油田注水中悬浮固体含量检测分析与改进

马振芳

（河南省郑州生态环境监测中心，河南郑州 450000）

随着油田开采，II、III 类储量以及产量所占比重逐步上升，这类储层的低渗、低孔等特性，对注入水水质提出了更高的要求。国内外对低渗透油田注入水水质控制标准的研究结果表明[1]，水中悬浮固体含量是低渗透油田注入水水质的最重要的控制指标之一，降低水中悬浮固体含量也是低渗、特低渗油田含油污水深度处理的重要目标[2]，而完善项目检测方法，提高悬浮固体测试的准确度是基础。

目前国内油田对于含油污水悬浮固体含量的测试方法主要有微孔滤膜过滤称重法、目视比色法，前者为行业标准SY/T 5329-2012 的推荐方法，后者为油田生产现场快速测试方法，相比而言，微孔滤膜过滤称重法较目测法测试结果更为准确[5]，但行业标准中对于这一测试方法的描述仍然较为笼统。在实际操作过程中，常常发现测试结果与现场实际情况相差较大；且在测试过程中，过滤操作后部分样品尤其是含油量较高的滤膜清洗速度十分缓慢，导致该项目测试效率低。

1 现有悬浮固体含量测试方法存在问题

1.1 油田污水水质不稳定特性，导致悬浮固含测试结果误差大

油田含油污水随油井采出液从地下储层进入地面，经三相分离器实现油水分离后，水相进入地面污水处理系统典型流程（见图1、图2），处理后污水通过注水泵注入注水井中，并由此回到地层。从地面水处理流程的沿程压力变化看，一般整体呈现正压状态，含油污水从三相分离器分离进入水处理流程进入至注水罐通过增压注入地层，沿程压力不断增加，污水中矿物质较少出现溶解度降低析出于水体中的情况。

地面污水处理流程大多为全密闭或部分密闭系统，但常规水质检测过程一般采取现场采集样品，室内非隔氧状态下测试，改变了含油污水的压力、温度、氧气等环境条件，江苏油田含油污水中主要矿物质含量（见表1），含油污水中除含有部分钙、镁、钠、钾等压力、温度敏感物质外，还同时含有一定浓度的CO32-、SO42-及铁、硫化物等可相互之间发生化学反应，在取样、水质测试过程中水体中的CO32-、SO42-及铁、硫化物均可与氧发生反应，生成硫化亚铁、氢氧化亚铁、氢氧化铁等物质，表观上看，根据采集水样不同，水样由采集初期的无色或白色逐步变为黑色或黄色，导致样品中悬浮固体测试含量高于其在地面流程中实际含量。以江苏油田采出水矿物质含量为例，其矿物质含量GL站点最低3 067 mg/L，WL 站点最高54 296 mg/L，浓度相差17 倍，采集不同水样取样后放置不同时间，测试悬浮固体含量影响相差较大，对于总矿、硫化物、总铁较低在不同测试时间，悬浮固体含量差别较小，对于总矿、硫化物、总铁、钙镁离子含量较高的水样，放置24 h悬浮固体含量相差32 %（见表2）。

图1 典型压力除油+气浮+双滤地面污水处理流程

图2 典型沉降+两级过滤地面污水处理系统

表1 江苏油田典型站点采出水矿物质含量

表2 两站点不同时间段测试悬浮固体含量

1.2 清洗滤膜时间过长

依照SY/Y 5329-94 标准，过滤后的滤膜，应先用油溶性溶剂如汽油等，清洗滤膜表面的油类，再用蒸馏水清洗掉盐类，但在测试过程中发现增压过滤后的滤膜，在清洗油及盐类物质过程中，过滤不同水样后的滤膜清洗速度差异很大，部分水样的滤膜过滤速度甚至低至大约10 mL/h，个别水样过滤后的滤膜，甚至清洗一个滤膜耗时1 h～2 h，导致试验无法顺利进行。根据滤膜过滤水样存留物质，及清洗滤膜所用试剂的类别，分析是由于过滤过程中，油水界面性能的变化，导致在极端情况下，滤膜表面不亲水或不亲油，使得汽油类溶剂或蒸馏水清洗过程无法延续。因此，对于悬浮固体测试最重要问题在于，在不破坏滤膜、不改变滤膜孔径大小的情况下使清洗滤膜的时间尽可能的缩短。

2 现有检测方法探讨与改进

2.1 现场密闭取样测试

根据现有测试方法中，温度、压力、氧浓度等环境条件变化后，导致的悬浮固体含量的测试偏高问题，设计了现场密闭取样、排空、测试装置（见图3），实现现场条件下，悬浮固含的等温、恒压、不曝氧条件下测试，测试条件与现场实际情况更为接近。

图3 悬浮固体含量密闭测试流程

使用时，依次打开V-4、V-7 阀门排出管线中死水，打开V-8 阀门，关闭V-9 阀门，关闭V-7 阀门，关闭储液过滤罐出水阀门V-11，将待测溶液放入储液过滤罐的指定液位处，依次关闭V-4、V-8 阀门。

