颗粒计数仪

金华

大港油田采油工艺研究院

1 颗粒计数仪简介

大港油田对注水颗粒直径中值的监测已开展多年，研究使用过激光颗粒计数仪、电阻法颗粒计数仪和纳米激光颗粒计数仪三种仪器，积累了一定的经验。

1.1 激光颗粒计数仪

原理：使用激光二极管光源，形成一束与被检测液体流向垂直的非常狭小而明亮的激光，入射光束由于被液体中的粒子阻挡而减弱，这种瞬时的光强度变化导致光电二极管接收电压信号的变化，且该变化与粒子通过光束时的截面积成正比。每一个粒子通过光束时均引起一个电压脉冲信号，脉冲信号的多少反映了粒子的数量，不同粒径的颗粒数目由不同的测量频道获得。

特点：测量结果易受颗粒物对光的散射能力的影响，深色颗粒（如碳粒）或对光散射能力低的颗粒物（如细菌）会导致光信号减弱，使测量结果偏低；而测量体系中散射能力强的超细颗粒物会导致光信号被夸大，使测量结果偏高。油田注水中的颗粒一般较小，测定结果偏高，激光颗粒计数仪不适宜油田注水的粒径分析。

1.2 电阻法颗粒计数仪

原理：基于小孔电阻原理，是一种唯一能通过三维测量而直接提供颗粒体积数据和绝对计数的分析方法，又叫库尔特法。小孔管浸泡在电解液中，管内外各有一个电极，电流可以通过孔管壁上的小圆孔从阳极流到阴极。小孔管内部处于低气压状态，因此管外的液体将不断流动到管内。测量时被测液体中的悬浮颗粒在外力的作用下流过小孔，当不同的颗粒连续通过小孔时，小孔两端的电阻将发生变化，两电极之间的电阻增大，电压升高。当电源是恒电流源时，电极之间会产生一个电压脉冲，其峰值正比于小孔电阻的增量，即正比于颗粒体积。在圆球假设下，脉冲峰值电压可换算成颗粒直径和颗粒数，而统计出粒径分布。

特点：测量时不受含油污水的颜色、形态、角度和光学特性等因素影响，具有最小的受限性，适合油田注水的粒径分析。

1.3 纳米激光粒度仪

原理：采用动态光散射原理和光子相关光谱技术，根据颗粒在液体中布朗运动的速度测定颗粒大小。由于小颗粒布朗运动速度快，大颗粒布朗运动速度慢，当激光照射这些颗粒时，不同大小的颗粒将使散射光发生快慢不同的涨落起伏现象。光子相关光谱法根据特定方向的光子涨落起伏分析颗粒大小。

特点：具有原理先进、精度高、价格高的特点。近年来这类仪器的研发较快，但其对测量液体中的颗粒浓度要求在5%以上，因而不适合用于悬浮固体含量很低的油田注水的粒径分析。

2 RC—2100电阻法计数仪的应用

从2005年开始，大港油田一直用欧美克RC—2100电阻法颗粒计数仪进行注水颗粒直径中值的测定。

2.1 电阻法计数仪主要技术参数

RC—2100电阻法计数仪配有4个不同孔径的小孔管，可根据不同的需要选用，主要技术参数见表1。

表1 电阻法计数仪主要技术参数

2.2 电解液颗粒总数的要求和配置

RC—2100电阻法计数仪需要用电解液作为工作液，电解液的配置直接关系到测定结果的准确性，表2是不同孔径小孔管对电解液颗粒总数的要求。

表2 电解液的颗粒总数要求

针对电解液配置困难和不宜长久存放的问题，经过与厂商沟通和多方面研究，决定用0.9%注射用生理盐水代替电解液。通过对多种品牌的生理盐水的优选，最终找到了能满足测定要求的生理盐水，圆满解决了电解液配置的难题。

2.3 水样的分散和测定

油田注水中的颗粒一般小于10μm，水样中悬浮颗粒的分散对测定结果尤为重要，若水样分散不好，测定结果将产生错误。对水样采用超声波分散3 min，测定时用60 r/min的速度搅拌，即可取得较好的分散效果。

对油田水中的颗粒选用50μm的小孔管测定最为合适，但由于油田注水中的颗粒数目过多或有部分大颗粒，极易造成小孔管的堵塞，增加了检测的难度和重复性，所以只能选用100μm小孔管来测定。100μm小孔管测定的优点是检测速度快、重复性好，缺点是2μm以下的颗粒粒径分布检测不出来，但对油田注水水质分析来说还是能基本满足要求的。

2.4 使用效果评价

（1）优点。计数仪的测量是通过电压脉冲变化测得，不受含油污水样品的颜色、形态、角度和光学特性等因素影响，同时样品用量少，不要求样品颗粒浓度，适合油田注水的粒径分析。在测量注水粒径中值的同时，还能测出水中颗粒总数及颗粒大小的分布，为油田注水中易堵塞地层孔喉的大颗粒控制提供了依据。

（2）缺点。存在一定的局限性。从理论上来说只要小孔管的直径足够小，就能检测到任意小的颗粒，但实际上小孔越小越容易堵塞。

3 结论

（1）油田注水中的颗粒粒径一般较小，激光颗粒计数仪对油田注水中的粒径中值测定结果偏高，不适宜油田注水的粒径分析。

（2）纳米激光粒度仪对测量样品中的颗粒浓度要求在5%以上，因而不适合用于悬浮固体含量很低的油田注水的粒径分析。

（3）电阻法颗粒计数仪对样品限制最小，适合油田注水的粒径分析；用0.9%注射用生理盐水作为电阻法颗粒计数仪的电解液，可圆满解决电阻法颗粒计数仪电解液配置和存放的难题；电阻法颗粒计数仪的不足之处是太小的孔管容易被颗粒堵塞。