ГОСТ 33696-2015 (ISO 10416:2008). Межгосударственный стандарт. Растворы буровые. Лабораторные испытания

13 Испытание метиленовой синью для выбуренных твердых частиц и товарного бентонита

 

13.1 Поглощение метиленовой сини выбуренных твердых частиц

 

13.1.1 Принцип

13.1.1.1 Поглощение метиленовой сини выбуренных твердых частиц может быть определено с помощью процедуры, аналогичной для буровых растворов. Поглощение метиленовой сини является оценкой катионообменной емкости выбуренных твердых частиц. Реальная катионообменная емкость выбуренных твердых частиц будет немного выше поглощения метиленовой сини.

13.1.1.2 Раствор метиленовой сини используют для титрования пробы выбуренных твердых частиц, высушенных, размельченных до порошкообразного состояния и обработанных сильным диспергатором и окислителем. Диспергированная проба выбуренных твердых частиц титруется раствором метиленовой сини до тех пор, пока не появится слабое синее кольцо или "ореол" вокруг капли окрашенных выбуренных твердых частиц на фильтровальной бумаге.

13.1.2 Реактивы и оборудование

13.1.2.1 Раствор метиленовой сини: 3,20 г метиленовой сини, ч.д.а. (C₁₆H₁₈N₃SCl), разбавленной до 1000 см³ (1 см³ = 0,01 миллиэквивалент).

Если раствор готовится в лаборатории, то влажность метиленовой сини, чистой для анализа, должна определяться каждый раз при приготовлении раствора. Высушивают 1,0 г метиленовой сини до постоянной массы при температуре (93 +/- 3) °C [(200 +/- 5) °F]. Проводят соответствующую поправку массы порошка метиленовой сини m₀, взятой для приготовления раствора, следующим образом:

 

(13)

 

где m_d - масса высушенной пробы порошка метиленовой сини, г.

13.1.2.2 Тетрапирофосфат натрия, 2% раствор (20 г пирофосфататетранатрия, разбавленного до 1000 см³).

13.1.2.3 Перекись водорода, 3% раствор.

13.1.2.4 Серная кислота, разведенная, c = 2,5 моль/л (5 М).

13.1.2.5 Коническая колба Эрленмейера вместимостью 250 см³.

13.1.2.6 Бюретка вместимостью 10 см³, микропипетка вместимостью 0,5 см³ или градуированная пипетка вместимостью 1 см³.

13.1.2.7 Мерный цилиндр вместимостью 50 см³ по ГОСТ 1770.

13.1.2.8 Палочка для перемешивания.

13.1.2.9 Электрическая плитка.

13.1.2.10 Магнитная мешалка с покрытой магнитной вертушкой.

13.1.2.11 Фильтровальная бумага Ватман номер 1.

13.1.2.12 Сушильный шкаф с регулируемой температурой (105 +/- 3) °C [(220 +/- 5) °F].

13.1.2.13 Ступка и пестик.

13.1.2.14 Сито 71 мкм.

13.1.2.15 Весы с точностью взвешивания +/- 0,05 г.

13.1.3 Процедура

13.1.3.1 Очищают пробу выбуренных твердых частиц от следов бурового раствора и высушивают при температуре (105 +/- 3) °C [(220 +/- 5) °F] в течение 2 ч.

13.1.3.2 Размалывают выбуренные твердые частицы до получения мелкого порошка с помощью ступки и пестика. Просеивают через сито 71 мкм.

13.1.3.3 Взвешивают 1,0 г выбуренных твердых частиц с размером менее 71 мкм и добавляют в коническую колбу Эрленмейера, содержащую 25 см³ 2% раствора тетрапирофосфата натрия.

13.1.3.4 Хорошо перемешивают и кипятят в течение 10 мин. Не кипятят до высушивания.

13.1.3.5 Добавляют 15 см³ перекиси водорода и 1 см³ серной кислоты. Кипятят в течение 10 мин. Охлаждают до комнатной температуры и разводят водой до объема более 50 см³.

13.1.3.6 Добавляют раствор метиленовой сини в колбу частями по 0,5 см³ во время перемешивания на магнитной мешалке. Если приблизительное количество раствора метиленовой сини, необходимое для получения конечной точки, известно из предыдущих испытаний, то перед началом титрования можно добавлять раствор метиленовой сини большими частями (от 1 до 2 см³). После каждого добавления раствора метиленовой сини вращают содержимое колбы в течение 30 с. Пока твердые частицы находятся во взвешенном состоянии, отбирают одну каплю суспензии с помощью палочки для перемешивания и капают на фильтровальную бумагу. Исходная конечная точка титрования достигается, когда возникает окрашивание в виде слабого синего кольца или ореола, как показано на рисунке 2, обозначение 4, для добавления 6 см³.

