Измерение емкости катионообмена в полевых условиях
Оборудование
1. Шприц (3 мл), бюретка (10 мл).
2. Микропипетка (0.5 мл).
3. Колба Эрленмейера с резиновой пробкой (250 мл).
4. Пипетка или бюретка (10 мл).
5. Градуированный мерный стакан (50 мл).
6. Палочка для перемешивания.
7. Нагревательная плитка.
8. Фильтровальная бумага (диаметр 11 см, Ватман №1 или аналогичная).
Реагенты:
1. Раствор метиленовый синий: 1 мл = 0,01 миллиэквивалент, 3,74 г метиленового синего (C16H18N3SCl•3H2O) на литр.
2. 3%-й раствор перекиси водорода.
3. 5N раствор серной кислоты.
Процедура
1. Количественно перенести 2 мл бурового раствора (или иной объем раствора из расчета использования от 2 до 10 мл реагента) в 10 мл воды, предварительно залитой в колбу Эрленмейера. Внести туда же 15 мл 3%-ного раствора перекиси водорода и 0,5 мл раствора серной кислоты N5, перед нагреванием перемешать. Кипятить на медленном огне 10 минут. Развести водой до 50 мл.
ПРИМЕЧАНИЕ: Кроме бентонита, в буровом растворе зачастую содержатся другие вещества, поглощающие метиленовый синий краситель. Введение в раствор серной кислоты позволяет нейтрализовать действие органики (КМЦ, полиакрилатов, лигносульфонатов и лигнитов).
2. В колбу пипеткой или бюреткой вводить раствор метиленовой сини каплями по 0,5 мл. После каждого добавления метиленовой сини следует закрывать колбу пробкой и перемешивать ее содержимое в течение приблизительно 30 секунд. Пока твердые частицы находятся во взвешенном состоянии, обмакнуть стеклянную палочку в раствор и поместить каплю раствора на фильтровальную бумагу. Титрование будет окончено, когда вокруг капли на бумаге появится зеленовато-синее кольцо красителя.
3. После того как появится зеленовато-синий ореол вокруг капли на бумаге, необходимо перемешать содержимое колбы в течение 2 минут встряхиванием, затем поместить еще одну каплю раствора на фильтровальную бумагу. Если вокруг капли вновь будет образовываться зеленовато-синее кольцо, это означает, что конечная точка титрования достигнута. Если кольцо не проявляется, продолжить титрование до появления зеленовато-синего ореола после 2-минутного перемешивания раствора в колбе.
4. Записать объем метиленовой сини, пошедшей на титрование, в мл.
5. Емкость катионного обмена по метиленовой сини в неметрической системе: МВС (фунт/баррель) = (см3 метиленовой сини / см3 бурового раствора) х 5.
Емкость катионного обмена по метиленовой сини в системе СИ: МВС (кг/м3) = (см3 метиленовой сини / см3 бурового раствора) х 14.
С) ЁМКОСТЬ ГЛИН ПО МЕТИЛЕНОВОЙ СИНИ
Ёмкость по метиленовой сини (бентонитовый эквивалент)
Неметрическая система: МВС* (фунт/баррель) = емкость катионного обмена х 5.
Система СИ: МВС (кг/м3) = емкость катионного обмена х 14
* MBC – показатель метиленовой сини
Емкость катионного обмена для глин
Взять образец сухой глины весом приблизительно 1 грамм, взвесить и поместить в колбу Эрленмейера объемом 150 мл, добавить 50 мл деионизированной воды. Ввести 0,5 мл 5N серной кислоты Полученную смесь кипятить на медленном огне в течение 10 мин. Охладить и начать титрование по 0,5 мл раствором 0,01N раствора метиленовой сини
Емкость катионного обмена / 100 г глины = мл метиленовой сини / г титрованной глины.
D) ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА ФЛОКУЛИРУЮЩИХ ДОБАВОК
Процедура
1. Градуированным мерным стаканом отмерить 100 мл бурового раствора, взятого из циркуляционной системы.
2. Залить 1 мл 1%-ного* флокулирующего раствора в мерный стакан.
3. Медленно переворачивать стакан 3 – 4 раза, затем поставить на ровную горизонтальную поверхность.
4. Записать в секундах время образования хлопьев и их осаждения на отметку 40 см3 мерного стакана.
5. Повторить процедуру для каждой флокулирующей добавки. Если хлопья не образуются, применение флокулянта не требуется. Анализ проводится ежедневно или раз в 2 дня.
6. Для введения в буровой раствор надо использовать флокулянт с наименьшим временем хлопьеобразования.
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы определить, необходим ли флокулянт в очщенной воде, отберите образец воды в том месте, где она возвращается в приёмную ёмкость и проведите тест по флокуляции.
* 1%-й раствор флокулянта получают введением 1 г флокулирующей добавки в 100 мл дистиллированной воды. Смесь перемешивают до полного растворения флокулирующей добавки.
РАЗДЕЛ 6. КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ ВОДОРОДА (pH)
Цели исследования
Измерение рН бурового раствора (или фильтрата бурового раствора) в промысловых условиях, регулирование уровня рН – основные методы управления характеристиками бурового раствора. От уровня рН зависит активность глин, растворимость различных ингредиентов раствора, эффективность добавок, скорость кислотной и сульфидной коррозии. Для измерения рН буровых растворов на основе пресной воды применяются два метода: модифицированный колориметрический метод, использующий тестовые полоски (палочки) на пластмассовой основе; и потенциометрический метод, использующий электронный рН-метр со стеклянным электродом. Метод пластиковых полосок главным образом используется для полевых измерений рН, но это не предпочтительный метод. Он используется только в очень простых растворах на водной основе. Твёрдая фаза раствора, растворённые соли и реагенты и тёмно-окрашенные фильтраты являются причиной ошибок в величинах рН, определённых методом полосок.
