Определение содержания непрореагировавшего сульфата кальция
Цель
При использовании гипсовых буровых растворов необходимо знать содержание свободного гипса (сульфата кальция).
Оборудование и реагенты
1. Маскирующий агент: смесь 1 объемной части триэтаноламина, 1 части тетраэтиленпентамина и 2 частей воды.
2. Деионизированная вода.
3. Индикаторный раствор Calmagite.
4. Стандартный 0,01-мольный раствор версената.
5. Концентрированный буферный раствор.
6. Химический стакан емкостью 400 мл.
7. Градуированный стакан с отметкой 250 мл.
8. Нагревательная плитка.
9. Пипетки емкостью 1, 2 и 10 мл, шприц 5 мл.
10. Колба (сосуд) для титрования , 150 или 200 мл., предпочтительно прозрачная
11. Дистиллятор (реторта).
Процедура
1. Налить 5 мл бурового раствора в градуированный стакан, добавить 245 мл воды до отметки 250 мл.
2. Нагреть до 160°F, перемешивать в течение 15 – 20 минут. По возможности, нагревать одновременно с перемешиванием в течение указанного времени. При отсутствии нагревательной плитки перемешивать в течение 30 минут.
3. Продолжая перемешивание, охладить раствор до комнатной температуры. Довести объем до 250 мл добавлением воды.
4. Фильтровать при помощи фильтр-пресса. Первая порция замутненного фильтрата не используется, для анализа необходим только чистый фильтрат.
5. К 10 мл фильтрата добавить 1 мл концентрированного буферного раствора и 6 капель индикатора Calmagite.
6. Титровать стандартным раствором версената, постоянно перемешивая раствор до тех пор, пока его цвет не станет синим (или зеленым, если фильтрат темного цвета) без оттенков красного. Записать объем (в мл) раствора версената, использованного при титровании (Vt).
7. Промыть сосуд для титрования, залить в него приблизительно 20 мл воды.
8. Ввести 1 мл фильтрата бурового раствора.
9. Ввести 1 мл концентрированного буферного раствора.
10. Добавить 1 мл маскирующего агента.
11. Добавить 6 капель Calmagite, перемешать палочкой.
12. Титровать стандартным раствором версената, постоянно перемешивая раствор, до изменения цвета раствора на синий (или зеленый, если фильтрат темного цвета) без оттенков красного.
13. Записать объем (в мл) стандартного раствора версената (Vf).
Расчеты
Содержание непрореагировавшего CaSO4 (фунт/баррель) =
2,38 х Vt – [0,2 x (Fw x Vf)]
Где:
Vt – объем (в мл) стандартного раствора версената, использованного при титровании 10 мл чистого фильтрата (см. Пункт 6).
Vf – объем (в мл) стандартного раствора версената, использованного при титровании 1 мл фильтрата бурового раствора (см. Пункт 13).
Fw – объемная доля пресной воды, полученная с помощью ретортного анализа. Fw = содержание воды (в %) / 100.
H) СОДЕРЖАНИЕ ИОНОВ КАЛИЯ (K+)
Определить содержание ионов калия можно при помощи двух описанных ниже процедур. Процедура I позволяет определить содержание ионов калия с большой точностью в любых концентрациях, Процедура II представляет собой экспресс-анализ для определения больших концентраций ионов калия.
ПРОЦЕДУРА I: КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ КАЛИЯ НИЖЕ 5 000 МГ/Л
Оборудование и реагенты
1. Стандартный раствор натрий тетрафенилбората.
2. Раствор четвертичной соли аммония (гексадецилтриметилбромид аммония).
3. 20%-й р-р гидроксида натрия (NaOH), 20 г / 80 мл деионизированной воды.
4. Индикатор бромфенол синий.
5. Градуированные пипетки: 2 мл с делениями по 0,1 мл (1 шт.), 5 мл (2 шт.), 20 мл (2 шт.).
6. Градуированные стаканы: 25 мл (2 шт.), 100 мл (2 шт.).
7. Воронка 100 мл.
8. Фильтровальная бумага.
9. Химические стаканы: 250 мл (2 шт.), деионизированная вода.
Процедура
1. Поместить достаточное количество фильтрата в градуированный стакан, определив объем пробы по Табл. 4. Для отбора определенного объема фильтрата или разбавления пробы пользуйтесь пипеткой.
