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

12 Щелочность и содержание извести

 

12.1 Принцип

12.1.1 Щелочность может рассматриваться как способность вещества нейтрализовать кислоту. При испытаниях бурового раствора измерение щелочности может быть произведено как в цельном буровом растворе (обозначается индексом "df") так и в его фильтрате (обозначается индексом "f"). Данные, полученные при определении щелочности, могут быть также использованы для оценки концентрации гидроксильных ионов [OH^-], карбонат-ионов [CO₃^2-] и бикарбонат-ионов [HCO₃^-] в буровом растворе.

12.1.2 Знание щелочности бурового раствора или его фильтрата является важным фактором для многих буровых работ для обеспечения правильного контроля химического состава бурового раствора. Для правильного действия добавок к буровым растворам, особенно некоторых дефлокулянтов, требуется щелочная среда. Щелочность гидроксил-ионов обычно рассматривается как полезная, в то время как щелочность от карбонатов и/или бикарбонатов может оказывать отрицательное влияние на характеристики бурового раствора.

12.1.3 За щелочность фильтрата главным образом отвечают гидроксил-ионы [OH^-], карбонат-ионы [CO₃^2-] и бикарбонат-ионы [HCO₃^-]. Важно понимать, что тип карбонатов может меняться из одной формы в другую при изменении pH раствора. Интерпретация щелочности фильтрата включает в себя вычисление разности между результатами титрования, полученными по следующей методике. Именно по этой причине важно особое внимание к точности измерения реактивов на всех этапах процедуры. Кроме того, важно понимать, что следующие расчеты только оценивают концентрации типов ионов, основываясь на теоретических реакциях химического равновесия.

12.1.4 Часто состав фильтрата бурового раствора такой сложный, что трактовка щелочности в терминах предположительно присутствующих ионов может быть ошибочной. Любое конкретное значение щелочности представляет все ионы, которые реагируют с кислотой, в диапазоне pH выше протестированного значения. Помимо гидроксильных, карбонатных и бикарбонатных ионов щелочность могут увеличивать такие неорганические ионы, как бораты, силикаты, сульфиды и фосфаты. Также в буровом растворе могут присутствовать анионные органические разжижители, понизители фильтрации и продукты их деструкции, которые могут значительно увеличивать значение щелочности и маскировать изменение цвета в конечной точке титрования. Эти органические материалы особенно сильно увеличивают M_f щелочность и, таким образом, делают тест неточным при обработке бурового раствора органическими разжижителями. Тем не менее для простых бентонитовых буровых растворов, не содержащих органических разжижителей, P_f и M_f щелочность (см. 12.3) может использоваться для определения карбонатного/бикарбонатного загрязнения и его нейтрализации.

12.2 Приборы и реактивы

12.2.1 Серная кислота (CAS N 7664-93-9) (хч), стандартный 0,02н (N/50) раствор.

ОПАСНО - H₂SO₄ является сильной и токсичной кислотой.

12.2.2 Индикаторный раствор фенолфталеина (CAS N 518-51-4) (хч): 1 г фенолфталеина на 100 мл спиртово-водного раствора (соотношение спирта и воды 1:1).

12.2.3 Индикаторный раствор метилоранжа (CAS N 547-58-0) (хч): 0,1 г метилоранжа на 100 мл воды.

12.2.4 pH-метр (опционально).

Примечание - Результат измерения щелочности с помощью pH-метра точнее метода определения щелочности с помощью индикаторного раствора.

 

12.2.5 Сосуд для титрования объемом 100 мл или 150 мл, предпочтительно белого цвета.

12.2.6 Градуированные пипетки объемом 1 мл (TD) и 10 мл (TD). (Пипетки градуированные по ГОСТ 29227-91 вместимостью 1 см³ и 10 см³)

12.2.7 Мерная пипетка объемом 1 мл (TD). (Пипетка по ГОСТ 29169-91 вместимостью 1 см³).

12.2.8 Шприц объемом 1 мл (TD).

12.2.9 Палочка для перемешивания.

