Качественное определение гуара в ксантановой смоле

Присутствие гуаровых добавок в ксантановой смоле можно обнаружить, если гуар присутствует на минимальном уровне от 7,5 % до 10,0 % по массе.

Борат натрия (бура) используется для сшивки гуаровой фракции, которая вызывает увеличение вязкости раствора ксантановой смолы.

Реагенты и аппаратура

Вода водопроводная.

Декагидрат бората натрия, например, бура.

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.

pH-метр.

Пробирки.

Вискозиметр по ISO, например, Fann модель 35.

Химический стакан, один, вместимостью 400 мл.

Мерный цилиндр (градуированный), один, вместимостью 50 мл ± 1,0 мл.

Бумага для взвешивания.

Водяная баня, температура которой поддерживается на уровне 25 °C ± 1 °C.

Таймер, механический или электрический, с точностью 0,1 мин.

Приготовление свежего раствора ксантановой смолы. Берут навеску 350 г ± 1,0 г воды в контейнере. На бумаге для взвешивания берут навеску 1,5 г ± 0,01 г ксантановой смолы. Помещают контейнер в мешалку и включают ее.

Добавляют ксантановую смолу с равномерной скоростью в течение 30 с. Ксантановую смолу рекомендуется добавлять в воронку, образованную при перемешивании, подальше от оси крыльчатки, чтобы свести к минимуму пылеобразование.

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 и лопаточке.

Возвращают контейнер в мешалку и продолжают перемешивать раствор. Общее время перемешивания должно составлять 15 мин ± 1 мин.

Помещают контейнер из мешалки в прохладную воду не более чем на 30 мин, чтобы понизить температуру жидкости до 25 °C ± 1 °C.

Приготовление раствора бората натрия. На бумаге для взвешивания берут навеску 10 г ± 0,1 г бората натрия. Берут навеску 90 г ± 1,0 г теплой воды в стакан. Добавляют борат натрия в воду и перемешивают лопаточкой в течение примерно 1 мин, чтобы растворить борат натрия.

Проведение измерения вязкости раствора ксантановой смолы. Наливают свежий водный раствор ксантановой смолы в химический стакан до метки 250 мл. Помещают стакан на столик вискозиметра и поднимают столик таким образом, чтобы уровень жидкости сравнялся линией, проведенной на роторной втулке. Показание должно сниматься при испытательной температуре раствора 25 °C ± 1 °C.

Установив вискозиметр на 300 об/мин, включают его и дают от 15 с до 20 с на стабилизацию показания. Считывают показание с точностью 0,5 деления шкалы после стабилизации. Показание шкалы записывают как R300-P.

Переключают вискозиметр на скорость вращения 6 об/мин, дают от 20 с до 30 с на стабилизацию показания шкалы и считывают с точностью до 0,5 деления шкалы после стабилизации. Показание шкалы записывают как R6-P.

Переключают вискозиметр на скорость вращения 3 об/мин, дают от 20 с до 30 с на стабилизацию показания шкалы и считывают с точностью до 0,5 деления шкалы после стабилизации. Показание шкалы записывают как R3-P.

Измерение вязкости ксантановой смолы, обработанного раствором бората натрия. Переливают раствор ксантановой смолы в исходный контейнер. Отмеряют 30 мл ± 2,0 мл раствора бората натрия с помощью мерного цилиндра и добавляют в раствор ксантановой смолы.

Вручную перемешивают лопаточкой в течение 20 с - 30 с. Дают смеси отстояться в течение 5 мин.

Переливают смесь в химический стакан до метки 250 мл.

Помещают стакан на столик вискозиметра и поднимают столик, так чтобы уровень жидкости совпадал с линией, проведенной на роторной втулке. Показание необходимо снимать при температуре раствора 25 °C ± 1 °C.

Установив вискозиметр на скорость вращения 300 об/мин, включают вискозиметр и дают от 20 с до 30 с на стабилизацию показания. Считывают показание с точностью 0,5 деления шкалы после стабилизации. Показание шкалы записывают как R300-M.

Изменяют скорость вращения вискозиметра на 6 об/мин, дают от 20 с до 30 с на стабилизацию показания. Считывают показание с точностью 0,5 деления шкалы после стабилизации. Показание шкалы записывают как R6-M.

Изменяют скорость вращения вискозиметра на 3 об/мин, дают от 20 с до 30 с на стабилизацию показания. Считывают показание с точностью 0,5 деления шкалы после стабилизации. Показание шкалы записывают как R3-M.

