ГОСТ 33697-2015 (ISO 10414-2:2011). Межгосударственный стандарт. Растворы буровые на углеводородной основе. Контроль параметров в промысловых условиях
10 Химический анализ буровых растворов на углеводородной основе
10.1 Принцип
10.1.1 Анализ для определения щелочности бурового раствора представляет собой метод титрования, в котором измеряется объем титрованной кислоты, необходимый для реакции с щелочными (основными) материалами в пробе бурового раствора на углеводородной основе. Значение щелочности используется для вычисления концентрации не вступившей в реакцию избыточной извести в буровом растворе на углеводородной основе. Избыточные щелочные материалы, такие как известь, помогают стабилизировать эмульсию, а также нейтрализовать кислотообразующие газы - диоксид углерода и сульфид водорода.
10.1.2 Анализ бурового раствора на содержание хлоридов представляет собой метод титрования, в котором измеряется объем титрованного нитрата серебра, необходимый для реакции с ионами хлорида (и других галоидов) для образования нерастворимых солей хлорида серебра (или галоида серебра). Для процедуры испытания могут использоваться те же пробы, что и для анализа щелочности, при условии, что проба является кислой (pH ниже 7,0). Содержание хлоридов, определенное для бурового раствора на углеводородной основе, может быть отнесено к водной фазе до точки насыщения. Концентрация растворимой в воде соли связана с эффективностью бурового раствора на углеводородной основе при контроле глинистых сланцев за счет концепции "активности водной фазы". Значение минерализации водной фазы также необходимо для введения поправки в значение воды при ретортном анализе с целью получения правильных концентраций твердой фазы для бурового раствора на углеводородной основе.
10.1.3 Анализ содержания кальция в буровом растворе представляет собой метод титрования, в котором измеряется объем титрованного связывающего кальций агента (ЭДТА), необходимый для вступления в реакцию со всем кальцием (и другими растворимыми в воде щелочноземельными ионами), перешедшим из бурового раствора в водную фазу, когда смесь растворителей используется для удаления бурового раствора. Источником кальция, содержание которого измеряется в этом анализе, может быть хлорид кальция (CaCl2) и известь [CaO или Ca(OH)2], используемые при приготовлении бурового раствора, но часть кальция может попасть при бурении сквозь гипс или ангидрид (CaSO4).
10.1.4 Кроме того, может быть измерено некоторое количество обычно нерастворимого кальция, полученного из карбоната кальция при бурении или из карбоната кальция, используемого как добавка к буровому раствору. Результаты определения содержания кальция могут совместно с анализом содержания хлорида и воды использоваться для вычисления минерализации CaCl2 и хлоридом натрия (NaCl) водной фазы бурового раствора.
10.1.5 Анализ кальция исключает присутствие ионов магния (Mg+2). Если ожидается присутствие Mg+2, инженеру или оператору по буровым растворам необходимо использовать особые процедуры титрования и расчета ионов кальция и магния.
10.1.6 Процедуры расчета, основанные на этих химических анализах, приведены в разделе 12.
10.1.7 В эти процедуры включен необязательный этап фильтрации, который может удалить мешающий цвет пробы раствора. Например, когда буровой раствор содержит гематит. Фильтрация помогает определить конечные точки всех титрований, включая анализ кальция, даже если гематит в растворе отсутствует. Однако следует помнить, что фильтрация может снизить щелочность.
10.1.8 При отборе пробы необходимо соблюдать аккуратность, чтобы не нарушить его однородность. Оседание или разделение фаз в контейнере с пробой может привести к ошибочным результатам анализа, поэтому может потребоваться перемешивание пробы. Другие факторы, которые необходимо учитывать, включают срок годности раствора реагента для анализа, загрязнение материалами, оставшимися в пипетках, и загрязнение водой, взятой не из дистиллированных или деионизированных источников. Во избежание загрязнения пипетки должны использоваться только с раствором одного реагента. Емкости со всеми растворами реагентов должны быть плотно закупорены, если они не используются, и соответствующим образом утилизироваться, согласно инструкциям продавца по истечении срока годности.
10.1.9 Химикаты для титрования, используемые при определении щелочности, поглощают часть щелочности. Эту величину называют "щелочность, необходимая для основы" VB. Данное значение VB может быть определено при использовании 0,1 моль/дм3 гидроксида натрия для титрования конечной точки по фенолфталеину титровочной смеси без бурового раствора. После определения значение VB может быть прибавлено к измеренному значению щелочности бурового раствора на углеводородной основе для получения более точного представления о щелочности/концентрации извести.
