廢棄油基鉆井液鉆屑含油量室內(nèi)測定方法探討

白超峰，吳洪特，岳前升，陳軍，汪軍（長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州 434023）

含油鉆屑是在石油勘探開發(fā)過程中產(chǎn)生的，屬于石油鉆井污染中的固體廢物，是廢棄鉆、完井液固液分離后產(chǎn)生的無用固相，主要由礦物油、油基鉆井液和巖屑三部分組成［1～4］。

目前對水和土壤中油含量的監(jiān)測已有了成熟的監(jiān)測技術(shù)，鄭健［5］研究了濁度法、氣相色譜法、電阻法、熱解法、紫外吸收光度法、熒光光度法、紅外吸收光度法（非色散紅外吸收光度法和紅外分光光度法）等方法在水和土壤中含油量測定中的運(yùn)用。但含油鉆屑由于含有礦物油，其性質(zhì)與土壤差別較大，含油鉆屑含油量的測量方法還未見有成熟報(bào)道［6～11］。下面介紹一種實(shí)驗(yàn)室中檢測含油鉆屑含油量的測量方法——索氏抽提差量法。

1 試劑、儀器與預(yù)處理

1.1 主要試劑和儀器

試劑：甲苯，石油醚（沸程為60～90℃），石油醚（沸程為30～60℃），無水硫酸鈉，茂名5＃白油，沸石。

儀器：索氏提取器，UV2450型紫外可見分光光度計(jì)，SHZ－DⅢ型調(diào)溫電加熱套，GZX－9140MBE型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，BS124S電子天平。

1.2 鉆屑材料及預(yù)處理

試驗(yàn)所用的含油鉆屑均取自于中國海洋石油有限公司在渤海油田的油層段；試驗(yàn)前需將其在105℃烘箱中干燥至恒重。

2 試驗(yàn)方法

2.1 索氏抽提差量法

準(zhǔn)確稱取3份已烘干、混合均勻的含油鉆屑30g，濾紙包好，分別置于干燥的索氏提取器、圓底燒瓶、250ml具塞錐形瓶中，編號1、2、3；向1、2號加入150ml溶劑（石油醚60～90℃），在90℃下加熱回流萃取10h，分別將萃取后的鉆屑烘干至恒重后稱取質(zhì)量，鉆屑萃取前后的質(zhì)量差即為含油質(zhì)量。

向3號具塞錐形瓶中加入150ml溶劑（石油醚60～90℃）后，輕輕振蕩，置于90～98℃水浴中熱浸提取10h，中間放氣2次，過濾（濾紙需用萃取劑預(yù)先浸泡24h，并用適量的無水硫酸鈉干燥），將過濾后濾液置入已干燥至恒重的燒杯中；并繼續(xù)向?yàn)V渣中再加25ml溶劑，水浴中振蕩30min；重復(fù)用溶劑洗滌濾渣，至濾渣中加入萃取劑后為無色時(shí)；再將含濾液燒杯置于70℃烘箱中干燥5h，取出放入干燥器中，待樣品冷卻30min后，稱取質(zhì)量，燒杯前后質(zhì)量差即為含油質(zhì)量。

2.2 索氏抽提－紫外分光光度計(jì)法

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

向7個50ml容量瓶中，分別加入0.00、2.00、4.00、8.00、12.00、20.00和25.00ml標(biāo)準(zhǔn)油使用溶液，用石油醚（60～90℃）稀釋至標(biāo)線。在紫外分光光度計(jì)上的254nm處用1cm石英比色皿以脫芳烴石油醚為參比，測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線［12］（圖1）。

2.2.2 含油量的測定

準(zhǔn)確稱取30g已預(yù)處理后鉆屑，裝入索氏提取器中，向圓底燒瓶中加入150ml的石油醚（60～90℃）作為萃取劑，萃取適當(dāng)時(shí)間。萃取后用脫芳烴的石油醚（60～90℃）洗滌，將洗滌后石油醚并入用于洗滌鉆屑的含油石油醚中，將其在1000ml容量瓶中定容，與標(biāo)準(zhǔn)樣品在同一條件下測定含油鉆屑樣品吸光度。在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出對應(yīng)其吸光度的含油質(zhì)量，并計(jì)算鉆屑的總含油質(zhì)量。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3 含油量的計(jì)算

式中：w為含油率，%；m1為萃取前鉆屑的質(zhì)量，g；m2為 萃取后鉆屑的質(zhì)量，g；x為通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算的鉆屑含油量，mg／L；A為吸光度。

3 試驗(yàn)與討論

3.1 萃取方法的影響

稱取3份質(zhì)量相近的已預(yù)處理過的含油鉆屑，以石油醚作萃取劑，分別采用圓底燒瓶蒸餾萃取、索氏提取器萃取、錐形瓶萃取3種不同的萃取方式，探討了不同萃取方式對萃取效果的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 不同萃取方式對萃取效果的影響

由表1可知，蒸餾萃取能有效地分離出鉆屑中所含有的原油，但萃取不夠完全；索氏提取器萃取的容量大、完全，效果最好，并且操作安全簡單；錐形瓶的萃取量較小，且操作較復(fù)雜，若中途未注意放氣可能發(fā)生爆裂，另外由于回流量小，萃取不完全，效果不好。因此，索氏提取器萃取的方法能夠較準(zhǔn)確地測量含油鉆屑中的含油量并且測量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差小。

