顆粒計(jì)數(shù)儀

金華

大港油田采油工藝研究院

1 顆粒計(jì)數(shù)儀簡(jiǎn)介

大港油田對(duì)注水顆粒直徑中值的監(jiān)測(cè)已開(kāi)展多年，研究使用過(guò)激光顆粒計(jì)數(shù)儀、電阻法顆粒計(jì)數(shù)儀和納米激光顆粒計(jì)數(shù)儀三種儀器，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

1.1 激光顆粒計(jì)數(shù)儀

原理：使用激光二極管光源，形成一束與被檢測(cè)液體流向垂直的非常狹小而明亮的激光，入射光束由于被液體中的粒子阻擋而減弱，這種瞬時(shí)的光強(qiáng)度變化導(dǎo)致光電二極管接收電壓信號(hào)的變化，且該變化與粒子通過(guò)光束時(shí)的截面積成正比。每一個(gè)粒子通過(guò)光束時(shí)均引起一個(gè)電壓脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的多少反映了粒子的數(shù)量，不同粒徑的顆粒數(shù)目由不同的測(cè)量頻道獲得。

特點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果易受顆粒物對(duì)光的散射能力的影響，深色顆粒（如碳粒）或?qū)馍⑸淠芰Φ偷念w粒物（如細(xì)菌）會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)減弱，使測(cè)量結(jié)果偏低；而測(cè)量體系中散射能力強(qiáng)的超細(xì)顆粒物會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)被夸大，使測(cè)量結(jié)果偏高。油田注水中的顆粒一般較小，測(cè)定結(jié)果偏高，激光顆粒計(jì)數(shù)儀不適宜油田注水的粒徑分析。

1.2 電阻法顆粒計(jì)數(shù)儀

原理：基于小孔電阻原理，是一種唯一能通過(guò)三維測(cè)量而直接提供顆粒體積數(shù)據(jù)和絕對(duì)計(jì)數(shù)的分析方法，又叫庫(kù)爾特法。小孔管浸泡在電解液中，管內(nèi)外各有一個(gè)電極，電流可以通過(guò)孔管壁上的小圓孔從陽(yáng)極流到陰極。小孔管內(nèi)部處于低氣壓狀態(tài)，因此管外的液體將不斷流動(dòng)到管內(nèi)。測(cè)量時(shí)被測(cè)液體中的懸浮顆粒在外力的作用下流過(guò)小孔，當(dāng)不同的顆粒連續(xù)通過(guò)小孔時(shí)，小孔兩端的電阻將發(fā)生變化，兩電極之間的電阻增大，電壓升高。當(dāng)電源是恒電流源時(shí)，電極之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖，其峰值正比于小孔電阻的增量，即正比于顆粒體積。在圓球假設(shè)下，脈沖峰值電壓可換算成顆粒直徑和顆粒數(shù)，而統(tǒng)計(jì)出粒徑分布。

特點(diǎn)：測(cè)量時(shí)不受含油污水的顏色、形態(tài)、角度和光學(xué)特性等因素影響，具有最小的受限性，適合油田注水的粒徑分析。

1.3 納米激光粒度儀

原理：采用動(dòng)態(tài)光散射原理和光子相關(guān)光譜技術(shù)，根據(jù)顆粒在液體中布朗運(yùn)動(dòng)的速度測(cè)定顆粒大小。由于小顆粒布朗運(yùn)動(dòng)速度快，大顆粒布朗運(yùn)動(dòng)速度慢，當(dāng)激光照射這些顆粒時(shí)，不同大小的顆粒將使散射光發(fā)生快慢不同的漲落起伏現(xiàn)象。光子相關(guān)光譜法根據(jù)特定方向的光子漲落起伏分析顆粒大小。

特點(diǎn)：具有原理先進(jìn)、精度高、價(jià)格高的特點(diǎn)。近年來(lái)這類(lèi)儀器的研發(fā)較快，但其對(duì)測(cè)量液體中的顆粒濃度要求在5%以上，因而不適合用于懸浮固體含量很低的油田注水的粒徑分析。

