油田化學(xué)劑固體含量規(guī)范測定探討

張云芝，李繼勇，趙俊橋，夏凌燕，董浩

中國石化勝利油田分公司工程院(山東東營257000）

油田化學(xué)劑固體含量規(guī)范測定探討

張云芝，李繼勇，趙俊橋，夏凌燕，董浩

中國石化勝利油田分公司工程院(山東東營257000）

固體含量是部分油田化學(xué)劑中一項非常重要的指標(biāo)。在固體含量實際測定過程中，同一油田化學(xué)劑樣品測定結(jié)果存在差別，最大相對偏差達(dá)34.69%，超出其標(biāo)準(zhǔn)中平行相對偏差不大于5%的要求，對油田化學(xué)劑整體性能評價造成一定困擾。通過對油田化學(xué)劑固體含量測定的相關(guān)因素進(jìn)行分析，結(jié)合固體含量測定結(jié)果的實際情況進(jìn)行探討，明確了取樣量、稱量瓶規(guī)格、試驗溫度條件等對油田化學(xué)劑固體含量結(jié)果的影響程度，提出了根據(jù)稱量瓶規(guī)格對應(yīng)取樣量等建議。驗證情況理想，平行試驗結(jié)果重復(fù)性好，相對偏差小，最大相對偏差為4.18%。

油田化學(xué)劑；固體含量；規(guī)范

隨著石油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展和推進(jìn)，在鉆井、固井、酸化、壓裂以及注水等措施過程中應(yīng)用高效、高質(zhì)的油田化學(xué)劑確保施工的效果，達(dá)到優(yōu)化開發(fā)的目的，科學(xué)、客觀評價油田化學(xué)劑質(zhì)量水平是確保措施順利實施的關(guān)鍵。

固體含量是部分油田化學(xué)劑中一項非常重要的指標(biāo)，是評價其固體含量滿足要求的重要技術(shù)項目。目前固體含量（或水分含量）測定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)僅有固體化工產(chǎn)品中水分的測定[1]、具體特指聚丙烯酰胺類或膠黏劑物質(zhì)的固體含量[2-3]或是僅限水分含量在0.005%～0.1%之間的液體石油產(chǎn)品[4]、或是漆類中不揮發(fā)物[5]等，以上標(biāo)準(zhǔn)中相對于油田化學(xué)劑的固體含量測定均有一定的局限性。而在相關(guān)油田化學(xué)劑標(biāo)準(zhǔn)中，固體含量的實驗方法僅規(guī)定了樣品量及溫度條件，固體含量平行測定結(jié)果重復(fù)性差，相對偏差超過其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不大于5%的要求，如何用規(guī)范的操作方法或標(biāo)準(zhǔn)來提高油田化學(xué)劑測定結(jié)果準(zhǔn)確性具有重要的指導(dǎo)意義。

1 固體含量測量原理

固體含量是通過加熱揮發(fā)掉水分后的固相剩余量。在加熱過程中，水分以外的揮發(fā)性物質(zhì)或發(fā)生化學(xué)變化所產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)應(yīng)在允許的范圍之內(nèi)，即產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)不會影響到固體測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

油田化學(xué)劑涉及固體含量項目測定的情況顯示，固體含量測定對象的外觀狀態(tài)包括固體、膏狀、液體等類型，其中大多數(shù)為液體，均采用質(zhì)量損失來實現(xiàn)結(jié)果評價，多采用三平行實驗方式。

2 油田化學(xué)劑固體含量測定影響因素

油田化學(xué)劑固體含量測量涉及人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等。在儀器設(shè)備（恒溫烘箱和電子天平，偏差或精度在允許使用的要求范圍內(nèi)）、環(huán)境條件方面均為可控，不作為分析考量范疇；在稱量瓶（固體含量測定常用器皿）、油田化學(xué)劑、實驗溫度條件、實驗人員等方面，規(guī)格差別、取樣量差異、實驗溫度條件差別、人員操作等存在的不定性，作為分析探討的重點。

2.1稱量瓶規(guī)格影響

常用稱量瓶包括低型Φ60mm×30mm、Φ50mm× 30mm、Φ25mm×25mm等和高型Φ30mm×60mm、Φ25mm×40mm、Φ30mm×50mm等[6]，室內(nèi)常用為低型。選擇有固體含量測定項目的油田化學(xué)劑，采用相同的取樣量，測定時間4h，干燥器干燥冷卻后稱量并計算固體含量，統(tǒng)計結(jié)果為3次平行實驗平均值（表1），以下均同。

