第一節(jié) 油田水分析評價指標(biāo)

第一節(jié)油田水分析評價指標(biāo)油田水系統(tǒng)水質(zhì)復(fù)雜，涉及到一般天然江河水、地下水、咸水和鹽水。油田采出水中除了一般雜質(zhì)外，還含有石油類有機物以及開發(fā)生產(chǎn)時投加的各種化學(xué)藥劑。準(zhǔn)確地測定油田水系統(tǒng)的性質(zhì)，對于油田注水開發(fā)、防止對油層的傷害、研究油田生產(chǎn)中的腐蝕結(jié)垢以及研究油田污水處理保護環(huán)境都有十分重要的意義。一、有機化學(xué)指標(biāo)溶解氧（Dissolvedoxygen，簡稱DO）溶解氧指溶解在水中的分子態(tài)氧（02），簡稱DO。水中溶解氧的含量與大氣壓、水溫及含鹽量等因素有關(guān)。大氣壓力下降、水溫升高、含鹽量增加，都會導(dǎo)致溶解氧含量減低。溶解氧是表示水污染狀態(tài)的重要指標(biāo)之一。化學(xué)需氧量（Chemicaloxygendemand，簡稱COD）化學(xué)需氧量是指以重銘酸鉀（K2Cr2O7）或高錳酸鉀（KMnO4）為氧化劑，氧化水中的還原性物質(zhì)所消耗氧化劑的量，結(jié)果折算成氧的量（以mg/L計）。水中還原性物質(zhì)包括有機物和亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等無機物?；瘜W(xué)需氧量反應(yīng)了水中受還原性物質(zhì)污染的程度?；谒w被有機物污染是很普遍的現(xiàn)象，該指標(biāo)也作為有機物相對含量的綜合指標(biāo)之一，在與水質(zhì)有關(guān)的各種法令中均采用它作為控制項目。在油田水測定中采用以酸性重銘酸鉀法測得的COD值（簡稱CODCr）。生化需氧量（Biochemicaloxygendemand，簡稱BOD）生化需氧量是指在有溶解氧的條件下，好氧微生物在分解水中有機物的生物化學(xué)氧化過程中所消耗的溶解氧量。同時亦包括如硫化物、亞鐵等還原性無機物質(zhì)氧化所消耗的氧量，但這部分通常占很小比例。有機物在微生物作用下好氧分解大體上分為兩個階段。1） 含碳物質(zhì)氧化階段，主要是含碳有機物氧化為二氧化碳和水；2） 硝化階段，主要是含氮有機化合物在硝化菌的作用下分解為亞硝酸鹽和硝酸鹽。約在5-7日后才顯著進行。故目前常用的20°C五天培養(yǎng)法（BOD5法）測定BOD值一般不包括硝化階段。BOD的測定是一種實驗檢測，即按標(biāo)準(zhǔn)的實驗室操作程序測定廢水、排放污水和受污染水對氧的相對需求量。這種檢測廣泛的應(yīng)用于衡量廢水處理能力以及評價此類處理系統(tǒng)去除生化需氧量的效率。總有機碳（TotalOrganicCarbon,簡稱TOC）以碳的含量表示水體中有機物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)。由于TOC的測定采用燃燒法，因此能將有機物全部氧化，它比BOD5或COD更能反映有機物的總量?？偭祝═otalPhosphorus，簡稱TP）油田水中磷的測定是對用含磷有機化合物抑垢和防腐的化學(xué)處理的一個監(jiān)控手段。氨（Ammonia）水中的氨是指以游離氨NH3（也稱非離子氨）和離子氨NH4+形式存在的氨。對地面水，常要求測定非離子氨。兩者的組成比決定于水的pH值和溫度，當(dāng)pH值偏高時，游離氨的比例較高，反之，則氨鹽的比例較高。油和脂（OilandFat）一般來講，原油是含有各種各樣化學(xué)成分的復(fù)雜的烴類混合物，這些化學(xué)成分大部分不溶于水。但也有一些原油含有相當(dāng)多可溶于水的化學(xué)成分。