Нефтяная и газовая промышленность материалы буровых растворов технические условия и испытания

5.7.4.1 Смазочные компоненты должны поставляться в упаковке, исключающей ее раз­рушение и проникновение влаги при транспортировке и хранении по ГОСТ 15846-2002.

5.7.4.2 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.

5.7.4.3 Хранение осуществляется в соответствии с ГОСТ 15846-2002.

(рекомендуемое)

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.

Берут приблизительно 100 г барита, просушенного в печи в течение не менее 2 ч и охлажденного до комнатной температуры в эксикаторе.

Наполняют чистую колбу Ле Шателье керосином до отметки приблизительно на 22 мм ниже нулевой отметки.

Помещают колбу вертикально в ванну с постоянной температурой. Уровень воды в ванне должен быть выше деления колбы 24 мл, но ниже уровня пробки.

Для выравнивания температур оставляют колбу и её содержимое, как минимум, на 1 ч. Используя увеличительное стекло, держат глаза на уровне мениска, считывают значение объема в самом нижнем положении искривленной поверхности раздела и записывают значение начального объема с точностью до 0,05 мл (неопределенная цифра), не вынимая колбу из ванны с постоянной температурой. Записывают полученное значение.

Если после выравнивания температуры уровень керосина оказывается выше или ниже диапазона значений объема от - 0,2 мл до + 1,2 мл, используют пипетку вместимостью 10 мл для добавления или удаления керосина с тем, чтобы он находился в пределах этого диапазона. Оставляют колбу в покое, как минимум, на 1 ч и записывают значение начального объема как V₁.

Вынимают колбу Ле Шателье из ванны, вытирают насухо и извлекают пробку. Обертывают несколько отрезков папиросной бумаги диагонально вдоль длины штыря и используют это приспособление как щетку для просушивания горлышка колбы с внутренней стороны. Следят за тем, чтобы не допустить контакта щетки с керосином в колбе.

Берут навеску 80 г ± 0,05 г высушенного барита в чашке для взвешивания и осторожно переносят его в колбу Ле Шателье. Необходимо избегать разбрызгивания керосина или закупорки горлышка колбы баритом. Такой процесс осуществляется медленно и состоит в постепенном переносе небольших количеств барита. Используют щетку для переноса в колбу остающегося барита, а затем возвращают пробку на место. Записывают значение массы m.

В случае необходимости можно осторожно постучать по горлышку колбы деревянным штырем или потрясти колбу для удаления барита, прилипшего к стенкам. Нельзя допускать контакта керосина со стеклянным шлифом пробки колбы.

Для удаления воздуха, захваченного из образца барита, осторожно поворачивают колбу под углом не более 45° от вертикали вдоль гладкой поверхности или энергично вращают вертикальную колбу, заключив её горлышко между ладонями обеих рук. Повторяют эти действия до тех пор, пока не исчезнут пузырьки воздуха, выходящие из барита.

Снова помещают колбу в ванну и дают ей выстояться не менее 0,5 ч. Вынимают колбу из ванны и удаляют оставшийся воздух из образца барита. Снова погружают колбу в ванну и держат, как минимум, в течение 1 ч. Записывают значение конечного объема. Обозначают значение объема как V₂.

Обработка результатов

Плотность р, г/мл, вычисляют по формуле:

где т - масса образца, г,

V₁ - начальный объем, мл,

V₂ - конечный объем, мл.

(рекомендуемое)

Метод определения водорастворимого кальция основан на титровании кальция трилоном Б в щелочной среде в присутствии ин­дикатора хромового темно-синего.

Шкаф сушильный, обеспечивающий температуру нагрева 110 °С.

Эксикатор.

Чашка фарфоровая.

Фильтры бумажные обеззоленные.

Кислота соляная.

Аммиак водный.

Натрий хлористый.

Натрия гидроокись, раствор с массовой долей 4 %.

Цинк, не ниже марки Ц1 или цинк металлический гранулированный.

Стандартный раствор цинка: 1,0000 г цинка помещают в кони­ческую колбу вместимостью 500 см³, прибавляют 10-15 см³ воды и небольшими порциями, по 5-10 см³, соляную кислоту до полного растворения металла, затем еще 40 см³. Раствор нагревают до кипе­ния, охлаждают и переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см³, разбавляют до метки водой и перемешивают. 1 см³ раствора содержит 1 мг цинка.