13.1.3.7 Когда обнаружена исходная конечная точка, взбалтывают колбу в течение 2 мин. и капают еще одну каплю на испытательную бумагу. Если снова наблюдается синее кольцо, то достигнута окончательная конечная точка, как показано на рисунке 2, обозначение 8. Если слабое синее кольцо или ореол не появляются, продолжают процедуру по 13.1.3.6 до тех пор, пока вторая капля, взятая после 2 мин., не покажет слабый синий оттенок или ореол, как показано в обозначениях 8 и 9. Таким образом, находится 2 мин. конечная точка. Свободное окрашивание, обнаруженное непосредственно после добавления раствора метиленовой сини и поглощаемое через 2 мин., указывает на то, что конечная точка не достигнута. См. обозначения 4 и 9.

 

 

1 - объем добавленного раствора метиленовой сини;

2 - влага; 3 - окрашенные твердые частицы бурового раствора

(присутствует несвободное, непоглощаемое окрашивание);

4 - свободное окрашивание (слабое синее кольцо или ореол),

видимое непосредственно после добавления 6 см³ и поглощаемое

после 2 мин., что указывает на то, что конечная точка

не достигнута; 5 - окрашенные твердые частицы бурового

раствора; 6 - свободное, непоглощаемое окрашивание;

7 - влага; 8 - конечная точка, свободное окрашивание

не поглощается после перемешивания в течение

дополнительных 2 мин.; 9 - появление пятна после

перемешивания в течение дополнительных 2 мин.

 

Рисунок 2 - Испытания методом пятна для конечной

точки титрования метиленовой сини

 

13.1.3.8 Продолжают перемешивание в течение дополнительных 10 мин. и капают еще одну каплю на испытательную бумагу. Если слабое синее кольцо или ореол снова появляются, то достигнута 10 мин. конечная точка. Если слабое синее кольцо не появляется, продолжают процедуру по 13.1.3.6 до тех пор, пока вторая капля, взятая после перемешивания в течение 2 мин., не покажет слабый синий оттенок или ореол.

13.1.3.9 Поглощение метиленовой сини выбуренных твердых частиц c_MBT-DS, мэкв/100 г, вычисляют по следующей формуле:

 

(14)

 

где V - объем раствора метиленовой сини, используемый для титрования, см³;

m_DS - масса пробы выбуренных твердых частиц, г.

 

13.2 Поглощение метиленовой сини товарного бентонита

 

13.2.1 Принцип

Поглощение метиленовой сини товарного бентонита может быть определено с помощью процедуры, аналогичной для выбуренных твердых частиц. Поглощение метиленовой сини является оценкой катионообменной емкости бентонита. Реальная катионообменная емкость бентонита будет немного выше поглощения метиленовой сини. Диспергированную пробу бентонита титруют раствором метиленовой сини до тех пор, пока не появится синий или бирюзовый "ореол" вокруг капли окрашенных твердых частиц бентонита на фильтровальной бумаге.

13.2.2 Реактивы и оборудование

13.2.2.1 Раствор метиленовой сини, 1 см³ = 0,01 миллиэквивалент (см. 13.1.2.1).

13.2.2.2 Тетрапирофосфат натрия, 2% раствор (см. 13.1.2.2).

13.2.2.3 Коническая колба Эрленмейера вместимостью 250 см³.

13.2.2.4 Бюретка вместимостью 50 см³.

13.2.2.5 Мерный цилиндр вместимостью 50 см³ по ГОСТ 1770.

13.2.2.6 Палочка для перемешивания.

13.2.2.7 Электрическая плитка.

13.2.2.8 Магнитная мешалка с магнитной вертушкой (покрытой).

13.2.2.9 Фильтровальная бумага Ватман номер 1.

13.2.2.10 Весы с точностью взвешивания +/- 0,05 г.

13.2.3 Процедура

13.2.3.1 Взвешивают 0,5 г бентонита и добавляют в коническую колбу Эрленмейера, содержащую 25 см³ 2% раствора тетрапирофосфата натрия.

13.2.3.2 Хорошо перемешивают и кипятят в течение 10 мин. Не кипятят до высушивания.

13.2.3.3 Охлаждают до комнатной температуры и разводят водой до объема более 50 см³.