А) ИНДИКАТОРНЫЕ ПАЛОЧКИ
Описание
Индикаторные палочки (см. Рис. 11) покрыты слоем состава, меняющего цвет в зависимости от уровня рН среды, в которую они погружены. В набор входит цветограмма для сличения цвета индикаторного состава с соответствующим ему уровнем рН. Цена деления цветограммы в единицах рН – 0,5.
Процедура
1. Погрузить индикаторную палочку в буровой раствор, дождаться появления устойчивого цвета, на что обычно требуется меньше одной минуты. Прополоскать (но не вытирать!) индикаторную палочку в деионизированной воде.
2. Сопоставить цвет палочки с цветограммой, по которой определяется уровень рН.
3. Записать рН бурового раствора с точностью до 0,5.
В) рН-метр
Описание
Наиболее качественным и точным прибором для измерения рН буровых растворов является электронный рН-метр со стеклянным электродом, например, такой как рН-метр «Orion модель №201». Электронные рН-метры точны и надежны, их измерения практически не подвержены воздействию помех. Описываемый в данном разделе прибор отличается простотой в эксплуатации, имеет автоматическую температурную компенсацию и позволяет быстро измерить уровень рН бурового раствора.
Приборы
1. рН-метр (например, «Orion модель №201»).
2. Стеклянный электрод рН-метра.
3. Буферный раствор (4, 7 и 10 рН).
4. Дополнительные принадлежности:
а. щетка с мягкой щетиной
b. мягкий растворитель
c. NaOH для обработки электрода
d. HCl для обработки электрода
e. дистиллированная или деионизированная вода
f. салфетка для протирки электрода
g. стеклянный термометр 32 - 212°F.
Процедура
1. Взять пробу бурового раствора, нагреть или охладить пробу до температуры 75±5°F (24±3°C).
2. Довести буферные растворы до той же температуры, что и отобранная с буровой площадки проба. Для обеспечения точности измерения рН буферные растворы и электрод рН-метра должны иметь одинаковую температуру. Уровень рН буферного раствора, указанный на этикетке контейнера, измеряется при температуре 75°F (24°C). Для калибровки при иной температуре необходимо измерить фактический рН буферного раствора при данной температуре. При калибровке рН-метра пользуйтесь калибровочными таблицами, предоставляемыми заводом-изготовителем, с указанными в них рН буферных растворов при различных температурах.
3. Промыть электрод дистиллированной водой и досуха промокнуть салфеткой.
4. Поместить электрод в буферный раствор с рН 7,0.
5. Включить рН-метр, ожидая стабилизации показаний в течение 1 минуты. Если показания нестабильны, произвести очистку прибора (см. соответствующий раздел).
6. Измерить температуру буферного раствора с рН 7,0.
7. Выставить такое же значение температуры на рН-метре при помощи регулятора «Температура».
8. Вращая регулятор «Калибровка», выставить значение рН 7,0.
9. Промыть электрод и досуха промокнуть салфеткой.
10. Повторить пункты 6 – 9, используя буферный раствор с рН 4,0 и 10,0. Буферный раствор с рН 4,0 применяется для проб с низким рН, раствор с рН 10,0 – для щелочных проб. Откалибровать прибор по уровням 4,0 и 10,0 при помощи регулятора «Температура».
11. Проверить работу прибора в буферном растворе с рН 7,0. Если показания изменились, откалибровать рН-метр по уровню 7,0. Повторить пункты 6 – 11. Если не удается откалибровать прибор, обработать или заменить электроды (см. соответствующий раздел с информацией об очистке рН-метра).
12. Когда прибор откалиброван, промыть электроды и промокнуть их досуха салфеткой. Поместить электрод в раствор, ожидая стабилизации показаний в течение 1 минуты.
13. Записать измеренное значение рН, температуру и тип жидкости пробы (буровой раствор или фильтрат).
14. Аккуратно очистить электрод, поместить его в стеклянный контейнер для хранения и залить контейнер буферным раствором с рН 7,0. Не рекомендуется заливать в емкость для хранения электродов дистиллированную воду. При длительном хранении следует вынуть батарейки из батарейного отсека рН-метра.
15. Выключить рН-метр, закрыть защитную крышку.
Очистка прибора
1. Электрод рН-метра требует периодической очистки, особенно при попадании на стеклянный электрод или на пористый наконечник контрольного электрода нефти или глины. Очистка электродов производится щеткой с мягкой щетиной и слабым растворителем.
2. При сильном загрязнении электродов, признаками чего являются медленная работа прибора, дрейф показаний, невозможность регулировки прибора ручками «Калибровка» и «Градиент», необходимо восстановить электроды.
3. Электроды восстанавливаются 10-минутным погружением в 0,1-мольный раствор HCl с последующей промывкой водой, после чего электроды погружаются в 0,1-мольный раствор NaOH и снова промываются водой.
4. После очистки электродов проверяется их работоспособность путем калибровки прибора.
5. Если работоспособность электродов восстановить не удается, электроды обрабатываются 10%-м раствором NH4F•HF в течение 2 минут.
ВНИМАНИЕ: Плавиковая кислота токсична! К работам с кислотой допускаются только высококвалифицированные специалисты!
Повторить калибровку.
6. Если после выполнения всех операций работоспособность электродов не восстановлена, заменить электроды.
