ISO 13503-3:2022
(Main)Petroleum and natural gas industries — Completion fluids and materials — Part 3: Testing of heavy brines
Petroleum and natural gas industries — Completion fluids and materials — Part 3: Testing of heavy brines
This document covers the physical properties, potential contaminants and test procedures for heavy brine fluids manufactured for use in oil and gas well drilling, completion, and workover fluids. This document supplements API RP 13J, 5th edition (2014), the requirements of which are applicable with the exceptions specified in this document. This document provides more suitable method descriptions for determining the formate brines pH, carbonate/bicarbonate concentrations and crystallization temperature at ambient pressure compared to the methods provided by API RP 13J, 5th edition (2014). This document is intended for the use of manufacturers, service companies and end-users of heavy brines.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Fluides de complétion et matériaux — Partie 3: Essais de saumures denses
Le présent document couvre les propriétés physiques, les contaminants potentiels et les procédures d'essai des fluides de saumure dense fabriqués pour être utilisés comme fluides de forage, de complétion et de reconditionnement des puits de gaz et de pétrole. Le présent document complète l'API RP 13J, 5e édition (2014), dont les exigences sont applicables sauf exception spécifiée dans le présent document. Le présent document décrit des méthodes de détermination du pH des saumures de formiate, des concentrations de carbonate/bicarbonate et de la température de cristallisation à la pression ambiante plus adaptées que celles fournies par l'API RP 13J, 5e édition (2014). Le présent document est destiné aux fabricants, aux sociétés de service et aux utilisateurs finaux de saumures denses.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13503-3
Second edition
2022-04
Petroleum and natural gas
industries — Completion fluids and
materials —
Part 3:
Testing of heavy brines
Industries du pétrole et du gaz naturel — Fluides de complétion et
matériaux —
Partie 3: Essais de saumures denses
Reference number
ISO 13503-3:2022(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below
or ISO’s member body in the country of the requester.
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Published in Switzerland
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ISO 13503-3:2022(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Supplements to API RP 13J, 5th edition (2014) . 2
4.1 General . 2
4.2 Method for determining iron content . 2
4.3 Method for determining carbonate and bicarbonate concentrations . 2
4.3.1 General . 2
4.3.2 Determination of carbonate concentration by titration in the titration
sample . 2
4.3.3 Calculation of carbonate fraction in the titration sample . 3
4.3.4 Calculation of bicarbonate concentration in the titration sample . 5
4.3.5 Calculation of total carbonate and bicarbonate concentration . 5
4.3.6 Calculation of carbonate and bicarbonate concentrations in the original
sample (before pH adjustment) . 5
4.4 Method for determining CT . 6
4.4.1 General . 6
4.4.2 Application and procedure . 7
4.4.3 Preparation of seeding material . 7
4.4.4 Selection of seeding material . 8
4.4.5 Determination of approximate CT . 11
4.4.6 Accurate determination of CT . 11
4.5 Method for measuring pH of formate brines . 14
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ISO 13503-3:2022(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore
structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 3, Drilling and
completion fluids, well cements and treatment fluids, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 12, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries, in accordance with the Agreement on technical
cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO13503-3:2005), which has been technically
revised.
This document supplements API RP 13J, 5th edition (2014).
The technical requirements of this document and API RP 13J used to be identical. In the meantime API
RP 13J has been technically revised as API RP 13J, 5th edition (2014). The purpose of this edition of
ISO 13503 is to bring this document up-to-date, by referencing the current edition of API RP 13J and
including supplementary content.
The main changes are as follows:
— the method for measuring crystallization temperature in formate brines is described in this
document and differs from the method described in API RP 13J, 5th edition (2014) due to the specific
nature of formate brines;
— the method for measuring pH in formate brines is described in this document and differs from
the method described in API RP 13J, 5th edition (2014), since the API recommended method is
unsuitable for formate brines;
— the method for determining carbonate and bicarbonate concentrations in formate brines is
th
described in this document and differs from the buffer capacity method described in API RP 13J, 5
edition (2014), since the API recommended method is unsuitable for formate brines.
A list of all parts in the ISO 13503 series can be found on the ISO website.
iv
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ISO 13503-3:2022(E)
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO 13503-3:2022(E)
Introduction
Crystallization temperature is an important property of well construction and intervention fluids
used in cold weather conditions and/or under high pressure. API RP 13J, 5th edition (2014) defines
the crystallization temperature of a brine as the temperature at which crystals will appear in a brine
solution of a given density as it cools. The definition of the crystallization temperature of a brine
provided by API RP 13J, 5th edition (2014) is not suitable for formate brines because of prominent
supercooling and metastable phase potassium formate crystals that can form at temperatures much
lower than crystallization temperature for stable potassium formate crystals.
Formate brines, especially potassium and cesium formate brines and their blends, behave very differently
from most other brines due to strong kinetic effects that complicate crystallization temperature
measurements. The following factors complicate crystallization temperature measurements in formate
brines:
— crystallization temperatures can be very low and can be lower than the cooling capability of the
measuring equipment;
— a significant amount of supercooling;
— existence of metastable potassium formate crystals that form in potassium-rich formate brines.
th
API RP 13J, 5 edition (2014) recommends measuring pH of a concentrated brine on a neat sample,
despite multiple reasons indicating this approach is wrong, including Debye-Hückel and pH buffers
(standards) formulas being well outside of its validity range. This causes inconsistent, ambiguous, and
meaningless pH results. Diluting a brine sample before a pH measurement eradicates these issues.
th
API RP 13J, 5 edition (2014) recommends measuring buffer capacity of a concentrated brine by a
standard carbonate titration to measure the combined carbonate and hydroxide buffering capacity,
followed by titration to a randomly selected ‘target pH’ of 7,5 (measured in undiluted brine). By
selecting such a low target pH (corresponding to a pH of around 6 in diluted brine) the second titration
endpoint is at the part of the titration curve masked by the formate/formic acid equilibrium and is
unsuitable for determining the bicarbonate concentration, resulting in inconsistent and ambiguous
bicarbonate concentration results. These issues can be eradicated by using a method compromising a
pH measurement, a possible pH adjustment, and a phenolphthalein titration. Carbonate/bicarbonate
concentrations are calculated based on this data.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13503-3:2022(E)
Petroleum and natural gas industries — Completion fluids
and materials —
Part 3:
Testing of heavy brines
1 Scope
This document covers the physical properties, potential contaminants and test procedures for heavy
brine fluids manufactured for use in oil and gas well drilling, completion, and workover fluids.