3.2 萃取劑的影響

稱取3份質(zhì)量相同的預(yù)處理過的含油鉆屑，采用索氏提取器萃取方式，分別以甲苯、石油醚（30～60℃）、石油醚（60～90℃）作萃取劑，探討不同萃取劑對萃取效果的影響，如表2所示。

表2 不同萃取劑對萃取效果的影響

由表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，甲苯、石油醚（60～90℃）的萃取效果較好，從含油鉆屑中萃取出的油較完全。由于石油醚（60～90℃）、甲苯的沸點(diǎn)較石油醚（30～60℃）高，因此鉆屑中的原油在較高的溫度下與萃取劑接觸完全，分離鉆屑與油的效果好，所測得含油量也較準(zhǔn)確。但由于甲苯毒性大，因此在測量含油鉆屑的含油量時(shí)選擇石油醚（60～90℃）作萃取劑，萃取效果好。

3.3 萃取時(shí)間的影響

稱取6份質(zhì)量相同的預(yù)處理過的含油鉆屑，采用索氏提取器萃取方式，以石油醚（60～90℃）作萃取劑，探討了不同萃取時(shí)間下萃取效果的變化，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著試驗(yàn)萃取時(shí)間的延長，萃取總量逐漸增大，但是單位時(shí)間內(nèi)的萃取量逐漸減少，當(dāng)萃取時(shí)間達(dá)到10h后萃取總量幾乎達(dá)到最大值。因此萃取試驗(yàn)選擇萃取時(shí)間為10h，萃取量達(dá)到最大限度。

3.4 索氏抽提差量法與索氏抽提紫外分光光度計(jì)法對比

分別準(zhǔn)確稱取12份30g已預(yù)處理后的鉆屑，分為兩組（A、B），每組6份分別采用索氏抽提差量法（簡稱差量法）和索氏抽提紫外分光光度計(jì)法（簡稱紫外法），分別加入150ml的石油醚（60～90℃）為萃取劑，回流萃取4、6、8、10、12、14h，測量其鉆屑含油率，結(jié)果如圖3所示。

圖2 萃取時(shí)間對萃取效果的影響

圖3 不同測定方法所測的結(jié)果對比

由圖3可以看出，差量法和紫外法雖然都是采用索氏抽提法萃取回流，但是在相同的萃取時(shí)間內(nèi)2種方法測得的油的含油率都保持一定的差值，且差量法所測得的油含油率明顯比紫外法高，因此可以判斷差量法較紫外法，其所測得的結(jié)果更精確。

3.5 索氏抽提差量法的驗(yàn)證

稱取3份用索氏抽提差量法萃取后烘干的鉆屑樣品27g，各加入萃取出的礦物油3g，并將其混合均勻。再次用索氏抽提差量法測量其含油量，以驗(yàn)證該方法是否能萃取完全，其結(jié)果如表3所示。

表3 索氏抽提差量法結(jié)果驗(yàn)證

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，理論含油率為10.00%，而用索氏抽提差量法測得含油率為9.85%，其能夠準(zhǔn)確測量含油鉆屑中的含油率，其數(shù)據(jù)再現(xiàn)性、重復(fù)性好。

4 結(jié)論

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析可知，采用索氏提取的萃取方法，用石油醚（60～90℃）為萃取劑對鉆屑萃取10h，稱量其萃取前后的質(zhì)量差即可準(zhǔn)確測得鉆屑中的含油量，且試驗(yàn)使用的藥品少、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)偏差?。?.39%）、操作安全簡便、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，適于芳烴含量較高的含油鉆屑的含油量的測定。

［1］易紹金，向興金，肖穩(wěn)發(fā) .海上鉆井含油鉆屑處理技術(shù) ［J］.中國海上油氣（工程），2001，13（6）：52～54.

［2］柳亞芳，嚴(yán)新新 .在五大洲處理50萬噸油基鉆屑的經(jīng)驗(yàn) ［J］.國外油田工程，2007，23（7）：35～39.

［3］向興金，易紹金，戴向東，等 .海上鉆井廢棄物排放的法規(guī)與對策 ［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，1996，6（3）：31～35.

［4］安文忠，張濱海，陳建兵 .VersaClean低毒油基鉆井液技術(shù) ［J］.石油鉆探技術(shù)，2003，31（6）：33～35.

［5］鄭健，周建光，陳煥文，等 .水體和土壤中礦物油的常用測量方法與儀器 ［J］.分析儀器，2002，43（3）：1～9.

［6］Hinds A A，Donovan D M，Lowell J L，et al.Treatment reclamation and disposal options for drilling muds and cuttings ［J］.SPE14798，1986.

［7］Bleckmann C A，Gawel L J，Whitfill D L.Treatment of oil－based drill cuttings ［J］.SPE18685，1998.

［8］王蓉沙 .鉆井廢棄物處器理技術(shù) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001.

［9］Kamal H，Abu El－Naga.Treatment of drill cuttings ［J］.SPE66530，2001.

［10］Kirkness A，Garrick D.Treatment of nonaqueous－fluid－contaminated drill cuttings－raising environmental and safety standards ［J］.SPE112727，2008.

［11］Pomrenke R W，Strain J，Davis R，et al.Coiled－tubing jet cutting multiple stage fracture treating improves fracture treatment techniques to unlock bypassed reserves in Cotton Valley Sands，Dorcheat Macedonia Field，Magnolia Arkansas ［J］.SPE163910，2013.

［12］王曉瑜 .紫外分光廣度測定污水中油含量的研究 ［J］.化學(xué)工程與裝備，2009，41（10）：146～148.