顆粒計數(shù)儀

金華

大港油田采油工藝研究院

1 顆粒計數(shù)儀簡介

大港油田對注水顆粒直徑中值的監(jiān)測已開展多年，研究使用過激光顆粒計數(shù)儀、電阻法顆粒計數(shù)儀和納米激光顆粒計數(shù)儀三種儀器，積累了一定的經(jīng)驗。

1.1 激光顆粒計數(shù)儀

原理：使用激光二極管光源，形成一束與被檢測液體流向垂直的非常狹小而明亮的激光，入射光束由于被液體中的粒子阻擋而減弱，這種瞬時的光強度變化導致光電二極管接收電壓信號的變化，且該變化與粒子通過光束時的截面積成正比。每一個粒子通過光束時均引起一個電壓脈沖信號，脈沖信號的多少反映了粒子的數(shù)量，不同粒徑的顆粒數(shù)目由不同的測量頻道獲得。

特點：測量結果易受顆粒物對光的散射能力的影響，深色顆粒（如碳粒）或?qū)馍⑸淠芰Φ偷念w粒物（如細菌）會導致光信號減弱，使測量結果偏低；而測量體系中散射能力強的超細顆粒物會導致光信號被夸大，使測量結果偏高。油田注水中的顆粒一般較小，測定結果偏高，激光顆粒計數(shù)儀不適宜油田注水的粒徑分析。

1.2 電阻法顆粒計數(shù)儀

原理：基于小孔電阻原理，是一種唯一能通過三維測量而直接提供顆粒體積數(shù)據(jù)和絕對計數(shù)的分析方法，又叫庫爾特法。小孔管浸泡在電解液中，管內(nèi)外各有一個電極，電流可以通過孔管壁上的小圓孔從陽極流到陰極。小孔管內(nèi)部處于低氣壓狀態(tài)，因此管外的液體將不斷流動到管內(nèi)。測量時被測液體中的懸浮顆粒在外力的作用下流過小孔，當不同的顆粒連續(xù)通過小孔時，小孔兩端的電阻將發(fā)生變化，兩電極之間的電阻增大，電壓升高。當電源是恒電流源時，電極之間會產(chǎn)生一個電壓脈沖，其峰值正比于小孔電阻的增量，即正比于顆粒體積。在圓球假設下，脈沖峰值電壓可換算成顆粒直徑和顆粒數(shù)，而統(tǒng)計出粒徑分布。

特點：測量時不受含油污水的顏色、形態(tài)、角度和光學特性等因素影響，具有最小的受限性，適合油田注水的粒徑分析。

1.3 納米激光粒度儀

原理：采用動態(tài)光散射原理和光子相關光譜技術，根據(jù)顆粒在液體中布朗運動的速度測定顆粒大小。由于小顆粒布朗運動速度快，大顆粒布朗運動速度慢，當激光照射這些顆粒時，不同大小的顆粒將使散射光發(fā)生快慢不同的漲落起伏現(xiàn)象。光子相關光譜法根據(jù)特定方向的光子漲落起伏分析顆粒大小。

特點：具有原理先進、精度高、價格高的特點。近年來這類儀器的研發(fā)較快，但其對測量液體中的顆粒濃度要求在5%以上，因而不適合用于懸浮固體含量很低的油田注水的粒徑分析。

2 RC—2100電阻法計數(shù)儀的應用

從2005年開始，大港油田一直用歐美克RC—2100電阻法顆粒計數(shù)儀進行注水顆粒直徑中值的測定。

2.1 電阻法計數(shù)儀主要技術參數(shù)

RC—2100電阻法計數(shù)儀配有4個不同孔徑的小孔管，可根據(jù)不同的需要選用，主要技術參數(shù)見表1。

表1 電阻法計數(shù)儀主要技術參數(shù)

2.2 電解液顆粒總數(shù)的要求和配置

RC—2100電阻法計數(shù)儀需要用電解液作為工作液，電解液的配置直接關系到測定結果的準確性，表2是不同孔徑小孔管對電解液顆粒總數(shù)的要求。

表2 電解液的顆粒總數(shù)要求

針對電解液配置困難和不宜長久存放的問題，經(jīng)過與廠商溝通和多方面研究，決定用0.9%注射用生理鹽水代替電解液。通過對多種品牌的生理鹽水的優(yōu)選，最終找到了能滿足測定要求的生理鹽水，圓滿解決了電解液配置的難題。

2.3 水樣的分散和測定

油田注水中的顆粒一般小于10μm，水樣中懸浮顆粒的分散對測定結果尤為重要，若水樣分散不好，測定結果將產(chǎn)生錯誤。對水樣采用超聲波分散3 min，測定時用60 r/min的速度攪拌，即可取得較好的分散效果。

對油田水中的顆粒選用50μm的小孔管測定最為合適，但由于油田注水中的顆粒數(shù)目過多或有部分大顆粒，極易造成小孔管的堵塞，增加了檢測的難度和重復性，所以只能選用100μm小孔管來測定。100μm小孔管測定的優(yōu)點是檢測速度快、重復性好，缺點是2μm以下的顆粒粒徑分布檢測不出來，但對油田注水水質(zhì)分析來說還是能基本滿足要求的。

2.4 使用效果評價

（1）優(yōu)點。計數(shù)儀的測量是通過電壓脈沖變化測得，不受含油污水樣品的顏色、形態(tài)、角度和光學特性等因素影響，同時樣品用量少，不要求樣品顆粒濃度，適合油田注水的粒徑分析。在測量注水粒徑中值的同時，還能測出水中顆粒總數(shù)及顆粒大小的分布，為油田注水中易堵塞地層孔喉的大顆粒控制提供了依據(jù)。

（2）缺點。存在一定的局限性。從理論上來說只要小孔管的直徑足夠小，就能檢測到任意小的顆粒，但實際上小孔越小越容易堵塞。

3 結論

（1）油田注水中的顆粒粒徑一般較小，激光顆粒計數(shù)儀對油田注水中的粒徑中值測定結果偏高，不適宜油田注水的粒徑分析。

（2）納米激光粒度儀對測量樣品中的顆粒濃度要求在5%以上，因而不適合用于懸浮固體含量很低的油田注水的粒徑分析。

（3）電阻法顆粒計數(shù)儀對樣品限制最小，適合油田注水的粒徑分析；用0.9%注射用生理鹽水作為電阻法顆粒計數(shù)儀的電解液，可圓滿解決電阻法顆粒計數(shù)儀電解液配置和存放的難題；電阻法顆粒計數(shù)儀的不足之處是太小的孔管容易被顆粒堵塞。