This document supplements API RP 13J, 5th edition (2014), the requirements of which are applicable
with the exceptions specified in this document.
This document provides more suitable method descriptions for determining the formate brines pH,
carbonate/bicarbonate concentrations and crystallization temperature at ambient pressure compared
to the methods provided by API RP 13J, 5th edition (2014).
This document is intended for the use of manufacturers, service companies and end-users of heavy
brines.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
API RP 13J, 5th edition (2014), Testing of heavy brines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in API RP 13J, 5th edition (2014) and
the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
crystallization temperature
CT
temperature at which crystals and liquid exists in stable equilibrium
Note 1 to entry: This definition takes precedence over the description of Crystallization Temperature in API RP
13 J, 5th edition (2014), 7.1.3.
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ISO 13503-3:2022(E)
4 Supplements to API RP 13J, 5th edition (2014)
4.1 General
The requirements specified in API RP 13J, 5th edition (2014) shall apply, with the exceptions specified
in 4.2 to 4.5.
4.2 Method for determining iron content
The requirements specified in API RP 13J, 5th edition (2014), Clause 11 shall apply with the following
exception:
The method for determining iron content shall not be used on formate brines.
4.3 Method for determining carbonate and bicarbonate concentrations
4.3.1 General
th
The requirements specified in API RP 13J, 5 edition (2014), Clause 13 shall apply with the following
exception:
— The method for determining buffer capacity shall not be used in formate brines.
— Carbonate and bicarbonate determination method described in 4.3.2 to 4.3.6 shall be applied.
Carbonate and bicarbonate concentrations can be measured in all formate single-salt and blended
brines:
— sodium formate brine;
— potassium formate brine;
— cesium formate brine;
— sodium/potassium formate brine blends;
— potassium/cesium formate brine blends.
4.3.2 Determination of carbonate concentration by titration in the titration sample
The following steps shall be executed:
a) If the sample is contaminated with solids, it shall be filtered using an API filter press and nitrogen
gas. CO2 gas shall not be used.
b) The sample shall be diluted with 9 parts of deionized water. Using 5 ml of brine and 45 ml of
deionized water is recommended.
c) pH of the diluted brine sample (original sample) shall be measured with a calibrated glass electrode
and recorded.
d) If the measured pH is not between 9,5 and 11,0, it shall be adjusted to 10,0 to10,5 range with a
strong acid (HCl, HNO3 or H2SO4) or a strong base (NaOH or KOH). If it is between 9,5 and 11,0,
but outside 10,0 to 10,5, it is recommended to adjust it to 10,0 to 10,5 range with a strong acid (HCl,
HNO3 or H2SO4) or a strong base (NaOH or KOH).
e) The sample, referred to as the titration sample, shall be titrated down to pH=8,2 using HCl, HNO3 or
H2SO4 (0,2 N is the most suitable concentration for formate brines used in the field). It is achieved
by dropwise adding an acid solution and recording the volume added and the sample’s pH.
2
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ISO 13503-3:2022(E)
f) Once the sample’s pH reaches 8,2, the volume acid used shall be recorded (Vacid). The carbonate
concentration in the titration sample shall be calculated from Formula (1).
2−
[]CO =×CV /V (1)
3titracidacidbrine
where
2
[CO −] is the carbonate concentration, in mol/l, in the titration sample;
3 titr
4
C is the concentration of HCl, HNO or H SO , in N used for titration;
acid 3 2
4
V is the volume of HCl, HNO or H SO , in ml, used for titration;
acid 3 2
V is the volume of brine, in ml, before dilution.
brine
4.3.3 Calculation of carbonate fraction in the titration sample
4.3.3.1 General
Carbonate fraction in the titration sample shall be calculated and the calculation depends on the type
of formate brine.
4.3.3.2 Single salt formate brines
Carbonate fraction shall be calculated using Formula (2):
2
[lab+×()n/()pH +c pH ]
fe()pH = (2)
carb
where f (pH) is the molar fraction of buffer that is carbonate as a function of pH.
carb
Table 1 — Formula (2) a, b, and c parameters for sodium, potassium, and cesium formate brines
Brine type a b c Validity pH-range
sodium formate -2,36 12,22 -23 029
potassium formate -12,29 3 383 -6 638 8,20 to 11,48
cesium formate -12,55 3 496 -6 881
4.3.3.3 Na/K formate blend
The following steps shall be followed:
a) Carbonate fraction shall be calculated using Formula (3):
ffpH =×ϕϕpH +× f pH (3)
() () ( ))
carb NaHCOO KHCOO
carb()NaHCOO carb()KHCOO
where
f ()pH is the molar fraction of carbonate in Na formate brine, calculated by
carb()NaHCOO
Formula (2);
f ()pH is the molar fraction of carbonate in K formate brine, calculated by
carb()KHCOO
Formula (2);
ϕ 3
NaHCOO is the volume-fraction of Na formate brine (1,30
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13503-3
Deuxième édition
2022-04
Industries du pétrole et du gaz
naturel — Fluides de complétion et
matériaux —
Partie 3:
Essais de saumures denses
Petroleum and natural gas industries — Completion fluids and
materials —
Part 3: Testing of heavy brines
Numéro de référence
ISO 13503-3:2022(F)
© ISO 2022
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ISO 13503-3:2022(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
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Publié en Suisse
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ISO 13503-3:2022(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . vi
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
e
4 Compléments à l'API RP 13J, 5 édition (2014) . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Méthode de détermination de la teneur en fer . 2
4.3 Méthode de détermination des concentrations de carbonate et de bicarbonate . 2
4.3.1 Généralités . 2
4.3.2 Détermination de la concentration de carbonate par titrage dans
l'échantillon de titrage . 2
4.3.3 Calcul de la fraction de carbonate dans l'échantillon de titrage . 3
4.3.4 Calcul de la concentration de bicarbonate dans l'échantillon de titrage . 5
4.3.5 Calcul de la concentration totale de carbonate et de bicarbonate . 5
4.3.6 Calcul des concentrations de carbonate et de bicarbonate dans l'échantillon
d'origine (avant ajustement du pH) . 5
4.4 Méthode de détermination de la température de cristallisation . 7
4.4.1 Généralités . 7
4.4.2 Application et mode opératoire . 7
4.4.3 Préparation des substances d'ensemencement . 7
4.4.4 Sélection des substances d'ensemencement . 8
4.4.5 Détermination de la CT approximative . 11
4.4.6 Détermination de la CT exacte .12
4.5 Méthode de mesure du pH des saumures de formiate . 15
iii
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ISO 13503-3:2022(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures
en mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 3, Fluides de forage
et de complétion, et ciments à puits, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 12, Matériel,
équipement et structures en mer pour les industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel, du
Comité européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO
et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO13503-3:2005), qui a fait l'objet
d'une révision technique.
e
Le présent document complète l'API RP 13J, 5 édition (2014).
