ГОСТ 33213-2014 (ISO 10414-1:2008). Межгосударственный стандарт. Контроль параметров буровых растворов в промысловых условиях. Растворы на водной основе
11 pH
11.1 Принцип
11.1.1 Измерение и регулирования pH бурового раствора (или фильтрата) на буровой очень важно для контроля раствора. От pH зависят взаимодействие глин, растворимость различных компонентов и загрязнителей, эффективность добавок, а также процессы кислотной и сульфидной коррозии.
11.1.2 Термин "pH" означает отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода H+, активность в водных растворах (активность и концентрация равны только в разбавленных растворах): pH = -log [H+]. Для чистой воды при температуре 24 °C (75 °F) активность ионов водорода [H+] составляет 10-7 моль/л и pH = 7. Такая система называется "нейтральной" так как активность гидроксильных ионов [OH-] также равна 10-7 моль/л. В водных системах при температуре 24 °C (75 °F) ионное произведение [H+] x [OH-] равно 10-14 (постоянная величина). Следовательно, увеличение H+ означает уменьшение [OH-]. Изменение pH на одну единицу означает десятикратное изменение как [H+], так и [OH-]. Растворы с pH менее 7 называются "кислыми", а растворы с pH более 7 называются "основными" или "щелочными".
11.1.3 Рекомендуемый метод измерения pH бурового раствора предполагает использование pH-метра со стеклянным электродом. Данный метод является точным и дает достоверные значения pH, поскольку не подвержен воздействию помех, если используется система электродов высокого качества и правильно выбрана конструкция прибора. Доступные компактные измерители pH с автоматической температурной компенсацией предпочтительнее приборов, регулируемых вручную.
Колориметрический метод определения pH лакмусовой бумагой и тест-полосками используется для определения pH на буровой, но не является рекомендуемым методом. Такие методы надежны только для очень простых буровых растворов на водной основе. Шлам, растворенные соли и реагенты, жидкости темного цвета являются причиной серьезных ошибок в показаниях лакмусовой бумаги. Обычно точность считывания значений pH составляет около 0,5 pH единицы.
11.2 Реактивы и оборудование
11.2.1 Буферные растворы, откалибровать и отрегулировать наклон pH-метра перед определением параметров пробы при следующих значениях pH:
a) pH = 4,0: водный раствор гидрофталата калия с концентрацией 0,05 моль/л; дает значение pH 4,1 при температуре 24 °C (75 °F);
b) pH = 7,0: водный раствор дигидрата фосфата калия с концентрацией 0,02066 моль/л и двузамещенного фосфорнокислого натрия с концентрацией 0,02934 моль/л; дает значение pH 7,00 при температуре 24 °C (75 °F);
c) pH = 10,0: водный раствор карбоната натрия с концентрацией 0,025 моль/л и бикарбоната натрия с концентрацией 0,025 моль/л; дает показатель pH = 10,01 при температуре 24 °C (75 °F).
Буферные растворы могут быть получены у поставщиков в виде уже готовых растворов, сухих порошков или заданного состава. Буферные растворы следует хранить не более шести месяцев. Дату приготовления раствора следует указывать на флаконах, используемых в промысловых условиях. Следует плотно закупоривать флаконы при хранении.
11.2.2 Дистиллированная или деионизированная вода, в распылителе (или промывалке).
11.2.3 Мягкое жидкое моющее средство.
11.2.4 Гидроокись натрия (CAS No. 1310-73-2) (хч), водный раствор 0,1 моль/л (приблизительно); для восстановления электрода.
ОПАСНО - NaOH является сильным едким щелочным химическим реагентом. Не допускать контакта с кожей.
11.2.5 Соляная кислота (CAS No. 7674-01-0) (хч), водный раствор 0,1 моль/л (приблизительно); для восстановления электрода.
ОПАСНО - HCl является едкой и токсичной кислотой.
11.2.6 Гидродифторит аммония (CAS No. 1341-49-7) (хч), водный 10% раствор (приблизительно); для восстановления электрода.
ОПАСНО - Не допускать контакта с кожей.
11.2.7 Милливольтный потенциометр, со шкалой единиц pH, для измерения разницы потенциалов между электродом со стеклянной мембраной и стандартным электродом сравнения.
Следует выбирать водостойкий, ударопрочный, коррозионно-стойкий портативный прибор. Технические характеристики прибора следующие:
a) диапазон pH: от 0 до 14;
b) тип электронных схем: полупроводниковые (предпочтительно);
c) источник энергии: аккумуляторные батареи (предпочтительно);
d) диапазон рабочих температур: от 0 °C до 66 °C (от 32 °F до 150 °F);
e) считывание показаний: цифровое (предпочтительно);
f) разрешение: 0,1 pH единицы;
g) точность: +/- 0,1 pH единицы;
h) воспроизводимость: 0,1 pH единицы;
i) настройки прибора:
- компенсация "температуры" системы электродов;
- "наклон" электродной системы (предпочтительно);
- "калибровка" считываемых показаний. (Предпочтительно использовать указанный выше прибор со встроенной компенсацией температуры.)
11.2.8 Система электродов, комбинация стеклянного электрода, чувствительного к ионам H+, и стандартного электрода сравнения эталонного напряжения, предпочтительно конструктивно объединенные в единый электрод.
