Способ определения содержания реагента-стабилизатора в буровом растворе

 

Изобретение относится к аналитической химии. Сущность изобретения: определяют количество реагента в фильтрате бурового раствора титрованием катион-активным красителем W, количество реагента, адсорбированного на твердой фазе W определяют по формуле, количество реагента в буровом растворе определяют как сумму количеств реагента в фильтрате и адсорбированного на твердой фазе, а в качестве красителя используют органический катион-активный краситель черный "К". 1 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при приготовлении и анализе буровых растворов.

Известно, что качество буровых растворов зависит от состава и содержания твердой фазы и в основном определяется содержанием активной глинистой составляющей и полимерного реагента.

Поэтому определение содержания в буровом растворе активных глинистых частиц и полимерного реагента имеет важное значение для получения качественных растворов и совершенствования технологии управления их свойствами при бурении скважин.

Известен пипеточный метод определения содержания коллоидных глинистых частиц в буровом растворе, основанный на использовании закона Стокса [1] Однако, данный метод является весьма трудоемким и требует затрат большого количества времени (на один анализ затрачивается 8-10 ч).

Известен способ определения содержания реагента-стабилизатора (например, гуминовых веществ) в фильтрате бурового раствора, который заключается в сравнении окраски испытуемого фильтрата с окраской эталона калориметрическим способом [2] В качестве эталонов сравнения применяются ампулы, содержащие растворы гуминовых веществ определенной концентрации.

Недостатком способа является громоздкость и ограниченность применения, так как он не может быть использован для определения содержания в фильтрате других типов реагентов-стабилизаторов. Кроме этого, известный способ не позволяет определить количество гуминовых веществ, адсорбированных на твердой фазе бурового раствора, что снижает его точность.

Известен способ определения содержания коллоидных глинистых частиц в буровом растворе с помощью катион-активного красителя метиленовой сини (МС), заключающийся в следующем [3] Отбирают шприцем или пипеткой 2 мл глинистого раствора и помещают в колбу, добавляют 15 см³ 3,0%-ной перекиси водорода (H₂O₂) и 0,5 см³ 10%-ного раствора серной кислоты, кипятят 3-4 мин в колбе с обратным холодильником.

После охлаждения добавляют 35 см³ дистиллированной воды, перемешивают и титруют МС.

При полном сорбировании МС глиной данной пробы раствора, от его капли на бумаге остается темный круг с резко очерченной границей.

Титрование осуществляют до тех пор, пока от капли на фильтровальной бумаге не появится голубой ореол от избытка свободной МС.

Содержание коллоидных глинистых частиц С_к в буровом растворе определяют из уравнения: C_к а˙V, где а расчетный коэффициент, равный 0,33; V объем МС, израсходованной на титрование 2 мл исследуемого раствора.

Недостатком известного способа являются высокие затраты химических реактивов, таких, как перекись водорода и дефицитная серная кислота, что делает этот способ дорогостоящим. Кроме этого, использование МС в качестве катион-активного красителя не позволяет четко определить конец титрования.

Цель изобретения создание экономичного способа определения содержания реагента в буровом растворе, позволяющего повысить точность и достоверность как в количественном, так и во временном отношении.

Сущность изобретения заключается в том, что способ определения содержания реагента-стабилизатора в буровом растворе, включающий определение коэффициента активности реагента К_р и содержание коллоидных глинистых частиц в буровом растворе С_к титрованием катион-активным красителем, отличается тем, что определяют количество реагента в фильтрате бурового раствора Ср₁ титрованием катион-активным красителем, количество реагента, адсорбированного на глинистых частицах, определяют по формуле: C= где А коэффициент, определяемый экспериментальным путем, А 0,1; lnη- натуральный логарифм пластической вязкости бурового раствора; а₁ константа (а₁ 0,532); ρ_р плотность бурового раствора, г/см³; С_к объемное содержание коллоидной глинистой составляющей, К_р коэффициент активности реагента-стабилизатора, количество реагента в буровом растворе определяют как сумму количеств реагента в фильтрате и адсорбированного на твердой фазе:
С_р Ср₁ + Ср₂, а в качестве красителя используют органический катион-активный краситель черный "К".

Органический краситель черный "К" получают в соответствии с ТУ 6-14-280-78 смешением катионных красителей в следующих массовых соотношениях: Красный 5Ж 19,2%±2,0 Синий 2К 55,5%±2,0 Желтый 6З 25,3%±2,0
Заявленная совокупность признаков позволяет повысить точность и достоверность определения активности реагента-стабилизатора и его содержания в буровом растворе с целью контроля его компонентного состава, повышения качества и оперативного управления свойствами. Применение предлагаемого способа позволит значительно повысить технико-экономические показатели бурения за счет снижения расхода химреагентов, сокращения затрат на осложнения ствола скважин, связанных с низким качеством бурового раствора.

Повышение точности предлагаемого способа достигается за счет того, что при добавлении черного "К" в отобранную пробу бурового раствора катион синий 2К взаимодействует с частицами глины, освобождая при этом красный и желтый красители, которые образуют желто-оранжевый ореол вокруг черного пятна при окончании титрования.

Аналогичный процесс происходит и при титровании раствора реагента и фильтрата бурового раствора с целью определения содержания в нем реагента-стабилизатора, но при этом образуется более четкий оранжевый ореол при завершении процесса титрования.

Точность способа определения количества реагента-стабилизатора в буровом растворе повышается также за счет того, что содержание реагента определяется как сумма количеств реагента-стабилизатора в жидкой фазе и адсорбированного на твердой фазе раствора, определяемого расчетным путем.

