Способ определения концентрации поверхностно-активных веществ анионного типа в технологических жидкостях

Способ определения концентрации поверхностно-активных веществ анионного типа в технологических жидкостях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области анализа качества нефтепромысловых реагентов, в частности технологических жидкостей, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ) анионного типа.

Известны качественные методы определения содержания ПАВ, основанные на определении пенообразующих характеристик веществ, например ГОСТ 23409.26-78* «Смеси жидкие самотвердеющие. Метод определения пенообразующей способности и устойчивости пены растворов поверхностно-активных веществ», ГОСТ Ρ 50595-93 «Вещества поверхностно-активные. Метод определения биоразлагаемости в водной среде», патент EP №1416261 (арр. ЕРА 02024377, 31.10.02). Данные методы не используются для определения концентрации ПАВ в растворах, так как способность образовывать пену зависит от многих факторов и присуща разным по химической структуре анионным ПАВ в неодинаковой степени.

Известны количественные методы определения массовой концентрации ПАВ в питьевой воде, такие как флуорометрия, спектрофотометрия (ГОСТ Ρ 51211-98 «Вода питьевая. Методы определения содержания поверхностно-активных веществ») и титриметрия. Среди титриметрических методов анализа наибольшее распространение получил метод двухфазного титрования. Титрование проводят в присутствии фазы органического растворителя - хлороформа или дихлорэтана. В качестве титрантов при определении содержания анионных ПАВ используют растворы катионных ПАВ (КПАВ) или хлорид тетрафенилфосфония, а при определении содержания КПАВ - анионные ПАВ. В качестве индикаторов используют красители, образующие с ионами титранта окрашенные ассоциаты, которые извлекают неполярными растворителями. Из специальных химических методов анализа анионных ПАВ наиболее известен спектрофотометрический способ определения концентрации ПАВ, основанный на образовании растворимых в хлороформе комплексных соединений ПАВ с красителем метиленовым голубым, дальнейшей экстракции хлороформом и колориметрическом определении экстинкции окрашенных комплексов ПАВ в экстракте (ГОСТ Ρ 51022-97 Товары бытовой химии. Методы определения анионного поверхностно-активного вещества).

Известны способы определения концентрации ПАВ в водных растворах, включающие измерение физического параметра в зависимости от концентрации эталонного вещества и определение искомой величины по калибровочной кривой, при этом в качестве измеряемого физического параметра принимается разность значений поверхностного натяжения в исследуемом растворе (например, патент RU №2469291, опубл. 10.12.2012).

Общими недостатками указанных способов является их достаточно большая трудоемкость, длительное время проведения анализа, потребность в сложном специализированном приборном оборудовании и химических реактивах.

Целью предлагаемого изобретения является создание способа экспресс-оценки концентрации ПАВ анионного типа в технологических жидкостях для применения в полевых или производственных условиях нефтедобывающих объектов с целью контроля наличия ПАВ в технологических жидкостях для качественного проведения технологических операций по глушению скважин.

Технический результат изобретения выражается в доступности и упрощении процедуры анализа, проведении измерений в режиме реального времени и снижении трудозатрат на определение концентрации ПАВ в технологических жидкостях на нефтедобывающих объектах, где отсутствуют условия для лабораторного анализа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения концентрации поверхностно-активных веществ анионного типа в технологических жидкостях, включающем отбор пробы технологической жидкости и определение пенообразующих характеристик, пенообразующие характеристики определяют методом кратности пены. При этом после интенсивного встряхивания пробы замеряют высоту столба образовавшейся пенной шапки технологической жидкости, определяют время с момента встряхивания пробы до падения пены до 1/10 от первоначальной высоты столба пены (кратность пены 0,1) и замеряют время от момента встряхивания пробы до полного исчезновения пены. При кратности пены не менее 0,1 и продолжительности жизни пенной шапки не менее 10 секунд делают заключение о наличии ПАВ в технологической жидкости. Концентрацию поверхностно-активного вещества определяют посредством калибровочных кривых, предварительно построенных в результате исследований пенообразующих свойств технологических жидкостей. Метод позволяет определять наличие ПАВ в технологических жидкостях при содержании от 0,04% (масс.) и более.

Сущность способа иллюстрируется графическими материалами, где представлены калибровочные кривые для определения концентрации ПАВ в технологических жидкостях, отражающие зависимость высоты столба пены (см) от концентрации поверхностно-активных веществ (% масс.) на примере подтоварной воды плотностью 1,01 г/см³, содержащей: на фиг. 1 - ПАВ Концентрат ГФ-1 «З», на фиг. 2 - ПАВ Нефтенол-МЛ, на фиг. 3 - ПАВ Алдинол-МК.

Предлагаемый способ определения концентрации поверхностно-активных веществ осуществляют следующим образом.

Для проведения измерений необходимо следующее оборудование, реактивы и материалы: цилиндр мерный, пробка, линейка, секундомер электронный, технологическая жидкость, содержащая ПАВ.

Для проведения испытаний ополаскивают мерный цилиндр и отбирают технологическую жидкость в объеме, не превышающем 30% высоты цилиндра. Закрывают мерный цилиндр пробкой. Производят встряхивание с максимальной интенсивностью. Затем после встряхивания замеряют высоту столба образовавшейся пенной шапки с помощью линейки. Также замеряют время с момента встряхивания пробы до падения пены до 1/10 от первоначальной высоты столба пены (кратность пены 0,1) и замеряют стабильность пены (время жизни пены) - время от момента встряхивания пробы до полного исчезновения пены.

