利用离子电极测量钻井液中离子含量的标定方法

利用离子电极测量钻井液氯离子含量时的标定方法

技术领域：

本发明专利涉及一种石油天然气勘探开发钻井过程中钻井液氯离子含量测量的技术方法。技术背景：

权利要求：

1.一种采用离子电极法测量钻井液氯离子含量时电极的标定方法，包括：分三次向一

定体积的钻井液中加入已知离子浓度一定体积的标准水溶液，每加入一次测出电池电动电位共得到3个电位，根据这三个电位计算出离子电极工作曲线的斜率和截距。加入时标准水溶液的体积和钻井液的体积的比值在1%到6%之间，氯离子的加入的克数保持在每100ml钻井液0.1到0.6克。

技术背景

钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。

钻井液被公认为至少有以下十种作用：（1）清洁井底，携带岩屑。保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。（2）冷却和润滑钻头及钻柱。降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。（3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。防止对油气层的污染和井壁坍塌。（4）平衡（控制）地层压力。防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。（5）悬浮岩屑和加重剂。降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。（6）在地面能沉除砂子和岩屑。（7）有效传递水力功率。传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。（8）承受钻杆和套管的部分重力。钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。（9）提供所钻地层的大量资料。利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。（10）水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。

石油地质勘探中对钻井液的监测和记录是反映地层油、水分布情况的有效手段，钻井液氯离子录井是地质录井工作的一项重要内容，是发现油水层、解释评价油水层的一个重要的

途径。目前，现场氯离子检测主要是采用人工采样和通常化学滴定分析。主要是用硝酸银滴定法,国标GB/T 16783─1997水基钻井液现场测试程序中详细介绍了该方法的操作程序。

氯离子选择性电极是测量样品中氯离子含量的一种有效方法。氯离子选择性电极也常应用于在线仪器，如工业在线氯离子含量的监测。应用案例有：氯离子选择性电极法测定矿泉水，饮用水，地表水，海水,锅炉给水中的氯离子；氯离子选择性电极法测定茶叶，蜂蜜，饲料，奶粉等农产品中的氯化物；氯离子选择性电极法测定唾液，血清，尿液等生物样品中的氯离子；氯离子选择性电极法测定土壤中的氯化物含量；

在二个以上不同浓度的氯离子标准溶液中由稀到浓测试电极电位并进行记录。根据记录的mv值和pcl值（氯离子浓度的负对数值），绘制“mv-pcl”的标准曲线图。Mv是电极电势，pcl是氯离子含量的负对数。氯离子标准溶液一般为（2-5）种浓度，标准溶液浓度值依次递增或递减10倍。

将离子电极直接插到钻井液里，是一种简便、直观的测量钻井液氯离子含量的方法。钻井液成分复杂，含有多种电解质、有机物和无机物，当采用去离子水配置的氯离子标定的电极用于钻井液的复杂成分实际情况时，测量结果与实际的氯离子含量相差较大，也较繁琐。

发明内容本发明的目的是提供一种在用离子电极测量钻井液时的一种新的标定方法。分两次向钻井液中加入已知离子浓度一定体积的标准水溶液，测量出钻井液加入标准水溶液前和加入后共3个电位，根据这三个电位计算出离子电极工作曲线的斜率和截距。

发明内容

在可以忽略能斯特方程中离子活度系数的影响的条件下，工作电池电动势与试液物的质量浓度的关系为E = E0±S lg m/MV,

式中,m/g为V升溶液中含被测离子的质量;M为被测离子的原子量;V/L为试液原有体积;±为阳离子取“+”号,阴离子取“-”号。对阴离i子样品,溶液有Ex= E0-Slgmx/MVx。

在样品溶液中加入质量为m1,体积为V1的被测离子标准溶液,使V1 远小于Vx，体积变化可忽略,得E1= E0-Slg(m x+m1)/MV x。

在样品溶液中加入质量为m2，体积为V2的被测离子标准溶液，同样使V2远小于Vx，得E2= E0-Slg(m x+m2)/MV x。

在样品溶液中加入质量为m3，体积为V3的被测离子标准溶液，同样使V3远小于Vx，得E3= E0-Slg(m x+m3)/MV x。

在上述由3个等式形成的方程组里，有三个E0，S和m x三个未知数，因此可以通过计算机软件解出E0，S和m x，确立工作电池电动势与试液物的质量浓度的关系用这种标定方法，确立的工作电池电动势与试液物的质量浓度的关系，可以反应在钻井液离子含量m x附近的工作电池电动势与试液物的质量浓度的关系，满足钻井的需求。

可以设定V1为V x的1%-6%，V2为V x的1%-6%，V3为V x的1%-6%。对于氯离子的测量，设定m1、m2、m3的克数按下面的量加入：m1/V x=0.1％-0.6%，m2/V x=0.1％-0.6%,m3/V x=0.1-0.6％。

实施例1：取从钻井现场取回水基钻井液100ml，采用美国Van London-pHoenix Co.的氯离子选择性电极进行钻井液的氯离子检测。先向其中加入体积1毫升，其中含氯离子0.1克的氯化钠水溶液，测出工作电池电动势。再向其中补充加入体积1毫升，其中含氯离子

0.1克的氯化钠水溶液，测出工作电池电动势E2。最后，再向其中补充加入体积1毫升，其中含氯离子0.1克的氯化钠水溶液，测出工作电池电动势E3。这三组实验，相当于m1=0.1克，m2=0.2克，m3=0.3克。结果如下表：

表1 氯离子加入质量与电动势的关系

E1 E2 E3

m1

m2

m3

根据实验结果解下列方程组：

E1= E0-Slg(m x+m1)/MV x

E2= E0-Slg(m x+m2)/MV x

E3= E0-Slg(m x+m3)/MV x

得到E0=mV S=

从而得到工作电池电动势与试液物的质量浓度的关系为E = E0±S lg m/MV,

实施例2：取和实施例1中同样的水基钻井液100ml，采用美国Van London-pHoenix Co.的氯离子选择性电极进行钻井液的氯离子检测。先向其中加入体积1毫升，其中含氯离子0.2克的氯化钠水溶液，测出工作电池电动势。再向其中补充加入体积1毫升，其中含氯离子0.2克的氯化钠水溶液，测出工作电池电动势E2。最后，再向其中补充加入体积1毫升，其中含氯离子0.2克的氯化钠水溶液，测出工作电池电动势E3。这三组实验，相当于m1=0.2克，m2=0.4克，m3=0.6克。结果如下表：

表1 氯离子加入质量与电动势的关系

E1 E2 E3

m1

m2

m3

根据实验结果解下列方程组：

E1= E0-Slg(m x+m1)/MV x

E2= E0-Slg(m x+m2)/MV x

E3= E0-Slg(m x+m3)/MV x

得到E0=mV S=

从而得到工作电池电动势与试液物的质量浓度的关系为E = E0±S lg m/MV,