水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)試驗(yàn)及應(yīng)用

陳景軍，徐福剛

（中國石化勝利油田分公司河口采油廠，山東東營 257200）

注水開發(fā)是國內(nèi)油田的主要開發(fā)方式，注水水質(zhì)監(jiān)測成為油田開發(fā)的重要工作［1-2］。表征水質(zhì)的指標(biāo)有含油量、懸浮物含量、腐蝕速度、含氧量等，其中水中含油量、懸浮物含量是最重要的兩個(gè)指標(biāo)。SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中對于水中含油量、水中懸浮物含量等的實(shí)驗(yàn)室測試方法做了詳細(xì)的闡述［3］。水中含油量的監(jiān)測主要采用人工取樣、萃取、分離、比色的方法。油田水中懸浮物濃度主要采用稱重法進(jìn)行檢測，操作過程包括洗膜、干燥、稱重、過濾、洗油洗鹽、再次干燥并稱重等。實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)測試方法存在操作程序繁瑣、取樣代表性差、人為誤差干擾等問題，而且無法實(shí)時(shí)反映各個(gè)時(shí)段的注水水質(zhì)。針對這種情況，勝利油田河口采油廠在調(diào)研的基礎(chǔ)上開發(fā)了水中含油量和懸浮固體含量在線監(jiān)測系統(tǒng)，并在現(xiàn)場開展了試驗(yàn)。在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝方便，測試準(zhǔn)確快速，能夠?qū)崟r(shí)反映水中懸浮物濃度及含油量的變化趨勢，為水質(zhì)節(jié)點(diǎn)控制提供有力的數(shù)據(jù)支撐，有效地提升油田回注水的水質(zhì)［4-5］。在線監(jiān)測系統(tǒng)可以整體安裝在戶外環(huán)境中，設(shè)定一定的頻率，可以將數(shù)據(jù)通過RS485傳輸至處理中心。

1 水質(zhì)在線監(jiān)測

1.1 水中含油量在線監(jiān)測

水中含油量的常規(guī)檢測方法大致分為三種，即可見光法、紅外法、紫外法?？梢姽夥ㄈ菀资艿筋伾母蓴_，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；紅外法需要采用四氯乙烯作為有機(jī)溶劑，有害操作人員身體健康；紫外法能夠滿足油田對測試穩(wěn)定性及有機(jī)溶劑的要求，所以在線監(jiān)測系統(tǒng)選用紫外萃取法。

水中含油量在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣、萃取、分離、比色、排廢一體化（見圖1），可設(shè)定一定的檢測頻率，可設(shè)置超限值報(bào)警；系統(tǒng)支持RS485通訊上傳數(shù)據(jù)至終端，能夠適應(yīng)戶外運(yùn)行環(huán)境。儀器的測試原理與實(shí)驗(yàn)室人工測量方法一致，在pH≤2的條件下，樣品中的油類物質(zhì)被正己烷萃取，萃取液經(jīng)無水硫酸鈉脫水后，以特定波長測定吸光度，石油類含量與吸光度值符合朗伯-比爾定律。

圖1 萃取法水中含油量在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

1.2 懸浮物在線監(jiān)測

系統(tǒng)采用近紅外散射法檢測懸浮物含量（見圖2）。系統(tǒng)內(nèi)位于45°角有一個(gè)內(nèi)置的LED光源，可發(fā)射880 nm波長的近紅外光，該光束經(jīng)過水中懸浮顆粒的散射后，與入射光成90°角的散射光由前檢測器檢測，與入射光成140°角的散射光由后檢測器檢測，然后通過計(jì)算前、后檢測器檢測到的信號強(qiáng)度，得出懸浮物含量，傳至數(shù)據(jù)終端，并設(shè)置報(bào)警功能。

圖2 懸浮固體含量檢測

1.3 在線監(jiān)測結(jié)果與人工檢測結(jié)果對比

1.3.1水中含油量

選取河口采油廠義65#站，對該站3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的水中含油量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和人工檢測結(jié)果對比。在3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)取了4組平行樣，編號為A—L（見表1）。通過對水樣進(jìn)行分析對比，發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工檢測數(shù)據(jù)趨勢一致性較好（見表2）。

表1 義65#站水中含油量監(jiān)測點(diǎn)及取樣

表2 不同監(jiān)測點(diǎn)水中含油量分析結(jié)果對比

1.3.2水中懸浮固體含量

從2020年7月14日至8月21日，對河口采油廠義65#站來水端及一級過濾出口端水樣進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果顯示來水端水樣的懸浮物濃度波動(dòng)較大，一級過濾出口端水樣懸浮物濃度相對穩(wěn)定。

來水端的在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)與人工檢測數(shù)據(jù)對比表明，兩者數(shù)值接近、趨勢相同，在線監(jiān)測的數(shù)值稍高（見圖3）。出口端的數(shù)據(jù)比對結(jié)果也與之類似。

2 水質(zhì)在線監(jiān)測現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 水中含油量

對義65#站一級過濾出口進(jìn)行了一定周期的水中含油量在線監(jiān)測，數(shù)據(jù)測試整體穩(wěn)定性較好，準(zhǔn)確度較高，能夠滿足現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測需求（見圖4）。

2.2 水中懸浮固體含量

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，義65#站來水水質(zhì)波動(dòng)較大，即渤三集輸站的水質(zhì)處理運(yùn)行不穩(wěn)定，在線監(jiān)測懸浮物質(zhì)量濃度為4～50 mg/L（見圖5）。在線監(jiān)測數(shù)據(jù)反映渤三集輸站的水質(zhì)處理情況，8月18日數(shù)據(jù)偏高，集輸站可以提高加藥量來改善外輸水質(zhì)。

圖5 義65#站來水懸浮物濃度在線監(jiān)測曲線

義65#站一級過濾裝置每天反洗時(shí)間為5:00、11:00、17:00、22:00。從圖6可以看出，2020年7月21日至7月24日，懸浮物濃度在線監(jiān)測曲線在上述幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)以后都出現(xiàn)了波峰，而后呈緩慢下降。分析原因?yàn)榱x65#站水處理系統(tǒng)反洗時(shí)采用的是來水直接進(jìn)行反沖洗，因來水中懸浮物濃度較高，因此每次水處理系統(tǒng)反洗過后都會出現(xiàn)一個(gè)峰值，加之濾料穩(wěn)定運(yùn)行需要一定的沉降時(shí)間，致使懸浮物濃度下降較為緩慢?？傮w來說，在線監(jiān)測儀器能及時(shí)反映水質(zhì)情況，且運(yùn)行穩(wěn)定。

圖6 義65#站一級過濾出口懸浮物濃度在線監(jiān)測曲線

3 結(jié)論

（1）由于化驗(yàn)室人工檢測的懸浮物中不含粒徑小于0.45μm的懸浮物，因此懸浮物濃度在線監(jiān)測值會略高于人工檢測值。對比結(jié)果表明，在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工檢測數(shù)據(jù)趨勢一致性較好，準(zhǔn)確度較高。

（2）水中含油量在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成進(jìn)樣、萃取、分離、比色、排廢過程，無需人員直接操作，保證了檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，避免了操作人員接觸有機(jī)溶劑造成健康傷害。

（3）水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝方便，容易維護(hù)，能夠?qū)崟r(shí)反映水中懸浮物濃度、水中含油量的變化，為加強(qiáng)水質(zhì)節(jié)點(diǎn)控制提供有力的數(shù)據(jù)支撐。