12.3 Порядок выполнения работ. Измерение щелочности фильтрата по фенолфталеину и метилоранжу

12.3.1 Отмерить один или несколько миллилитров фильтрата в сосуд для титрования. Добавить две или более капли индикаторного раствора фенолфталеина. Если индикатор окрасится в розовый цвет, добавлять по капле серную кислоту 0,02н (н/50) в сосуд из градуированной пипетки при перемешивании до тех пор, пока розовый цвет не исчезнет. Если проба имеет такую интенсивную окраску, что изменение окраски индикатора незаметно, конечную точку можно получить, когда показатель pH достигает отметки 8,3 по pH-метру. (Измерение показателя pH см. в разделе 11).

12.3.2 Внести в отчет щелочность фильтрата по фенолфталеину P_f, мл, серной кислоты 0,02 н, необходимой на 1 мл фильтрата.

12.3.3 В пробу, титрованную до конечной точки P_f, добавить 2 или 3 капли индикаторного раствора метилоранжа. По капле добавлять серную кислоту 0,02н (н/50) из пипетки при перемешивании до тех пор, пока цвет индикатора не изменится с желтого на розовый. Конечную точку можно также получить, когда показатель pH достигает отметки 4,3 по pH-метру. (Измерение показателя pH см. в разделе 11).

12.3.4 Внести в отчет щелочность фильтрата по метилоранжу M_f, в миллилитрах серной кислоты 0,02н, необходимой на 1 мл фильтрата для достижения конечной точки по метилоранжу (включая количество, необходимое для получения конечной точки P_f).

12.4 Порядок выполнения работ. Измерение щелочности бурового раствора по фенолфталеину

12.4.1 Отмерить 1,0 мл бурового раствора в сосуд для титрования с помощью шприца или мерной пипетки. Разбавить пробу бурового раствора дистиллированной водой в объеме от 25 мл до 50 мл. Добавить от 4 до 5 капель индикаторного раствора фенолфталеина и, если индикатор окрасится в розовый цвет, во время перемешивания быстро титровать раствор стандартным раствором серной кислоты 0,02н (н/50) до тех пор, пока розовый цвет не исчезнет. Если конечная точка изменения окраски индикаторного раствора незаметна, конечную точку можно получить, когда показатель pH достигает значения 8,3 по pH-метру. (Измерение показателя pH см. в разделе 11).

Если в растворе предполагается примесь цемента, титрование должно происходить так быстро, как только возможно, и конечная точка должна быть зафиксирована, как только начнет исчезать розовая окраска.

12.4.2 Внести в отчет щелочность бурового раствора по фенолфталеину P_df в мл серной кислоты 0,02н (н/50), необходимой на 1 мл бурового раствора.

12.5 Расчет концентрации ионов по P_f и M_f

Массовая концентрация гидроксил-ионов, карбонат-ионов и бикарбонат-ионов может быть рассчитана по P_f и M_f, как показано в таблице 4.

 

Таблица 4

 

Концентрации гидроксил-ионов, карбонат-ионов

и бикарбонат-ионов

 

Значения Pf и Mf	Концентрация, мг/л
	OH-	CO32-	HCO3-
Pf = 0	0	0	1220Mf
2 Pf < Mf	0	1200Pf	1220 (Mf - 2Pf)
2 Pf = Mf	0	1200Pf	0
2 Pf > Mf	340 (2Pf - Mf)	1200 (Mf - Pf)	0
Pf = Mf	340Pf	0	0

 

12.6 Определение содержания извести

12.6.1 Определить P_f и P_df фильтрата и бурового раствора в соответствии с 12.3 и 12.4.

Определить объемную долю воды в буровом растворе F_W, используя значение объемного содержания воды, выраженное в виде десятичной дроби, полученное при определении содержания жидкой и твердой фазы (раздел 8), по следующей формуле:

 

, (30)

 

где - объемная доля воды в буровом растворе, % (см. раздел 8).

12.6.2 Записать содержание извести в буровом растворе C_lime,A, кг/м³ по формуле (31) [или C_lime,B, фунт/баррель, по формуле (32)]:

 

C_lime,A = 0,742 (P_df - F_W P_f); (31)

 

C_lime,B = 0,26 (P_df - F_W P_f), (32)

 

где F_W - объемная доля воды в буровом растворе, выраженная в десятичных дробях;

P_df - фенолфталеиновая щелочность бурового раствора;

P_f - фенолфталеиновая щелочность фильтрата.