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油气田勘探开发过程会产生大量含油钻屑。由于其毒性大、成分复杂,若处理处置不当,其中的有害成分会对生态环境造成污染,导致动植物无法正常生长甚至死亡。从环境保护、经济效益和行业发展的要求出发,降低含油钻屑的含油量,对其合规处理与处置显得尤为迫切和重要,因此,国内外学者开展了各类含油钻屑处理技术的研究和应用[1]。
含油量是含油钻屑的基本检测指标之一。然而,我国尚未出台相关国家或行业标准,含油钻屑含油量的测定方法也鲜有学者研究,为石油行业危废的处理处置技术开发造成诸多不便。本文分析当前测定方法及标准体系中的问题,并分别提出相关建议,以期为制定普适性强、环境友好、操作简单、结果准确的固体废物含油量检测的国家标准或行业标准提供参考。
固体废物含油量测定方法与标准确立过程中的问题及建议:以含油钻屑为例
Problems and suggestions in establishing the determination method and standard of oil content of solid waste: An example using oil-based drill cuttings
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摘要: 油气勘探开发会产生大量含油钻屑。含油量是含油钻屑处理与处置过程中的基本检测指标。然而,我国尚未制定相应的国家或行业检测标准对其进行测定。业内大都参照水、土壤和固体废物中油类物质的标准方法对其进行检测。分析认为,当前的测定方法存在针对性不足、测定标准和方法不统一、检测指标名称不统一、前处理过程不统一、适用性有待确认等问题。建议尽快根据包括含油钻屑在内的固体废物特性,对其含油量进行明确定义,规范前处理过程,改进测定方法,以期为制定普适性强、环境友好、操作简单、结果准确的固体废物含油量检测的国家标准或行业标准提供参考。Abstract: A large amount of oil-based drill cuttings are produced in the process of oil and gas exploration and development. The oil content is a standard parameter measured in the treatment and disposal of oil-based drill cuttings. However, it is currently detected by methods used in wastewater or soil/solid waste characterization and there are no specific national or industry standards for its detection and determination yet in China. We argue that the current determination methods are insufficiently targeted with unknown applicability and inconsistencies exist in the standards and methods, the terminologies and the pre-treatment process. Studies are urgently needed to find a suitable method to characterize the oil content of oil-based drill cuttings with a clear definition and a standardized pre-treatment process. Sound scientific studies can support the development of a national/industry testing standard which is widely applicable, environmentally friendly, easily operable and accurate in capturing the content of the oil content of oil-based drill cuttings.
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Key words:
- oil-based drill cuttings /
- oil content /
- determination method /
- industry standard /
- applicability
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表 1 常用含油率测定方法
Table 1. Common methods for determination of oil content
方法名称 原理 主要仪器 特点 重量法[10-11] 采用有机溶剂萃取样品中石油类,再蒸出萃取剂,通过称取残留组分重量,用差量法计算样品含油率 电子天平 仪器设备要求低、操作较为简单、不使用标准油品、成本低;灵敏度偏低、有挥发物质损失;适用含油量较高的含油钻屑;准确度与操作条件和操作员的熟练程度有关 红外分光
光度法[12-15]油类中的—CH2—、—CH3、=CH—分别在2930、2960、3030 cm−1处存在伸缩振动,通过测定这3处波长的吸收强度来确定石油类含量 红外测油仪 精密度高、准确性好、测定范围广,数据最具代表性;敏感性低、萃取过程有少量挥发物质损失;适用大批量样品测定 蒸馏法[16-17] 在蒸馏器内对已知体积的样品加热,后将蒸出的油水蒸汽冷凝收集至带刻度的接收器,直接读数确定油相和水相的体积 固相蒸馏仪 结果较为准确、仪器小型便携、操作简单快速;极少量油类物质可能出现碳化;测定结果受接收器精密度影响,适用现场快速测定含油钻屑含油量 紫外分光
光度法[18-19]油中含有共轭键和苯环的芳香族有机化合物在光谱紫外区有特征吸收,通过检测具有共轭双键结构的物质含量来确定样品含油量 紫外分光
光度计操作简单、耗时短、芳烃类检测效果好;灵敏度低,无法测定环烃和饱和烃;适用含油量较高的含油钻屑 气相色谱
法[20-21]将石油烃经色谱柱分离,再分别检测不同的石油烃组分 气相色谱仪 灵敏度和准确度高、选择性好、能定性检测石油烃组分;测定范围仅为C10~C40;使用的标样复杂,样品前处理复杂、分析时间长;不适用于现场测定含油钻屑含油量 表 2 常用含油钻屑含油量检测标准
Table 2. Commonly used oil content testing standard of oil-based drill cuttings
标准名称 标准号 检测指标 分析方法 特点 水质 石油类和动植物油的测定
红外分光光度法HJ 637-2018 石油类 红外分光光度法 操作简单、耗时短,但试样制备方法不适用于固体,需操作者设计前处理过程 土壤和沉积物 石油烃(C10~C40)的
测定 气相色谱法HJ 1021-2019 石油烃(C10~C40) 气相色谱法 灵敏度和准确度高、选择性好、前处理复杂、设备要求高,能定性检测石油烃组分 土壤 石油类的测定 红外分光
光度法HJ 1051-2019 石油类 红外分光光度法 前处理过程简单、耗时短、分析速度快 固体废物 半挥发性有机物的测定
气相色谱-质谱法HJ 951-2018 半挥发性有机物 气相色谱-质谱法 精密度高、设备要求高,能定性定量检测多种半挥发性有机物 石油天然气工业 钻井液现场测试
第2部分 油基钻井液 附录 C 钻屑
中油和水含量的测定GB/T 16783.2-2012 含油量 蒸馏法 测定结果受接收器精密度影响,测定低含油量含油钻屑时可能误差较大 城市污水处理厂污泥检验方法 CJ/T 221-2005 矿物油 红外分光光度法、
紫外分光光度法采用酸化固化再索式萃取的前处理,操作繁杂、耗时长 危险废物鉴别标准 毒性物质含量
鉴别 附录 O 固体废物 可回收
石油烃总量的测定 红外光谱法GB 5085.6-2007 石油烃 红外分光光度法 采用超临界流体萃取(SFE)进行前处理,设备要求高,对现场分析不太适用 油田含油污泥综合利用污染控制
指标 附录 A 油田含油污泥
石油类的测定 红外光度法DB23/T 1413-2010 石油类 红外分光光度法 采用氯仿提取、热乙醇-氢氧化钾溶液皂化、石油醚萃取、四氯化碳溶解的前处理,试剂消耗量大、环境危害大、操作过于繁琐、分析时间长 表 3 常见萃取方法优缺点比较
Table 3. Comparison of advantages and disadvantages of common extraction methods
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