CN203616280U - 一种测量钻井液离子浓度的装置 - Google Patents

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刘保双
王忠杰
慈国良
张志财
李军
季一冰
马云谦
张冬玲
马桂清
史涛
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Abstract

本实用新型涉及一种测量钻井液离子浓度的装置。其技术方案是，包括电极测量系统、搅拌系统以及电位计，其中电极测量系统包括密闭容器和测量电极；搅拌系统包括电机和搅拌棒；测量电极和搅拌棒从密闭容器顶部插入密闭容器内部，测量电极与电位计连接，其特征是装置中还包括恒温系统，恒温系统包括恒温水浴箱、温度显示仪和温度控制器；电极测量系统的密闭容器座落在恒温水浴箱内。使用该装置进行钻井液离子浓度测量的结果准确可靠，能够避免因钻井液分散不均匀造成的实验结果不准、搅拌后空气中离子进入钻井液中造成电势不稳、钻井液温度变化造成的读数不稳等问题。

Description

一种测量钻井液离子浓度的装置
技术领域
本实用新型涉及石油开发过程中相关液体中的离子含量测量装置，尤其涉及钻井液中离子测量的装置。
背景技术
目前，我们在对钻井液进行离子浓度测量时主要是取其滤液，并对其中的离子等主要采用滴定方法测量检测。滴定法属于手工测量法，操作复杂、耗时长且容易受到人为因素影响。同时滴定法检测的频率低，无法对钻井液的性能的维护提供实时依据，也无法有效预防钻井液性能因为离子含量的变化造成的性能恶化。
离子选择电极法测定离子浓度被广泛应用于环境监测和水质分析以及生物、化工、轻工产业中。该方法简单快速，精度较高。在使用该方法进行钻井液中离子浓度测量时，由于钻井液粘度大，固相多，切力大的特点，离子在钻井液中分散不均匀，造成测量数据的不稳定。如果为了得到稳定数据对钻井液进行长时间搅拌，又会导致空气中的离子被带入到钻井液中，导致测量结果的不准确。
相关专利有专利公开号为CN 101294927A的专利，专利公开号为CN 101393221A的专利和专利公开号为CN 101971014A的专利。以上专利都是基于离子选择电极法测量离子浓度的仪器，都没有温度控制和搅拌控制系统。使用该仪器进行测量得不到稳定准确的结果。《合成技术与应用》于2011年9月（26卷第3期）发表的《钻井液离子含量的仪器分析方法展望》一文中首次展望了离子选择电极在测量钻井液离子浓度中的应用，但并没有改进相关设备和具体针对现场未处理钻井液进行实际测量的方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够快速、准确地测量钻井液中离子浓度的钻井液离子浓度测量装置。
其技术方案是，一种测量钻井液离子浓度的装置，包括电极测量系统、搅拌系统以及电位计，其中电极测量系统包括密闭容器和测量电极；搅拌系统包括电机和搅拌棒；测量电极和搅拌棒从密闭容器顶部插入密闭容器内部，测量电极与电位计连接，其特征是装置中还包括恒温系统，恒温系统包括恒温水浴箱、温度显示仪和温度控制器；电极测量系统的密闭容器座落在恒温水浴箱内。
上述方案还包括
搅拌系统的电机连同搅拌棒通过底座、支架和调节旋钮吊装在密闭容器的一侧，电机连接有调速控制器。
密闭容器顶部预制有多个与测量电极插接配合的孔，并且每个孔装有密封塞。
搅拌棒的外部套装有套筒，套筒与密闭容器接合处设有密封塞。
测量电极包括钙离子、氯离子、镁离子、碳酸根离子或硫离子选择电极的一种或几种。
实用新型的效果：本实用新型基于离子选择电极法的原理，对测量装置进行了改进，以适应钻井液固相多、粘度大、切力大等特点，解决了由于钻井液中离子分散不均匀造成的电极电势不稳定、数据不准确问题。另外，针对离子电极的温度敏感性较强特点，增加了恒温系统以排除温度对测量结果的影响。