Примечание - Опыт показывает, что если значения VB превышают 1 мл 0,1 моль/дм3 гидроксида натрия, PNP может содержать загрязнения или деградировать. В этом случае необходимо как можно быстрее использовать свежую бутыль PNP.
10.1.10 Допущение, что известь активна на 100%, может привести к путанице при сравнении результатов анализа щелочности со значением ожидаемой щелочности, основанным на добавленной извести. Полевая (добавляемая на месте) известь, как правило, активна менее чем на 100%. Для компенсации различий между расчетным и добавленным значениями извести необходимо определить активность источника щелочности (извести). В ГОСТ 9179 приведена процедура, которая может использоваться для количественного анализа извести.
10.2 Реагенты и аппаратура
10.2.1 Растворитель, состоящий из монопропилового эфирпропиленгликоля (PNP).
10.2.2 Сосуд для титрования, 400 мл мензурка с крышкой.
10.2.3 Фенолфталеин, индикаторный раствор 1 г/100 мл в растворе изопропанола в воде 1:1.
10.2.4 Серная кислота, раствор 0,05 моль/дм3.
10.2.5 Хромат калия, индикаторный раствор 5 г/100 мл воды.
ВНИМАНИЕ! Данное вещество является канцерогеном и требует осторожного обращения.
10.2.6 Нитрат серебра, реагент c (AgNO3) = 47,91 г/дм3 [c (Cl-) = 0,01 г/мл или 0,282 моль/дм3 [0,282 н.], в бутылке из желтого или темного стекла.
10.2.7 Дистиллированная (по ГОСТ 6709) или деионизированная вода.
10.2.8 Одноразовый шприц вместимостью 5 мл.
10.2.9 Градуированный цилиндр вместимостью 25 мл.
10.2.10 Градуированные пипетки по две вместимостью 1 и 10 мл.
Примечание - Одну пару пипеток используют для серной кислоты, а другую - для нитрата серебра.
10.2.11 Груша для пипетки.
10.2.12 Магнитная мешалка с 4 см (1,5 дюйма) стержнем (с покрытием).
10.2.13 Буферный раствор для кальция c (NaOH) = 1 моль/дм3, изготовленный из свежего гидроксида натрия, х.ч., содержащего карбонат натрия с массовой долей менее 1%. Буферный раствор хранят в закрытой герметичной бутыли для минимизации абсорбции CO2 из воздуха.
10.2.14 Индикатор кальция или гидроксинафтол синий.
10.2.15 ЭДТА, раствор, cЭДТА = 0,1 моль/дм3, стандартизованный двунатриевый дегидрат этилендиаминтетрауксусной кислоты (1 см3 = 10 000 мг/см3 CaCO3, 1 см3 = 4000 мг/дм3 Ca+2).
Примечание - Данный раствор ЭДТА имеет концентрацию в два раза выше, чем используемый при анализе буровых растворов на водной основе.
10.3 Щелочность, необходимая для основы VB
10.3.1 Методика
10.3.1.1 100 мл растворителя PNP наливают в 400 мл мензурку или банку вместимостью 1 пинта. См. примечания к 9.3.9 для подробной информации о PNP.
10.3.1.2 Добавляют 200 мл дистиллированной (или деионизированной) воды.
10.3.1.3 Добавляют 15 капель индикаторного раствора фенолфталеина.
10.3.1.4 Перемешивая магнитной мешалкой так, чтобы высота воронки составляла половину высоты жидкости, смесь немедленно титруют 0,1 моль/л гидроксида натрия до появления легкого розового цвета. Результат записывают как VNaOH.
Примечание - Такой способ перемешивания важен, поскольку более энергичное перемешивание может привести к ошибочным результатам.
10.3.1.5 Перемешивание продолжают в течение 5 мин. Если розовый цвет не исчезает, конечная точка достигнута. Если розовый цвет исчезает, повторяют процедуру по 10.3.1.4.
10.3.2 Вычисления
VB = VNaOH, (25)
где VB - щелочность, необходимая для основы;
VNaOH - объем 0,1 моль/мл NaOH, мл.
10.4 Щелочность всего бурового раствора VK
10.4.1 Методика
10.4.1.1 100 мл растворителя PNP добавляют в титровальный сосуд.
10.4.1.2 5 мл шприц заполняют буровым раствором выше 3 мл отметки.
10.4.1.3 2,0 мл бурового раствора впрыскивают в титровальный сосуд. Значение записывают как VS.
10.4.1.4 Буровой раствор на углеводородной основе и растворитель перемешивают вращением сосуда до достижения однородной смеси.
10.4.1.5 Добавляют 200 мл дистиллированной (или деионизированной) воды. Если фильтрация не требуется, переходят сразу к 10.4.1.7.
