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        海上油田回注水懸浮固體含量檢測方法的研究

        2020-07-04 00:49:16王虎子劉少鵬
        石油化工應(yīng)用 2020年6期
        關(guān)鍵詞:懸浮固體含油量標(biāo)準(zhǔn)偏差

        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(shí)為儲(chǔ)層補(bǔ)充能量,對(duì)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(jìn)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(tái)受涌浪沖擊和大型設(shè)備振動(dòng)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(shí)長等缺點(diǎn),無法在條件簡陋的油田現(xiàn)場對(duì)懸浮固體含量這一指標(biāo)進(jìn)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(duì)變化量[4],但分光光度計(jì)法準(zhǔn)確表征水中懸浮固體含量的研究鮮有報(bào)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(jià)鐵離子含量等因素對(duì)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(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)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(jì)、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(jì)對(duì)懸浮固體標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行全波長掃描(190 nm~760 nm),當(dāng)波長為430 nm 時(shí)吸光度最高。因此,本文分光光度計(jì)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(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,考察懸浮固體濃度對(duì)分光光度法檢測結(jié)果的影響。相對(duì)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(jià)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(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,考察鐵離子含量對(duì)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(jì)算分光光度法相對(duì)重量法的相對(duì)偏差。考察含油量對(duì)分光光度法檢測結(jié)果的影響。

        相對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差P。

        2 實(shí)驗(yàn)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(shí),相對(duì)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(duì)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(duì)分光光度計(jì)所發(fā)射的340 nm 波長可見光產(chǎn)生的散射增多,相對(duì)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(duì)升高。因此,當(dāng)懸浮固體含量>20 mg/L時(shí),采用分光光度法檢測懸浮固體含量的相對(duì)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(shí),分光光度法檢測結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<5 %;當(dāng)鐵離子濃度>1 mg/L 時(shí),隨著鐵離子濃度升高,測得的懸浮固體含量相對(duì)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(shí)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(duì)于pH 值呈弱堿性的污水,當(dāng)鐵含量高于1 mg/L 時(shí),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(duì)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(duì)偏差逐漸增加。當(dāng)污水含油量<50 mg/L 時(shí),分光光度法的相對(duì)偏差低于5 %,當(dāng)污水含油量≥50 mg/L時(shí)分光光度法的相對(duì)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(shí)分光光度計(jì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí),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(duì)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(duì)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<4 %,具有普遍推廣應(yīng)用價(jià)值。

        3 結(jié)論

        (1)針對(duì)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差升高,當(dāng)懸浮固體含量≤20 mg/L 時(shí)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5 %;

        (2)隨著鐵離子含量的升高,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸升高;鐵含量<1 mg/L 時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5 %;隨著污水中含油量升高,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸升高;污水含油量<50 mg/L 時(shí),相對(duì)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差增加,且三種注水標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<4 %,避免了由于平臺(tái)振動(dòng)引起的天平稱量誤差,具有普遍推廣應(yīng)用價(jià)值。

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