原油中油基泥漿污染定量分析

摘要：試驗采用氣相色譜法定量分析探井采出原油中油基泥漿的污染量，選擇相鄰的色譜峰，根據色譜峰變化規律計算峰型變化校正系數，確定污染的色譜峰的實際峰面積，根據峰面積的增量利用外標法對污染物進行定量分析，并在無污染原油中定量加入污染物，驗證該方法的適用性。結果表明，整體偏差在2%以內，該方法簡捷可靠，能準確定量污染原油樣品中油基泥漿的污染量，滿足實際生產需求。

關鍵詞：原油；氣相色譜法；油基泥漿；污染物；定量分析

中圖分類號：TE256 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0015-04

Quantitative Analysis of Oil-Based Mud Pollution in Crude Oil

HE Junhui， FU Yun， LAI Jianbin， YIN Hongchao， ZHANG Ying， WANG Bo

（CNOOC Experimental Center， Engineering Technology Branch of CNOOC Energy Development Co.， Ltd.， Tianjin 300452， China）

Abstract： In this experiment， gas chromatography is used to quantitatively analyze the pollution level of oil-based mud in crude oil extracted from exploration wells， and adjacent chromatographic peaks are selected， and the peak shape correction coefficient is calculated based on the peak variation pattern to determine the actual peak area of the contaminated chromatographic peak， based on the increment of peak area， the external standard method is used for quantitative analysis of pollutants， and the pollutants are quantitatively added to unpolluted crude oil to verify the applicability of this method. The results indicate that the overall deviation is within 2%， and this method is simple and reliable， and can accurately quantify the amount of oil-based mud contamination in crude oil samples， meeting practical production needs.

Keywords： crude oil; gas chromatography method; oil-based mud; contaminants; quantitative analysis

探井泥漿是含有大量懸浮物、膠狀物的水包油或是油包水的混合物，分為水基泥漿、油基泥漿以及混合型泥漿[1]。在原油取樣分析過程中，由于反排不徹底，泥漿特別是油基泥漿中的基礎油部分極易混入取樣原油中，造成樣品污染，影響樣品的進一步分析，使后續分析結果產生偏離實際的誤差，結果不能反映油品的真實性質，易對后期研究產生錯誤的引導[2]。因此，準確定量污染原油樣品中泥漿含量，利用定量結果校正原油的污染量，使各項數據回歸實際值，對指導勘探開發具有重要意義[3-6]。

目前無明確的評價方法判斷原油是否污染油基泥漿，難以確定污染量，現場測定只能粗略定量，而且易受樣品中其他物質干擾，或者污染基礎油與原油特定組分段烴類組成一致，導致無法判斷。例如，基礎油大多為柴油，導致污染原油的圖譜與普通原油差異不大，常用的紅外光譜法很難確定是否有污染。試驗采用氣相色譜法，確定污染油品的烴類組成，采用外標法，結合特征峰的正態分布趨勢，定量分析污染量。結果表明，氣相色譜法是一種可靠的測定手段。

1 試驗部分

1.1 儀器及試劑

試驗儀器為氣相色譜儀，型號為Agilent 7890A。根據色譜條件，進樣口溫度為300 ℃，采用氫火焰離子化檢測器，檢測器溫度為300 ℃；色譜柱采用HP-1彈性石英毛細柱，柱長為60 m，內徑為0.25 mm，膜厚為0.25 μm；根據柱溫條件，初溫為40 ℃，保持10 min，以4 ℃/min的速率升溫至300 ℃，保持30 min；載氣為氮氣，純度為99.999%；柱流速為1 mL/min，保持恒流；分流進樣，分流比為10∶1。試劑為二硫化碳（色譜純）和作為標樣的泥漿基礎油。

1.2 試驗方法

探井油基泥漿基礎油的正構烷烴主要分布在nC11～nC14（n表示正構烷烴），其中還有含量極低的nC15。與正常原油相比，混入基礎油對原油中nC15峰面積的影響可以忽略（偏差小于1%）。因此，在計算過程中，污染基礎油的nC15峰的峰面積可以忽略不計，根據相近烷烴的正態分布變化趨勢，正常原油中的nC14峰面積按比例用nC15峰面積計算，采用外標法確定基礎油混入原油的量。當然，選用nC11前變化趨勢相同的峰也有同樣效果。基礎油的污染量可以由式（1）計算。只要定量出特征峰的增加量，就可以根據標樣的峰面積計算出污染基礎油的量，從而推斷出油基泥漿的污染量。原油及探井泥漿基礎油的氣相色譜如圖1所示。