使用该装置及方法进行钻井液离子浓度测量的结果准确可靠。能够避免因钻井液分散不均匀造成的实验结果不准和搅拌后空气中离子进入钻井液中造成电势不稳、以及钻井液温度变化造成的读数不稳等问题。将本实验的结果与钻井液离子浓度的常规测量方法（滴定法）进行对比，获得较好的吻合结果。
附图说明
附图1是一种典型实施例的结构示意图。
图中，1是底座，2是支架，3是调节旋钮，4是电机（电机控制器），5是搅拌棒，6是套筒，7是密封塞，8是测量电极，9是密闭容器，10是恒温水浴箱，11是温度控制开关，12是温度控制旋钮，13是温度显示仪，14是电位计。
具体实施方式
参照附图1，本实用新型通过如下方式实现：
实施例1
该装置由搅拌系统、恒温系统、电极测量系统组成。搅拌系统能将所测液体搅拌均匀，其具体设置如下，电机下方连接有搅拌棒5，搅拌棒5外有一层套筒6，该套筒6与密闭容器孔9的密封塞7紧密连接，使密闭容器密封。搅拌棒5在密闭容器9的正上方，并伸入密闭容器9中与测试溶液接触。
用于保持所测液体温度恒温系统的恒温水浴箱10安装在密闭容器9的正下方，而温度控制开关11、温度显示仪13和温度控制旋钮12则安装在恒温水浴箱10的箱体上。
本装置中的电极测量系统，带有开孔的密闭容器9安装在恒温水浴箱10里，密闭容器9的材料是玻璃，测量电极8安装在密闭容器9的开孔处，该实施例中放入的电极为钙离子选择电极，故测量的是液体中钙离子的浓度。测量电极8与所测液体充分接触，在电极与密闭容器开孔的结合处安装密封塞7，密封塞7能够保持密闭容器9完全密封，使得搅拌时外界的空气不会进入到密闭容器9中。本实用新型中的电位计14能够对电极所测结果进行电位显示。
该装置的使用方法为：将测量液体注满密闭容器，打开电位计预热和恒温装置，将温度调节旋钮调节到测量所需温度3°C、密闭容器放入恒温箱，装好搅拌棒，放入电极，待温度恒定后，记录电位值，获得测量结果。
实施例2
本装置由搅拌系统、恒温系统、电极测量系统组成。搅拌装置能将所测液体搅拌均匀，其具体设置如下，支架2安装在底座1的上方，调节旋钮3安装在支架2的结合处，用于调节支架的高度。电极控制器安装在支架2上，其下方连接有搅拌棒5，搅拌棒外有一层套筒6，该套筒与密闭容器孔的密封塞紧密连接，使密闭容器密封。搅拌棒5在密闭容器9的正上方，并伸入密闭容器9中与测试溶液接触，在密闭容器9与搅拌棒的接孔处安装有密封塞7。
另外，本装置还包含本实用新型还包含用于保持所测液体温度恒定的恒温系统，如图1所示：恒温水浴箱10安装在密闭容器9的正下方，而温度控制开关11、温度显示仪13和温度控制旋钮12则可以如图所示安装在恒温水浴箱的箱体上。
此外，本装置还包含用于测量液体中离子浓度的电极测量系统，如图1所示，带有开孔的密闭容器9安装在恒温水浴箱10里，密闭容器9的材料是陶瓷，测量电极8安装在密闭容器9的开孔处，该实施例中，密闭容器有三个开孔，分别放入搅拌棒、氯离子选择电极和镁离子选择电极，故测量的是液体中氯离子和镁离子的浓度。测量电极8与所测液体充分接触，在电极与密闭容器开孔的结合处安装密封塞7，密封塞7能够保持密闭容器9完全密封，使得搅拌时外界的空气不会进入到密闭容器9中。本实用新型中的电位计14能够对电极所测结果进行电位显示。
该装置的使用方法为：将测量液体注满密闭容器，打开电位计预热和恒温装置，将温度调节旋钮调节到测量所需温度90°C、密闭容器放入恒温箱，装好搅拌棒，放入电极，待温度恒定后，记录电位值，获得测量结果。
实施例3
本装置由搅拌系统、恒温系统、电极测量系统组成。搅拌装置能将所测液体搅拌均匀，其具体设置如下，支架2安装在底座1的上方，调节旋钮3安装在支架2的结合处，用于调节支架的高度。电极控制器安装在支架2上，其下方连接有搅拌棒5，搅拌棒外有一层套筒6，该套筒与密闭容器孔的密封塞紧密连接，使密闭容器密封。搅拌棒5在密闭容器9的正上方，并伸入密闭容器9中与测试溶液接触，在密闭容器9与搅拌棒的接孔处安装有密封塞6。