表1顯示，5種油田化學(xué)劑相同取樣量時都存在稱量瓶規(guī)格差別越大，固體含量結(jié)果差值越大的現(xiàn)象，如1#、5#在最大Φ60mm×30mm和最小Φ25mm× 25mm時，結(jié)果竟相差到17.39%和20.76%，最大、最小相對偏差也都大，分別為34.69%和16.33%，超過了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不大于5%的要求；當(dāng)稱量瓶規(guī)格接近時，如Φ60mm×30mm和Φ50mm×30mm、Φ30mm× 25mm和Φ25mm×25mm，固體含量結(jié)果呈現(xiàn)接近趨勢，相對偏差也小，平行結(jié)果依然存在差別。

表1 不同稱量瓶規(guī)格固體含量測定結(jié)果

不同規(guī)格稱量瓶測量油田化學(xué)劑固體含量結(jié)果存在差別，平行性差。

2.2取樣量影響

現(xiàn)行油田化學(xué)劑標(biāo)準(zhǔn)中固體含量測定取樣量統(tǒng)計主要有2g、5g、10g等幾種[7]。極少數(shù)的取樣量為50g、100g的情況，規(guī)定采用250mL或500mL的玻璃燒杯，因未統(tǒng)計固體含量結(jié)果是否存在差別大的現(xiàn)象，暫不分析取樣量為50g、100g的特殊情況。

同一化學(xué)劑采用1g、2g、5g、10g4種取樣量進(jìn)行固體含量測定，Φ60mm×30mm和Φ50mm×30mm因開放面積過大未采用1g或2g的取樣量；Φ25mm× 25mm因開放面積過小未采用5g或10g的取樣量；Φ30mm×25mm因數(shù)量少僅用于部分油田化學(xué)劑。

表2中2項平均值直觀顯示，不同取樣量明顯影響固體含量結(jié)果。結(jié)合稱量瓶規(guī)格比較，僅有5#的2g、5g、10g固體含量結(jié)果接近，大多數(shù)化學(xué)劑均存在取樣量不同固體含量結(jié)果平行性差的情況。

2.3實驗溫度影響

目前涉及到油田化學(xué)劑固體含量測定的溫度條件多為105℃，極少部分在對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中有110℃、120℃[7]、130℃等實驗溫度的特殊規(guī)定。選擇105℃、130℃2種溫度下固體含量結(jié)果情況見表3。

從表3看出，高實驗溫度固體含量測定結(jié)果明顯變小，說明除水分外，部分產(chǎn)品中組分減少，尤其特殊的9#樣品通過組分分析發(fā)現(xiàn)，其溶解組分的揮發(fā)點為80℃，因此當(dāng)實驗溫度105℃、130℃超過其組分揮發(fā)點時，固體含量結(jié)果出現(xiàn)了零的異?，F(xiàn)象。除特殊情況外，同化學(xué)劑樣品選擇不同實驗溫度條件時，固體含量結(jié)果也存在明顯的差別。

2.4實驗時間影響

固體含量測定時間有2h、4h[7]等規(guī)定，其中多數(shù)油田化學(xué)劑測定時間為后者，特殊的還有5h。通過實驗過程追蹤發(fā)現(xiàn)，在2h后，油田化學(xué)劑固體含量結(jié)果不再有很明顯的變化。因此，采用常規(guī)4h實驗時間滿足固體含量測定要求，不會對固體含量測定結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。

2.5實驗人員對固體含量測定結(jié)果的影響

通過4名實驗人員，采用105℃溫度條件、Φ50mm×30mm規(guī)格、5g取樣量進(jìn)行重復(fù)性實驗，固體含量結(jié)果統(tǒng)計見表4。

不同實驗人員的重復(fù)性比較好，相對偏差都在5%以內(nèi)，不同實驗人員不會對固體含量結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。

3 可行性分析與驗證

通過實驗結(jié)果及影響因素探討情況，從規(guī)格選擇、取樣量范圍、實驗溫度條件確定等入手，任選取涉及固體含量測量的油田化學(xué)劑樣品進(jìn)行實驗驗證。

