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.中海油安全技術服務有限公司，天津 300457；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300450）

海上油田生產污水回注是工業廢水處理最安全環保的措施之一，同時為儲層補充能量，對油田持續穩產具有重要意義[1]。海上油田注水水質檢測方法主要依據石油行業標準SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》，其中懸浮固體含量是注水水質主要控制指標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備振動影響天平的準確稱量[3]，測量過程還需使用真空泵、恒溫干燥箱等儀器設備，存在操作復雜、檢測耗時長等缺點，無法在條件簡陋的油田現場對懸浮固體含量這一指標進行準確檢測[2]。目前國內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、固體懸浮顆粒標準液、FeCl3標準溶液、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準溶液進行全波長掃描（190 nm～760 nm），當波長為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 范圍內的吸光度，制定標準曲線，計算相對標準偏差，考察懸浮固體濃度對分光光度法檢測結果的影響。相對標準偏差P 按式（1）：

式中：SS0-標準液懸浮固體含量；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 的懸浮固體標準液中，分別加入不同濃度的氯化鐵標準溶液，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準液；模擬油田生產污水酸堿性，用氫氧化鈉溶液調節pH 值至7.5。采用分光光度法測定懸浮物濃度，計算相對標準偏差，考察鐵離子含量對分光光度法檢測結果的影響。

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 三種注水水質標準對應固體懸浮物含量檢測影響

海上油田注水根據不同地層滲透率情況，水質控制標準一般有三類（見表1）。分別研究三種類型注水標準對應水質條件下利用分光光度法檢測懸浮固體含量的標準偏差。

表1 海上油田注水控制標準

實驗方法：

（1）在濃度為3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 的標準懸浮固體溶液中分別加入一定量鐵離子標準液將溶液配制成鐵離子質量濃度分別為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 的標準溶液。

（3）在濃度分別為3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 的標準懸浮固體溶液中加入一定量含油標準液，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準液。

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

2 實驗結果與討論

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，當被測液懸浮固體含量≤20 mg/L時，相對標準偏差在5 %以內；隨著被測液懸浮固體含量升高，相對標準偏差逐漸增大。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射的340 nm 波長可見光產生的散射增多，相對增加了吸光度，從而導致分光光度法測定的懸浮固體含量相對升高。因此，當懸浮固體含量＞20 mg/L時，采用分光光度法檢測懸浮固體含量的相對標準偏差較大。

2.2 鐵離子含量的影響（見圖2）

當鐵離子濃度≤1 mg/L 時，分光光度法檢測結果的相對標準偏差＜5 %；當鐵離子濃度＞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準偏差逐漸增大。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值偏差增大；對于pH 值呈弱堿性的污水，當鐵含量高于1 mg/L 時，鐵離子在堿性含氧條件下形成氫氧化鐵，造成懸浮物檢測結果的相對標準偏差逐漸增加。

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。當污水含油量＜50 mg/L 時，分光光度法的相對偏差低于5 %，當污水含油量≥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，污水含油量≥50 mg/L 污水逐漸開始顯現為淺黃色。當污水顏色發生改變時分光光度計的吸光度產生變化，造成檢測結果出現較大偏差，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）的生產污水懸浮物含量。

表2 不同含油量對結果的影響

圖3 各注水標準懸浮物含量檢測曲線

圖4 各注水標準懸浮物相對標準偏差曲線

2.4 三種注水標準的影響（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準下的懸浮物含量，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定。

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

海上油田生產污水經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準要求范圍內。因此，針對海上油田三種常用注水標準，采用分光光度法檢測懸浮固體含量的相對標準偏差＜4 %，具有普遍推廣應用價值。

3 結論

（1）針對海上油田生產污水注水，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，相對標準偏差升高，當懸浮固體含量≤20 mg/L 時的相對標準偏差≤5 %；

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

（3）根據三種不同注水標準要求，隨著懸浮固體含量、鐵離子含量、污水含油量升高，相對標準偏差增加，且三種注水標準相對標準偏差均＜4 %。海上油田生產污水經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準要求范圍內，采用分光光度法檢測懸浮固體含量的相對標準偏差＜4 %，避免了由于平臺振動引起的天平稱量誤差，具有普遍推廣應用價值。