13.2.3.4 Добавляют раствор метиленовой сини в колбу с помощью бюретки частями по 1 см³ во время перемешивания на магнитной мешалке. Перед началом титрования можно добавлять раствор метиленовой сини большими частями (от 10 до 15 см³), если конечная точка достигается только после добавления 25 см³ или более. После каждого добавления раствора метиленовой сини вращают содержимое колбы в течение 30 с, отбирают одну каплю суспензии с помощью палочки для перемешивания и капают на фильтровальную бумагу. Исходная конечная точка титрования достигается, когда возникает окрашивание в виде слабого синего кольца или ореола, окружающего твердые частицы, как показано на рисунке 2, обозначение 4.

Для большей точности рекомендуется добавление раствора частями не более 1 см³.

13.2.3.5 Когда обнаружена исходная конечная точка, взбалтывают колбу в течение 2 мин. и капают еще одну каплю на испытательную бумагу. Если снова наблюдается слабое синее кольцо или ореол, то достигнута 2 мин. конечная точка, как показано на рисунке 2, обозначения 8 и 9. Если кольцо или ореол не появляются, продолжают процедуру по 13.2.3.4 до тех пор, пока вторая капля, взятая после перемешивания в течение дополнительных 2 мин., не покажет слабый синий оттенок или ореол.

13.2.3.6 Продолжают перемешивание в течение дополнительных 10 мин. и капают еще одну каплю на испытательную бумагу. Если слабое синее кольцо или ореол снова появляются, то достигнута 10 мин. конечная точка. Если слабое синее кольцо не появляется, продолжают процедуру по 13.2.3.2 до тех пор, пока вторая капля, взятая после перемешивания в течение 2 мин., не покажет слабый синий оттенок или ореол.

13.2.3.7 Поглощение метиленовой сини товарного бентонита c_MBT-B, мэкв/100 г, вычисляют по следующей формуле:

 

(15)

 

где V - объем раствора метиленовой сини, используемый для титрования, см³;

m_B - масса пробы товарного бентонита, г.

 

13.3 Содержание твердых частиц

 

13.3.1 Принцип

Процедура по 13.3.2 может применяться для примерной оценки количества выбуренных твердых частиц и товарного бентонита в буровом растворе при использовании концентрации твердых частиц малой плотности c_LG,A, выраженной в килограммах на кубический метр, или c_LG,B, выраженной в фунтах на баррель, вычисленной в соответствии с ГОСТ 33213 (раздел 8), плюс эквивалент бентонита E_BE,A, выраженный в килограммах на кубический метр, или E_BE,B, выраженный в фунтах на баррель, вычисленный по ГОСТ 33213 (раздел 10), и поглощение метиленовой сини выбуренных твердых частиц (см. 13.1.3.9) и товарного бентонита (см. 13.2.3.7).

13.3.2 Расчет

Концентрация каждого типа твердых частиц малой плотности может быть вычислена по следующим формулам:

 

(16)

 

(17)

 

(18)

 

(19)

 

c_DS,A = c_LG,A - c_B,A; (20)

 

c_DS,B = c_LG,A - c_B,B, (21)

 

где C_MBT-AVG - среднее значение поглощения метиленовой сини для твердых частиц малой плотности, мэкв/100 г;

C_MBT-DS - поглощение метиленовой сини выбуренных твердых частиц, мэкв/100 г;

C_MBT-B - поглощение метиленовой сини товарного бентонита, мэкв/100 г;

E_BE,A - эквивалент бентонита, кг/м³;

E_BE,B - эквивалент бентонита, фунт/баррель;

C_LG,A - концентрация твердых частиц малой плотности, кг/м³;

C_LG,B - концентрация твердых частиц малой плотности, фунт/баррель;

C_B,A - концентрация бетонита, кг/м³;

C_B,B - концентрация бетонита, фунт/баррель;

C_DS,A - концентрация выбуренных твердых частиц, кг/м³;

C_DS,B - концентрация выбуренных твердых частиц, фунт/баррель.

Если C_MBT-B для бентонита неизвестно, используют значение 70 мэкв/100 г, принятое для вычисления эквивалента бентонита бурового раствора по ГОСТ 33213 (раздел 8) и для вычислений среднего значения МВТ всех твердых частиц малой плотности, C_MBT-AVG. Состав твердых частиц вычисляется с учетом, что C_MBT-AVE 70 мэкв/100 г для бентонита не является таким же точным, как и вычисленное значение по вышеуказанным формулам. Вычисленные количества бентонита и выбуренных твердых частиц раствора могут применяться в качестве инструмента для контроля.