水质在线监测技术试验及应用

陈景军，徐福刚

（中国石化胜利油田分公司河口采油厂，山东东营 257200）

注水开发是国内油田的主要开发方式，注水水质监测成为油田开发的重要工作［1-2］。表征水质的指标有含油量、悬浮物含量、腐蚀速度、含氧量等，其中水中含油量、悬浮物含量是最重要的两个指标。SY/T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》中对于水中含油量、水中悬浮物含量等的实验室测试方法做了详细的阐述［3］。水中含油量的监测主要采用人工取样、萃取、分离、比色的方法。油田水中悬浮物浓度主要采用称重法进行检测，操作过程包括洗膜、干燥、称重、过滤、洗油洗盐、再次干燥并称重等。实验室水质测试方法存在操作程序繁琐、取样代表性差、人为误差干扰等问题，而且无法实时反映各个时段的注水水质。针对这种情况，胜利油田河口采油厂在调研的基础上开发了水中含油量和悬浮固体含量在线监测系统，并在现场开展了试验。在线监测系统安装方便，测试准确快速，能够实时反映水中悬浮物浓度及含油量的变化趋势，为水质节点控制提供有力的数据支撑，有效地提升油田回注水的水质［4-5］。在线监测系统可以整体安装在户外环境中，设定一定的频率，可以将数据通过RS485传输至处理中心。

1 水质在线监测

1.1 水中含油量在线监测

水中含油量的常规检测方法大致分为三种，即可见光法、红外法、紫外法。可见光法容易受到颜色的干扰，影响测试结果的准确性；红外法需要采用四氯乙烯作为有机溶剂，有害操作人员身体健康；紫外法能够满足油田对测试稳定性及有机溶剂的要求，所以在线监测系统选用紫外萃取法。

水中含油量在线监测系统实现进样、萃取、分离、比色、排废一体化（见图1），可设定一定的检测频率，可设置超限值报警；系统支持RS485通讯上传数据至终端，能够适应户外运行环境。仪器的测试原理与实验室人工测量方法一致，在pH≤2的条件下，样品中的油类物质被正己烷萃取，萃取液经无水硫酸钠脱水后，以特定波长测定吸光度，石油类含量与吸光度值符合朗伯-比尔定律。

图1 萃取法水中含油量在线监测系统工作原理

1.2 悬浮物在线监测

系统采用近红外散射法检测悬浮物含量（见图2）。系统内位于45°角有一个内置的LED光源，可发射880 nm波长的近红外光，该光束经过水中悬浮颗粒的散射后，与入射光成90°角的散射光由前检测器检测，与入射光成140°角的散射光由后检测器检测，然后通过计算前、后检测器检测到的信号强度，得出悬浮物含量，传至数据终端，并设置报警功能。

图2 悬浮固体含量检测

1.3 在线监测结果与人工检测结果对比

1.3.1水中含油量

选取河口采油厂义65#站，对该站3个监测点的水中含油量进行实时监测和人工检测结果对比。在3个监测点取了4组平行样，编号为A—L（见表1）。通过对水样进行分析对比，发现在线监测数据与人工检测数据趋势一致性较好（见表2）。

表1 义65#站水中含油量监测点及取样

表2 不同监测点水中含油量分析结果对比

1.3.2水中悬浮固体含量

从2020年7月14日至8月21日，对河口采油厂义65#站来水端及一级过滤出口端水样进行监测，结果显示来水端水样的悬浮物浓度波动较大，一级过滤出口端水样悬浮物浓度相对稳定。

来水端的在线监测系统实测数据与人工检测数据对比表明，两者数值接近、趋势相同，在线监测的数值稍高（见图3）。出口端的数据比对结果也与之类似。

2 水质在线监测现场应用

2.1 水中含油量

对义65#站一级过滤出口进行了一定周期的水中含油量在线监测，数据测试整体稳定性较好，准确度较高，能够满足现场实时监测需求（见图4）。

2.2 水中悬浮固体含量

监测发现，义65#站来水水质波动较大，即渤三集输站的水质处理运行不稳定，在线监测悬浮物质量浓度为4～50 mg/L（见图5）。在线监测数据反映渤三集输站的水质处理情况，8月18日数据偏高，集输站可以提高加药量来改善外输水质。

图5 义65#站来水悬浮物浓度在线监测曲线

义65#站一级过滤装置每天反洗时间为5:00、11:00、17:00、22:00。从图6可以看出，2020年7月21日至7月24日，悬浮物浓度在线监测曲线在上述几个时间点以后都出现了波峰，而后呈缓慢下降。分析原因为义65#站水处理系统反洗时采用的是来水直接进行反冲洗，因来水中悬浮物浓度较高，因此每次水处理系统反洗过后都会出现一个峰值，加之滤料稳定运行需要一定的沉降时间，致使悬浮物浓度下降较为缓慢。总体来说，在线监测仪器能及时反映水质情况，且运行稳定。

图6 义65#站一级过滤出口悬浮物浓度在线监测曲线

3 结论

（1）由于化验室人工检测的悬浮物中不含粒径小于0.45µm的悬浮物，因此悬浮物浓度在线监测值会略高于人工检测值。对比结果表明，在线监测系统监测数据与人工检测数据趋势一致性较好，准确度较高。

（2）水中含油量在线监测系统能够自动完成进样、萃取、分离、比色、排废过程，无需人员直接操作，保证了检测的稳定性和准确性，避免了操作人员接触有机溶剂造成健康伤害。

（3）水质在线监测系统安装方便，容易维护，能够实时反映水中悬浮物浓度、水中含油量的变化，为加强水质节点控制提供有力的数据支撑。