Les exigences techniques du présent document et de l'API RP 13J étaient jusqu'à présent identiques.
e
Entre temps, l'API RP 13J a subi une révision technique donnant lieu à l'API RP 13J, 5 édition (2014). La
présente édition de l'ISO 13503 a pour objet sa mise à jour en faisant référence à la nouvelle édition de
l'API RP 13J en vigueur et en incluant des contenus supplémentaires.
Les principales modifications sont les suivantes:
— la méthode de mesure de la température de cristallisation des saumures de formiate est décrite
e
dans le présent document et diffère de la méthode décrite dans l'API RP 13J, 5 édition (2014) en
raison de la nature spécifique des saumures de formiate;
— la méthode de mesure du pH dans les saumures de formiate est décrite dans le présent document et
e
diffère de la méthode décrite dans l'API RP 13J, 5 édition (2014), car la méthode recommandée par
l'API n'est pas adaptée aux saumures de formiate;
iv
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ISO 13503-3:2022(F)
— la méthode de détermination des concentrations de carbonate et de bicarbonate dans les saumures
de formiate est décrite dans le présent document et diffère de la méthode de la capacité tampon
e
de l'API RP 13J, 5 édition (2014), car la méthode recommandée par l'API n'est pas adaptée aux
saumures de formiate.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 13503 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
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ISO 13503-3:2022(F)
Introduction
La température de cristallisation est une propriété importante des fluides de construction de puits
e
et d'intervention utilisés par temps froid et/ou sous haute pression. L'API RP 13J, 5 édition (2014)
définit la température de cristallisation d'une saumure comme la température à laquelle des cristaux
apparaissent dans une solution de saumure d'une masse volumique donnée lorsque celle-ci est
refroidie. La définition de la température de cristallisation d'une saumure fournie par l'API RP 13J,
e
5 édition (2014) ne convient pas aux saumures de formiate en raison de la surfusion proéminente et
des cristaux de formiate de potassium en phase métastable qui peuvent se former à des températures
bien inférieures à la température de cristallisation des cristaux de formiate de potassium stables.
Les saumures de formiate, en particulier les saumures de formiate de potassium et de césium et leurs
mélanges, se comportent très différemment de la plupart des autres saumures en raison de forts effets
cinétiques qui compliquent les mesures de la température de cristallisation. Les facteurs suivants
compliquent les mesures de la température de cristallisation dans les saumures de formiate:
— les températures de cristallisation peuvent être très basses et peuvent être inférieures à la capacité
de refroidissement de l'équipement de mesure;
— une quantité importante de surfusion;
— existence de cristaux de formiate de potassium métastables qui se forment dans les saumures de
formiate riches en potassium.
e
L'API RP 13J, 5 édition (2014) recommande de mesurer le pH d'une saumure concentrée sur un
échantillon pur, bien que de nombreuses raisons indiquent que cette approche est erronée, notamment
le fait que les formules de Debye-Hückel et des tampons (étalons) de pH sont bien en dehors de sa plage
de validité. Cela entraîne des résultats de pH incohérents, ambigus et dénués de sens. La dilution d'un
échantillon de saumure avant une mesure de pH élimine ces problèmes.
e
L'API RP 13J, 5 édition (2014) recommande de mesurer la capacité tampon d'une saumure concentrée
par un titrage standard au carbonate afin de mesurer la capacité tampon combinée du carbonate et de
l'hydroxyde, suivi d'un titrage à un «pH cible» de 7,5 sélectionné de manière aléatoire (mesuré dans
la saumure non diluée). En choisissant un pH cible aussi bas (correspondant à un pH d'environ 6 dans
une saumure diluée), le point final du second titrage se trouve dans la partie de la courbe de titrage
masquée par l'équilibre formiate/acide formique et ne convient pas pour déterminer la concentration de
bicarbonate, ce qui se traduit par des résultats incohérents et ambigus concernant la concentration de
bicarbonate. Ces problèmes peuvent être éliminés en utilisant une méthode combinant une mesure du
pH, un éventuel ajustement du pH et un titrage à la phénolphtaléine. Les concentrations de carbonate/
bicarbonate sont calculées à partir de ces données.
vi
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NORME INTERNATIONALE ISO 13503-3:2022(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Fluides de
complétion et matériaux —
Partie 3:
Essais de saumures denses
1 Domaine d'application
Le présent document couvre les propriétés physiques, les contaminants potentiels et les procédures
d'essai des fluides de saumure dense fabriqués pour être utilisés comme fluides de forage, de complétion
et de reconditionnement des puits de gaz et de pétrole.
e
Le présent document complète l'API RP 13J, 5 édition (2014), dont les exigences sont applicables sauf
exception spécifiée dans le présent document.
Le présent document décrit des méthodes de détermination du pH des saumures de formiate, des
concentrations de carbonate/bicarbonate et de la température de cristallisation à la pression ambiante
e
plus adaptées que celles fournies par l'API RP 13J, 5 édition (2014).
Le présent document est destiné aux fabricants, aux sociétés de service et aux utilisateurs finaux de
saumures denses.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
e
API RP 13J, 5 édition (2014), Testing of heavy brines
3 Termes et définitions
e
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'API RP 13J, 5 édition (2014)
ainsi que les suivants s'appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
température de cristallisation
CT
température à laquelle les cristaux et le liquide existent en équilibre stable
Note 1 à l'article: Cette définition prévaut sur la description de la température de cristallisation dans l'API RP 13 J,
e
5 édition (2014), 7.1.3.
