде пыли может вызывать раздражение. При работе с препара­том не допускать попадания на кожу и слизистые оболочки.

5.5.3.5.2 Помещения, в которых проводятся работы с препаратом, должны быть оборудованы общей приточно-вытяжной механичес­кой вентиляцией.

5.5.3.5.3 Подтверждение соответствия реагентов на основе крахмала 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 реагентов осуще­ствляются в специализированных испытательных центрах (лабораториях), аккредитованных в установленном порядке.

5.5.3.6 Требования к упаковке и хранению

Реагенты должны поставляться в упаковке, исключающей проникновение влаги и биоразложения 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.

Гарантированный срок хранения реагентов на основе крахмалов должен быть не менее 12 месяцев.

Препарат перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта.

Препарат хранят в упаковке изготовителя в крытых склад­ских помещениях в соответствии с требованиями ГОСТ 15846-2002.

Ксантановая смола представляет собой полисахарид, растворимый в воде, который в промышленности производится по специальной технологии ферментации Xanthomonas campestris, и не должен содержать других полисахаридов, таких как крахмал, гуар или другие встречающиеся в природе полимеры и их производные. Продукт может содержать до 3 % материала, специально добавленного для улучшения его диспергируемости или растворимости. Ксантановая смола представляет собой сыпучий гранулированный порошок почти белого цвета.

Ксантановая смола используется в различных буровых растворах на водной основе, жидкостей для ремонта скважин и заканчивания скважин в качестве реологического модификатора для регулирования вязкости, способствующей низкой скорости сдвига бурового раствора.

5.6.2 Содержание технических требований

Ксантановая смола для буровых растворов должна соответствовать техническим требованиям по таблице 13.

Таблица 13 — Технические требования к ксантановой смоле

Наименование технического показателя	Значение	Метод
1 Присутствие крахмала, гуара или их производных	нет	ISO 13500:2008 (R)
2 Содержание влаги, %, не более	13	ISO 13500:2008 (R)
3 Ситовый анализ:		ISO 13500:2008 (R)
- Частиц размером меньше 425 мкм, %, не менее	95
- Частиц размером меньше 75 мкм, %, не более	50
4 Вязкость в морской воде, град., не менее:		ISO 13500:2008 (R)
- Ротационный вискозиметр, 300 об/мин	55
- Ротационный вискозиметр, 6 об/мин	18
- Ротационный вискозиметр, 3 об/мин	16

5.5.3 Методы испытаний

5.6.3.1 Метод определения присутствия крахмала

Цель данного испытания заключается в определении наличия гуара, крахмала и его производных в ксантановой смоле, поставляемых в форме порошка или гранул. Если крахмал обнаружен, дальнейших испытаний выполнять не требуется, а образец бракуют.

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.

Метод приготовления раствора йода/йодида для качественного определения крахмала. В мерную колбу вместимостью 100 мл ± 0 1 мл добавляют 10 мл ± 0,1 мл раствора йода концентрацией 0,05 моль/л.

Добавляют 0,60 г ± 0,01 г йодида калия (KI) и растворяют при осторожном помешивании мерной колбы круговыми движениями.

Доводят до отметки 100 мл деионизированной 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.

Метод приготовления раствора ксантановой смолы для качественного определения крахмала. Готовят 1 %-ный раствор исследуемой ксантановой смолы. Добавляют 396 г ± 0,1 г деионизированной воды в контейнер и 4,0 г ± 0,1 г анализируемой ксантановой смолы с равномерной скоростью в течение 60 с - 120 с. Ксантановую смолу необходимо добавлять в вдали от шпинделя крыльчатки для минимизации пылеобразования, предпочтительно с помощью специального дозатора для полимеров.

После перемешивания в течение 5 мин ± 0,1 мин вынимают контейнер из мешалки и скоблят его стороны лопаточкой для удаления ксантановой смолы, прилипшей к стенкам контейнера и к лопаточке.

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

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

Наливают 2 мл раствора ксантановой смолы в пробирку и добавляют порциями по 3 капли за один раз до 30 капель раствора йода/йодида.

Готовят три холостые пробы, используя только деионизированную 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.

Если исследуемый образец приобретает желтый цвет, сравнимый с цветом холостой пробы, то только в этом случае образец не содержит крахмала или его производных.

Появление окрашивания от светло-зеленого до темно-синего, в растворе или в осадке, указывает на присутствие крахмала (фракция амилозы).

Появление окрашивания от светло-розового до красно-коричневого указывает на присутствие полизамещенного крахмала, декстрина, или крахмалов с высоким содержанием амилопектина.

Появление любого другого цвета является основанием для вывода о присутствии крахмала или его производных.

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

Если обнаруживается цветная реакция, отличающаяся от вышеописанных, то дальнейшие испытания отменяются.