海上油田回注水悬浮固体含量检测方法的研究

王虎子，刘少鹏

（1.中海油安全技术服务有限公司，天津 300457；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300450）

海上油田生产污水回注是工业废水处理最安全环保的措施之一，同时为储层补充能量，对油田持续稳产具有重要意义[1]。海上油田注水水质检测方法主要依据石油行业标准SY/T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》，其中悬浮固体含量是注水水质主要控制指标之一，一般采用重量法进行检测。由于重量法需使用精度为0.1 mg 的天平，海上采油平台受涌浪冲击和大型设备振动影响天平的准确称量[3]，测量过程还需使用真空泵、恒温干燥箱等仪器设备，存在操作复杂、检测耗时长等缺点，无法在条件简陋的油田现场对悬浮固体含量这一指标进行准确检测[2]。目前国内外有部分科研人员采用分光光度法表征悬浮固体含量的相对变化量[4]，但分光光度计法准确表征水中悬浮固体含量的研究鲜有报道。笔者通过研究水中悬浮固体含量[5]、水中含油量[6]、水中三价铁离子含量等因素对分光光度法检测结果的影响，建立分光光度法检测悬浮固体含量与重量法校正公式。

1 实验部分

1.1 实验仪器和药品

恒温干燥箱UF110、电子天平MS3002S（精度为0.1 mg）、微孔滤膜（直径为50 mm，孔径为0.45 μm）、夹板式过滤器、美国HACH 公司DR3900 分光光度计、固体悬浮颗粒标准液、FeCl3标准溶液、氢氧化钠（AR）、正己烷、渤海某油田合格原油、渤海某油田不同含油量生产污水若干。

1.2 悬浮固体含量的影响

使用分光光度计对悬浮固体标准溶液进行全波长扫描（190 nm～760 nm），当波长为430 nm 时吸光度最高。因此，本文分光光度计法测悬浮固体含量选择的波长为430 nm。通过测定悬浮固体浓度从1 mg/L～100 mg/L 范围内的吸光度，制定标准曲线，计算相对标准偏差，考察悬浮固体浓度对分光光度法检测结果的影响。相对标准偏差P 按式（1）：

式中：SS0-标准液悬浮固体含量；SS-分光光度法测量悬浮固体含量。

1.3 三价铁含量的影响

在浓度为5 mg/L 的悬浮固体标准液中，分别加入不同浓度的氯化铁标准溶液，配制成Fe3+浓度分别为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 的含铁离子悬浮固体标准液；模拟油田生产污水酸碱性，用氢氧化钠溶液调节pH 值至7.5。采用分光光度法测定悬浮物浓度，计算相对标准偏差，考察铁离子含量对分光光度法检测结果的影响。

1.4 污水含油量的影响

分别采用重量法和分光光度法测定不同含油量的生产污水中的悬浮固体含量，计算分光光度法相对重量法的相对偏差。考察含油量对分光光度法检测结果的影响。

相对偏差N 按式（2）：

式中：SS重-重量法检测悬浮固体含量；SS光-分光光度法检测悬浮固体含量。

1.5 三种注水水质标准对应固体悬浮物含量检测影响

海上油田注水根据不同地层渗透率情况，水质控制标准一般有三类（见表1）。分别研究三种类型注水标准对应水质条件下利用分光光度法检测悬浮固体含量的标准偏差。

表1 海上油田注水控制标准

实验方法：

（1）在浓度为3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 的标准悬浮固体溶液中分别加入一定量铁离子标准液将溶液配制成铁离子质量浓度分别为0.2 mg/L、0.2 mg/L、0.5 mg/L 的溶液。

（2）将油田合格外输原油离心，取上层不含水原油1 g，使用溶剂（正己烷）稀释为含油量为1 000 mg/L 的标准溶液。

（3）在浓度分别为3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 的标准悬浮固体溶液中加入一定量含油标准液，使溶液的含油量分别为10 mg/L、15 mg/L、30 mg/L，分别得到三种类型的标准液。