1
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ISO 13503-3:2022(F)
e
4 Compléments à l'API RP 13J, 5 édition (2014)
4.1 Généralités
e
Les exigences de l'API RP 13J, 5 édition (2014) doivent s'appliquer, avec les exceptions spécifiées de 4.2
à 4.5.
4.2 Méthode de détermination de la teneur en fer
e
Les exigences de l'Article 11 de l'API RP 13J, 5 édition (2014) doivent s'appliquer avec l'exception
suivante:
La méthode de détermination de la teneur en fer ne doit pas être utilisée sur les saumures de formiate.
4.3 Méthode de détermination des concentrations de carbonate et de bicarbonate
4.3.1 Généralités
e
Les exigences de l'Article 13 de l'API RP 13J, 5 édition (2014) doivent s'appliquer avec les exceptions
suivantes:
— la méthode de détermination de la capacité tampon ne doit pas être utilisée avec les saumures de
formiate;
— la méthode de détermination des concentrations de carbonate et de bicarbonate décrite de 4.3.2
à 4.3.6 doit être appliquée.
Les concentrations de carbonate et de bicarbonate peuvent être mesurées dans toutes les saumures de
formiate mono-sel et mélangées:
— saumure de formiate de sodium;
— saumure de formiate de potassium;
— saumure de formiate de césium;
— mélanges de saumure de formiate de sodium/potassium;
— mélanges de saumures de formiate de potassium/césium.
4.3.2 Détermination de la concentration de carbonate par titrage dans l'échantillon de titrage
Les étapes suivantes doivent être exécutées:
a) si l'échantillon est contaminé par des solides, il doit être filtré à l'aide d'un filtre-presse API et
d'azote gazeux. Le CO2 gazeux ne doit pas être utilisé;
b) l'échantillon doit être dilué avec 9 volumes d'eau déionisée. Il est recommandé d'utiliser 5 ml de
saumure et 45 ml d'eau déionisée;
c) le pH de l'échantillon de saumure dilué (échantillon original) doit être mesuré avec une électrode
en verre étalonnée, puis enregistré;
d) si le pH mesuré n'est pas compris entre 9,5 et 11,0, il doit être ajusté entre 10,0 et 10,5 avec un acide
fort (HCl, HNO3 ou H2SO4) ou une base forte (NaOH ou KOH). S'il est compris entre 9,5 et 11,0, mais
en dehors de la plage de 10,0 à 10,5, il est recommandé de l'ajuster à la plage de 10,0 à 10,5 à l'aide
d'un acide fort (HCl, HNO3 ou H2SO4) ou d'une base forte (NaOH ou KOH);
e) l'échantillon, appelé échantillon de titrage, doit être titré jusqu'à pH = 8,2 à l'aide de HCl, HNO3
ou H2SO4 (0,2 N est la concentration la plus adaptée pour les saumures de formiate utilisées sur
2
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le terrain). On l'obtient en ajoutant goutte à goutte une solution acide et en enregistrant le volume
ajouté et le pH de l'échantillon;
f) lorsque le pH de l'échantillon atteint 8,2, le volume d'acide utilisé doit être enregistré (V ). La
acide
concentration de carbonate dans l'échantillon de titrage doit être calculée à l'aide de la Formule (1):
2−
[]CO =×CV /V (1)
3titracide acidesaumure
où
2
[CO −] est la concentration de carbonate, en mol/l, dans l'échantillon de titrage;
3 titr
4
C est la concentration de HCl, HNO ou H SO , en N, utilisée pour le titrage;
acide 3 2
4
V est le volume de HCl, HNO ou H SO , en ml, utilisé pour le titrage;
acide 3 2
V est le volume de saumure, en ml, avant dilution.
saumure
4.3.3 Calcul de la fraction de carbonate dans l'échantillon de titrage
4.3.3.1 Généralités
La fraction de carbonate dans l'échantillon de titrage doit être calculée. Le calcul dépend du type de
saumure de formiate.
4.3.3.2 Saumures de formiate mono-sel
La fraction de carbonate doit être calculée à l'aide de la Formule (2):
2
[lab+×()n/()pH +c pH ]
fepH = (2)
()
carb
où f (pH) est la fraction molaire du tampon qui est un carbonate en fonction du pH.
carb
Tableau 1 — Paramètres a, b et c de la Formule (2) pour les saumures de formiate de sodium,
de potassium et de césium
Type de saumure a b c Page de validité du pH
formiate de sodium −2,36 12,22 −23 029
formiate de potassium −12,29 3 383 −6 638 8,20 à 11,48
formiate de césium −12,55 3 496 −6 881
4.3.3.3 Mélange de formiate Na/K
Les étapes suivantes doivent être suivies:
a) la fraction de carbonate doit être calculée à l'aide de la Formule (3):
ff()pH =×ϕϕ()pH +× f (pH)) (3)
carb NaHCOO carb()NaHCOO KHCOO carb()KHCOO
où
f pH est la fraction molaire du carbonate dans la saumure de formiate de Na, calculée
()
carb NaHCOO
()
à l'aide de la Formule (2);
3
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ISO 13503-3:2022(F)
f pH est la fraction molaire du carbonate dans la saumure de formiate de K, calculée
()
carb KHCOO
()
à l'aide de la Formule (2);
ϕ 3
NaHCOO est la fraction volumique de saumure de formiate de Na (1,30 g/cm /10,9 lb/
gal) dans le mélange de saumure;
3
ϕ
KHCOO est la fraction volumique de saumure de formiate de K (1,57 g/cm /13,1 lb/gal)
dans le mélange de saumure;
b) si les fractions volumiques des saumures de formiate de Na et de formiate de K sont inconnues,
elles doivent être estimées en fonction de la masse volumique de la saumure mélangée à l'aide de
la Formule (4) et de la Formule (5) [ou de la Formule (6) et de la Formule (7) si l'on utilise des unités
de terrain], à condition que la saumure ne soit pas fortement diluée avec de l'eau.
— Unité métrique:
15, 7− d
ϕ = (4)
NaHCOO
02, 7
d−13, 0
ϕ = (5)
KHCOO
02, 7
3
où d est la masse volumique du mélange, en g/cm ou en gravité spécifique.
— Unité de terrain:
13.1− d
ϕ = (6)
NaHCOO
22.
d−10.9
ϕ = (7)
KHCOO
22.
où d est la masse volumique du mélange, en lb/gal.
4.
...
