ГОСТ 33213-2014 (ISO 10414-1:2008). Межгосударственный стандарт. Контроль параметров буровых растворов в промысловых условиях. Растворы на водной основе

8 Содержание водной, углеводородной и твердой фаз

8.1 Принцип

Реторта обеспечивает отделение и измерение объемов водной, углеводородной и твердой фаз, содержащихся в пробе бурового раствора на водной основе. Известный объем цельной пробы бурового раствора нагревается в реторте для испарения жидких компонентов, которые затем конденсируются и собираются в градуированном накопителе. Объемы жидкости определяются непосредственно по показаниям нефтяной и водной фазы в накопителе. Общий объем твердой фазы (во взвешенном и растворенном состоянии) вычисляется как разность (общий объем пробы минус объем жидкости). Для определения объема твердой фазы во взвешенном состоянии необходимы вычисления, так как растворенные твердые частицы будут оставаться в реторте. Можно также рассчитать соответствующие объемы твердой фазы малой плотности и утяжеляющего материала. Знание концентрации и состава твердой фазы является основополагающим фактором определения вязкости и контроля фильтрации буровых растворов на водной основе.

8.2 Оборудование

8.2.1 Реторта

Обычно используются реторты трех размеров (10 мл, 20 мл и 50 мл). Технические характеристики реторт приведены ниже.

8.2.1.1 Чашка для пробы, стандартный объем чашки 10 мл (см³) (точность +/- 0,05 мл (см³)), 20 мл (см³) (точность +/- 0,10 мл (см³)) или 50 мл (см³) (точность +/- 0,25 мл (см³)).

Примечание - Производители такого оборудования предлагают также другие размеры чашек для проб.

8.2.1.2 Конденсатор, рассчитанный на охлаждение паров углеводородов и воды ниже температуры испарения до их выхода из конденсатора.

8.2.1.3 Нагревательный элемент, с мощностью, достаточной для нагревания пробы выше температуры испарения жидких компонентов бурового раствора в течение 15 мин без выпаривания твердых частиц.

8.2.1.4 Регулятор температуры (опция), обеспечивающий поддержание температуры реторты на уровне 500 °C +/- 40 °C (930 °F +/- 70 °F).

8.2.1.5 Накопитель жидкости (TC), специально разработанный стеклянный цилиндр с закругленным дном для упрощения очистки и воронкообразным горлышком для сбора падающих капель, имеющий следующие характеристики:

Общий объем, мл:	10	20	50
Прецизионность (от 0 до 100%), мл:	+/- 0,05	+/- 0,05	+/- 0,25
Цена деления шкалы (от 0 до 100%), мл:	0,10	0,10	0,50
Калибровка: до содержания (TC) при 20 °C (68 °F)
Шкала: миллилитры или объемное содержание (в процентах)
Материал: Прозрачный, нечувствительный к углеводородам, воде и растворам солей при температуре до 32 °C (90 °F).

Объем накопителя следует контролировать (верифицировать) гравиметрическими методами. Процедура и расчеты приведены в приложении H для накопителей жидкости объемом 10 мл, 20 мл и 50 мл.

8.2.3 Тонковолокнистая стальная вата, обезжиренная

В данной ситуации не следует применять "жидкую стальную вату" или стальную вату с покрытием.

8.2.4 Высокотемпературная силиконовая консистентная смазка для использования в качестве уплотнителя и смазочного материала для резьбы.

8.2.5 Ерши для чистки трубок.

8.2.6 Лопатка для шпаклевки или шпатель, имеющие форму и размеры, соответствующие ретортной чашке для проб.

8.2.7 Воронка Марша.

8.2.8 Антипенная добавка.

8.2.9 Штопор.

8.3 Порядок выполнения работ

8.3.1 Убедиться, что ретортная чашка для проб, конденсатный канал и накопитель жидкости - чистые, сухие и остывшие после предыдущего испытания. Перед каждым испытанием внутренняя поверхность чашки для проб и крышки должна быть тщательно очищена лопаткой или шпателем. Периодически следует слегка полировать внутреннюю поверхность чашки для проб стальной ватой. Конденсатный канал также следует очищать ершом и просушивать перед каждым испытанием. Скопление отложений в конденсаторе может уменьшить конденсацию и привести к ошибочным результатам испытания.

Примечание - Порядок выполнения работ может незначительно меняться в соответствии с типом используемой реторты. Полное описание процедуры см. в инструкциях изготовителя.

8.3.2 Взять представительную пробу бурового раствора на водной основе и остудить ее примерно до 27 °C (80 °F). Процедить анализируемую пробу через сетку с ячейкой 1,68 мм (0,066 дюйма) (12 меш) на воронке Марша, чтобы отделить закупоривающие добавки, крупный шлам или осколки породы.

8.3.3 Если проба бурового раствора содержит газ или воздух, добавить две или три капли антипенной добавки на 300 мл бурового раствора и медленно помешивать в течение 2 - 3 мин для высвобождения газов.

8.3.4 Нанести небольшое количество силиконовой смазки на резьбу на чашке для пробы и конденсаторе. Это предотвратит утечку пара через резьбу, а также облегчит разборку оборудования и его очистку после завершения испытания.

8.3.5 Поместить шарик стальной ваты в камеру над чашкой для пробы. Использовать количество стальной ваты, достаточное, чтобы не допустить попадания твердых частиц в накопитель жидкости при кипении.

