废弃油基钻井液钻屑含油量室内测定方法探讨

白超峰，吴洪特，岳前升，陈军，汪军（长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 434023）

含油钻屑是在石油勘探开发过程中产生的，属于石油钻井污染中的固体废物，是废弃钻、完井液固液分离后产生的无用固相，主要由矿物油、油基钻井液和岩屑三部分组成［1～4］。

目前对水和土壤中油含量的监测已有了成熟的监测技术，郑健［5］研究了浊度法、气相色谱法、电阻法、热解法、紫外吸收光度法、荧光光度法、红外吸收光度法（非色散红外吸收光度法和红外分光光度法）等方法在水和土壤中含油量测定中的运用。但含油钻屑由于含有矿物油，其性质与土壤差别较大，含油钻屑含油量的测量方法还未见有成熟报道［6～11］。下面介绍一种实验室中检测含油钻屑含油量的测量方法——索氏抽提差量法。

1 试剂、仪器与预处理

1.1 主要试剂和仪器

试剂：甲苯，石油醚（沸程为60～90℃），石油醚（沸程为30～60℃），无水硫酸钠，茂名5＃白油，沸石。

仪器：索氏提取器，UV2450型紫外可见分光光度计，SHZ－DⅢ型调温电加热套，GZX－9140MBE型电热恒温鼓风干燥箱，BS124S电子天平。

1.2 钻屑材料及预处理

试验所用的含油钻屑均取自于中国海洋石油有限公司在渤海油田的油层段；试验前需将其在105℃烘箱中干燥至恒重。

2 试验方法

2.1 索氏抽提差量法

准确称取3份已烘干、混合均匀的含油钻屑30g，滤纸包好，分别置于干燥的索氏提取器、圆底烧瓶、250ml具塞锥形瓶中，编号1、2、3；向1、2号加入150ml溶剂（石油醚60～90℃），在90℃下加热回流萃取10h，分别将萃取后的钻屑烘干至恒重后称取质量，钻屑萃取前后的质量差即为含油质量。

向3号具塞锥形瓶中加入150ml溶剂（石油醚60～90℃）后，轻轻振荡，置于90～98℃水浴中热浸提取10h，中间放气2次，过滤（滤纸需用萃取剂预先浸泡24h，并用适量的无水硫酸钠干燥），将过滤后滤液置入已干燥至恒重的烧杯中；并继续向滤渣中再加25ml溶剂，水浴中振荡30min；重复用溶剂洗涤滤渣，至滤渣中加入萃取剂后为无色时；再将含滤液烧杯置于70℃烘箱中干燥5h，取出放入干燥器中，待样品冷却30min后，称取质量，烧杯前后质量差即为含油质量。

2.2 索氏抽提－紫外分光光度计法

2.2.1 标准曲线的绘制

向7个50ml容量瓶中，分别加入0.00、2.00、4.00、8.00、12.00、20.00和25.00ml标准油使用溶液，用石油醚（60～90℃）稀释至标线。在紫外分光光度计上的254nm处用1cm石英比色皿以脱芳烃石油醚为参比，测定吸光度，绘制标准曲线［12］（图1）。

2.2.2 含油量的测定

准确称取30g已预处理后钻屑，装入索氏提取器中，向圆底烧瓶中加入150ml的石油醚（60～90℃）作为萃取剂，萃取适当时间。萃取后用脱芳烃的石油醚（60～90℃）洗涤，将洗涤后石油醚并入用于洗涤钻屑的含油石油醚中，将其在1000ml容量瓶中定容，与标准样品在同一条件下测定含油钻屑样品吸光度。在标准曲线上查出对应其吸光度的含油质量，并计算钻屑的总含油质量。