2. При помощи пипетки емкостью 5 мл ввести 4 мл NaOH, градуированной пипеткой емкостью 25 мл ввести 25 мл раствора натрий тетрафенилбората, добавлением деионизированной воды довести объем раствора до отметки 100 мл на градуированном стакане.
3. Перемешать, дать настояться в течение 10 мин.
4. Фильтровать полученный раствор в чистый градуированный стакан емкостью 100 мл. Если фильтрат не прозрачен, повторить фильтрацию.
5. Перелить 25 мл прозрачного фильтрата в химический стакан емкостью 250 мл (отмерить фильтрат мерным цилиндром емкостью 25 мл).
6. Добавить 15 капель индикаторного раствора бромфенола синего.
7. Титровать раствором четвертичной соли аммония до изменения цвета раствора с лилово-синего на светло-голубой. Записать объем (в мл) раствора четвертичной соли аммония. Продолжить титрирование до 25 мл для достижения конечной точки, когда лилово-синий оттенок полностью исчезнет. По возможности, использовать магнитную мешалку с подсветкой. Не использовать чашку для титрирования!
Отношение раствора четвертичной соли аммония (ЧСА) к раствору натрия тетрафенилбората (НТФБ) = объем (в мл) четвертичной соли аммония ÷ 2.
Если отношение объемов отличается от 4,0±0,05, им следует пользоваться как поправочным коэффициентом при расчете концентрации К+ в мг/л.
Расчеты
К+ (мг/л) = 
Если используется поправочный коэффициент:
К+ (мг/л) = 
* При расчетах используйте объем (в мл) фильтрата, полученный из Процедуры I и обозначенный «мл фильтрата» (Расчеты). Это процедура называется «обратным титрованием». При выполнении Пункта 2 калий из раствора выпадает в осадок, при выполнении Пункта 4 из раствора фильтруются ионы калия. Титрование раствором четвертичной соли аммония позволяет определить объем непрореагировавшего раствора натрия тетрафенилбората.
ПРИМЕЧАНИЕ: Концентрация растворов ЧСА и НТФБ измеряется ежемесячно. Для определения эквивалентного содержания ЧСА, разбавить 2 мл раствора НТФБ 50 мл дистиллированной воды в сосуде для титрирования. Добавить 1 мл раствора гидроксида натрия и 10 – 20 капель индикаторного раствора бромфенола синего. Титрировать раствором ЧСА до изменения цвета с лилово-синего до светло-голубого.
2) ПРОЦЕДУРА II – ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ИОНОВ КАЛИЯ (МЕТОД ПЕРХЛОРАТА НАТРИЯ)
Оборудование и реагенты
1. Стандартный раствор перхлората натрия: 150 г NaClO4 на 100 мл дистиллированной воды.
ПРИМЕЧАНИЕ: В сухом виде перхлорат натрия становится взрывоопасен при нагревании или контакте с органическими восстановителями. Хлорнокислый натрий безопасен при смачивании водой. Использованный перхлорат натрия можно опустить в ведро с водой, где он распадется на безопасные соединения.
2. Стандартный раствор хлорида калия, 14 г KCl на 100 мл дистиллированной воды.
3. Набор медицинских пробирок типа Kolmer Corning 8360 для центрифуги, емкостью 10 мл.
4. Ручная или электрическая центрифуга с откидным горизонтальным ротором, частота вращения ротора приблизительно 1 800 об/мин.
5. Стандартная калибровочная кривая для хлорида калия.
Подготовка
1. Установка частоты вращения ротора центрифуги.
а. Если используется электрическая центрифуга, установить частоту вращения 1 800 об/мин при помощи реостата.
b. Если используется центрифуга с ручным приводом, частоту вращения 1 800 об/мин можно получить следующим образом:
1. Определить число оборотов ротора на оборот рукоятки привода. Для этого медленно сделать один оборот рукоятки привода и подсчитать число оборотов ротора.
2. Подсчитать, сколько оборотов рукоятки привода необходимо для того, чтобы ротор совершил 1 800 оборотов.
3. Для поддержания постоянной частоты вращения за 1 минуту, разделить число оборотов рукоятки привода и разделить полученный результат на 12. Это даст число оборотов рукоятки привода за 5 секунд.
