海上油田回注水懸浮固體含量檢測方法的研究

王虎子，劉少鵬

（1.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300457；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300450）

海上油田生產(chǎn)污水回注是工業(yè)廢水處理最安全環(huán)保的措施之一，同時為儲層補充能量，對油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義[1]。海上油田注水水質(zhì)檢測方法主要依據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》，其中懸浮固體含量是注水水質(zhì)主要控制指標(biāo)之一，一般采用重量法進行檢測。由于重量法需使用精度為0.1 mg 的天平，海上采油平臺受涌浪沖擊和大型設(shè)備振動影響天平的準(zhǔn)確稱量[3]，測量過程還需使用真空泵、恒溫干燥箱等儀器設(shè)備，存在操作復(fù)雜、檢測耗時長等缺點，無法在條件簡陋的油田現(xiàn)場對懸浮固體含量這一指標(biāo)進行準(zhǔn)確檢測[2]。目前國內(nèi)外有部分科研人員采用分光光度法表征懸浮固體含量的相對變化量[4]，但分光光度計法準(zhǔn)確表征水中懸浮固體含量的研究鮮有報道。筆者通過研究水中懸浮固體含量[5]、水中含油量[6]、水中三價鐵離子含量等因素對分光光度法檢測結(jié)果的影響，建立分光光度法檢測懸浮固體含量與重量法校正公式。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器和藥品

恒溫干燥箱UF110、電子天平MS3002S（精度為0.1 mg）、微孔濾膜（直徑為50 mm，孔徑為0.45 μm）、夾板式過濾器、美國HACH 公司DR3900 分光光度計、固體懸浮顆粒標(biāo)準(zhǔn)液、FeCl3標(biāo)準(zhǔn)溶液、氫氧化鈉（AR）、正己烷、渤海某油田合格原油、渤海某油田不同含油量生產(chǎn)污水若干。

1.2 懸浮固體含量的影響

使用分光光度計對懸浮固體標(biāo)準(zhǔn)溶液進行全波長掃描（190 nm～760 nm），當(dāng)波長為430 nm 時吸光度最高。因此，本文分光光度計法測懸浮固體含量選擇的波長為430 nm。通過測定懸浮固體濃度從1 mg/L～100 mg/L 范圍內(nèi)的吸光度，制定標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，考察懸浮固體濃度對分光光度法檢測結(jié)果的影響。相對標(biāo)準(zhǔn)偏差P 按式（1）：

式中：SS0-標(biāo)準(zhǔn)液懸浮固體含量；SS-分光光度法測量懸浮固體含量。

1.3 三價鐵含量的影響

在濃度為5 mg/L 的懸浮固體標(biāo)準(zhǔn)液中，分別加入不同濃度的氯化鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成Fe3+濃度分別為0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L、0.5 mg/L、0.8 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、4 mg/L、5 mg/L、8 mg/L 的含鐵離子懸浮固體標(biāo)準(zhǔn)液；模擬油田生產(chǎn)污水酸堿性，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH 值至7.5。采用分光光度法測定懸浮物濃度，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，考察鐵離子含量對分光光度法檢測結(jié)果的影響。

1.4 污水含油量的影響

分別采用重量法和分光光度法測定不同含油量的生產(chǎn)污水中的懸浮固體含量，計算分光光度法相對重量法的相對偏差?？疾旌土繉Ψ止夤舛确z測結(jié)果的影響。

相對偏差N 按式（2）：

式中：SS重-重量法檢測懸浮固體含量；SS光-分光光度法檢測懸浮固體含量。

1.5 三種注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)固體懸浮物含量檢測影響

海上油田注水根據(jù)不同地層滲透率情況，水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)一般有三類（見表1）。分別研究三種類型注水標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)水質(zhì)條件下利用分光光度法檢測懸浮固體含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

表1 海上油田注水控制標(biāo)準(zhǔn)

實驗方法：

（1）在濃度為3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)懸浮固體溶液中分別加入一定量鐵離子標(biāo)準(zhǔn)液將溶液配制成鐵離子質(zhì)量濃度分別為0.2 mg/L、0.2 mg/L、0.5 mg/L 的溶液。

（2）將油田合格外輸原油離心，取上層不含水原油1 g，使用溶劑（正己烷）稀釋為含油量為1 000 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

（3）在濃度分別為3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)懸浮固體溶液中加入一定量含油標(biāo)準(zhǔn)液，使溶液的含油量分別為10 mg/L、15 mg/L、30 mg/L，分別得到三種類型的標(biāo)準(zhǔn)液。

（4）使用分光光度法測定三種類型標(biāo)準(zhǔn)液的懸浮固體含量各10 次，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差P。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 懸浮固體含量的影響（見圖1）