Корпус такого электрода должен быть сделан из прочного материала. Электрод с плоским концом предпочтителен для лучшей защиты и простоты очистки электрода. Рекомендуется водонепроницаемое соединение с измерителем. Технические характеристики системы электродов следующие:
a) шкала показаний pH стеклянного электрода: от 0 до 14 pH единиц;
b) электроды: комбинация стеклянного электрода и серебряного/хлорсеребряного электрода, имеющая керамическое или пластмассовое одинарное или двойное соединение;
Примечание - Для измерения жидкостей, содержащих ионы сульфидов или бромидов, использовать электроды с двойным соединением, чтобы не допустить повреждения системы стандартного (серебряного) электрода сравнения.
c) электролит в электроде сравнения: KCl гель;
d) состав стекла: обеспечивающее незначительную натриевую ошибку;
e) натриевая ошибка: при pH = 13 или при 0,1 моль Na+ ион, погрешность менее 0,1 pH единицы.
11.2.9 Тонкая ткань, мягкая, промокать электроды.
11.2.10 Термометр, стеклянный, от 0 °C до 105 °C (от 32 °F до 220 °F).
11.2.11 Ерш для химической посуды, с мягкой щетиной, для очистки электродов.
11.2.12 Склянка для хранения электродов, предназначенная для хранения электродов во влажном состоянии.
11.3 Порядок выполнения работ для измерения pH (следуйте инструкциям производителя прибора)
11.3.1 Взять пробу испытываемой жидкости. Довести ее до температуры 24 °C +/- 3 °C (75 °F +/- 5 °F).
11.3.2 Довести буферный раствор до температуры, равной температуре испытываемой жидкости.
Для точного измерения pH следует, чтобы испытываемая жидкость, буферный раствор и электрод сравнения имели одинаковую температуру. Значение pH буферного раствора, указанное на ярлыке, верно только при температуре 24 °C (75 °F). Если калибровка проходит при другой температуре, следует использовать фактический pH буферного раствора при данной температуре. В процессе калибровки следует использовать таблицы значений pH буферного раствора при различных температурах, полученные от поставщика.
11.3.3 Промыть электроды дистиллированной водой и насухо промокнуть мягкой тканью.
11.3.4 Поместить электрод в буферный раствор с pH 7,0.
11.3.5 Включить измеритель, подождать 60 с для стабилизации показаний (если показания не стабилизируются, следует выполнить действия указанные в 11.4).
11.3.6 Измерить температуру буферного раствора с pH 7,0.
11.3.7 Установить данную температуру, используя кнопку "температура".
11.3.8 Установить показания измерителя на отметке "7,0", используя кнопку "калибровка".
11.3.9 Промыть электрод дистиллированной водой и насухо промокнуть.
11.3.10 Повторить действия, приведенные в 11.3.6 по 11.3.9, с использованием буферного раствора pH 4,0 или pH 10,0. Использовать pH 4,0, если испытываемая проба является "кислой", и pH 10,0, если проба является "щелочной". Соответственно установить измеритель на число "4,0" или "10,0", используя кнопку регулировки "наклон". (Если кнопка "наклон" отсутствует, использовать кнопку "температура" для установления значения "4,0" или "10,0" на измерителе.)
11.3.11 Повторно проверить измеритель, используя буферный раствор с pH 7. Если показания изменились, переключить прибор на отметку "7,0" с помощью кнопки "калибровка". Повторить действия с 11.3.6 по 11.3.9. Если измеритель дает показания отличные от значения pH буферного раствора, восстановить или заменить электроды, как показано в 11.4.
Вылить и не использовать повторно буферные растворы, использованные при калибровке. Измеритель следует калибровать каждый день, как показано в 11.3.2 по 11.3.9, с использованием двух буферных растворов. Проверять с помощью буферного раствора pH 7,0 каждые 3 ч при непрерывном использовании измерителя и перед использованием, если между измерениями прошло более 3 ч.
11.3.12 Если измеритель дает правильные показания, промыть электроды дистиллированной водой и промокнуть насухо. Поместить электрод в испытываемую пробу и аккуратно перемешивать. После стабилизации в течение 60 - 90 с зафиксировать показание.
11.3.13 Внести в отчет показания pH с точностью до 0,1 pH единицы и температуру пробы.
11.3.14 Тщательно промыть электрод для следующего использования и поместить его в склянку с буферным раствором с pH 4,0. Не допускать высыхания рабочего конца электрода.
11.3.15 Выключить измеритель и закрыть его крышкой для защиты прибора. Не допускать хранение прибора при экстремальных температурах [ниже 0 °C (32 °F) или выше 50 °C (120 °F)].
11.4 Уход за электродом (следуйте инструкциям производителя)
11.4.1 Необходимо периодически чистить электрод, особенно если частицы нефти или глины остаются на поверхности стеклянного электрода или на пористой керамике электрода сравнения. Чистить электрод мягкой щеткой и мягким моющим средством.
11.4.2 Восстановление электрода может быть необходимо, если закупоривание становится более сильным, что определяется по медленному отклику, отклонениям показаний или если "наклон" и "калибровка" измерителя не могут быть взаимно отрегулированы.
11.4.3 Чтобы восстановить электрод, погрузить его на 10 мин в раствор HCl с концентрацией 0,1 моль/л, затем промыть водой и поместить на 10 мин в раствор NaOH с концентрацией 0,1 моль/л и снова промыть.
11.4.4 Проверить отклик электрода, выполнив калибровку в соответствии с 11.3.1 - 11.3.15.
11.4.5 Если электрод продолжает давать неверные показания, поместить электрод в 10% раствор гидродифторида аммония на 2 мин. Повторить действия по 11.3.1 - 11.3.15 для проверки калибровки.
11.4.6 Заменить систему электродов, если процедуры по 11.4.3 - 11.4.5 не приводят к восстановлению электрода.
Подписаться на обновления