在储液过滤罐底部安装已恒重、编号、润湿保藏的过滤膜。打开氮气罐总阀、减压阀给储液过滤罐供气，并保持一定的压力。打开储液过滤罐出水阀门，过滤待测水样至设定过滤量。关闭氮气罐出气总阀、减压阀，打开储液过滤罐的V-9 阀门，泄压至储液过滤罐为常压状态。拆下储液过滤罐过滤头，取出过滤后滤膜，保存后置于实验室中清洗。

试验后，可将便携式氮气罐、储液过滤罐随身带走，或带至其他测试点位，继续测试。

测试后滤膜密闭保存带至实验室后，使用滤膜清洗装置，一次完成多个滤膜样品的清洗。

2.2 改善滤膜表面润湿性能

依照SY/Y 5329-2012 标准，增压过滤后的滤膜，应先用油溶性溶剂清洗掉里面的油类，再用蒸馏水清洗掉盐类，但在使用中发现增压过滤后的滤膜，有的水样30 min 过滤几滴，如果日常测试中仅滤膜清洗就需几小时，则整个悬浮固体含量测试试验的可操作性较差。因为水样取回如果不能及时完成测试，测试误差则明显增大[3]，而采油厂级别的检测一批取样一般六七个，局级检测一批取样量更大。标准的实施，应有一定的可操作性，当天所取水样应在当天完成测试。

分析滤膜表面物质主要为强亲油及强亲水物质，清洗过程中改变纤维素脂微孔膜表面性质，清洗过程中堵塞滤液造成清洗过程无法完成。当发生堵塞时，使用一种亲水兼具亲油的溶剂，改变滤膜表面性质，是一种解决思路。多种兼具水溶油溶性质的溶剂中，通过试验优选了无水乙醇，少量添加可以明显改善表面性质。试验结果表面，措施前，对于较难过滤水样清洗一个滤膜平均耗时2 h，措施后15 min 左右完成，极大的提高工作效率。

2.2.1 无水乙醇的加入与否对测试结果的影响分析对比石油醚、无水乙醇、水溶剂对纤维素脂微孔膜物性的影响试验。

在金相显微镜下作了无水乙醇、水、石油醚浸泡滤膜后，镜下观察，滤膜孔径无明显变化，在不同溶剂下，滤膜孔径实际变化情况，最终会直观体现在悬浮固含测试的实际结果中，为此采集同一水样按照SY/T 5329标准[4]过滤后，清洗过程中分别采用投加石油醚+蒸馏水、石油醚+无水乙醇（5 滴）+水、石油醚+无水乙醇（50 mL）+水三种清洗方案试验，滤膜清洗后烘干、恒重，固含量测试数据偏差大小来评价石油醚、无水乙醇、蒸馏水三种溶剂对纤维素脂微孔滤膜的孔径影响。试验结果（见表3）。

纪4 三分出口水样含有一定油质成分、纪5 水源井属于地表浅层清水不含有油质成分，试验的结果表明，少量及更大量无水乙醇的加入与否对测试结果影响不大，数据说明无水乙醇加入后滤膜的孔径并没有发生根本性的变化。

2.2.2 无水乙醇基本物性 乙醇能同时与水、乙醚、烃类衍生物等有机溶剂混溶，随含水量的增加，对烃类的溶解度显著减小。石油醚不溶于水，与丙酮、乙醚、乙酸乙酯等类物质可互溶。汽油也可溶解相应的酯类物质，常用做油脂类的萃取溶剂，可溶脂，这两种溶剂为SY/T 5329 标准中的推荐清洗剂。所以虽然无水乙醇可与酯混溶，但由于加入剂量微小，其负面作用小。

表3 同一水样相同测试条件下，不同清洗剂加入对悬浮固体含量的影响

表4 化合物在无水乙醇中的溶解度

无水乙醇能溶解某些无机盐，含水乙醇对无机盐的溶解度增大。18 ℃～25 ℃时在100 g 无水乙醇中化合物所能溶解的最多克数（见表4）。

考虑到纤维素脂微孔滤膜的材质性质，常用作纤维素酯材料的溶剂主要有乙酸正己酯、乙酸乙二醇甲醚、2-甲氧基乙酸乙酯、异氟尔酮，此类物质在悬浮固体含量测试中应规避。

由于无水乙醇既能溶于水又能溶于石油醚或汽油的特点，在滤膜清洗过程中投加少量的无水乙醇，只是起到一个改变滤膜表面润湿性能的作用，根据试验情况，无水乙醇的加入量定为3～5 滴，溶于洗液为100 mL 的石油醚中，这一剂量在滤膜清洗过程中既能够大幅度改善滤膜表面润湿性能，从而极大提高其洗液的滤出速度。

3 结论

污水样品在实际测试过程中，由于现场样品采集到室内测试过程中，温度、压力、氧气大概环境参数的改变，使得悬浮固体含量测试结果，明显高于地面处理流程中的实际含量。

采取现场密闭取样测试、改善滤膜表面润湿性能，两项改进措施实施后，在准确测试污水中悬浮固体含量的同时，大幅度缩短了滤膜清洗的时间，使用效果良好。