ISO/TC 67/SC 3
Date : 2022-0403
ISO 13503-3:2022(F)
ISO/TC 67/SC 3
Secrétariat: SN
Industries du pétrole et du gaz naturel — Fluides de complétion et matériaux —
Partie 3: Essais de saumures denses
Petroleum and natural gas industries — Completion fluids and materials — Part 3: Testing of
heavy brines
Type du document: Norme internationale
Sous-type du document:
Stade du document: (60) Publication
Langue du document: F
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ICS : 75.100
Type du document: Norme internationale
Sous-type du document:
Stade du document: (60) Publication
Langue du document: F
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mise en œuvre, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie,
l'affichage sur l'internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes
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Publié en Suisse
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Sommaire
Avant-propos . vi
Introduction .viii
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
e
4 Compléments à l'API RP 13J, 5 édition (2014) . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Méthode de détermination de la teneur en fer . 2
4.3 Méthode de détermination des concentrations de carbonate et de bicarbonate . 2
4.3.1 Généralités . 2
4.3.2 Détermination de la concentration de carbonate par titrage dans l'échantillon de titrage 2
4.3.3 Calcul de la fraction de carbonate dans l'échantillon de titrage . 3
4.3.4 Calcul de la concentration de bicarbonate dans l'échantillon de titrage . 6
4.3.5 Calcul de la concentration totale de carbonate et de bicarbonate . 6
4.3.6 Calcul des concentrations de carbonate et de bicarbonate dans l'échantillon d'origine
(avant ajustement du pH) . 6
4.4 Méthode de détermination de la température de cristallisation . 7
4.4.1 Généralités . 7
4.4.2 Application et mode opératoire . 8
4.4.3 Préparation des substances d'ensemencement. 8
4.4.4 Sélection des substances d'ensemencement . 10
4.4.5 Détermination de la CT approximative . 12
4.4.6 Détermination de la CT exacte . 13
4.5 Méthode de mesure du pH des saumures de formiate . 16
© ISO 2022 – Tous droits réservés 5v
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ISO 13503-3:2022(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en
général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit
de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales
et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la
normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration
du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intentionl’intention des utilisateurs et ne sauraient
constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisationl’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les
obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant : www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures
en mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 3, Fluides de forage
et de complétion, et ciments à puits, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 12, Matériel,
équipement et structures en mer pour les industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel, du
Comité européen de normalisation (CEN),) conformément à l'Accordl’Accord de coopération technique
entre l'ISOl’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO13503-3:2005), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
e
Le présent document complète l'API RP 13J, 5 édition (2014).
Les exigences techniques du présent document et de l'API RP 13J étaient jusqu'à présent identiques.
e
Entre temps, l'API RP 13J a subi une révision technique donnant lieu à l'API RP 13J, 5 édition (2014). La
présente édition de l'ISO 13503 a pour objet sa mise à jour en faisant référence à la nouvelle édition de
l'API RP 13J en vigueur et en incluant des contenus supplémentaires.
6vi © ISO 2022 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 13503-3:2022 (F)
Les principales modifications sont les suivantes:
— la méthode de mesure de la température de cristallisation des saumures de formiate est décrite dans
e
le présent document et diffère de la méthode décrite dans l'API RP 13J, 5 édition (2014) en raison
de la nature spécifique des saumures de formiate;
— la méthode de mesure du pH dans les saumures de formiate est décrite dans le présent document et
e
diffère de la méthode décrite dans l'API RP 13J, 5 édition (2014), car la méthode recommandée par
l'API n'est pas adaptée aux saumures de formiate;
— la méthode de détermination des concentrations de carbonate et de bicarbonate dans les saumures
de formiate est décrite dans le présent document et diffère de la méthode de la capacité tampon de
e
l'API RP 13J, 5 édition (2014), car la méthode recommandée par l'API n'est pas adaptée aux
saumures de formiate.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 13503 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateurl’utilisateur adresse tout retour d'informationd’information ou toute question
concernant le présent document à l'organismel’organisme national de normalisation de son pays. Une
liste exhaustive desdits organismes se trouve à l'adressel’adresse www.iso.org/fr/members.html.
© ISO 2022 – Tous droits réservés 7vii
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ISO 13503-3:2022(F)
Introduction
La température de cristallisation est une propriété importante des fluides de construction de puits et
e
d'intervention utilisés par temps froid et/ou sous haute pression. L'API RP 13J, 5 édition (2014) définit
la température de cristallisation d'une saumure comme la température à laquelle des cristaux
apparaissent dans une solution de saumure d'une masse volumique donnée lorsque celle-ci est refroidie.
e
La définition de la température de cristallisation d'une saumure fournie par l'API RP 13J, 5 édition
(2014) ne convient pas aux saumures de formiate en raison de la surfusion proéminente et des cristaux
de formiate de potassium en phase métastable qui peuvent se former à des températures bien inférieures
à la température de cristallisation des cristaux de formiate de potassium stables.
Les saumures de formiate, en particulier les saumures de formiate de potassium et de césium et leurs
mélanges, se comportent très différemment de la plupart des autres saumures en raison de forts effets
cinétiques qui compliquent les mesures de la température de cristallisation. Les facteurs suivants
compliquent les mesures de la température de cristallisation dans les saumures de formiate:
— les températures de cristallisation peuvent être très basses et peuvent être inférieures à la capacité
de refroidissement de l'équipement de mesure;
— une quantité importante de surfusion;
— existence de cristaux de formiate de potassium métastables qui se forment dans les saumures de
formiate riches en potassium.
e
L'API RP 13J, 5 édition (2014) recommande de mesurer le pH d'une saumure concentrée sur un
échantillon pur, bien que de nombreuses raisons indiquent que cette approche est erronée, notamment
le fait que les formules de Debye-Hückel et des tampons (étalons) de pH sont bien en dehors de sa plage
de validité. Cela entraîne des résultats de pH incohérents, ambigus et dénués de sens. La dilution d'un
échantillon de saumure avant une mesure de pH élimine ces problèmes.
e
L'API RP 13J, 5 édition (2014) recommande de mesurer la capacité tampon d'une saumure concentrée
par un titrage standard au carbonate afin de mesurer la capacité tampon combinée du carbonate et de
l'hydroxyde, suivi d'un titrage à un «pH cible» de 7,5 sélectionné de manière aléatoire (mesuré dans la
saumure non diluée). En choisissant un pH cible aussi bas (correspondant à un pH d'environ 6 dans une
saumure diluée), le point final du second titrage se trouve dans la partie de la courbe de titrage masquée
par l'équilibre formiate/acide formique et ne convient pas pour déterminer la concentration de
bicarbonate, ce qui se traduit par des résultats incohérents et ambigus concernant la concentration de
bicarbonate. Ces problèmes peuvent être éliminés en utilisant une méthode combinant une mesure du
pH, un éventuel ajustement du pH et un titrage à la phénolphtaléine. Les concentrations de
carbonate/bicarbonate sont calculées à partir de ces données.
