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钻井液用甲酸盐含量测定方法

张晓光 杨俊贞 王萍 李彬 李慧敏 陈蕾旭 张灵英

张晓光,杨俊贞,王萍,等. 钻井液用甲酸盐含量测定方法[J]. 钻井液与完井液,2025,42(2):233-238 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.011
引用本文: 张晓光,杨俊贞,王萍,等. 钻井液用甲酸盐含量测定方法[J]. 钻井液与完井液,2025,42(2):233-238 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.011
ZHANG Xiaoguang, YANG Junzhen, WANG Ping, et al.Methods of measuring formate content in drilling fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(2):233-238 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.011
Citation: ZHANG Xiaoguang, YANG Junzhen, WANG Ping, et al.Methods of measuring formate content in drilling fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(2):233-238 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.011

钻井液用甲酸盐含量测定方法

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.02.011
详细信息
    作者简介:

    张晓光,1994年生,中级工程师,现在主要从事油化剂检测及标准制修订工作。电话:15848169491,E-mail:1009170776@qq.com

  • 中图分类号: TE254

Methods of Measuring Formate Content in Drilling Fluids

  • 摘要: 针对当前钻井液用甲酸钠、甲酸钾标准应用现状,分析了甲酸盐含量测定存在的主要问题和影响因素,并筛选优化出最佳的检测方法。对于甲酸钠含量测定结果普遍偏高甚至超百的技术难题,通过红外等分析方法确定了目前钻井用甲酸钠的均为副产法产品,其含有季戊四醇等有机杂质,适合的方法是灼烧滴定法,同时对该方法进行了优化,实验发现该方法中灼烧产物的洗涤转移过程中引入酚酞会导致滴定终点延后结果偏高,通过改进洗涤转移过程,排除了该影响;对于甲酸钾含量测定,适合用硫代硫酸钠滴定法测定,同时增加钾离子含量测定,提高了方法的科学性和准确性,解决了以单一甲酸根折算甲酸钾含量存在无法有效鉴别低成本甲酸盐掺假的弊端。以上研究成果已作为标准方法引入T/CPSI 06401—2024《钻井液用加重剂甲酸盐类》标准,该标准已于2024年4月正式发布实施。

     

  • 图  1  甲酸钠和季戊四醇红外谱图

    图  2  2022N003甲酸钠样品热失重分析结果

    图  3  硫代硫酸钠滴定法测甲酸钠含量结果偏差分析

    表  1  甲酸盐含量测定方法对比

    样品信息甲酸盐含量/%
    硫代硫酸钠滴定法(以甲酸根计)灼烧滴定法(以甲酸
    根计)
    四苯硼钾重量法(以钾离子计)
    甲酸钠2022N003103.1490.10
    2022N007100.4198.26
    2022N014106.4985.54
    2022N01997.2687.40
    分析纯98.6798.53
    甲酸钾2021N00198.2993.9092.18
    2022N02197.1993.4596.51
    2022N02296.7694.1695.86
    2022N02397.1694.8996.97
    分析纯98.4996.2899.18
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    表  2  硫代硫酸钠滴定法测试条件差异点汇总

    标准 T加热/
    t加热/
    min
    试样溶液的
    酸碱环境
    与KI反应过程中
    酸加量
    参与反应的
    样品量
    HG/T 5390—2018 75 10 / 10 mL V硫酸V=1∶8 0.100 g
    Q/28HY 06—2017 沸水浴 20 2 mL 100 g/L氢氧化钠溶液 10 mL 10%硫酸溶液 0.500 g
    Q/0500DST002—2019 100 15 / 10 mL V硫酸V=1∶8 0.100 g
    QCDH 16—2018 沸水浴 30 0.2 g无水碳酸钠 5 mL V硫酸V=1∶8 0.100 g
    Q/28HY 07—2017 沸水浴 30 0.2 g无水碳酸钠 6 mL 6 mol/L硫酸溶液 0.500 g
    T∕CSTM 00178—2020 100 30 3 mL 100 g/L氢氧化钠溶液 10 mL 20%硫酸溶液 0.088 g
    钻井液用甲酸盐检测方法的研究_刘克清 75 10 / 10 mL 20%硫酸溶液 0.060 g
    甲酸根含量测定方法研究与讨论_王仲广 75 30 7 mL 0.5 mol/L氢氧化钠 5 mL 2 mol/L硫酸溶液 0.084 g
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    表  3  硫代硫酸钠滴定法影响因素分析

