Приложение С (справочное). Определение активности водной фазы эмульгированной воды эмульсии с использованием электронного гигрометра

Приложение С
(справочное)

Определение активности водной фазы эмульгированной воды эмульсии с использованием электронного гигрометра

С.1 Принцип

С.1.1 В настоящем приложении описана процедура использования электронного гигрометра для измерения относительной влажности в закрытом воздушном пространстве над буровым раствором на углеводородной основе и для установления взаимосвязи влажности с активностью эмульгированной воды. Активность a_W является мерой химического потенциала или готовности к реакции химических соединений, растворенных в воде. Условия в скважине в гидротируемых глинах могут быть соотнесены с изменениями активности эмульгированной воды в буровых растворах на углеводородной основе.

С.1.2 Избыток заряженных частиц поверхностей и ионов в глинистых сланцах снижает активность воды и повышает ее насыщенность глинистыми сланцами. Вода мигрирует через полупроницаемую мембрану из области с низкой минерализацией (высокой активности) в область с более высокой минерализацией (низкой активности). Нефтяная пленка, окружающая капли эмульгированной воды в буровом растворе на углеводородной основе, образует полупроницаемую мембрану, сквозь которую вода может пройти благодаря осмосу.

С.1.3 Выход воды из бурового раствора на углеводородной основе можно предотвратить путем растворения соли в эмульгированной воде. Соль понижает активность водной фазы, уменьшая ее поглощение глинистыми сланцами. Переход воды в глинистые сланцы прекращается, когда активность эмульгированной воды снижается до значения, равного или меньшего, чем у контактирующего сланца. Условия в скважине и текстура шлама могут подсказать необходимое изменение активности.

С.1.4 Наиболее эффективной и повсеместно доступной солью, снижающей активность воды, является хлорид кальция. Рассол, имеющий определенную активность, сохранит ее при эмульгировании в нефти. Активность водной фазы бурового раствора на углеводородной основе будет изменяться с испарением или добавлением воды или за счет включения путем растворения других водорастворимых солей.

Примечание - Можно использовать метод борьбы с гидратацией глинистых сланцев, основанный на частичном анализе ионов водной фазы бурового раствора на углеводородной основе. Однако этот метод подвержен ошибкам, поскольку основан на существенном разбавлении водой, нескольких титрованиях и ретортном анализе для каждого исследования. Кроме того, пока имеется недостаточно данных о смешанных системах солей для установления точной взаимосвязи между анализом ионов и активностью водной фазы при наличии нескольких солей. Использование электронного гигрометра, описанное в настоящем разделе, является способом определить активность независимо от состава водной фазы.

С.2 Реагенты и аппаратура

С.2.1 Стандартные насыщенные растворы солей.

С.2.1.1 Стандартные насыщенные растворы солей указаны в таблице С.1.

Таблица С.1 - Стандартные насыщенные растворы солей

Соль	CAS N	aW при 25 °С (77 °F)	Концентрация г/100 мл воды
Хлорид кальция	10043-52-4	0,295	100
Нитрат кальция	13477-34-4	0,505	200
Хлорид натрия	7647-14-5	0,753	200
Азотнокислый калий	7757-79-1	0,938	200

С.2.1.2 Раствор каждой соли готовят путем добавления количества соли в граммах, указанного в таблице С.1, к 100 мл дистиллированной или деионизированной воды и перемешивания при температурах от 65 до 90 °С (от 150 и 200 °F) в течение 30 мин., после чего раствор охлаждают до температуры от 25 до 27 °С (от 75 и 80 °F). После установления равновесия в жидкости должна быть видна твердая соль.

С.2.1.3 Если кристаллы соли не видны, необходимо добавить еще несколько кристаллов или крупинок той же соли, чтобы вызвать выпадение осадка. Чаще всего это требуется с хлоридом кальция. Рекомендуется использовать химически чистые соли. Однако, если необходимо, можно использовать NaCl или CaCl₂ полевого (природного) качества.

С.2.2 Поглотитель (адсорбент), безводный хлорид кальция (CAS N 10043-52-4).

Могут использоваться другие поглотители: сернокислый кальций (CAS N 10101-41-4) или гель кремниевой кислоты (СAS N 112926-00-8).