另外，本装置还包含本实用新型还包含用于保持所测液体温度恒定的恒温系统，如图1所示：恒温水浴箱10安装在搅拌棒5的正下方，而温度控制开关11、温度显示仪13和温度控制旋钮12则可以如图所示安装在恒温水浴箱的箱体上。
此外，本装置还包含用于测量液体中离子浓度的电极测量系统，如图1所示，带有开孔的密闭容器9安装在恒温水浴箱10里，密闭容器9的材料是塑料，测量电极8安装在密闭容器9的开孔处，该实施例中，密闭容器有四个开孔，分别放入搅拌棒、氯离子选择电极、镁离子选择电极和钙离子选择电极，故测量的是液体中氯离子、镁离子、钙离子的浓度。测量电极8与所测液体充分接触，在电极与密闭容器开孔的结合处安装密封塞7，密封塞7能够保持密闭容器9完全密封，使得搅拌时外界的空气不会进入到密闭容器9中。本实用新型中的电位计14能够对电极所测结果进行电位显示，其连接方法如上叙述。
该装置的使用方法为：将测量液体注满密闭容器，打开电位计预热和恒温装置，将温度调节旋钮调节到测量所需温度50°C、密闭容器放入恒温箱，装好搅拌棒，放入电极，待温度恒定后，记录电位值，获得测量结果。
实施例4
本装置由搅拌系统、恒温系统、电极测量系统组成。搅拌装置能将所测液体搅拌均匀，其具体设置如下，支架2安装在底座1的上方，调节旋钮3安装在支架2的结合处，用于调节支架的高度。电极控制器安装在支架2上，其下方连接有搅拌棒5，搅拌棒外有一层套筒6，该套筒与密闭容器孔的密封塞紧密连接，使密闭容器密封。搅拌棒5在密闭容器9的正上方，并伸入密闭容器9中与测试溶液接触，在密闭容器9与搅拌棒的接孔处安装有密封塞7。
另外，本装置还包含本实用新型还包含用于保持所测液体温度恒定的恒温系统，如图1所示：恒温水浴箱10安装在搅拌棒5的正下方，温度控制开关11、温度显示仪13和温度控制旋钮12是单独安放在水浴箱附近的。
此外，本装置还包含用于测量液体中离子浓度的电极测量系统，如图1所示，带有开孔的密闭容器9安装在恒温水浴箱10里，密闭容器9的材料是不锈钢，测量电极8安装在密闭容器9的开孔处，该实施例中，密闭容器有五个开孔，分别放入搅拌棒、氯离子选择电极、镁离子选择电极、硫离子选择电极和钙离子选择电极，故测量的是液体中氯离子、镁离子、硫离子、钙离子的浓度。测量电极8与所测液体充分接触，在电极与密闭容器开孔的结合处安装密封塞7，密封塞7能够保持密闭容器9完全密封，使得搅拌时外界的空气不会进入到密闭容器9中。本实用新型中的电位计14能够对电极所测结果进行电位显示，其连接方法如上叙述。
该装置的使用方法为：将测量液体注满密闭容器，打开电位计预热和恒温装置，将温度调节旋钮调节到测量所需温度75°C、密闭容器放入恒温箱，装好搅拌棒，放入电极，待温度恒定后，记录电位值，获得测量结果。
实施例5
本装置由搅拌系统、恒温系统、电极测量系统组成。搅拌装置能将所测液体搅拌均匀，其具体设置如下，支架2安装在底座1的上方，调节旋钮3安装在支架2的结合处，用于调节支架的高度。电极控制器安装在支架2上，其下方连接有搅拌棒5，搅拌棒外有一层套筒6，该套筒与密闭容器孔的密封塞紧密连接，使密闭容器密封。搅拌棒5在密闭容器9的正上方，并伸入密闭容器9中与测试溶液接触，在密闭容器9与搅拌棒的接孔处安装有密封塞7。
另外，本装置还包含本实用新型还包含用于保持所测液体温度恒定的恒温系统，如图1所示：恒温水浴箱10安装在搅拌棒5的正下方，温度控制开关11、温度显示仪13和温度控制旋钮12是单独安放在水浴箱附近的。
此外，本装置还包含用于测量液体中离子浓度的电极测量系统，如图1所示，带有开孔的密闭容器9安装在恒温水浴箱10里，密闭容器9的材料是金属，测量电极8安装在密闭容器9的开孔处，密闭容器共有6个开孔，可同时放入四个电极和一个搅拌棒，该实施例中放入的电极为氯离子选择电极、镁离子选择电极、钙离子选择电极、碳酸根离子选择电极、硫离子选择电极，故可以同时测量液体中的氯离子、镁离子、钙离子、碳酸根离子、硫离子的浓度。测量电极8与所测液体充分接触，在电极与密闭容器开孔的结合处安装密封塞7，密封塞7能够保持密闭容器9完全密封，使得搅拌时外界的空气不会进入到密闭容器9中。本实用新型中的电位计14能够对电极所测结果进行电位显示，其连接方法如上叙述。