8viii © ISO 2022 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 13503-3:2022(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Fluides de complétion et
matériaux — Partie 3: Essais de saumures denses
1 Domaine d'application
Le présent document couvre les propriétés physiques, les contaminants potentiels et les procédures
d'essai des fluides de saumure dense fabriqués pour être utilisés comme fluides de forage, de complétion
et de reconditionnement des puits de gaz et de pétrole.
e
Le présent document complète l'API RP 13J, 5 édition (2014), dont les exigences sont applicables sauf
exception spécifiée dans le présent document.
Le présent document décrit des méthodes de détermination du pH des saumures de formiate, des
concentrations de carbonate/bicarbonate et de la température de cristallisation à la pression ambiante
e
plus adaptées que celles fournies par l'API RP 13J, 5 édition (2014).
Cette norme internationale émane de documents ISO initialement rédigés en langue anglaise. Cette
norme est publiée en version linguistique française pour en faciliter la mise en œuvre.
Le présent document est destiné aux fabricants, aux sociétés de service et aux utilisateurs finaux de
saumures denses.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ilsqu’ils constituent, pour tout ou partie de
leur contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'éditionl’édition citée
s'appliques’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence
s'applique (y compris les éventuels amendements).
e
API RP 13J, 5 édition (2014), Testing of heavy brines
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions donnés dansde l'API RP 13J,
e
5 édition (2014) ainsi que les suivants s'appliquent.
L'ISOL’ISO et l'IECl’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées
en normalisation, consultables aux adresses suivantes ::
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adressel’adresse https://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adressel’adresse https://www.electropedia.org/
3.1
température de cristallisation
CT
température à laquelle les cristaux et le liquide existent en équilibre stable
© ISO 2022 – Tous droits réservés 1
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ISO 13503-3:2022(F)
Note 1 à l'article: Cette définition prévaut sur la description de la température de cristallisation dans l'API RP 13 J,
e
5 édition (2014), 7.1.3.
e
4 Compléments à l'API RP 13J, 5 édition (2014)
4.1 Généralités
e
Les exigences de l'API RP 13J, 5 édition (2014) doivent s'appliquer, avec les exceptions spécifiées de 4.2
à 4.5.
4.2 Méthode de détermination de la teneur en fer
e
Les exigences de l'Article 11 de l'API RP 13J, 5 édition (2014) doivent s'appliquer avec l'exception
suivante:
La méthode de détermination de la teneur en fer ne doit pas être utilisée sur les saumures de formiate.
4.3 Méthode de détermination des concentrations de carbonate et de bicarbonate
4.3.1 Généralités
e
Les exigences de l'Article 13 de l'API RP 13J, 5 édition (2014) doivent s'appliquer avec les exceptions
suivantes:
— la méthode de détermination de la capacité tampon ne doit pas être utilisée avec les saumures de
formiate;
— la méthode de détermination des concentrations de carbonate et de bicarbonate décrite de 4.3.2
à 4.3.6 doit être appliquée.
Les concentrations de carbonate et de bicarbonate peuvent être mesurées dans toutes les saumures de
formiate mono-sel et mélangées:
— saumure de formiate de sodium;
— saumure de formiate de potassium;
— saumure de formiate de césium;
— mélanges de saumure de formiate de sodium/potassium;
— mélanges de saumures de formiate de potassium/césium.
4.3.2 Détermination de la concentration de carbonate par titrage dans l'échantillon de titrage
Les étapes suivantes doivent être exécutées:
a) si l'échantillon est contaminé par des solides, il doit être filtré à l'aide d'un filtre-presse API et d'azote
gazeux. Le CO2 gazeux ne doit pas être utilisé;
b) l'échantillon doit être dilué avec 9 volumes d'eau déionisée. Il est recommandé d'utiliser 5 ml de
saumure et 45 ml d'eau déionisée;
2 © ISO 2022 – Tous droits réservés
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ISO 13503-3:2022 (F)
c) le pH de l'échantillon de saumure dilué (échantillon original) doit être mesuré avec une électrode en
verre étalonnée, puis enregistré;
d) si le pH mesuré n'est pas compris entre 9,5 et 11,0, il doit être ajusté entre 10,0 et 10,5 avec un acide
fort (HCl, HNO3 ou H2SO4) ou une base forte (NaOH ou KOH). S'il est compris entre 9,5 et 11,0, mais
en dehors de la plage de 10,0 à 10,5, il est recommandé de l'ajuster à la plage de 10,0 à 10,5 à l'aide
d'un acide fort (HCl, HNO3 ou H2SO4) ou d'une base forte (NaOH ou KOH) ;);
e) l'échantillon, appelé échantillon de titrage, doit être titré jusqu'à pH = 8,2 à l'aide de HCl, HNO3
ou H2SO4 (0,2 N est la concentration la plus adaptée pour les saumures de formiate utilisées sur le
terrain). On l'obtient en ajoutant goutte à goutte une solution acide et en enregistrant le volume
ajouté et le pH de l'échantillon;
f) lorsque le pH de l'échantillon atteint 8,2, le volume d'acide utilisé doit être enregistré (V ). La
acide
concentration de carbonate dans l'échantillon de titrage doit être calculée à l'aide de la
Formule (1) :):
2−
[CO ] C ×VV/ (1)
3 titr acide acide saumure
où
2
[CO −] est la concentration de carbonate, en mol/l, dans l'échantillon de titrage;
3 titr
4
Cacide est la concentration de HCl, HNO3 ou H2SO , en N, utilisée pour le titrage;
4
V est le volume de HCl, HNO ou H SO , en ml, utilisé pour le titrage;
acide 3 2
V est le volume de saumure, en ml, avant dilution.
saumure
4.3.3 Calcul de la fraction de carbonate dans l'échantillon de titrage
4.3.3.1 Généralités
La fraction de carbonate dans l'échantillon de titrage doit être calculée. Le calcul dépend du type de
saumure de formiate.