Сравнивают показания для раствора полимера (R300-P, R6-P и R3-P) и смеси полимера с боратом натрия (R300-M, R6-M и R3-M).

Любое увеличение между показаниями для смеси полимера с боратом натрия и показаниями для раствором полимера указывает на присутствие гуара в ксантановой смоле.

5.6.3.3 Метод определения содержания влаги

Реагенты и аппаратура

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

Весы, с точностью + 0,01 г.

Металлический лоток для взвешивания.

Лопаточка.

Эксикатор, с сульфатом кальция или равноценным веществом в качестве осушителя.

Берут навеску 4 г + 0,01 г ксантановой смолы в тарированный металлический лоток. Записывают массу как m. Сушат образец в печи в течение 2 ч. Охлаждают образец до комнатной температуры в эксикаторе. Снова взвешивают металлический лоток, содержащий просушенную ксантановую смолу. Записывают массу как m₂.

Вычисляют массовую долю влаги, в процентах, по формуле:

, (18)

где m - масса образца, г;

m₂ - масса остатка, г.

Вычисленное значение записывают.

Вибрационное сито (стандартные сита по ISO, одно с размером отверстий 425 мкм (35 меш, Стандарт США No. 40) и одно 75 мкм (200 меш, Стандарт США No. 200).

Верхняя крышка и приемник, подходящие к стандартному ситу.

Встряхиватель для сит (шейкер).

Весы, с точностью до ± 0,01 г.

Лоток для взвешивания или бумага для взвешивания.

Таймер, с точностью ± 0,1 мин на всем протяжении испытания.

Проведение испытания

Взвешивают сито с размером отверстий 425 мкм и нижний приемник. Записывают массы как m₃ для сита 425 мкм и m₆ для нижнего приемника.

Тщательно перемешивают сухой образец и берут навеску 50,0 г ± 0,1 г образца на лоток или бумагу для взвешивания.

Собирают комплект сит с приемником, приемник внизу, затем сито с размером ячеек 75 мкм и затем сито с размером ячеек 425 мкм.

Насыпают образец на сито 425 мкм, накрывают сверху крышкой и помещают всю конструкцию на встяхиватель для сит.

Закрепляют сита на шейкере (встяхивателе для сит) с помощью крепежных приспособлений.

Устанавливают таймер на 5 мин, активируют и включают вибрационное устройство.

Через 5 мин выключают вибрацию, снимают крепежные приспособления и крышку.

Помещают крышку на весы и взвешивают. Далее крышку можно использовать для всех стандартных сит.

Осторожно отсоединяют сито 425 мкм и помещают на тарированной крышке на весы. Записывают массу сита с остатком образца как m₄. Отставляют взвешенное сито 425 мкм.

Осторожно отсоединяют сито 75 мкм от нижнего приемника и отставляют в сторону.

Снимают крышку с весов и выставляют «ноль» на весах. Взвешивают нижний приемник и содержащуюся в нем часть образца. Записывают массу как m₇.

Массовую долю прохода через сито 425 мкм, W₄₂₅, выраженную в процентах, можно вычислить путем вычитания процентного остатка из100 % или по формуле:

где m₄ - масса сита 425 мкм и остатка образца, г,

m₃ - масса сита 425 мкм, г.

Массовую долю прохода через сито 75 мкм, W₇₅, выраженную в процентах, можно вычислить по процентному остатку в нижнем приемнике, по формуле:

где m₇ - масса нижнего приемника с остатком образца, г;

m₆ - масса нижнего приемника, г.

5.6.3.5 Метод определения вязкости

Реагенты и аппаратура

Морская соль или равноценная.

Дистиллированная вода.

Гидроксид натрия (NaOH) раствор, концентрация 0,1 моль/л.

Соляная кислота (HCl) раствор, 0,1 моль/л.

Пеногаситель.

Термометр, точностью до + 0,5 °C.

Весы, с точностью + 0,001 г.

Контейнер.

Лопаточка.

Вискозиметр с прямой индикацией и механическим приводом (например, Fann 35).

Химический стакан, вместимостью 400 мл (высокий) и 2000 мл.

Мешалка, устанавливаемая сверху, со скоростью вращения не более 1 000 об/мин.

Водяная баня, в которой поддерживается температура 25 °C + 1 °C.

Таймеры с точностью до ± 0,1 мин на продолжение испытания.

pH-метр с pH-электродом (например, Thermo Russell).