该装置的使用方法为：将测量液体注满密闭容器，打开电位计预热和恒温装置，将温度调节旋钮调节到测量所需温度25°C、密闭容器放入恒温箱，装好搅拌棒，放入电极，待温度恒定后，记录电位计显示的每种离子的电位值，获得测量结果。
实施例6
本装置由搅拌系统、恒温系统、电极测量系统组成。搅拌装置能将所测液体搅拌均匀，其具体设置如下，支架2安装在底座1的上方，调节旋钮3安装在支架2的结合处，用于调节支架的高度。电极控制器安装在支架2上，其下方连接有搅拌棒5，搅拌棒外有一层套筒6，该套筒与密闭容器孔的密封塞紧密连接，使密闭容器密封。搅拌棒5在密闭容器9的正上方，并伸入密闭容器9中与测试溶液接触，在密闭容器9与搅拌棒的接孔处安装有密封塞6。
另外，本装置还包含本实用新型还包含用于保持所测液体温度恒定的恒温系统，如图1所示：恒温水浴箱10安装在搅拌棒5的正下方，而温度控制开关11、温度显示仪13和温度控制旋钮12则可以如图所示安装在恒温水浴箱的箱体上。
此外，本装置还包含用于测量液体中离子浓度的电极测量系统，如图1所示，带有开孔的密闭容器9安装在恒温水浴箱10里，密闭容器9的材料是玻璃，测量电极8安装在密闭容器9的开孔处，该实施例中放入的电极为氯离子选择电极，故测量的是液体中氯离子的浓度。测量电极8与所测液体充分接触，在电极与密闭容器开孔的结合处安装密封塞7，密封塞7能够保持密闭容器9完全密封，使得搅拌时外界的空气不会进入到密闭容器9中。本实用新型中的电位计14能够对电极所测结果进行电位显示，其连接方法如上叙述。
该装置的使用方法为：将测量液体注满密闭容器，打开电位计预热和恒温装置，将温度调节旋钮调节到测量所需温度20°C、密闭容器放入恒温箱，装好搅拌棒，放入电极，待温度恒定后，记录电位值，获得测量结果。
表1常规离子选择电极装置所测量钻井液中氯离子浓度的结果
Figure 707775DEST_PATH_IMAGE002
表2本实用新型所测量钻井液中氯离子浓度的结果
Figure 624916DEST_PATH_IMAGE004
表1为用常规氯离子选择电极装置所测量的钻井液中氯离子浓度结果，从表中可以看出，由电位计得到电势的数值很不稳定，电势值变化很大，使得计算得出的钻井液氯离子浓度值也变化较大，与真实值相比得不到准确的结果。表2为本实用新型的实验装置和氯离子电极进行钻井液中氯离子浓度的测量结果，从中可以看出，电位计的电势值稳定，且得到的钻井液中氯离子浓度与真实值相比，数据是准确可靠的。

Claims (5)

1.一种测量钻井液离子浓度的装置，包括电极测量系统、搅拌系统以及电位计，其中电极测量系统包括密闭容器和测量电极；搅拌系统包括电机和搅拌棒；测量电极和搅拌棒从密闭容器顶部插入容器内部，测量电极与电位计连接，其特征是装置中还包括恒温系统，恒温系统包括恒温水浴箱、温度显示仪和温度控制器；电极测量系统的容器座落在恒温水浴箱内。
2.根据权利要求1所述的测量钻井液离子浓度的装置，其特征是：搅拌系统的电机连同搅拌棒通过底座、支架和调节旋钮吊装在容器的一侧，电机连接有调速控制器。
3.根据权利要求2所述的测量钻井液离子浓度的装置，其特征是：密闭容器顶部预制有多个与测量电极插接配合的孔，并且每个孔装有密封塞。
4.根据权利要求1、2或3所述的测量钻井液离子浓度的装置，其特征是：搅拌棒的外部套装有套筒，套筒与容器接合处设有密封塞。
5.根据权利要求1、2或3所述的测量钻井液离子浓度的装置，其特征是：测量电极包括钙离子、氯离子、镁离子、碳酸根离子或硫离子选择电极的一种或几种。
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