4.3.3.2 Saumures de formiate mono-sel
La fraction de carbonate doit être calculée à l'aide de la Formule (2) :):
2
[ab+( ×ln(pH)+c)/pH ]
(2)
fe(pH)=
carb
où fcarb(pH) est la fraction molaire du tampon qui est un carbonate en fonction du pH.
Tableau 1 — Paramètres a, b et c de la Formule (2) pour les saumures de formiate de sodium,
de potassium et de césium
Type de saumure a b c Page de validité du pH
formiate de sodium -−2,36 12,22 -−23 029
8,20 à 11,48
formiate de potassium -−12,29 3 383 -−6 638
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=
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ISO 13503-3:2022(F)
formiate de césium -−12,55 3 496 -−6 881
4.3.3.3 Mélange de formiate Na/K
Les étapes suivantes doivent être suivies:
a) la fraction de carbonate doit être calculée à l'aide de la Formule (3) :):
ffpH= ϕϕ× pH+× f pH (3)
( ) ( ) ( )
carb NaHCOO carb(NaHCOO) KHCOO carb(KHCOO)
où
est la fraction molaire du carbonate dans la saumure de formiate de Na, calculée
f (pH)
carb(NaHCOO)
à l'aide de la Formule (2) ;);
f (pH) Field Code Changed
carb(NaHCOO)
f pH est la fraction molaire du carbonate dans la saumure de formiate de K, calculée
( )
carb(KHCOO)
à l'aide de la Formule (2) ;);
f (pH) Field Code Changed
carb(KHCOO)
ϕ est la fraction volumique de saumure de formiate de Na
NaHCOO
3
(1,30 g/cm /10,9 lb/gal) dans le mélange de saumure;
3
ϕ est la fraction volumique de saumure de formiate de K (1,57 g/cm /13,1 lb/gal)
KHCOO
dans le mélange de saumure;
b) si les fractions volumiques des saumures de formiate de Na et de formiate de K sont inconnues, elles
doivent être estimées en fonction de la masse volumique de la saumure mélangée à l'aide de
la Formule (4) et de la Formule (5) [ou de la Formule (6) et de la Formule (7) si l'on utilise des unités
de terrain], à condition que la saumure ne soit pas fortement diluée avec de l'eau.
— Unité métrique:
1,57− d 1,57− d Field Code Changed
ϕ = ϕ = (4)
NaHCOO NaHCOO
0,27 0,27
d−1,30
ϕ =
(5)
KHCOO
0,27
3
où d est la masse volumique du mélange, en g/cm ou en gravité spécifique.
— Unité de terrain:
Field Code Changed
13,1− d 13.1− d
ϕ = ϕ = (6)
NaHCOO NaHCOO
2,2 2.2
d−10,9 d−10.9 Field Code Changed
ϕ = ϕ = (7)
KHCOO KHCOO
2.2
2,2
où d est la masse volumique du mélange, en lb/gal.
4 © ISO 2022 – Tous droits réservés
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ISO 13503-3:2022 (F)
4.3.3.4 Mél
...
FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 13503-3
ISO/TC 67/SC 3
Petroleum and natural gas
Secretariat: SN
industries — Completion fluids and
Voting begins on:
2021-12-22 materials —
Voting terminates on:
Part 3:
2022-02-16
Testing of heavy brines
Industries du pétrole et du gaz naturel — Fluides de complétion et
matériaux —
Partie 3: Essais de saumures denses
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. © ISO 2021
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ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
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All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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or ISO’s member body in the country of the requester.
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Published in Switzerland
ii
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ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Supplements to API RP 13J, 5th edition (2014) . 2
4.1 General . 2
4.2 Method for determining iron content . 2
4.3 Method for determining carbonate and bicarbonate concentrations . 2
4.3.1 General . 2
4.3.2 Determination of carbonate concentration by titration in the titration
sample . 2
4.3.3 Calculation of carbonate fraction in the titration sample . 3
4.3.4 Calculation of bicarbonate concentration in the titration sample . 5
4.3.5 Calculation of total carbonate and bicarbonate concentration . 5
4.3.6 Calculation of carbonate and bicarbonate concentrations in the original
sample (before pH adjustment) . 5
4.4 Method for determining CT . 6
4.4.1 General . 6
4.4.2 Application and procedure . 7
4.4.3 Preparation of seeding material . 7
4.4.4 Selection of seeding material . 8
4.4.5 Determination of approximate CT . 11
4.4.6 Accurate determination of CT . 11
4.5 Method for measuring pH of formate brines . 14
iii
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ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore
structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 3, Drilling and
completion fluids, well cements and treatment fluids, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 12, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries, in accordance with the Agreement on technical
cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO13503-3:2005), which has been technically
revised.
This document supplements API RP 13J, 5th edition (2014).
The technical requirements of this document and API RP 13J used to be identical. In the meantime API
RP 13J has been technically revised as API RP 13J, 5th edition (2014). The purpose of this edition of
ISO 13503 is to bring this document up-to-date, by referencing the current edition of API RP 13J and
including supplementary content.
The main changes are as follows:
— the method for measuring crystallization temperature in formate brines is described in this
document and differs from the method described in API RP 13J, 5th edition (2014) due to the specific
nature of formate brines;
— the method for measuring pH in formate brines is described in this document and differs from
the method described in API RP 13J, 5th edition (2014), since the API recommended method is
unsuitable for formate brines.
— the method for determining carbonate and bicarbonate concentrations in formate brines is
th
described in this document and differs from the buffer capacity method described in API RP 13J, 5
edition (2014), since the API recommended method is unsuitable for formate brines.
A list of all parts in the ISO 13503 series can be found on the ISO website.
iv
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ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
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ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
Introduction
Crystallization temperature is an important property of well construction and intervention fluids
used in cold weather conditions and/or under high pressure. API RP 13J, 5th edition (2014) defines
the crystallization temperature of a brine as the temperature at which crystals will appear in a brine
solution of a given density as it cools. The definition of the crystallization temperature of a brine
provided by API RP 13J, 5th edition (2014) is not suitable for formate brines because of prominent
supercooling and metastable phase potassium formate crystals that can form at temperatures much
lower than crystallization temperature for stable potassium formate crystals.