2 RC—2100電阻法計(jì)數(shù)儀的應(yīng)用

從2005年開(kāi)始，大港油田一直用歐美克RC—2100電阻法顆粒計(jì)數(shù)儀進(jìn)行注水顆粒直徑中值的測(cè)定。

2.1 電阻法計(jì)數(shù)儀主要技術(shù)參數(shù)

RC—2100電阻法計(jì)數(shù)儀配有4個(gè)不同孔徑的小孔管，可根據(jù)不同的需要選用，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 電阻法計(jì)數(shù)儀主要技術(shù)參數(shù)

2.2 電解液顆?？倲?shù)的要求和配置

RC—2100電阻法計(jì)數(shù)儀需要用電解液作為工作液，電解液的配置直接關(guān)系到測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，表2是不同孔徑小孔管對(duì)電解液顆粒總數(shù)的要求。

表2 電解液的顆?？倲?shù)要求

針對(duì)電解液配置困難和不宜長(zhǎng)久存放的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)與廠商溝通和多方面研究，決定用0.9%注射用生理鹽水代替電解液。通過(guò)對(duì)多種品牌的生理鹽水的優(yōu)選，最終找到了能滿足測(cè)定要求的生理鹽水，圓滿解決了電解液配置的難題。

2.3 水樣的分散和測(cè)定

油田注水中的顆粒一般小于10μm，水樣中懸浮顆粒的分散對(duì)測(cè)定結(jié)果尤為重要，若水樣分散不好，測(cè)定結(jié)果將產(chǎn)生錯(cuò)誤。對(duì)水樣采用超聲波分散3 min，測(cè)定時(shí)用60 r/min的速度攪拌，即可取得較好的分散效果。

對(duì)油田水中的顆粒選用50μm的小孔管測(cè)定最為合適，但由于油田注水中的顆粒數(shù)目過(guò)多或有部分大顆粒，極易造成小孔管的堵塞，增加了檢測(cè)的難度和重復(fù)性，所以只能選用100μm小孔管來(lái)測(cè)定。100μm小孔管測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)速度快、重復(fù)性好，缺點(diǎn)是2μm以下的顆粒粒徑分布檢測(cè)不出來(lái)，但對(duì)油田注水水質(zhì)分析來(lái)說(shuō)還是能基本滿足要求的。

2.4 使用效果評(píng)價(jià)

（1）優(yōu)點(diǎn)。計(jì)數(shù)儀的測(cè)量是通過(guò)電壓脈沖變化測(cè)得，不受含油污水樣品的顏色、形態(tài)、角度和光學(xué)特性等因素影響，同時(shí)樣品用量少，不要求樣品顆粒濃度，適合油田注水的粒徑分析。在測(cè)量注水粒徑中值的同時(shí)，還能測(cè)出水中顆?？倲?shù)及顆粒大小的分布，為油田注水中易堵塞地層孔喉的大顆?？刂铺峁┝艘罁?jù)。

（2）缺點(diǎn)。存在一定的局限性。從理論上來(lái)說(shuō)只要小孔管的直徑足夠小，就能檢測(cè)到任意小的顆粒，但實(shí)際上小孔越小越容易堵塞。

3 結(jié)論

（1）油田注水中的顆粒粒徑一般較小，激光顆粒計(jì)數(shù)儀對(duì)油田注水中的粒徑中值測(cè)定結(jié)果偏高，不適宜油田注水的粒徑分析。

（2）納米激光粒度儀對(duì)測(cè)量樣品中的顆粒濃度要求在5%以上，因而不適合用于懸浮固體含量很低的油田注水的粒徑分析。

（3）電阻法顆粒計(jì)數(shù)儀對(duì)樣品限制最小，適合油田注水的粒徑分析；用0.9%注射用生理鹽水作為電阻法顆粒計(jì)數(shù)儀的電解液，可圓滿解決電阻法顆粒計(jì)數(shù)儀電解液配置和存放的難題；電阻法顆粒計(jì)數(shù)儀的不足之處是太小的孔管容易被顆粒堵塞。