10.4.1.6 Этап фильтрации (необязательный):
1) Смесь перемешивают в течение 5 мин. магнитной мешалкой так, чтобы высота воронки составляла половину высоты жидкости.
2) Смесь переливают в фильтр-пресс для низкой температуры/низкого давления по API с фильтровальной бумагой в соответствии с ГОСТ 33213.
Примечание - Для целей данного положения аналогом является стандарт [33].
3) Закрывают камеру пресс-фильтра и прикладывают давление 690 кПа (100 фунт/дюйм2). Не следует использовать баллоны с CO2 или другие емкости с CO2 для создания давления. Рекомендованным источником давления является азот или закись азота.
ВНИМАНИЕ! Запрещается использовать баллоны с закисью азота в качестве источника давления при фильтрации при высокой температуре/давлении. Закись азота может сдетонировать при высоком давлении/температуре при наличии смазки, нефти или углеродистых материалов. Баллоны с закисью азота могут использоваться только для анализа карбонатов с помощью газоанализатора Гаррета в соответствии с ГОСТ 33213, раздел A.5.
4) Весь фильтрат собирают в чистую мензурку, пока камера не станет сухой.
5) Используют весь фильтрат и продолжают согласно 10.4.1.7.
10.4.1.7 Добавляют 15 капель индикаторного раствора фенолфталеина (10.2.3).
10.4.1.8 Перемешивая магнитной мешалкой так, чтобы высота воронки составляла половину высоты жидкости, смесь немедленно титруют 0,05 моль/дм3 серной кислоты до исчезновения розового цвета.
Примечания
1 Такой способ перемешивания важен, поскольку более энергичное перемешивание может привести к ошибочным результатам.
2 Может потребоваться прекратить перемешивание смеси и дать двум фазам разделиться для того, чтобы более точно увидеть цвет водной фазы.
10.4.1.9 Перемешивание продолжают в течение 5 мин. Если розовый цвет не появляется вновь, конечная точка достигнута. Если розовый цвет снова появляется, возвращаются к 10.4.1.8. Объем 0,05 моль/дм3 серной кислоты записывают как V(H2SO4) в миллилитрах.
10.4.1.10 Объем раствора 0,05 моль/дм3 серной кислоты V(H2SO4), выраженный в миллилитрах, необходимый для достижения конечной точки в 10.4.1.9, используют для вычисления щелочности всего бурового раствора VK, как полную концентрацию извести во всем буровом растворе 
.
10.4.2 Расчеты
(26)
(27)
(28)
где VK - щелочность всего бурового раствора, мл, 0,05 моль/л серной кислоты;
VB - щелочность, потребляемая основой, мл;
- объем 0,05 моль/дм3 серной кислоты, мл;
VS - объем пробы бурового раствора, мл;
- полная концентрация извести во всем буровом растворе, фунт/баррель;
- концентрация извести, добавляемой в поле, кг/м3 или фунт/баррель;
- значение анализа извести, выраженное как весовая доля.
Примечание - VK аналогично POM, использованному в ГОСТ 33213. VB - объем 0,1 моль/дм3 раствора гидроксида натрия, необходимый для достижения конечной точки по фенолфталеину в смеси раствора для титрования без бурового раствора. Полевая известь относится к количеству извести полевого качества, которая будет добавлена в систему бурового раствора для достижения необходимой концентрации извести. Полевая (добавляемая на месте) известь, как правило, активна менее чем на 100%.
10.4.3 Концентрацию извести во всем буровом растворе 
вычисляют по формулам:
(29)
(27)
где VK - щелочность всего бурового раствора, мл, 0,1 н. серной кислоты;
- полная концентрация извести во всем буровом растворе, фунт/баррель;
- полная концентрация извести во всем буровом растворе, кг/м3.
10.5 Концентрация хлорида во всем буровом растворе
10.5.1 Методика
10.5.1.1 Выполняют процедуры для определения щелочности с 10.3 по 10.4 включительно. Полученный раствор используют для анализа концентрации хлорида. Смесь для титрования в данном анализе необходимо сделать кислой (pH ниже 7,0) путем добавления от 10 до 20 капель или более 0,05 моль/дм3 серной кислоты.
10.5.1.2 Добавляют 3 мл индикаторного раствора хромата калия (10.2.5).
10.5.1.3 Этап фильтрации (необязательный):
1) Смесь перемешивают в течение 5 мин. магнитной мешалкой так, чтобы высота воронки составляла половину высоты жидкости.
2) Смесь переливают в фильтр-пресс для низкой температуры/низкого давления по API с фильтровальной бумагой в соответствии с ГОСТ 33213.