（1）

式中：W為基礎油的污染量，%；A1為nC14峰增加的峰面積；m1為外標基礎油樣品基礎油的量，g；A2為標樣nC14峰面積；m2為原油樣品的量，g。

1.3 樣品分析流程

首先，將基礎油用二硫化碳稀釋，配制濃度分別為1%、2%、3%、4%和5%的標準溶液，共有5組，在一定進樣量和色譜條件下分析，做出工作曲線。然后，取一定量的原油樣品，分別按溶劑（二硫化碳）和樣品的質量比2%左右定量配制樣品溶液。按基礎油標準溶液的相同氣相色譜條件上機分析，根據得到的色譜譜圖數據，按小節1.2方法計算基礎油的污染量。樣品分析流程如圖2所示。

2 結果與討論

2.1 氣相色譜分析及譜峰計算

分別選取5份污染油樣和基礎油樣品。將基礎油按質量比用二硫化碳溶劑配制成濃度分別為1%、2%、3%、4%和5%的標準溶液，進樣量為0.4 μL，進行氣相色譜分析。原油樣品分別按質量比配制成濃度2%左右的溶液進行分析。樣品配制結果如表1所示。

各原油樣品氣相色譜分析結果如圖3所示。數據顯示，除了nC11～nC14區間樣品的色譜圖有明顯的凸起變化，其他峰型在主峰碳前后都呈規律分布，說明這個區間有基礎油污染。由于污染物與樣品峰重疊，普通分析方法很難區分一個峰內不同樣品的含量，無法用常規的外標法、內標法或是標準曲線法直接定量。

由于峰型在特定區間規律分布，根據選取的原油樣品全烴氣相色譜變化趨勢（見圖4），計算一定區間內色譜峰變化的相對系數，如nC16～nC19區間。根據計算出的峰面積相對校正系數，確定實際樣品中特征峰nC15的峰面積，根據原油樣品的峰面積測定結果，計算因基礎油污染產生的峰面積增量。如表2所示，從nC19/nC18到nC16/nC15，色譜峰間的面積比例呈規律性變化，由nC18/nC17的值可以推測出nC16/nC15系數值。然后，根據原油樣品中nC16峰的峰面積計算出nC15面積的增量，利用基礎油標準曲線中單位峰面積對應的基礎油質量，計算出原油樣品中基礎油的質量，從而計算出原油中基礎油的污染量，如表3所示。氣相色譜分析結果表明，不同污染程度的原油峰面積增量不同，峰面積增減的部分就是基礎油污染的部分。

2.2 結果的準確度

為了驗證方法的可靠性和準確度，選取1份未污染原油，采用標準加入的方法，配制基礎油和原油濃度分別為6%、10%、15%和30%左右的樣品，根據前面的方案進行結果驗證。由表4結果可知，與實際加入量相比，采用研究方法計算出的數據偏差最小值為0.29%，最大值為1.27%，不影響污染量的確定，說明方法的可靠性較好，證實該方法可用于基礎油污染原油的定量分析。

2.3 影響結果準確度的因素

基礎油污染定量結果的準確度主要有4個影響因素。一是樣品本身，即取樣代表性。選取的原油樣品一定是混合均勻的且經過脫水處理，排除樣品均一性和樣品稱量時產生的誤差，使樣品具有代表性，反映原油樣品的真實組成。二是配樣誤差。應避免稱量誤差，使用電子天平（精度0.000 1 g），保留小數點后四位，保證配樣的精確度。取樣時防止樣品交叉污染，應單獨取樣，最好使用一次性玻璃棒。稱量溶劑時，防止因揮發造成的損失，應在天平讀數穩定后快速取出。配制好樣品后，超聲振蕩5 min，使樣品充分溶解。三是氣相色譜分析方法。應確定進樣系統無殘留，空白圖譜無雜峰。色譜峰不能過載，以免影響后期定量分析。色譜程序升溫要合適，保證所有峰的分離度最優，特別是正構烷烴峰。四是定量計算。對計算結果的影響主要反映在峰面積積分結果上，應盡量統一積分參數，拖尾峰的處理要符合相關標準。

3 結論

污染原油樣品分析顯示，根據特征峰的變化趨勢，計算峰型變化校正系數，利用峰面積增量可以定量分析樣品的污染量，數據可靠。利用氣相色譜分析法，可以從油品烴類組成方面解釋探井原油是否受到外來污染。方法的建立為油品污染定量提供新的技術手段。試驗在無污染原油中定量加入污染物，驗證該方法的適用性。結果表明，整體偏差在2%以內，該方法簡捷可靠。

參考文獻

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