4. Засечь время по секундной стрелке часов. Начав быстро вращать рукоятку привода, подсчитать число оборотов за 5 секунд. Если число оборотов более 10, замедлить вращение. Продолжать вращать рукоятку привода еще 5 секунд, считая обороты. Регулировать скорость вращения до тех пор, пока не получится нужное число оборотов.
2. Построение стандартной калибровочной кривой для хлорида калия (см. Рис. 15; для построения кривой используйте описанный ниже метод).
а. Приготовить стандартные растворы в концентрации от 1% до 8% путем добавления определенного объема стандартного раствора хлорида калия (0,5 мл на каждые 3,5 фунта/баррель) в пробирки для центрифуги, добавлением дистиллированной воды довести объем до 7 мл.
b. В каждую пробирку ввести 3 мл перхлората натрия.
с. Разгонять на центрифуге в течение 1 мин на скорости 1 800 об/мин, незамедлительно измерить объем осадка.
d. Промыть пробирки, утилизировать использованные реагенты.
е. Построить график, на осях которого отложен объем осадка (в мл) и содержание хлорида калия (в фунтах/баррель).
| Расчетная концентрация К+ (ppm) | Подготовка пробы | Объем фильтрата (мл) |
| Более 100 000 | К 1 мл фильтрата добавить 9 мл дистиллированной воды. Перемешать и использовать 1 мл раствора в качестве пробы. | 0,10 |
| 50 000 – 100 000 | К 1 мл фильтрата добавить 9 мл дистиллированной воды. Перемешать и использовать 2 мл раствора в качестве пробы. | 0,20 |
| 20 000 – 50 000 | К 1 мл фильтрата добавить 9 мл дистиллированной воды. Перемешать и использовать 5 мл раствора в качестве пробы. | 0,50 |
| 10 000 – 20 000 | 1 мл неразбавленного фильтрата | 1,00 |
| 4 000 – 10 000 | 2 мл неразбавленного фильтрата | 2,00 |
| 2 000 – 4 000 | 5 мл неразбавленного фильтрата | 5,00 |
| 250 – 2 000 | 10 мл неразбавленного фильтрата | 10,00 |
Таблица 4. Расчет объема проб.
Процедура
1. Отмерить 7 мл фильтрата в пробирку для центрифуги. Ввести 3 мл перхлората натрия (при наличии калия немедленно начнется выпадение осадка). НЕ ПЕРЕМЕШИВАТЬ! Разгонять на центрифуге с постоянной частотой вращения (1 800 об/мин) в течение 1 мин, незамедлительно измерить объем осадка. Промыть пробирку, слить осадок в ведро с водой.
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы полностью очистить пробирку от калия, в нее необходимо добавить 2 – 3 капли перхлората натрия сразу же после разгонки на центрифуге. Если уже сформировался осадок, пробу следует разбавить (см. ПРИМЕЧАНИЕ 2).
2. Определить концентрацию хлорида калия путем сравнения объема осадка со стандартными калибровочными кривыми (см. Рис. 15).
3. Записать концентрацию калия в фунтах/баррель или кг/м3 KCl.
Расчеты
Концентрация калия может измеряться также и в весовом процентном содержании (вес % KCl).
KCl (вес %) = 
фунт/баррель х 2,853 = кг/м3
К+ (мг/л) = 1 500 х KCl (фунт/баррель)
ПРИМЕЧАНИЕ 2: В приведенных выше расчетах удельный вес фильтрата считается равным 1,00.
Если концентрация KCl превышает 21 фунт/баррель, точность измерений можно улучшить если разбавить раствор так, чтобы результаты измерений находились в диапазоне он 3,5 до 21 фунта/галлон. Объем раствора в пробирке необходимо довести до 7 мл добавлением дистиллированной воды, раствор следует перемешать перед добавлением перхлората натрия. Если объем пробы фильтрата отличается от 7 мл, расчет концентрации KCL производится следующим образом:
KCl (в фунтах/баррель) = 
(значение из стандартной кривой)
Этот метод был разработан специально для применения в промысловых условиях, он позволяет поддерживать концентрацию ионов калия в фильтрате бурового раствора на определенном уровне (или выше). Метод наиболее подходит для растворов, концентрация ионов калия в которых превышает 5 000.