Примечание - Для целей данного положения аналогом является стандарт [33].
3) Закрывают камеру пресс-фильтра и прикладывают давление 690 кПа (100 фунт/дюйм2). Не следует использовать баллоны с CO2 или другие емкости с CO2 для создания давления. Рекомендованным источником давления является азот или закись азота.
ВНИМАНИЕ! Запрещается использовать баллоны с закисью азота в качестве источника давления при фильтрации при высокой температуре/давлении. Закись азота может сдетонировать при высоком давлении/температуре при наличии смазки, нефти или углеродистых материалов. Баллоны с закисью азота могут использоваться только для анализа карбонатов с помощью газоанализатора Гаррета в соответствии с ГОСТ 33213, раздел A.5.
4) Весь фильтрат собирают в чистую мензурку, пока камера не станет сухой.
5) Используют весь фильтрат и продолжают согласно 10.5.1.4.
10.5.1.4 Медленно титруют 0,282 моль/л (0,282 н.) нитратом серебра (10.2.6), при этом быстро помешивая магнитной мешалкой, пока не появится оранжево-розовый оттенок, устойчивый не менее 1 мин.
Примечания
1 Может потребоваться прекратить перемешивание смеси и дать двум фазам разделиться для того, чтобы более точно увидеть цвет водной фазы.
2 В процессе титрования может потребоваться дополнительный индикаторный раствор хромата калия.
10.5.1.5 Объем 0,282 моль/дм3 (0,282 н.) нитрата серебра, V(AgNO3) в миллилитрах, необходимый для достижения конечной точки в 10.5.1.3 для вычисления концентрации хлорида во всем буровом растворе 
.
10.5.2 Расчеты
(30)
где - концентрация хлорида во всем буровом растворе, мг/л;
- объем 0,282 моль/дм3 (0,282 н.) нитрата серебра, мл;
VS - объем пробы бурового раствора, мл.
10.6 Концентрация кальция во всем буровом растворе
10.6.1 Методика
10.6.1.1 Добавляют 100 мл растворителя PNP в титровальный сосуд, имеющий крышку.
10.6.1.2 5 мл шприц наполняют буровым раствором на углеводородной основе далее 3 мл отметки.
10.6.1.3 2,0 мл бурового раствора впрыскивают в титровальный сосуд. Значение записывают как VS.
10.6.1.4 Буровой раствор на углеводородной основе и растворитель перемешивают вращением сосуда до достижения однородной смеси.
10.6.1.5 Добавляют 200 мл дистиллированной или деионизированной воды в титровальный сосуд.
10.6.1.6 Этап фильтрации (необязательный):
1) Если фильтрация необходима, смесь перемешивают в течение 5 мин. магнитной мешалкой так, чтобы высота воронки составляла половину высоты жидкости.
2) Смесь переливают в фильтр-пресс для низкой температуры/низкого давления по API с фильтровальной бумагой в соответствии с ГОСТ 33213.
Примечание - Для целей данного положения аналогом является стандарт [33].
3) Закрывают камеру пресс-фильтра и прикладывают давление 690 кПа (100 фунт/дюйм2). Не следует использовать баллоны с CO2 или другие емкости с CO2 для создания давления.
4) Весь фильтрат собирают в чистую мензурку, пока камера не станет сухой.
5) Используют весь фильтрат и продолжают согласно 10.6.1.7.
10.6.1.7 Добавляют 6,0 мл (1 моль/дм3) буферного раствора гидроксида натрия (10.2.13).
10.6.1.8 Добавляют от 0,7 до 1,0 г порошка для индикации кальция.
10.6.1.9 Титровальный сосуд помещают на магнитную мешалку и опускают стержень.
10.6.1.10 Титрование проводят очень медленно, добавляя по капле 0,1 моль/дм3 раствора ЭДТА из пипетки, при этом скорость мешалки должна быть достаточной, только чтобы привести в движение водную (нижнюю) фазу, не перемешивая вновь верхнюю и нижнюю фазы. В конечной точке наблюдается явное изменение цвета с красноватого на сине-зеленый. Отмечают добавленный объем ЭДТА (VЭДТА) в миллилитрах.
10.6.1.11 Объем ЭДТА (VЭДТА), необходимый для достижения конечной точки в 10.6.1.10, используют для вычисления концентрации кальция во всем буровом растворе, 
.
10.6.2 Расчеты
(31)
где - концентрация кальция во всем буровом растворе, мг/л;
VЭДТА - объем 0,1 моль/дм3 раствора ЭДТА, мл;
VS - объем пробы бурового раствора, мл.
Подписаться на обновления