Приготовление искусственной морской воды. Для общего объема 1000 мл берут навеску 41,95 г морской соли в стакан вместимостью 2000 мл. Добавляют 983 г дистиллированной воды. Перемешивают в течение 15 мин с помощью погружаемой сверху мешалки, установленной на низкую скорость. Измеряют pH и регулируют до значения от 8,2 до 8,5 с помощью 0,1 M (0,1 Н) NaOH или HCl.

Приготовление полимерного раствора ксантановой смолы. Готовят полимерный раствор ксантановой смолы путем добавления 1,0 г ± 0,001 г полимера к 358 г искусственной морской воды с равномерной скоростью в течение примерно 30 с при постоянном перемешивании мешалкой. Полимер ксантановой смолы необходимо добавлять в отдалении от оси крыльчатки, чтобы свести к минимуму пылеобразование.

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

Возвращают контейнер в мешалку и продолжают перемешивать. Может потребоваться извлекать контейнер из мешалки и очищать стенки неоднократно, чтобы снять все частицы, общее время перемешивания после добавления полимера ксантановой смолы должен составлять 30 мин ± 1 мин.

Снимают чашку для перемешивания и добавляют 2 - 3 капли пеногасителя в жидкость. Перемешивают в течение 10 с - 15 с лопаточкой, чтобы удалить захваченный воздух или пену.

Затем помещают чашку в охлажденную воду на период времени, не превышающий 30 мин, чтобы снизить температуру жидкости до 25 °C ± 1 °C.

Наливают раствор в чашку вискозиметра с прямой индикацией или в высокий стакан вместимостью 400 мл до уровня 250 мл. Уровень раствора должен четко совпадать с линией, проведенной на роторной втулке.

Показание шкалы при скорости вращения 600 об/мин, установленной на вискозиметре, должно быть зарегистрировано по достижении постоянного значения 600 об/мин. Показание при скорости 600 об/мин необходимо снимать при температуре раствора 25 °C ± 1 °C. Записывают показание шкалы при скорости вращения 600 об/мин.

Продолжают измерение вязкости раствора при скорости 300 об/мин, 200 об/мин, 100 об/мин, 6 об/мин и 3 об/мин, дожидаясь, пока показание шкалы не стабилизируется при каждой из скоростей вращения. Эти последовательные показания должны сниматься при температуре раствора 25 °C +1 °C. Записывают показания шкалы при скорости вращения 300 об/мин, 200 об/мин, 100 об/мин, 6 об/мин и 3 об/мин.

5.6.4.1 Ксантановая смола не способна к кумуляции в организме и проникновению через неповреждённую кожу и к образованию токсичных соединений в воздушной среде и в сточных водах, не обладает канцерогенным действием.

Биополимерный химреагент по пожароопасности относится к трудно возгораемым веществам в воздухе нормального состава. В случае загорания допустимо применять все средства пожаротушения.

5.6.4.2 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.

5.6.4.3 Производственные помещения должны быть оборудованы общеобменной вентиляцией. При пересыпании и дозировании продукта следует избегать сильного пылевыделения. Упаковочные машины должны быть оснащены местной вентиляцией.

Ксантановая смола должна поставляться в упаковке, исключающей проникновение влаги при транспортировке и хранении по ГОСТ 15846-2002.

При отгрузке ксантановой смолы 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

5.7 Смазочные добавки буровых растворов

5.7.1 Содержание технических требований

Настоящий стандарт устанавливает технические требования к смазочным добавкам буровых растворов на водной основе и методы их контроля согласно таблице 14.

Таблица 14 — Технические требования к смазочным добавкам буровых растворов

Наименование показателя	Значение	Метод испытания
1 Снижение коэффициента трения пары «металл-металл» при введении 1,0 % смазочной добавки на приборах EP / Lubricity Tester или УСР-1М, %, не менее	70,0	РД 39-00147001-773-2004
2 Снижение коэффициента дифференциального прихвата глинистого раствора при введении 2 % смазочной добавки при перепаде давления 3,34 МПа на приборе Sticking Tester, %, не менее	60,0	РД 39-00147001-773-2004
3 Коэффициент трения глинистой корки на ФСК 4Э, отн.ед., не более	0,40	СТО Газпром РД 2-3.2-012-2005
4 Пенообразующая активность 1% водного раствора смазочной добавки, см3,не более	10,0	РД 39-00147001-773-2004
5 Пенообразующая активность 0,5% смазочной добавки в глинистом растворе, %, не более	2,0	СТО Газпром РД 2.1-146-2005