3.1稱量瓶規(guī)格選擇

規(guī)格為Φ60mm×30mm，開放面積較大，不適于1g、2g等少的取樣量；而規(guī)格Φ25mm×25mm，開方面積過小，僅適于少的取樣量。因此，從測定樣品充分性、便于操作、易于清洗等方面考慮，建議選擇規(guī)格為Φ60mm×30mm的稱量瓶。選取不同規(guī)格的稱量瓶時考慮對應(yīng)適宜的取樣量。

表2 不同取樣量的固體含量測定結(jié)果情況

表3 不同溫度條件下固體含量結(jié)果

表4 不同實驗人員同樣品固體含量測定結(jié)果/%

3.2取樣量確定范圍

通過實驗結(jié)果分析，采用規(guī)格為Φ60mm×30mm取樣量范圍應(yīng)在5g以上，若僅能采用Φ25mm×25mm時，建議取樣量不應(yīng)超過2g。取樣量的范圍取決于稱量瓶規(guī)格。

3.3實驗溫度的確定

根據(jù)固體含量測定原理，主旨是排除油田化學(xué)劑中的水分，無特殊說明，105℃±2℃可滿足要求。

綜上所述，實驗人員在進(jìn)行固體含量測定時，實驗前的樣品一定搖勻；同一樣品選擇相同的稱量瓶規(guī)格；平行取樣量接近。表5為規(guī)范操作后固體含量實驗結(jié)果的驗證情況。

表5 固體含量規(guī)范性操作可行性驗證情況

從表5可以看出，在105℃±2℃實驗溫度條件下，4h恒溫烘干，采用Φ60mm×30mm規(guī)格稱樣瓶、取樣量10g；采用Φ50mm×30mm規(guī)格稱樣瓶、取樣量5～8g之間；或采用Φ25mm×25mm規(guī)格稱樣瓶、取樣量1g；固體含量測定結(jié)果平行性好，相對偏差明顯降低，實驗結(jié)果差別比原來有了很大程度的改善。

4 結(jié)論

在明確的實驗溫度條件下，充分均勻油田化學(xué)劑樣品采用同規(guī)格稱量瓶，并根據(jù)稱量瓶規(guī)格明確對應(yīng)的取樣量，驗證固體含量測定結(jié)果情況理想，實驗結(jié)果平行性好，相對偏差小，在尚無標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范方法的情況下，為固體含量測定提供了可行思路。

[1]全國化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化委員會無機(jī)化學(xué)分會.化工產(chǎn)品中水分測定的通用方法干燥減量法:GB/T 6284-2006[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[2]全國塑料標(biāo)準(zhǔn)化委員會.聚丙烯酰胺固含量測定方法：GB/T 12005.2-1989[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

[3]上海橡膠制品研究所.膠粘劑不揮發(fā)物含量的測定：GB/T 2793-1995[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[4]中國石油化工集團(tuán)公司.液體石油產(chǎn)品水含量測定法(卡爾·費休法)：GB/T 11133-1989[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

[5]全國涂料標(biāo)準(zhǔn)化委員會.色漆、清漆和塑料不揮發(fā)物含量的測定：GB/T 1725.2-2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[6]龍騰明.中學(xué)化學(xué)實驗基礎(chǔ)和能力培訓(xùn)[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1991.

[7]中國石化勝利石油管理局油氣采輸專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會.高溫驅(qū)油劑通用技術(shù)條件：Q/SH 1020 1968-2013[S].

The solid content is a very important index of some oilfield chemicals.In the actual determination of solid content,themea?surement results of the samples of the same oilfield chemical agent are different,themaximum relative deviation can reach to 34.69%, and itexceeds the requirement that the relative deviation is notmore than 5%in the standard,whichwillproducea certain influenceon theoverallperformanceevaluation of oilfield chemicalagent.The influences of the sample amount,theweighing bottle size and the test temperature on the solid contentmeasurement results of oilfield chemicals are determined through the analysis of the influence factors and the results of the solid contentmeasurementof oilfield chemicals,and some suggestions on the corresponding relation between the weighing bottle size and the sample amount are proposed.A fter the app lication of the suggestions,the reproducibility of parallel test re?sultsbecomesgood,themaximum relative deviation is4.18%.

oilfield chemicals;solid content;standard

尉立崗

2016-01-21

張云芝(1971-)，女，高級工程師，主要從事油田化學(xué)品質(zhì)量檢測和研究工作。