圖1 懸浮固體含量的影響

圖2 鐵離子含量的影響

由圖1 可知，當(dāng)被測液懸浮固體含量≤20 mg/L時，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在5 %以內(nèi)；隨著被測液懸浮固體含量升高，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸增大。主要原因是隨著水中懸浮固體含量的升高，被測液中懸浮固體顆粒對分光光度計所發(fā)射的340 nm 波長可見光產(chǎn)生的散射增多，相對增加了吸光度，從而導(dǎo)致分光光度法測定的懸浮固體含量相對升高。因此，當(dāng)懸浮固體含量＞20 mg/L時，采用分光光度法檢測懸浮固體含量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。

2.2 鐵離子含量的影響（見圖2）

當(dāng)鐵離子濃度≤1 mg/L 時，分光光度法檢測結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜5 %；當(dāng)鐵離子濃度＞1 mg/L 時，隨著鐵離子濃度升高，測得的懸浮固體含量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸增大。主要是由于鐵離子在波長為340 nm 時有吸收，且隨著鐵離子濃度的升高，分光光度法測定懸浮固體含量數(shù)值偏差增大；對于pH 值呈弱堿性的污水，當(dāng)鐵含量高于1 mg/L 時，鐵離子在堿性含氧條件下形成氫氧化鐵，造成懸浮物檢測結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸增加。

2.3 污水含油量的影響

由表2 可以看出隨著污水含油量的升高，分光光度法相對偏差逐漸增加。當(dāng)污水含油量＜50 mg/L 時，分光光度法的相對偏差低于5 %，當(dāng)污水含油量≥50 mg/L時分光光度法的相對偏差較高。主要是由于隨著含油量的升高污水顏色加深，污水含油量基本為無色透明狀態(tài)，污水含油量≥50 mg/L 污水逐漸開始顯現(xiàn)為淺黃色。當(dāng)污水顏色發(fā)生改變時分光光度計的吸光度產(chǎn)生變化，造成檢測結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，因此分光光度法不適用于檢測有明顯顏色（污水含油量≥50 mg/L）的生產(chǎn)污水懸浮物含量。

表2 不同含油量對結(jié)果的影響

圖3 各注水標(biāo)準(zhǔn)懸浮物含量檢測曲線

圖4 各注水標(biāo)準(zhǔn)懸浮物相對標(biāo)準(zhǔn)偏差曲線

2.4 三種注水標(biāo)準(zhǔn)的影響（見圖3、圖4）

由圖3 可知，使用分光光度法檢測海上油田三類標(biāo)準(zhǔn)下的懸浮物含量，隨著三種類型懸浮物含量3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 逐漸增大，分光光度法多次測量所做曲線斜率逐漸降低，即曲線越來越平行于X 軸，表明待測液懸浮固體含量、污水含油量、鐵離子濃度越高，分光光度法檢測的懸浮固體含量的值越趨于穩(wěn)定。

由圖4 可知，類型1（標(biāo)準(zhǔn)液懸浮固體含量3 mg/L），相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜2.5 %；類型2（標(biāo)準(zhǔn)液懸浮固體含量5 mg/L），相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜3 %；類型3（標(biāo)準(zhǔn)液懸浮固體含量10 mg/L），相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜4 %。隨著懸浮固體含量、含油量、鐵離子濃度升高，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差也增加。當(dāng)懸浮固體含量分別為3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 時，曲線截距與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)液的差值分別為0.038 7、0.118 7、0.334，說明隨著懸浮固體含量的增大，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差增加。

海上油田生產(chǎn)污水經(jīng)處理后的回注污水懸浮固體含量、含油量、鐵離子含量與基本都在注水標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。因此，針對海上油田三種常用注水標(biāo)準(zhǔn)，采用分光光度法檢測懸浮固體含量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜4 %，具有普遍推廣應(yīng)用價值。

3 結(jié)論

（1）針對海上油田生產(chǎn)污水注水，采用分光光度法檢測懸浮固體含量，隨著懸浮固體含量增大，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差升高，當(dāng)懸浮固體含量≤20 mg/L 時的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5 %；

（2）隨著鐵離子含量的升高，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸升高；鐵含量＜1 mg/L 時相對標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5 %；隨著污水中含油量升高，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸升高；污水含油量＜50 mg/L 時，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5 %；

（3）根據(jù)三種不同注水標(biāo)準(zhǔn)要求，隨著懸浮固體含量、鐵離子含量、污水含油量升高，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差增加，且三種注水標(biāo)準(zhǔn)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均＜4 %。海上油田生產(chǎn)污水經(jīng)處理后的回注污水懸浮固體含量、含油量、鐵離子含量基本都在注水標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，采用分光光度法檢測懸浮固體含量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜4 %，避免了由于平臺振動引起的天平稱量誤差，具有普遍推廣應(yīng)用價值。