Formate brines, especially potassium and cesium formate brines and their blends, behave very differently
from most other brines due to strong kinetic effects that complicate crystallization temperature
measurements. The following factors complicate crystallization temperature measurements in formate
brines:
— crystallization temperatures can be very low and can be lower than the cooling capability of the
measuring equipment;
— a significant amount of supercooling;
— existence of metastable potassium formate crystals that form in potassium-rich formate brines.
th
API RP 13J, 5 edition (2014) recommends measuring pH of a concentrated brine on a neat sample,
despite multiple reasons indicating this approach is wrong, including Debye-Hückel and pH buffers
(standards) formulas being well outside of its validity range. This causes inconsistent, ambiguous, and
meaningless pH results. Diluting a brine sample before a pH measurement eradicates these issues.
th
API RP 13J, 5 edition (2014) recommends measuring buffer capacity of a concentrated brine by a
standard carbonate titration to measure the combined carbonate and hydroxide buffering capacity,
followed by titration to a randomly selected ‘target pH’ of 7,5 (measured in undiluted brine). By
selecting such a low target pH (corresponding to a pH of around 6 in diluted brine) the second titration
endpoint is at the part of the titration curve masked by the formate/formic acid equilibrium and is
unsuitable for determining the bicarbonate concentration, resulting in inconsistent and ambiguous
bicarbonate concentration results. These issues can be eradicated by using a method compromising a
pH measurement, a possible pH adjustment, and a phenolphthalein titration. Carbonate/bicarbonate
concentrations are calculated based on this data.
vi
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
Petroleum and natural gas industries — Completion fluids
and materials —
Part 3:
Testing of heavy brines
1 Scope
This document covers the physical properties, potential contaminants and test procedures for heavy
brine fluids manufactured for use in oil and gas well drilling, completion, and workover fluids.
This document supplements API RP 13J, 5th edition (2014), the requirements of which are applicable
with the exceptions specified in this document.
This document provides more suitable method descriptions for determining the formate brines pH,
carbonate/bicarbonate concentrations and crystallization temperature at ambient pressure compared
to the methods provided by API RP 13J, 5th edition (2014).
This document is intended for the use of manufacturers, service companies and end-users of heavy
brines.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
API RP 13J, 5th edition (2014), Testing of heavy brines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in API RP 13J, 5th edition (2014) and
the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
crystallization temperature
CT
temperature at which crystals and liquid exists in stable equilibrium
Note 1 to entry: This definition takes precedence over the description of Crystallization Temperature in API RP
13 J, 5th edition (2014), 7.1.3.
1
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ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
4 Supplements to API RP 13J, 5th edition (2014)
4.1 General
The requirements specified in API RP 13J, 5th edition (2014) shall apply, with the exceptions specified
in 4.2 to 4.5.
4.2 Method for determining iron content
The requirements specified in API RP 13J, 5th edition (2014), Clause 11 shall apply with the following
exception:
The method for determining iron content shall not be used on formate brines.
4.3 Method for determining carbonate and bicarbonate concentrations
4.3.1 General
th
The requirements specified in API RP 13J, 5 edition (2014), Clause 13 shall apply with the following
exception:
— The method for determining buffer capacity shall not be used in formate brines.
— Carbonate and bicarbonate determination method described in 4.3.2 to 4.3.6 shall be applied.
Carbonate and bicarbonate concentrations can be measured in all formate single-salt and blended
brines:
— sodium formate brine;
— potassium formate brine;
— cesium formate brine;
— sodium/potassium formate brine blends;
— potassium/cesium formate brine blends.
4.3.2 Determination of carbonate concentration by titration in the titration sample
The following steps shall be executed:
a) If the sample is contaminated with solids, it shall be filtered using an API filter press and nitrogen
gas. CO2 gas shall not be used.
b) The sample shall be diluted with 9 parts of deionized water. Using 5 ml of brine and 45 ml of
deionized water is recommended.
c) pH of the diluted brine sample (original sample) shall be measured with a calibrated glass electrode
and recorded.
d) If the measured pH is not between 9,5 and 11,0, it shall be adjusted to 10,0 to10,5 range with a
strong acid (HCl, HNO3 or H2SO4) or a strong base (NaOH or KOH). If it is between 9,5 and 11,0,
but outside 10,0 to 10,5, it is recommended to adjust it to 10,0 to 10,5 range with a strong acid (HCl,
HNO3 or H2SO4) or a strong base (NaOH or KOH).
e) The sample, referred to as the titration sample, shall be titrated down to pH=8,2 using HCl, HNO3 or
H2SO4 (0,2 N is the most suitable concentration for formate brines used in the field). It is achieved
by dropwise adding an acid solution and recording the volume added and the sample’s pH.
2
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ISO/FDIS 13503-3:2021(E)
f) Once the sample’s pH reaches 8,2, the volume acid used shall be recorded (Vacid). The carbonate
concentration in the titration sample shall be calculated from Formula (1).
2−
[]CO =×CV /V (1)
3titracidacidbrine
where
2
[CO −] is the carbonate concentration, in mol/l, in the titration sample;
3 titr
4
C is the concentration of HCl, HNO or H SO , in N used for titration;
acid 3 2
4
V is the volume of HCl, HNO or H SO , in ml, used for titration;
acid 3 2
V is the volume of brine, in ml, before dilution.
brine
4.3.3 Calculation of carbonate fraction in the titration sample
4.3.3.1 General
Carbonate fraction in the titration sample shall be calculated and the calculation depends on the type
of formate brine.
4.3.3.2 Single salt formate brines
Carbonate fraction shall be calculated using Formula (2):
2
[lab+×()n/()pH +c pH ]
fe()pH = (2)
carb
where f (pH) is the molar fraction of buffer that is carbonate as a function of pH.
carb
Table 1 — Formula (2) a, b, and c parameters for sodium, potassium, and cesium formate brines
Brine type a b c Validity pH-range
sodium formate -2,36 12,22 -23 029
potassium formate -12,29 3 383 -6 638 8,20 to 11,48
cesium formate -12,55 3 496 -6 881
4.3.3.3 Na/K formate blend
The following steps shall be followed:
a) Carbonate fraction shall be calculated using Formula (3):
ffpH =×ϕϕpH +× f pH (3)
() () ( ))
carb NaHCOO KHCOO
c
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.