При входном контроле смазочных реагентов рекомендуется проводить измерения следующих показателей: снижения коэффициента трения при нагрузке 16,95 Н·м (150 фунтов-сила·дюйм) и 60 об/мин (RPM) до и после введения смазочной добавки, снижение коэффициента дифференциального прихвата при перепаде давления 3,34 МПа до и после введения смазочной добавки, коэффициента трения глинистой корки после определения показателя статической фильтрации бурового раствора на фильтр-прессе низкого давления или ВМ-6, эмульгируемость и пенообразующую активность в воде и буровом глинистом растворе.

Смазочные компоненты должны быть совместимы с применяемыми реагентами и обеспечивать эффективность управления смазочными и противоприхватными свойствами бурового раствора, проведение геофизических исследований и не загрязнять продуктивные пласты.

5.7.2 Методы испытаний

5.7.2.1 Определение снижения коэффициента трения 1,0 % водного раствора смазочной добавки (на машине трения EP/ Lubricity Tester (API, OFITE) или УСР-1М (Россия, ООО «ЗИП-Магнитоника»)

Реагенты и аппаратура

Машина трения EP/ Lubricity Tester (API) или УСР-1М (РФ);

Весы лабораторные;

Стакан стеклянный вместимость 250 см³ ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4.

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

Проведение испытаний

2,5 г (1,0 %) добавки смазочной диспергируют в 247,5 г дистиллированной воды. Определение коэффициента трения производят на машине трения EP/ Lubricity Tester фирмы OFITE по стандарту Американского нефтяного института (API) при нагрузке 16,95 Н·м (момент силы 150 фунт-сила· дюйм) и скорости вращения вала 60 об/мин.

Коэффициент трения Ктр определяется как отношение крутящего момента (F) к нагрузке прижатия (W) пары «металл-металл», где F фунт-сила·дюйм определяется по показанию шкалы прибора, а W - стандартная нагрузка (150 фунт-сила·дюйм) при скорости вращения вала 60 об/мин. Расчет коэффициента трения выполняют в соответствии с инструкцией на прибор по уравнению: Ктр = показания прибора F /100.

Снижение коэффициента трения 1 %-ного водного раствора смазочной добавки, %, вычисляют по формуле:

 Ктр = (Ктр₀ – Ктр₁) / Ктр₀ · 100 , (21)

где: Ктр₀ - коэффициент трения дистиллированной воды (стандартное поверочное для машины трения значение коэффициента в пределах 0,34 ±0,02);

Ктр₁ - коэффициент трения 1 %-ного водного раствора добавки смазочной.

Примечание − Определение снижения коэффициента трения 1,0% водного раствора на установке УСР-1М (Россия, ООО «ЗИП-Магнитоника») производится при скорости вращения рабочего вала 60 об/мин и моменте силы 15 Н·м по вышеописанной методике.

Прибор ФСК 4Э для исследования фрикционных свойств глинистых корок предназначен для измерения коэффициента трения фильтрационной корки буровых растворов. Принцип действия прибора основан на измерении усилия передвижения цилиндра по вогнутой поверхности фильтрационной корки. Прибор ФСК 4Э выпускается в соответствии с ТУ 4318-061-00158758-2004, ООО «ТюменНИИгипрогаз, РФ.

Рабочий диапазон измерений коэффициента трения, отн.ед. от 0,1 до 1,0

Масса цилиндра, г 100,0 ± 0,5

Длина цилиндра, мм 75,0 ± 0,1

Диаметр цилиндра, мм 38,0 ± 0,5

Минимальный диаметр глинистой корки, мм 53,0 ± 0,1

Фиксированное время выдержки цилиндра на корке, мин от 1,0 до 30,0

Линейная скорость передвижения цилиндра, мм/сек 1,64 ± 0,2

Проведение испытаний

На плиту закрепляется призма с рабочей выемкой вверх. На призму помещается фильтрационная глинистая корка и измерительный цилиндр с дужкой для присоединения тарированной пружины. Измерение коэффициента трения производится автоматически и включает следующие операции: выдержка от 1,0 до 30 мин. (рекомендуется 15 мин.) для стабилизации корки, включение двигателя для натяжения пружины измерения коэффициента трения по величине усилия страгивания цилиндра, сохранения измеренного значения на индикаторе, возврат механизма натяжения в исходное положение. Методика выполнения измерений регламентирована СТО Газпром РД 2-3.2-012-2005.