П р и м е р. Определение содержания коллоидной глинистой составляющей КМЦ в буровом растворе предложенным способом.

1. Определяют коэффициент активности КМЦ.

Для этого приготавливают определенной концентрации раствор КМЦ с рН 9-10. Шприцем (или пипеткой) отбирают такое количество раствора, чтобы в нем содержалось 0,1 г сухого вещества.

Отобранный объем реагента помещают в чистую коническую колбу объемом 250 см³ и добавляют дистиллированную воду до 50,0 мл. Приготовленный раствор титруют водным раствором красителя черный "К" концентрацией 1,35% добавляя его по 1,0 мл. После каждого добавления черного "К" раствор тщательно перемешивают короткое время (встряхиванием) и стеклянной палочкой из колбы отбирают каплю, нанося на фильтровальную бумагу. При титровании вначале на фильтровальной бумаге появляются расплывчатые черные пятна. Титрование ведут до тех пор, пока не появится резко очерченный желтый ореол вокруг темного пятна.

Коэффициент активности реагента-стабилизатора из соотношения
К_р A₁/59, где К_р коэффициент активности реагента;
A₁ адсорбция черного "К" 1 г исследуемого реагента, см³;
59 адсорбция черного "К" 1 г эталонного материала в дистиллированной воде, см³.

В нашем случае 1 г КМЦ адсорбирует 180,0 см³ раствора черного "К" (A 18 x 10180 см³), тогда коэффициент активности КМЦ равен:
K_р= 3,05
2. Отбирают пробу раствора, определяют его плотность (ρ= 1,052 г/см³ и пластическую вязкость (η= 47,0 мПа˙с), отбирают пробу фильтрата.

3. Определяют содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе.

Для этого шприцем или пипеткой отбирают 2 мл раствора и помещают в колбу, добавляют 15 см³ 3%-ной перекиси водорода (H₂O₂) и кипятят 3-4 мин в колбе с обратным холодильником.

После охлаждения добавляют 35 см³ дистиллированной воды, перемешивают и титруют водным раствором катиона черный "К" (ТУ 6-14-280-78).

После каждой добавки черного "К" раствор тщательно перемешивают короткое время (встряхиванием), затем стеклянной палочкой из колбы отбирают каплю и наносят ее на фильтровальную бумагу; при полном сорбировании черного "К" глиной данной пробы раствора от капли будет оставаться темное пятно с резко очерченной границей и прозрачная вода; титрование ведется до тех пор, пока от капли на фильтровальной бумаге не появится желто-оранжевый ореол.

После этого через 2 мин легкого встряхивания отбирают повторную каплю, если ореол не исчезнет, то следует считать, что достигнут предел поглощения и титрование закончено, если же ореол исчезнет, продолжают титрование добавкой по 0,5-1,0 мл черного "К".

Содержание коллоидных глинистых частиц С_к в буровом растворе определяют из уравнения:
С_к а˙V, где а коэффициент, равный 0,33;
V количество черного "К", пошедшего на титрование 2 мл раствора.

В нашем случае V 7,5 мл, тогда содержание коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе равно
C_к 0,33˙7,5 2,48%
3. Определяют содержание КМЦ в фильтрате бурового раствора. Для этого отбирают шприцем или пипеткой 2,0 мл фильтрата в колбу, добавляют 48,0 мл дистиллированной воды и титруют черным "К". Титрование ведут до тех пор, пока на бумаге не появится четкий, желтый ореол. Установлено, что в нашем примере 1 мл фильтрата адсорбирует V₁ 0,45 мл раствора. Тогда содержание КМЦ в фильтрате определяют по формуле
Ср₁ V₁˙10³/К˙59 где V₁ количество черного "К", пошедшего на титрование 1 мл фильтрата бурового раствора, мл;
К_р коэффициент активности КМЦ.

Подставляем полученные данные в формулу, получим
Ср₁ V₁˙10³/К_р˙59 0,45˙10³/3,05˙592,5 г/л
4. Рассчитывают количество КМЦ, адсорбированного на поверхности твердой фазы, по формуле:
C=
Общее содержание реагента КМЦ в буровом растворе:
С_р Ср₁ + Ср₂ 2,5 + 3,4 5,9 г/л Фактическое содержание в растворе КМЦ С_р 6,0 г/л, следовательно, погрешность определения по предлагаемому способу равна
E 100= -2,0%
В таблице приведены результаты исследований по определению содержания полимерных реагентов и коллоидной глинистой составляющей в буровом растворе.

Как видно, предложенный способ позволяет с достаточной точностью определять фактическое содержание реагентов-стабилизаторов в буровом растворе, что создает возможность целенаправленно управлять компонентным составом, свойствами буровых растворов, повысить технико-экономические показатели бурения за счет сокращения времени на осложнение ствола скважин, уменьшения расхода химреагентов для обработки буровых растворов.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РЕАГЕНТА-СТАБИЛИЗАТОРА В БУРОВОМ РАСТВОРЕ, включающий определение коэффициента активности реагента K_р и содержание коллоидных глинистых частиц в буровом растворе C_к титрованием катионактивным красителем, отличающийся тем, что дополнительно определяют количество реагента в фильтрате бурового раствора титрованием катионактивным красителем С_р1, количество реагента, адсорбированного на глинистых частицах определяют по формуле

где A=0,1 константа;
η пластическая вязкость бурового раствора, мПа · с;
a₁=0,532 константа;
r_p- плотность бурового раствора, г/см³,
количество реагента в буровом растворе определяют как сумму количеств реагента в фильтрате и адсорбированного на твердой фазе
C_р C_р1 + C_р2,
а в качестве красителя используют органический катионактивный краситель черный "К".

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2