图1 标准曲线

2.3 含油量的计算

式中：w为含油率，%；m1为萃取前钻屑的质量，g；m2为 萃取后钻屑的质量，g；x为通过标准曲线计算的钻屑含油量，mg／L；A为吸光度。

3 试验与讨论

3.1 萃取方法的影响

称取3份质量相近的已预处理过的含油钻屑，以石油醚作萃取剂，分别采用圆底烧瓶蒸馏萃取、索氏提取器萃取、锥形瓶萃取3种不同的萃取方式，探讨了不同萃取方式对萃取效果的影响，结果如表1所示。

表1 不同萃取方式对萃取效果的影响

由表1可知，蒸馏萃取能有效地分离出钻屑中所含有的原油，但萃取不够完全；索氏提取器萃取的容量大、完全，效果最好，并且操作安全简单；锥形瓶的萃取量较小，且操作较复杂，若中途未注意放气可能发生爆裂，另外由于回流量小，萃取不完全，效果不好。因此，索氏提取器萃取的方法能够较准确地测量含油钻屑中的含油量并且测量结果标准偏差小。

3.2 萃取剂的影响

称取3份质量相同的预处理过的含油钻屑，采用索氏提取器萃取方式，分别以甲苯、石油醚（30～60℃）、石油醚（60～90℃）作萃取剂，探讨不同萃取剂对萃取效果的影响，如表2所示。

表2 不同萃取剂对萃取效果的影响

由表2试验数据可知，甲苯、石油醚（60～90℃）的萃取效果较好，从含油钻屑中萃取出的油较完全。由于石油醚（60～90℃）、甲苯的沸点较石油醚（30～60℃）高，因此钻屑中的原油在较高的温度下与萃取剂接触完全，分离钻屑与油的效果好，所测得含油量也较准确。但由于甲苯毒性大，因此在测量含油钻屑的含油量时选择石油醚（60～90℃）作萃取剂，萃取效果好。

3.3 萃取时间的影响

称取6份质量相同的预处理过的含油钻屑，采用索氏提取器萃取方式，以石油醚（60～90℃）作萃取剂，探讨了不同萃取时间下萃取效果的变化，结果如图2所示。

由图2可知，随着试验萃取时间的延长，萃取总量逐渐增大，但是单位时间内的萃取量逐渐减少，当萃取时间达到10h后萃取总量几乎达到最大值。因此萃取试验选择萃取时间为10h，萃取量达到最大限度。

3.4 索氏抽提差量法与索氏抽提紫外分光光度计法对比

分别准确称取12份30g已预处理后的钻屑，分为两组（A、B），每组6份分别采用索氏抽提差量法（简称差量法）和索氏抽提紫外分光光度计法（简称紫外法），分别加入150ml的石油醚（60～90℃）为萃取剂，回流萃取4、6、8、10、12、14h，测量其钻屑含油率，结果如图3所示。

图2 萃取时间对萃取效果的影响

图3 不同测定方法所测的结果对比

由图3可以看出，差量法和紫外法虽然都是采用索氏抽提法萃取回流，但是在相同的萃取时间内2种方法测得的油的含油率都保持一定的差值，且差量法所测得的油含油率明显比紫外法高，因此可以判断差量法较紫外法，其所测得的结果更精确。

3.5 索氏抽提差量法的验证

称取3份用索氏抽提差量法萃取后烘干的钻屑样品27g，各加入萃取出的矿物油3g，并将其混合均匀。再次用索氏抽提差量法测量其含油量，以验证该方法是否能萃取完全，其结果如表3所示。

表3 索氏抽提差量法结果验证

由试验数据可知，理论含油率为10.00%，而用索氏抽提差量法测得含油率为9.85%，其能够准确测量含油钻屑中的含油率，其数据再现性、重复性好。

4 结论

由试验数据及分析可知，采用索氏提取的萃取方法，用石油醚（60～90℃）为萃取剂对钻屑萃取10h，称量其萃取前后的质量差即可准确测得钻屑中的含油量，且试验使用的药品少、数据准确、标准偏差小（1.39%）、操作安全简便、数据重现性好，适于芳烃含量较高的含油钻屑的含油量的测定。

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