钻井液CO32-、HCO3-离子的测定

钻井液CO32-、HCO3-离子的测定
（一）原理
   钻井液中的碱性除了无机离子OH^-以外，还包括CO3^2-、HCO^3-，PH值不能完全反映出这些离子的含量，所以引用碱度值来表示钻井液的酸碱性。碱度值一方面可以较准确的判断出OH^-、CO3^2-、HCO^3-的含量，以此可判断出碱性的来源，另一方面可以确定钻井液中悬浮石灰的量，即储备碱度。
   碱度是指溶液或悬浮体对酸的中和能力，API标准是以酚酞和甲基橙两种指示剂来标定钻井液或滤液的碱性强弱。酚酞的变色点为PH=8.3,滴定过程中，当PH达到该值时酚酞由红色变为无色，这时所滴酸的量为酚酞碱度。钻井液和滤液的酚酞碱度分别表示为Pm和Pf。
甲基橙的变色点为PH=4.3,滴定过程中，当PH达到该值时甲基橙由黄色变为橙红色，这时所滴酸的量为甲基橙碱度。钻井液和滤液的酚酞碱度分别表示为Mm和Mf。
   API测试标准，Pm，Pf，Mf的碱度值分别是滴定1毫升钻井液或滤液用0.01mol/L的H₂SO₄或0.02mol/L 的HCL所使用的毫升数来表示，一般毫升单位可以省略。
 
 
  测出Pm，Pf，可以计算出OH^-、CO3^2-、HCO₃^-的浓度，原因是
      当滴定到PH=8.3时，下面的反应基本完成：
       OH^- + H⁺ --- H₂O
      CO₃^-+ H⁺ --- HCO₃^-
           ( HCO₃^- 此时不参加反应）
          当继续滴定到PH=4.3时，下面的反应基本完成：
       HCO₃^-+ H⁺ --- H₂CO₃---H₂0+CO₂
 
   由此可见OH^-、CO3^2-、HCO^3-三种离子不能同时共存，有OH^-存在时，不能存在 HCO₃^-，只能存在CO₃^-，因为HCO₃^-在碱性条件下会解离H⁺ ，发生下面的反应：
       HCO₃^---- CO₃^-+ H⁺
              OH^- + H⁺ --- H₂O
所以在碱性条件下HCO₃^-基本是不存在，而只有 CO₃^-和OH^- 共存。
同理，存在HCO₃^-时，基本不存在 OH^- ，而只能HCO₃^-和CO₃^-共存。
 
 
（二）所用试剂
     酚酞指示剂            1克酚酞溶于100毫升乙醇
 
      甲基橙试剂            1g溶于1000mL水中
 
      H₂SO₄                             0.01mol/L
     或HCL             0.02mol/L
（三）测试步骤
用移液管移取1ml的试液于锥形瓶中，加入25~30mL蒸馏水，加入酚酞指示液2-3滴，溶液变红色。
用0.01mol/L硫酸标准溶液滴定至红色刚刚消失，记录消耗盐酸标准溶液的体积V1。
在上述溶液中，再加入甲基橙指示液2-3滴，继续用0.01mol/L硫酸标准溶液滴定至溶液显橙色即为终点，记录消耗硫酸标准溶液的体积V2。
计算：见下表
酚酞碱度Pf即V1 ， 甲基橙碱度Mf即V1+V2
 
下表中三种特殊情况：
1：V₁＝0
就是滴入酚酞不用滴酸滤液就是无色的。说明滤液PH<=8.3，滤液中不含OH^-，CO3^2-、如果有肯定要变红。所以此时滤液只含HCO₃^-
2：V₁= V₂
就是两次滴定的酸用量相同，说明第二次滴定的HCO₃^-完全是由第一次滴定的中的CO3^2-和H⁺ 反应而来的，所以滤液中只有CO3^2-，而没有OH^-和HCO₃^-，否则两次滴定的用酸量不会相同。
3：V₂= 0
就是第二步滴定甲基橙时，刚开始滴酸就已经变为橙红色，说明滤液中没有CO3^2-和HCO₃^-，如果有碳酸根肯定第一步滴定时就生成HCO₃^-，那V₂就不会等于0.
同样如果滤液中本身含有HCO₃^-，甲基橙滴定也不会为0，所以滤液只含OH^-。

		OH-含量 mg/L	CO3-2含量mg/L	HCO3-含量 mg/L
V1＝0	Pf=0			V2×1220
V2> V1	2Pf<Mf		V1×1200	(V2-V1)×1220
V1= V2	2Pf=Mf		(V1+V2)×1200
V1> V2	2Pf>Mf	(V1-V2)×340	V2×1200
V2= 0	Pf=Mf	V1×340

 
 
注解：每摩尔H₂SO₄ 电离出2摩尔的H⁺ ，H⁺ 和OH^-，CO3^2-、HCO₃^-分别为1：1反应，所以每摩尔的硫酸会反应2摩尔的OH^-或CO3^2-或HCO₃^-，所以上表计算中OH^-，CO3^2-，HCO₃^-的分子量再乘以2，就是17x2=34,60x2=120,61x2=122.
同理标准盐酸的浓度为0.02mol/L，每毫升含H⁺ 的量和0.01mol/L的硫酸相同，所以同样使用以上公式。