由于油和脂的這種溶解性，根據(jù)所分析的原油組分的差異，不同的水中油分析技術(shù)能夠提供不同的分析結(jié)果。有機酸（OrganicAcids）油田水中常含有腐蝕性很強的有機酸。硫化物（Sulfide）一些油田水含有硫化氫和其它硫化物，它們系厭氧條件下含硫化合物分解而形成。二、無機化學(xué)指標(biāo)pH值（pHvalue）pH值表示水中酸堿性的強弱，用溶液中氫離子活度的負(fù)對數(shù)表示：pH=—lgaH+pH表示水的最基本性質(zhì)，它可以控制水體的弱酸、弱堿的離解程度，降低氯化物、氨、硫化氫等的毒性，防止底泥重金屬的釋放，是評價水質(zhì)的一個重要參數(shù)。一些控制水pH值的流體組分包括可溶固體、沉淀反應(yīng)物、二氧化碳、重碳酸鹽、硼酸鹽和硫化氫。水的pH值影響油田常見的幾種礦物結(jié)垢的形成。pH值較低時，水的腐蝕性增加。硬度(Hardness)硬度又稱總硬度，是從水處理工業(yè)沿襲過來的術(shù)語，用于描述水消耗皂的能力。起初表示水中肥皂起泡程度的大小，現(xiàn)在，人們在化學(xué)上把水中Ca、Mg離子含量，換算為與其相對應(yīng)的CaCO3量來計算硬度值，用mg/L表示。硬度有總硬度、鈣硬度、鎂硬度、碳酸鹽硬度(暫時硬度)非碳酸鹽硬度(永久硬度)等表示方式。堿度(Alkalinity)在不同PH值條件下水中碳酸鹽和重碳酸鹽的相對含量，通常稱為堿度。油田水的堿度是由若干種不同離子引起的，通常歸因于重碳酸鹽、碳酸鹽和氫氧化物的存在。堿度可定義為對反應(yīng)組分和氫離子反應(yīng)能力的度量。在油田水中碳酸鹽和重碳酸鹽的含量也作為指標(biāo)測定。二氧化碳(CarbonDioxide)地表水每升中一般含有小于10mg的游離二氧化碳，而地下水每升中動輒含有數(shù)百毫克游離的二氧化碳。水的二氧化碳含量決定了它的堿度、結(jié)垢趨勢和腐蝕性。由于二氧化碳是可溶性氣體，所以分析要即時進行(最好現(xiàn)場檢測)。三、物理性質(zhì)指標(biāo)濁度(Turbidity)濁度是表現(xiàn)水中懸浮物對光線透過時所發(fā)生的阻礙程度。水中含有泥沙、黏土、有機物、無機物、浮游生物和微生物等懸浮物質(zhì)時，可使光散射或吸收，濁度大。水的濁度大小不僅和水中存在顆粒物含量有關(guān)，而且和其粒徑大小、形狀、顆粒表面對光散射特性有密切關(guān)系。濁度的高低一般不能直接說明水質(zhì)的污染程度，但濁度增高表明水質(zhì)變壞。溶解總固體(TotalDissolovedSolids，簡稱TDS)曾稱總礦化度。指水中溶解組分的總量，包括溶解于水中的各種離子、分子、化合物的總量，但不包括懸浮物和溶解氣體。大多數(shù)油田水都是氯化鈉的水溶液，并含有少量的氯化鈣、氯化鎂和其它金屬鹽類。固體可以多種方式影響水質(zhì)。懸浮總固體(Suspendedsolids，簡稱SS)水中的固體污染物主要以懸浮狀態(tài)、膠體狀態(tài)和溶解狀態(tài)的形態(tài)存在于水體中。懸浮狀態(tài)的固體污染物通常稱為懸浮物，是指雜質(zhì)、泥沙類的無機物、動植物體腐敗而產(chǎn)生的有機質(zhì)和浮游生物。固體懸浮物，它會造成水體外觀惡化、混濁度升高，改變水的顏色。密度(Density)密度是指在給定溫度下任何體積的一種物質(zhì)的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)溫度下等體積的某種其他物質(zhì)的質(zhì)量之比。為方便起見，油田水的密度常在室溫下測定并校正到20°C。電導(dǎo)率(conductivity)水的電導(dǎo)率與其所含無機酸、堿、鹽的量有一定關(guān)系。