Примечание − Метод определение снижения коэффициента трения корки возможно провести на приборе КТК-2 (Приложение Е).

5.7.2.3 Определение пенообразующей активности и вспениваемости

Реагенты и аппаратура

Весы лабораторные 2 класса точности.

Секундомер.

Миксер «Воронеж» ТУ 16-539-192-69.

Цилиндр мерный ГОСТ 1770-74 с изм. № 1-10

Стакан типа В-2 ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4 вместимость 250 см³ и 1 дм³.

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

Проведение испытаний

Навеску смазочного компонента в количестве 2,0 ± 0,1 г помещают в стакан вместимостью 250 см³ и приливают дистиллированной воды до объема 200 см³.

Раствор смазочной добавки перемешивают на лабораторной мешалке в течение 15-20 минут до полного растворения и диспергирования 1% смазки в воде. После этого помещают раствор в металлический стакан миксера «Воронеж-2» и перемешивают на миксере в течение 3 минут при 9000-11000 об/мин. По окончании перемешивания вспененный раствор переливают в мерный цилиндр и через 5 минут отстаивания замеряют объем вспененного раствора (Vр).
Обработка результатов

Пенообразующую активность рассчитывают по разности между объемом вспененного раствора после 5 минут отстаивания (Vр) и объемом исходного раствора (200 см³) по формуле:

П = Vр - 200, см³ , (22)

Вспениваемость (В), %, рассчитывают по формуле:

В = Vр / 200 · 100 , (23)

5.7.2.4 Определение пенообразующей активности в глинистом растворе

Для определения пенообразующей активности смазывающего реагента глинистая суспензия с концентрацией смазочного компонента 0,5 % по массе перемешивается в высо­коскоростной мешалке (11000 об/мин) в течение 5 минут при комнатной температуре. С помощью пикнометра определяется плотность этой суспензии. Разница плотностей исходной глинистой суспензии и суспензии со смазочным реагентом является показателем пенообразующей активности смазочного реагента.

Прибор Sticking Tester OFITE (США).

Весы лабораторные технические или 4-го класса точности с наибольшим пределом завешивания до 1 кг.

Стакан стеклянный ГОСТ 25336-82 с изм. № 1-4 вместимость 1000 см³.

10,0 г (2,0 %) смазочной добавки помещают в стакан ёмкостью 1000 см³ с 490 см³ глинистого раствора (10 % бентопорошка марки ПБН, 0,2 % КМЦ высоковязкая (КМЦ 85/600) и перемешивают. Определение коэффициента дифференциального прихвата производят при перепаде давления 3,34 МПа (477,5 psi) в соответствии с инструкцией на прибор.

Снижение коэффициента дифференциального прихвата глинистого раствора, содержащего 2 % смазочной добавки, %, вычисляют по формуле:

Кп = (Кп₀ - Кп₁) / Кп_{0 ·} 100 , (24)

где: Кп₀ - коэффициент дифференциального прихвата исходного глинистого раствора,

Кп₁ - коэффициент дифференциального прихвата глинистого раствора содержащего 2 % смазочной добавки.

Эмульгируемость в растворе смазочных компонентов оценивается визуально в про­цессе ввода ее в глинистую суспензию с перемешиванием в лабораторной лопастной мешал­ке при комнатной температуре со скоростью 11000 оборотов в минуту. Фиксируют наличие механических примесей, пленки или комкообразований.

5.7.3.1 Не допускаются к применению смазочные компоненты, классифицированные 1-м, 2-м и 3-м классом опасности по ГОСТ 12.1.007-76 с изм. № 1, 2. При использовании жидких смазочных компонентов должны быть соблюдены тре­бования пожаровзрывобезопасности по ГОСТ 12.1.004-91 с изм. № 1.

5.7.3.2 Применение смазывающих реагентов на основе сырой нефти и углеводородсодержащих веществ нефтепереработки не допускается.

5.7.3.3 Подтверждение соответствия смазочных реагентов 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 смазочных реагентов осуществля­ются в специализированных испытательных центрах (лабораториях), аккредитованных в ус­тановленном порядке.

5.7.3.4 Смазочные компоненты утилизируются в составе отработанных буровых растворов по технологиям, предусмотренным техническим проектом строительства скважин. При ути­лизации смазочных компонентов необходимо соблюдать требования ГОСТ Р 52108-2003 с изм. № 1.