    验证条件 甲酸钾分析纯样品的
    甲酸钾含量/%
    加热温度 75℃ 98.30
    80℃ 98.23
    100℃ 97.67
    加热时间 10 min 98.29
    20 min 98.24
    30 min 98.29
    试样溶液的
    酸碱环境
    试样溶液原液 98.29
    加0.1 g碳酸钠 98.30
    加5 mL 20%硫酸 84.52
    与KI反应过程
    中酸加量
    3 mL 20%硫酸
    (6.96 mmol)
    94.82
    5 mL 20%硫酸
    (11.6 mmol)
    98.30
    5 mL 4 mol/L硫酸
    (20 mmol)
    98.30
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    表  4  高锰酸钾草酸滴定法比对数据

    平行试验甲酸钾/%
    测定机构A测定机构B测定机构C测定机构D
    183.2088.5277.1093.40
    279.0983.9778.2788.60
    387.99101.4091.4494.30
    474.9890.50
    585.9498.00
    平均值82.2491.3082.2792.96
    极差值13.0117.4314.349.40
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    表  5  2022N003甲酸钠样品红外官能团解析

    峰位置/cm−1化学键振动模式结论
    771.47羧酸根COO变角振动含有—COO—
    羧酸根基团
    1353.53羧酸根COO对称伸缩振动
    1580.93羧酸根COO反对称伸缩振动
    2714.77醛基CHO中CH伸缩振动
    2828.92醛基CHO中CH伸缩振动
    1012.29醇的C—OH伸缩振动含醇羟基—OH
    1038.08醇的C—OH伸缩振动
    3309为中心
    宽谱带
    羟基O—H形成
    氢键伸缩振动
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    表  6  甲酸钠含量测定不同方法比对数据

    样品编号甲酸钠/%
    灼烧滴定法
    (以甲酸根计)
    高锰酸钾草酸滴定法
    (以甲酸根计)
    硫代硫酸钠滴定法
    (以甲酸根计)
    ICP法
    (以钠离子计)
    热失重
    (理论计算)
    2022N00390.1082.24103.1490.3791.54
    2022N00798.2690.82100.4198.0097.51
    2022N01485.5479.56106.4983.9485.81
    2022N01987.4074.0697.2689.9290.00
    分析纯甲酸钠98.5389.9798.6797.51/
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    表  7  酚酞对测定结果的影响

    测试样品测试条件甲酸钠含量/%
    分析纯甲酸钠不加酚酞98.57
    加酚酞99.61
    无水碳酸钠标准物质不加酚酞99.89
    加酚酞100.04
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    表  8  洗涤次数对测定结果影响

    重复洗涤次数加酚酞是否变色甲酸钠含量/%
    1次粉红色96.44
    2次粉红色98.28
    3次粉红色98.65
    4次无色98.63
    5次无色98.51
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    表  9  甲酸钾含量测定方法比对汇总数据

    样品编号甲酸钠含量/%
    硫代硫酸钠滴定法
    (以甲酸根计)
    高锰酸钾草酸滴定法
    (以甲酸根计)
    灼烧滴定法
    (以甲酸根计)
    ICP-OES法
    (以钾离子计)
    四苯硼钾重量法
    (以钾离子计)
    2021N00198.2970.4593.9093.0792.18
    2022N02197.1976.5093.4598.2296.51
    2022N02296.7686.1894.1696.7195.86
    2022N02397.1676.7994.8997.4696.97
    分析纯甲酸钾98.4978.6196.2899.9599.18
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    表  10  硫代硫酸钠滴定法测甲酸钾含量比对数据

    酸加量甲酸钾/%再现性偏差
    (极差值)/%
    检测机构A检测机构B检测机构C检测机构D
    首次比对∶11.6 mmol
    (5 mL 20%硫酸溶液)
    98.2998.3096.2297.022.08
    二次比对∶20.0 mmol
    (5 mL 4 mol/L硫酸溶液)
    98.2898.2998.2298.700.48
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-10-03
  • 修回日期:  2024-12-06
  • 刊出日期:  2025-04-17

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