油田水的電導(dǎo)率是表示水中離子傳導(dǎo)電流的能力。通過水傳導(dǎo)的電流是不同離子相對運動速度的函數(shù)。該指標(biāo)常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量。電導(dǎo)率測量常轉(zhuǎn)化為電阻率測量以用于測井解釋。四、金屬鎘鎘的融點320.9C，沸點765C，是富延展性且柔軟的金屬，溶于稀硝酸。鎘的毒性很強，可在人體的肝、腎等組織中蓄積，造成各種臟器組織的破壞，尤以對腎臟損害最為明顯，還可以導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和軟化，引起痛痛病。銘由于其毒性和它帶來的環(huán)境問題，因此在油田水分析中很重要。鐵鐵是天然水體中的微量元素之一，在水中的含量取決于該地區(qū)的地質(zhì)狀況，也取決于水體中的其他化學(xué)成分。二價和三價鐵離子是鐵在水環(huán)境中的基本形態(tài)。二價鐵存在于缺少溶解氧的水體中或存在于具有厭氧底層的可分層的湖泊深水中，當(dāng)水中溶解氧增加或遇到氧化物質(zhì)，二價鐵迅速被氧化成三價鐵離子，而以一種氫氧化鐵形式，或是與其它陰離子一起沉降至水底的沉積物中，三價鐵的氧化物實際上是不溶的。如果油田水中有硫化氫，則分別形成硫化亞鐵，于是便產(chǎn)生了黑色的無機物。3、鋇以硫酸鋇結(jié)垢形式存在的鋇常常引起操作困難。在水中不可能有高濃度的鋇和硫酸鹽離子同時存在。因此，如果常規(guī)水分析表明有高濃度的硫酸鹽離子，那么鋇離子含量應(yīng)該很低。4.鈣鈣能引起與油田水有關(guān)的嚴(yán)重碳酸鹽和硫酸鹽結(jié)垢。碳酸鹽垢易于用酸來分解，而硫酸鹽結(jié)垢問題卻難于處理，因為硫酸鹽垢一旦沉淀下來就幾乎沒有什么化學(xué)藥劑能夠溶解它。TOC\o"1-5"\h\z鈉是第六種最常見的元素，是油田水的主要成分。它被用作區(qū)分微咸水、海水和鹵水。鎂是第八種最常見的元素，也是油田水中的常見組分。它是水硬度的重要成分之一，而水的硬度會造成管線或油管結(jié)垢。錳大多數(shù)油田鹵水的氧化還原電位呈還原性，在這種環(huán)境中錳以二價形式存在。如果鹵水的氧化還原電位變成氧化性，溶液中的錳可能會沉淀。因此，錳必須在采樣點現(xiàn)場測定，否則在樣品送回中心實驗室分析前必須對其進行酸化。鍶常見于含鋇的各種水和鹵水中。當(dāng)這種水與含有高濃度硫酸鹽離子的流體混合時，會形成很難溶的垢，給油田作業(yè)帶來嚴(yán)重問題。除此之外，測定的金屬指標(biāo)還有鋰、鉀、鈉和鋁。五、 非金屬測定的非金屬主要有硼、硅、漠和碘。硼可用于確定侵入鹽水的來源。硼在油田水中以硼酸、硼酸鹽和有機硼酸鹽的形式存在。當(dāng)其以伴生硼酸存在時，對緩沖機制非常重要，其重要性僅次于碳酸鹽體系。硼可能形成相對不溶的硼酸鈣和硼酸鎂沉淀。硼和漠、碘一般與石油的伴生水有關(guān)。六、 化合物氯化物幾乎所有的油田水中都有氯化物，其濃度可從很低到飽和。氯化物濃度可用于估計地層水的電阻率及區(qū)別地層。漠化物主要用于鑒定油田水的來源和區(qū)分地下地層。碘化物碘化物經(jīng)常被添加到注入水中作為化學(xué)示蹤劑，從而用于確定油田水的來源和區(qū)分地層。4.硝酸鹽地層水中通常不含硝酸鹽，故硝酸鹽的存在可能表明受到了地表水或淺層地下水的污染，或在注入水中有意加入了硝酸鹽。硫酸鹽結(jié)垢沉淀物在油田生產(chǎn)后引起嚴(yán)重問題。這些沉淀通常是兩種或兩種以上油田水混合引起的。水的混合可以發(fā)生在地表、二次采油中、井下或發(fā)生在套管破裂時。無論哪種情況，最好能了解水是否有成垢