С.2.3 Электронный гигрометр, включающий в себя переносной датчик и индикатор относительной влажности, согласно указанным ниже характеристикам. Если данный прибор оснащен датчиком температуры, в отдельном термометре нет необходимости:

a) зонд датчика относительной влажности должен подходить для контроля воздушной прослойки в наполненной емкости для пробы;

b) линейность отклика прибора должна обеспечивать, чтобы коэффициент корреляции между объявленной активностью стандартного рассола и относительной влажностью, измеренной прибором над каждым рассолом, превышал 0,95;

c) прибор должен показывать истинную активность в пределах 10 % за 30 мин. при измерении активности рассола стандартных растворов солей в С.2.1.

С.2.4 Термометр диапазоном измерения от 0 до 105 °С (от 32 до 220 °F) не требуется, если прибор имеет встроенный термометр.

С.2.5 Измерительная емкость, рекомендуемая или поставляемая производителем, объемом, достаточным для обеспечения площади поверхности жидкости примерно от 30 до 50 см² (от 4,5 до 7,75 дюйма²). Емкость должна быть снабжена герметичной крышкой, которая при просверливании образует герметичное уплотнение вокруг корпуса зонда датчика и термометра (если используется).

С.2.6 Миллиметровая бумага.

С.3 Процедура

С.3.1 Калибровка гигрометра.

С.3.1.1 Готовят достаточный объем стандартного образца с известной относительной влажностью, чтобы покрыть дно измерительной емкости до глубины жидкости 12 м (0,5 дюйма) или как того требуют рекомендации производителя. Эти растворы солей хранят плотно закрытыми во избежание пролива, испарения или попадания загрязнений.

С.3.1.2 Датчик осушают безводным хлоридом кальция или другим поглотителем в измерительной емкости, поместив зонд датчика (вставленный в крышку емкости) в воздушную прослойку над солью. Ждут от 10 до 15 мин. Значение относительной влажности 24 % или ниже свидетельствует о сухости датчика. Расстояние между датчиком и поглотителем должно составлять 12 м (0,5 дюйма); это же расстояние следует сохранять при работе с растворами солей и пробами бурового раствора.

Непосредственный контакт датчика с пробами или растворами не допускается.

С.3.1.3 Датчик в крышке измерительной емкости переносят в первый (с самым низким a_W) стандартный раствор и оставляют на 30 мин. для достижения равновесия.

Температура стандартных растворов должна быть от 24 до 25 °С (от 75 и 77 °F).

С.3.1.4 Датчик извлекают из емкости с первым раствором и помещают в емкость с раствором, имеющим следующую после первого известную активность.

С.3.1.5 Повторяют процедуры по С.3.1.3 и измеряют относительную влажность для каждого стандартного раствора, от самой низкой до самой высокой активности a_W.

С.3.1.6 Каждому стандартному раствору дают то же время для достижения равновесия. Записывают температуру и относительную влажность в процентах (% RH). Строят график зависимости % RH от активности известного раствора a_W.

С.3.2 Измерение активности бурового раствора на углеводородной основе a_DF.

С.3.2.1 Датчик осушают от 10 до 15 мин. согласно С.3.1.2.

С.3.2.2 Переносят достаточный объем бурового раствора при комнатной температуре (40 мл), чтобы покрыть дно измерительной емкости до глубины 12 мм (0,5 дюйма).

С.3.2.3 Датчик вводят в воздушную прослойку в 12 мм (0,5 дюйма) над поверхностью раствора. Температура пробы должна быть между (24 и 25) °С [(75 и 77) °F] или той же, что и при работе со стандартными растворами.

С.3.2.4 Гигрометр включают, ждут 30 мин. (тот же период времени, что и при калибровке по стандартным растворам) и записывают показания относительной влажности и температуры. Раствор обследуют на предмет возникновения разделения. Отделение слоя нефти приведет к ошибочным результатам.

Контейнер для пробы и крышка должны быть чистыми и не содержать соли при помещении новой пробы в емкость.

С.4 Вычисления. Активность бурового раствора a_DF

С.4.1 Находят относительную влажность, полученную в С.3.2.4 по графику, построенному в С.3.1.6. Определяют и записывают соответствующую активность бурового раствора на графике a_DF.

С.4.2 Если непосредственные измерения не проводились, следуют данным инструкциям при построении графика:

a) по данным о стандартах в С.3.1 строят график % RH относительно a_W на миллиметровой бумаге;

b) наносят на миллиметровку данные, полученные для каждой пробы (С.3.2), и определяют активность бурового раствора a_DF.