Индикаторная бумага.

Буферный раствор с рН 9,5-10: 54 г хлористого аммония растворяют в 200 см³ воды, к полученному раствору прибавляют 350 см³ аммиака, доводят объем раствора водой до 1 дм³ и переме­шивают.

Хромовый темно-синий, индикатор: смесь индикатора с хлористым натрием в соотношении 1:1 тщательно растирают в ступке.

Соль динатриевая этилендиамин — N, N, N', N'-тетрауксусной кислоты, 2-водная (трилон Б), раствор 0,0125 моль/дм³, готовят разбавлением водой раствора 0,05 моль/дм³ или следу­ющим образом: 4,6 г трилона Б растворяют в воде, если раствор мутный, его фильтруют, разбавляют водой до 1 дм³ и перемешива­ют.

Для установки титра раствора трилона Б (Т) по кальцию 5,0 см³ стандартного раствора цинка помещают в коническую колбу вмес­тимостью 250 см³, добавляют 100 см³ воды и нейтрализуют аммиа­ком по индикаторной бумаге конго красный (рН около 5). Затем добавляют 10-15 см³ буферного раствора, индикаторной смеси хро­мового темно-синего на кончике шпателя и титруют раствором три­лона Б до перехода окраски из розовой в синюю.

Титр раствора трилона Б Т по кальцию, г/см³, вычисляют по формуле:

где m - масса навески цинка, соответствующая аликвотной части стандартного раствора цинка, г;

0,6130 - коэффициент пересчета цинка на кальций;

V - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см³.

Навеску барита массой 20,00 г помещают в стакан вместимостью 600 см³, приливают 300 см³ воды, тщательно перемешивают, нагревают до кипения и кипятят в течение 10 мин.

После охлаждения смесь переносят в мерную колбу вместимостью 500 см³, разбавляют водой до метки и перемешивают. После отстаивания и осветления содержимое колбы фильтруют через тампон из фильтробумажной массы или четыре слоя плотного фильтра типа «синяя лента» под вакуумом в коническую колбу вместимостью 500 см³, первые порции фильтрата отбрасывают.

Для определения водорастворимого кальция пипеткой отби­рают 100,0 см³ полученного фильтрата, в коническую колбу вместимостью 250 см³, прибавляют 20 см³ раствора гидроокиси на­трия, индикатора хромового темно-синего на кончике шпателя и титруют кальций раствором трилона Б до перехода окраски раство­ра из розовой в сиренево-синюю.

Массовую долю водорастворимого кальция X, %, вычисляют по формуле:

, (Б.2)

где V - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрова­ние, см³;

(рекомендуемое)

Диспергирующий раствор, состоящий из 40 г ± 0,1 г гексаметафосфата натрия и 3,60 г ± 0,1 г безводного карбоната натрия в расчете на 1000 мл раствора. Карбонат натрия используется для регулирования pH раствора до значения, приблизительно равного 9,0.

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

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

Весы с точностью до 0,01 г.

Мешалка.

Осадительный цилиндр, стеклянный, высотой порядка 457 мм и диаметром 63 мм, с отметкой объёма 1 000 мл.

Резиновая пробка.

Водяная ванна или камера с постоянной температурой, способные поддерживать соответствующую постоянную температуру 24 °C.

Термометр, включающий рабочий диапазон от 16 °C до 32 °.

Ареометр, градуированный для считывания удельного веса суспензии.

Таймер, механический или электрический, с точностью 0,1 мин в течение испытания.

Проведение анализа

Взвешивают 80 г ± 0,1 г сухого барита и помещают его в контейнер. Записывают массу как m.

Добавляют 125 мл ± 2 мл (127 г ± 2 г) диспергирующего раствора. Разбавляют до объема 400 мл дистиллированной водой. Смывают все прилипшие частицы с лопаточки в суспензию.

Перемешивают в течение 5 мин ± 0,5 мин с помощью мешалки.

Переносят суспензию в осадительный цилиндр. Промывают контейнер дистиллированной водой с тем, чтобы все частицы образца попали в этот цилиндр.

