离心法测定钾离子含量影响因素分析

1、离心法测定钾离子含量影响因素分析摘 要：离心法测定钻井液滤液中 K+含量，影响因素较多，本文主要从离心机型号、转速、沉降时间、读数时间、离心管刻度、取样体积及标准曲线的制作等方面进行了详细的实验研究， 找出了该方法测定结果偏低和数据不稳定的原因，提高了实验精度，减少了测量误差。关键词：离心法；K+含量测定；影响因素0 前言钻井液滤液中 K+含量测定方法很多，常用的有滴定法、离心法及比色法三种。滴定法 适于测定各种浓度范围， 准确度高， 重复性好，但操作步骤复杂， 对测试人员的化学分析技 能要求较高，适于室内精度较高的分析； 比色法由国外引进， 试剂及试纸全部进口，该方法 操作简单，携带方便，但

2、测量范围窄，仅适于 200ppm1500ppm 浓度范围，而且由于人的 视觉差别导致测定结果误差高达十倍甚至百倍；对于K+含量大于5000mg/L（KCI含量大于1%）的钻井液体系，目前国内外最常用的是离心法，该方法已经标准化，由于其较滴定法操 作步骤简单， 钻井液现场应用非常广泛。 实践证明其测定结果基本能指导现场施工， 但在某 些情况下却时常出现测定结果偏低、 数据不稳定等现象。 为了找出影响测定结果的主要因素， 减少测定误差， 提高检测结果的准确性和稳定性， 更好的指导现场生产作业， 针对有可能存 在的各种影响因素逐一进行了分析对比，找到了影响规律，解决了离心法K+含量测定结果偏低、数据

3、不稳定等技术难题。1 测定原理及标准曲线制作1.1 测定原理在离心管中用过量的高氯酸钠沉淀溶液中的K+，生成高氯酸钾沉淀， 离心1min后立即读取沉淀体积，根据沉淀体积从已绘制的标准曲线上读出对应的KCI% 含量。KCI含量%=表中查得KCI%X7/VV 移取的滤液体积， mLK+含量（mg/L） =5250 XKCI 含量 %1.2 标准曲线的制作准确配制 14%的 KCI 标准溶液， 分别取相当于 1%、 2%、 3%、 4%、 5%、 6%含量的 KCI 标准溶液进行离心沉降，读出沉淀体积，以沉淀体积为纵坐标，KCI% 含量为横坐标作图，以此为氯化钾标准曲线（如图 1）。显然，沉淀体积准

4、确与否将直接影响测定结果，而所有 对沉淀体积有影响的因素诸如离心机型号、 转速、 离心管读数、 氯化钾标准溶液浓度是否准 确、移取试液体积是否准确等因素都会影响测定结果， 因此， 在制作标准曲线时应严格控制 测试条件，尽可能减少实验误差。氯化钾标准曲线（稳压2000r/min ）1.6图12测定影响因素分析2.1离心机型号及转速的影响为了验证离心机不同带来的影响，室内选用了800型、800方型和800B型三种离心机进行实验对比，根据 GB/T16783.1规定，离心法测定时的转速为1800r/min，但由于所使用的离心机没有1800r/min的准确刻度，因此在其他条件不变情况下，同时将转速控制

5、在2000r/min，分别用氯化钾标准溶液及井浆滤液进行实验，每次进行4次平行实验，实验结果见图2-1、图2-2、图2-3及图2-4。图2-1 800B 型 1800r/minIm积体淀沉图 2-2 800 型 2000r/minl m积 体 淀 沉KCL %含量图2-3 800 方型 2000r/min5 4 3 2 1 Im积体淀沉IlIiI5%6%01% 2%3%4%KCL %含量20图2-4离心机型号及转速影响（井浆滤液）34567移取滤液体积mL* 800B型 1800r/min 800B型 2000r/min 800型 2000r/min- 滴定结果5 0 5 %量含钾化氯从图2-

6、1和图2-3明显看出，800B型和800方型测定结果均不如 800型，800方型离心 机测出的数据非常不稳定，没有规律，因此不能使用；而800型离心机在2000r/min测定结果较1800r/min稳定（见图2-2）。图2-4是井浆滤液分析结果，滴定法测得的KCL%为7.95%，从图看出，800型测得结果与滴定结果基本一致（第一点因离心管刻度不准导致误差除外，最后一点含量偏低说明取样体积多，未完全沉淀导致结果异常偏低），而800B型在1800r/min和2000r/min下的测定结果，测得数据明显偏高且不稳定，因此该离心机不能用。上述实验充分表明使用800型离心机，转速为 2000r/min时