При кратности пены не менее 0,1 (1/10 от высоты столба пены) и продолжительности жизни пенной шапки не менее 10 секунд, делают заключение о наличии ПАВ. Технологические жидкости без добавления ПАВ стабильны и при встряхивании не вызывают пенообразования.

Определение концентрации ПАВ, присутствующих в технологической жидкости, производят посредством калибровочных кривых. Калибровочные кривые получены в результате экспериментальных исследований технологических жидкостей, содержащих известные ПАВ в установленных концентрациях, и значения калибровочных кривых занесены в базу данных. Выбор калибровочной кривой зависит от вида (марки) ПАВ, содержание которого определяют в технологической жидкости.

Были проведены лабораторные исследования по определению трех реагентов (ПАВ) Алдинол-МК, Концентрат ГФ-1 «З», Нефтенол-МЛ в технологической жидкости (подтоварная вода плотностью 1,01 г/см³). В мерные цилиндры объемом 18 мл (цена деления 0,2 мл) помещали исследуемую подтоварную воду в количестве 5 мл и добавляли в них ПАВ в количестве 0; 0,04; 0,1; 0,24; 0,5; 1% (масс.) с учетом регламентного содержания реагентов. Объем жидкости в цилиндре не должен превышать 30% от высоты используемой емкости.

Далее поочередно проводили интенсивное встряхивание проб в закрытых цилиндрах в течение 15-20 секунд и замеряли высоту столба пенной шапки, а также время с момента встряхивания до падения пены кратностью 0,1 (1/10 от высоты столба пены). Замеряли продолжительность жизни пенной шапки (время от момента встряхивания до полного исчезновения пены в растворе). По результатам исследований, представленным в таблице, построены калибровочные кривые (фиг. 1, 2, 3) для определения содержания ПАВ экспресс-методом в технологической жидкости.

Выводы. В результате проведенных лабораторных исследований обнаружено, что все три исследованных реагента ПАВ обладают пенообразующей способностью. Все реагенты показали кратность пены более 0,1 (1/10 от высоты столба пены) и продолжительность жизни пенной шапки более 10 секунд. Реагент Алдинол-МК дает наибольшую высоту шапки пены от 6,1 до 7,8 см при дозировках в подтоварной воде от 0,04 до 1% (масс.), то есть обладает наилучшей пенообразующей способностью. Встряхивание раствора Концентрата ГФ-1 «З» в подтоварной воде концентрацией 0,24% (масс.) приводит к образованию пенной шапки высотой 7,7 см, при уменьшении концентрации высота шапки уменьшается в 2 раза (3,3-3,8 см). Растворы в подтоварной воде Нефтенола-МЛ показали наименьшую пенообразующую способность, высота пенной шапки составила 1,4-2,1 см.

Таким образом, проведенные исследования показывают возможность применения данного способа экспресс-оценки наличия и концентрации ПАВ для всех трех реагентов: Нефтенол-МЛ, Концентрат ГФ-1 «З», Алдинол-МК.

Аналогичные лабораторные исследования были проведены для растворов тех же ПАВ в других технологических жидкостях:

- раствор глушения NaCl с плотностями: 1,06; 1,12; 1,18 г/см³;

- раствор глушения KCl с плотностями: 1,06; 1,11; 1,16 г/см³;

- раствор глушения CaCl₂ с плотностями: 1,05; 1,15; 1,25; 1,35 г/см³.

Предлагаемый способ определения концентрации поверхностно-активных веществ анионного типа в технологических жидкостях используется при выполнении контроля качества приготовленных технологических жидкостей, применяемых для глушения скважин Вынгаяхинского месторождения Филиала «Газпромнефть-Муравленко» ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз».

Способ отличается существенной простотой и обладает следующими преимуществами: для его осуществления не требуется дорогостоящего сложного оборудования и химических реагентов, измерения можно проводить в режиме реального времени как в лабораторных, так и в полевых условиях. Изобретение находит широкое применение в нефтедобывающей промышленности для экспресс-анализа с целью контроля качества технологических жидкостей, содержащих ПАВ на соответствие регламентным показателям.

Способ определения концентрации поверхностно-активных веществ анионного типа в технологических жидкостях, включающий отбор пробы технологической жидкости и определение пенообразующих характеристик, отличающийся тем, что пенообразующие характеристики технологической жидкости определяют методом кратности пены, при этом после интенсивного встряхивания пробы замеряют высоту столба образовавшейся пенной шапки технологической жидкости, определяют время с момента встряхивания пробы до падения пены до 1/10 от первоначальной высоты столба пены (кратность пены 0,1), замеряют время от момента встряхивания пробы до полного исчезновения пены, далее при кратности пены не менее 0,1 и продолжительности жизни пенной шапки не менее 10 секунд делают заключение о наличии поверхностно-активного вещества в технологической жидкости, затем определяют концентрацию поверхностно-активного вещества посредством калибровочных кривых, предварительно построенных по результатам исследований различных технологических жидкостей, содержащих известные концентрации ПАВ.