（4）使用分光光度法测定三种类型标准液的悬浮固体含量各10 次，计算相对标准偏差P。

2 实验结果与讨论

2.1 悬浮固体含量的影响（见图1）

图1 悬浮固体含量的影响

图2 铁离子含量的影响

由图1 可知，当被测液悬浮固体含量≤20 mg/L时，相对标准偏差在5 %以内；随着被测液悬浮固体含量升高，相对标准偏差逐渐增大。主要原因是随着水中悬浮固体含量的升高，被测液中悬浮固体颗粒对分光光度计所发射的340 nm 波长可见光产生的散射增多，相对增加了吸光度，从而导致分光光度法测定的悬浮固体含量相对升高。因此，当悬浮固体含量＞20 mg/L时，采用分光光度法检测悬浮固体含量的相对标准偏差较大。

2.2 铁离子含量的影响（见图2）

当铁离子浓度≤1 mg/L 时，分光光度法检测结果的相对标准偏差＜5 %；当铁离子浓度＞1 mg/L 时，随着铁离子浓度升高，测得的悬浮固体含量相对标准偏差逐渐增大。主要是由于铁离子在波长为340 nm 时有吸收，且随着铁离子浓度的升高，分光光度法测定悬浮固体含量数值偏差增大；对于pH 值呈弱碱性的污水，当铁含量高于1 mg/L 时，铁离子在碱性含氧条件下形成氢氧化铁，造成悬浮物检测结果的相对标准偏差逐渐增加。

2.3 污水含油量的影响

由表2 可以看出随着污水含油量的升高，分光光度法相对偏差逐渐增加。当污水含油量＜50 mg/L 时，分光光度法的相对偏差低于5 %，当污水含油量≥50 mg/L时分光光度法的相对偏差较高。主要是由于随着含油量的升高污水颜色加深，污水含油量基本为无色透明状态，污水含油量≥50 mg/L 污水逐渐开始显现为浅黄色。当污水颜色发生改变时分光光度计的吸光度产生变化，造成检测结果出现较大偏差，因此分光光度法不适用于检测有明显颜色（污水含油量≥50 mg/L）的生产污水悬浮物含量。

表2 不同含油量对结果的影响

图3 各注水标准悬浮物含量检测曲线

图4 各注水标准悬浮物相对标准偏差曲线

2.4 三种注水标准的影响（见图3、图4）

由图3 可知，使用分光光度法检测海上油田三类标准下的悬浮物含量，随着三种类型悬浮物含量3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 逐渐增大，分光光度法多次测量所做曲线斜率逐渐降低，即曲线越来越平行于X 轴，表明待测液悬浮固体含量、污水含油量、铁离子浓度越高，分光光度法检测的悬浮固体含量的值越趋于稳定。

由图4 可知，类型1（标准液悬浮固体含量3 mg/L），相对标准偏差＜2.5 %；类型2（标准液悬浮固体含量5 mg/L），相对标准偏差＜3 %；类型3（标准液悬浮固体含量10 mg/L），相对标准偏差＜4 %。随着悬浮固体含量、含油量、铁离子浓度升高，相对标准偏差也增加。当悬浮固体含量分别为3 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 时，曲线截距与相应标准液的差值分别为0.038 7、0.118 7、0.334，说明随着悬浮固体含量的增大，相对标准偏差增加。

海上油田生产污水经处理后的回注污水悬浮固体含量、含油量、铁离子含量与基本都在注水标准要求范围内。因此，针对海上油田三种常用注水标准，采用分光光度法检测悬浮固体含量的相对标准偏差＜4 %，具有普遍推广应用价值。

3 结论

（1）针对海上油田生产污水注水，采用分光光度法检测悬浮固体含量，随着悬浮固体含量增大，相对标准偏差升高，当悬浮固体含量≤20 mg/L 时的相对标准偏差≤5 %；

（2）随着铁离子含量的升高，相对标准偏差逐渐升高；铁含量＜1 mg/L 时相对标准偏差≤5 %；随着污水中含油量升高，相对标准偏差逐渐升高；污水含油量＜50 mg/L 时，相对标准偏差≤5 %；

（3）根据三种不同注水标准要求，随着悬浮固体含量、铁离子含量、污水含油量升高，相对标准偏差增加，且三种注水标准相对标准偏差均＜4 %。海上油田生产污水经处理后的回注污水悬浮固体含量、含油量、铁离子含量基本都在注水标准要求范围内，采用分光光度法检测悬浮固体含量的相对标准偏差＜4 %，避免了由于平台振动引起的天平称量误差，具有普遍推广应用价值。