7、能得到较理想的测试结果。2.2静置时间影响实验中发现，离心后静置时间对沉淀体积影响较大，离心后立即读数（1min之内）与滴定结果接近，静置时间越长读数越小，测定结果越低，10min后读数基本不再变化，但较1min的结果明显偏低，最高相差2%以上，而且滤液中钾离子含量越高偏差越大。实验结果见图3-1和图3-2及表1。图3-1 1# 静置时间对比（4.12%）236457-t- 1mjn5min10m移取滤液体积mL8 6 4 2 0% 量含钾化氯图3-2 2# 静置时间对比（7.05%）2345678移取滤液体积mL2.3离心管刻度影响实验初期，使用的离心管没有固定， 也未对离心管刻度进行校对，

8、结果实验数据忽高忽低，没有规律，很快发现由于离心管刻度不准，导致读数误差较大，测定结果不稳定。为了 增加实验的可比性， 减少系统误差，随即对离心管进行了校对，同时选用固定的6支离心管每次对应相同的浓度及取样体积，重复实验后发现数据的稳定性明显提高，且很有规律，这点在制作氯化钾标准曲线时应特别注意。2.4不同氯化钾标准曲线影响一段时期，现场普遍反应离心法测定的氯化钾含量偏低较多，为了查找原因，本次实验中，首先重新配制了标准氯化钾溶液，并严格控制测定条件，包括氯化钾标准溶液的配制、 试液体积的准确移取等各个环节，绘制了新的氯化钾标准曲线。这点非常重要，在GB/T16783.1中关于标准曲线的绘制相

9、关步骤叙述较简略，很多操作者忽视了这些关键环节的控制，导致标准曲线绘制存在较大误差，影响结果的测定。利用新旧曲线对同一口井滤液进行跟踪测定，实验时离心机转速2000r/min，测定数据见表 2。分析表1数据可看出，使用新的标准曲线测得结果与滴定值接近，最大偏差小于0.7% ；就曲线测得结果的最大偏差（偏低）则达2.3%，主要是在制作新曲线时尽可能消除了上述各种因素的影响，即用基准氯化钾配制标准溶液，以减少由于氯化钾的浓度误差带来的影响，使用同一台离心机，并且使用稳压器控制转速为2000r/min。表1不同KCI曲线测定滤液中 KCI含量对比滤液编号滤液体积mL沉淀体积mL旧曲线K+%新曲线K+

10、%最大偏差滴定法K+%旧曲线新曲线20.577.810.221#30.998.510.71-2.2%+0.7%9.9641.197.810.1520.547.59.802#30.907.710.17-2.3%+0.7%9.6241.187.310.0620.355.257.353#30.605.377.0-1.9%+0.5%7.1540.905.957.72.5移取试液体积的影响试液体积的移取很关键，标准中虽未注明，但应使用移液管准确移取，不可使用量筒， 否则将会带来较大的误差。另外移取试液体积的多少与滤液中氯化钾的浓度有关，如果滤液中氯化钾浓度较高（大于7%时），可以将滤液稀释后测定，但如果

11、稀释过程操作不当，可能会带来新的误差，因此一般移取滤液体积控制在2-3mL为宜，否则当移取体积大于 4mL时，从图5明显看出测定结果偏低，这是因为钾离子浓度高沉淀不完全所致。图5移取滤液体积影响-一 1# （滴定结4.12 %）2# （滴定结7.15 %）3# （滴定结9.96 %）从图5可看出，1#滤液KCI%含量4.12%，移取滤液体积在 2mL-7mL内取任何体积测 得结果误差均小于 0.5% ； 2#、3#滤液KCI%含量均大于5%,移取滤液体积超过5mL时,则测定结果明显偏低，误差超过1%,故最佳取样体积在 2-4mL为宜。表4是测定KCI%含量时的推荐取样体积。表2 KCI%浓度对

12、应的移取滤液体积序号KCl%浓度K+mg/I滤液取样体积ml12%-5%5250-262503.0-7.025%-10 %26250-525002.0-4.0310%-20%52500-1050002.02.6其它影响因素除上述4种主要影响因素外， 电压的影响也不可忽视，因为电压不稳，将直接影响离心机转速的高低，如前所述，转速对沉淀体积影响很大，故建议使用离心机时最好连接稳压器。 另外环境温度也有一定的影响，尤其在炎热的夏季， 溶液受热胀冷缩影响非常大，如果不控制环境温度，将直接导致测定结果偏低。3结论及建议（1）当KCL含量在2%-5%时，离心法测定钾离子含量结果误差最小。（2）KCL含量高于5%时，移取滤液体积在 2-3mL为宜。（3）离心法测定钾离子含量时， 离心机转速由 GB/T16783.1规定的1800r/min改为2000 转/分测定结果稳定性较好。（4）应准确配制 KCL标准溶液，否则将导致曲线绘制不准确因而直接影响结果