Добавляют дистиллированной воды до отметки 1000 мл. Тщательно перемешивают содержимое, меняя постоянно положение цилиндра от вертикального до перевернутого и обратно в течение 60 с ± 5 с, в то же время удерживая резиновую пробку в верхней части цилиндра.

Эта операция является критической. В начале седиментации суспензия должна быть однородной. Этого трудно достигнуть из-за высокой плотности барита.

Ставят цилиндр в водяную ванну (или на стойку в камере, в которой поддерживается постоянная температура) и одновременно включают таймер. Подвешивают термометр в водяной бане.

Считывают показания ареометра через временные интервалы 10 мин ± 0,1 мин, 20 мин ± 0,1 мин, 30 мин ± 0,1 мин и 40 мин ± 0,1 мин (или до первого показания ниже значения 6 мкм). Для снятия показаний осторожно и медленно погружают ареометр приблизительно до показания 1,020 и затем отпускают. После стабилизации ареометра считывают показание по верхней части мениска в установленное время. После каждого считывания осторожно и медленно вынимают ареометр, споласкивают его дистиллированной водой и высушивают. Ареометр необходимо вынимать после каждого считывания для удаления частиц, собравшихся на выступах, которые приводят к неверным результатам. Показания ареометра должны сниматься при минимальном возмущении жидкости для сохранения установившегося равновесия суспензии.

Записывают в форму для записи данных время, t, в минутах, температуру, θ, в градусах Цельсия и показание ареометра, R.

Для каждого временного интервала определяют вязкость воды, η, и эффективную глубину погружения ареометра, L, из таблиц 3 и 4. Записывают их значения в листке данных.

Обработка результатов

Вычисляют константу образца, Ks, по формуле (В.1) или из таблицы В.3 и вводят её в листок данных:

где ρ - плотность образца, г/см³,

Для каждого временного интервала по формуле вычисляют и вводят в листок данных эквивалентный сферический диаметр, D_e, мкм:

где η - вязкость воды, выраженная в мПа·с;

ρ - плотность образца, выраженная в г/см³;

t - время, выраженное в минутах;

L - эффективная глубина, см (см. Таблицу В.2).

Вычисляют и вводят в листок данных кумулятивную процентную долю частиц, Wa, эквивалентный диаметр которых, De, незначительно отличается от 6 мкм в большую сторону, W2, и эквивалентный диаметр которых, De, незначительно отличается от 6 мкм в меньшую сторону, W3, воспользовавшись формулой:

где Ks - константа образца;

Mc - наклон кривой поправок ареометра;

θ - температура суспензии, в градусах Цельсия;

Bc - отрезок, отсекаемый от координатной оси кривой поправок ареометра;

R - показание ареометра.

Вычисляют и вводят в листок данных кумулятивную процентную долю частиц, диаметр которых менее 6 мкм, W₄, воспользовавшись формулой:

, (В.4)
где W₂ - кумулятивная процентная доля частиц, диаметр которых незначительно отличается от 6 мкм в большую сторону;

W₃ - кумулятивная процентная доля частиц, диаметр которых незначительно отличается от 6 мкм в меньшую сторону;

D₁ - эквивалентный диаметр частиц, незначительно отличающийся от 6 мкм в большую сторону, определяемый с использованием формулы (В.4);

D₂ - эквивалентный диаметр частиц, незначительно отличающийся от 6 мкм в меньшую сторону, определяемый с использованием формулы (В.4).

Поправку, log (η₂₀ / η_θ), на то, что вода находится при температуре, отличающейся от стандартной температуры 20 °C, можно рассчитать согласно разработанной формуле (В.4) в соответствии с уравнением:

log (η₂₀ / η_θ) = [1,37023 (θ – 20) + 0,000836 (θ – 20)²] / (109 + θ), (В.5)

где θ - температура, в градусах Цельсия,

η₂₀ - 1,002, вязкость воды при температуре 20 °C,

η_θ - вязкость при ожидаемой температуре (см. Таблицу В.1)
Таблица В.1 — Вязкость воды при различных температурах

Таблица В.2 — Значения эффективной глубины, основанные на показаниях ареометра ASTM 151H, используемого со специальным осадительным цилиндром