Примечание - Это определяется опытным путем.

8.3.6 Наполнить чашку для пробы реторты дегазированным буровым раствором на водной основе, см. 8.3.3. Информацию об удалении воздуха или газа см. в приложении D.

8.3.7 Аккуратно закрыть чашку для пробы крышкой и позволить избыточному количеству пробы выйти из отверстия в крышке, чтобы обеспечить правильный объем пробы в чашке.

8.3.8 Плотно закрыть крышку и вытереть перелившийся раствор с чашки и крышки. Необходимо убедиться, что после этого резьба чашки для пробы осталась покрытой силиконовой смазкой и отверстие в крышке не закупорено.

8.3.9 Вкрутить чашку реторты в камеру реторты с конденсатором.

8.3.10 Поместить чистый сухой накопитель жидкости под выходным отверстием конденсатора.

8.8.11 Нагреть реторту и следить за жидкостью, стекающей из конденсатора. Продолжить нагревание реторты в течение 10 мин после полного сбора конденсата.

8.3.12 Убрать накопитель жидкости из-под реторты. Проверить наличие твердых частиц в собранной жидкости. Если твердые частицы обнаружены и весь буровой раствор выкипел из чашки для пробы, то испытание должно быть повторено по 8.3.6.

8.3.13 Зафиксировать объем воды и углеводорода в накопителе жидкости после ее остывания до температуры окружающей среды. Внести в отчет объемы (или процентное соотношение) собранной воды и углеводорода.

8.3.14 Остудить реторту, убрать стальную вату с помощью штопора и очистить чашку для пробы шпателем.

8.4 Расчет

8.4.1 Используя измеренные значения объемов углеводородной фазы и воды и исходное значение общего объема пробы бурового раствора (10 мл, 20 мл или 50 мл), рассчитать в процентах объемное содержание водной, углеводородной и твердой фаз в буровом растворе.

a) Объемное содержание водной фазы:

Объемное содержание воды , выраженное как процентное отношение к общему объему пробы, рассчитывается по формуле (12):

, (12)

где V_W - объем воды, в мл;

V_df - объем образца бурового раствора, в мл.

b) Объемное содержание углеводородной фазы:

Объемная доля углеводорода, , выраженная в процентах от общего объема образца, рассчитывается по формуле (13):

(13)

где V_O - объем углеводорода, мл;

V_df - объем образца бурового раствора, мл.

c) объемная доля твердой фазы:

объемная доля твердой фазы , выраженная в процентах от общего объема образца, рассчитывается по формуле (14):

(14)

Примечание - Процентное содержание (объемная доля) твердых частиц после перегонки в реторте в формуле (14) является разностью между общим объемом пробы (10 мл, 20 мл или 50 мл) и суммой объемов воды и нефти. Данную разность составляют взвешенные частицы (утяжеляющий материал и частицы малой плотности) и растворенные материалы (например, соль). Данное процентное содержание (объемная доля) твердых частиц после перегонки в реторте состоит только из взвешенных частиц, если буровой раствор не обрабатывается и является буровым раствором на основе пресной воды.

8.4.2 Для определения процентного содержания (относительного объема) взвешенных частиц и соотношения с относительными объемами твердой фазы малой плотности и утяжеляющего материала требуются дополнительные расчеты. Для выполнения данных расчетов требуются точные значения плотности бурового раствора и концентрации хлоридов. Процентное содержание взвешенных частиц , выраженное в процентах от общего объема пробы, рассчитывается по формуле (15):

, (15)

где c_Cl - концентрация хлоридов, мг/л;

- процентное содержание (объемная доля) воды;

- процентное содержание (объемная доля) твердой фазы.

8.4.3 Объемная доля частиц низкой плотности , выраженная в процентах от общего объема образца, в системе СИ рассчитывается по формуле (16) и по формуле (17) для единиц USC:

; (16)

, (17)

где - плотность бурового раствора, г/см³;

- плотность бурового раствора, фунт/галлон;

- плотность фильтрата, г/см³, рассчитывается по формуле (18):

(18)

- плотность утяжелителей, г/см³;

- плотность твердых частиц низкой плотности, г/см³ (если неизвестна, используют значение 2,6 г/см³);

- плотность углеводородов, г/см³ (если неизвестна, используют значение 0,8 г/см³).

8.4.4 Объемное содержание утяжелителя, , выраженное в процентах от общего объема пробы, рассчитывается по формуле (19):

. (19)

8.4.5 Концентрации твердой фазы низкой плотности c_lg,A утяжелителей c_b,A и взвешенных частиц c_SS_,_A, кг/м³, можно рассчитать по формулам (20), (21) и (22):

; (20)

; (21)

c_SS_,_A = c_lg,A + c_b,A; (22)

где - объемная доля твердых частиц низкой плотности, %;

- объемная доля утяжеляющего материала, %.

Концентрации частиц низкой плотности c_lg_,_B, утяжеляющего материала c_b_,_B и взвешенных твердых частиц c_SS_,_B, фунт/баррель, могут быть вычислены по формулам (23), (24) и (25) соответственно:

; (23)

; (24)

c_SS_,_B = c_lg,_B + c_b_,_B, (25)

где - объемная доля твердых частиц низкой плотности, %;

- объемная доля утяжеляющего материала, %.