鄂尔多斯盆地原油产区典型罐底油泥分析研究

贺久长，杨东元，2，3，扈广法，2，3

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司，陕西 西安 710075;2.陕西省石油精细化学品重点实验室，陕西 西安 710054;3.陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054)

油泥是一类伴随石油资源的开采、炼制及输送各环节产生的含有石油等有机质与水、泥沙等组成的稳定胶状体系［1］。据不完全统计，仅我国年产油泥就达800 万t 以上，其具有组成复杂、来源广泛、数量巨大、环境危害性强、处理成本高、难度大等特点［2］。油泥已被列入《国家危险废物目录》中的危险废物类(HW08 项);《国家清洁生产促进法》和《固体废物环境污染防治法》也要求必须对含油污泥进行无害化处理。其对环境的危害及影响已经得到共识，对于油泥的无害化处理及资源化利用是石化行业急需解决的一项重大环保问题［3］。

鄂尔多斯盆地是我国第二大沉降盆地，也是目前油气资源最丰富的地区之一，油气总资源量超过86 亿t［4］，境内主要由延长及长庆两家石油公司进行勘探开采。据不完全统计，该区域因石油资源的开采，年形成油泥量超过40 万t，其中70%以上是油田沉积罐底形成的油泥。其数量巨大、成分复杂、环境危害性大，处置不当不仅影响企业正常的生产，更是对环境的严重危害和资源的极大浪费。为实现油泥的资源化利用及无害化处理，需对油泥的来源、组成、数量及性质进行详细的普查并对其成分进行全面、科学的分析研究，掌握其特性后制定系统的工艺处置方案，以实现其资源的综合利用及污染物的彻底无害化处理。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

甲苯、无水乙醇、石油醚、氯仿均为分析纯。

罐底油泥，分别取自鄂尔多斯盆地东部区块，子长县某联合站原油沉降罐底、安塞县某集油站原油沉降罐底;西部区块，吴起县某联合站原油沉降罐底、志丹县某联合站原油沉降罐底;南部区块，富县某联合站原油沉降罐底;按季度进行为期一年的监测取样分别混合均匀后作为测试样品使用。

MA-35 型红外水分测定仪;Vario EL cube 元素分析仪;Quanta 400 型环境扫描电镜;6300 型ICP 光谱仪;AFS-2000 型原子荧光仪;SDTA851 型热重分析仪;D/Max2550VB+/PC 型全自动X-射线衍射仪。

1.2 分析方法

1.2.1 含水率测试 按GB/T 8929 方法执行。

1.2.2 含泥率测试 称取1 ～2 g 油泥于恒重后的瓷坩埚中，将坩埚放入电炉，低温灰化1.5 h 后移入高温马弗炉中，温度缓缓升至650 ℃，恒温4. 0 h(残渣呈灰白色，无黑色)。取出样品坩埚于干燥器中，冷却至室温，称量灰化后泥砂的重量。再将样品坩埚放入马弗炉中于650 ℃恒温1.0 h，取出样品坩埚，放入干燥器中冷却到室温，再次称量泥砂的重量。至前后泥砂重量之差＜0.002 0 g，即可按照前后差值求得油泥中泥砂含量。

油泥固含量(X1)= ((M2－M3)/M1)×100%

式中 M1——待测油泥样品质量，g;

M2——经过高温马弗炉灰化后油泥与坩埚的质量，g;

M3——坩埚的质量，g。

1.2.3 有机物含量测试 按GB/T 16488 方法执行。如无红外分光测量仪，油泥样品中总有机物的质量百分含量也可按差量法计算得到。

油泥有机物含量X3= 100－X1－X2

式中 X1——油泥的固含量，%;

X2——油泥的水分含量，%。

1.2. 4 油泥中微量元素分析 按GB/T 15618执行。

1.2.5 油泥元素分析 对经105 ℃热处理后的油泥样品进行元素分析。

1.2.6 油泥能谱分析 对经105 ℃热处理后的油泥样品进行EDX 能谱分析。

1.2.7 油泥XRD 分析 对经105 ℃热处理后的油泥样品进行XRD 分析。

1.2.8 油泥工业分析 按GB/T 212 执行。

2 结果与讨论

2.1 油泥含水率

罐底油泥含水率分析结果见图1。

图1 罐底油泥含水率分布Fig.1 The moisture content of sludge

由图1 可知，罐底油泥含水率为18. 9% ～56.7%，平均35.48%。

2.2 油泥含泥率

罐底油泥含泥率分析结果见图2。

图2 罐底油泥含泥率分布Fig.2 The mud containing rate of sludge

由图2 可知，罐底油泥含泥率为9. 1% ～58.6%，平均30.4%.

2.3 油泥中有机物含量

罐底油泥有机物含量分析结果见图3。

图3 罐底油泥有机物含量分布Fig.3 The organic content of sludge

由图3 可知，罐底油泥有机物含量为22.4% ～53.6%，平均34.56%。

2.4 油泥挥发分含量

罐底油泥不同温度下的挥发分含量分析结果见图4。

图4 罐底油泥各温度下挥发分分布Fig.4 The volatile rate of sludge

由图4 可知，罐底油泥的85 ℃数均挥发分为36.33%，105 ℃挥发分为45.59%，160 ℃下挥发分为52.98%。

2.5 油泥沸程组分含量

罐底油泥各沸程下的组分含量分析结果见图5。

图5 罐底油泥各沸程下组分含量分布Fig.5 The boiling rang rate of sludge

由图5 可知，罐底油泥不同沸程区间含量分布为150 ～250 ℃数均组分占9.35%，250 ～400 ℃数均组分占14. 46%，400 ～650 ℃数均组分占2.66%。

2.6 油泥中的有害元素

罐底油泥中有害元素的平均含量见表1。

表1 油泥有害元素分析Table 1 The harmful elements analysis of sludge

由表1 可知，油泥中各有害元素的平均含量均小于我国农用污泥标准GB/T 4284 中重金属元素的限度。

2.7 油泥元素分析

对105 ℃干基油泥进行元素分析，其各主要元素含量见表2。

表2 油泥元素分析Table 2 The elements analysis of sludge

由表2 可知，除硫含量外油泥中元素基本与煤接近。

2.8 油泥能谱分析

以西部区块吴起县某沉降罐底油泥为典型，其105 ℃干基油泥EDX 分析结果见图6。

由图6 可知，罐底油泥中的元素分布及丰度主要为石油烃类有机物及土壤成分元素。

图6 典型罐底油泥能谱分析图Fig.6 The EDX of typical sludge

2.9 油泥XRD 分析

通过X-射线粉末衍射对鄂尔多斯盆地各区块所产油泥样品分析可知，油泥主要泥沙成分为:长石44% ～56%，平均52.2%;石英22% ～27%，平均24.8%;岩屑7.0% ～9.0%，平均7.6%，黑云母平均5.4%。岩屑主要由变质岩、火成岩及少量沉积岩组成。

罐底油泥中泥沙组分及含量与石油开采区域的地质构成及岩石学特征非常类似，除此以外，油泥中泥沙组分中还含有一定量的压裂砂。

2.10 油泥中微量元素分析

对罐底油泥通过ICP 方法进行微量元素分析，结果见表3。

表3 油泥微量元素分析Table 1 The trace elements analysis of sludge

油泥中微量元素组分及丰度基本与开采地地质条件符合，铁元素的含量主要由于石油采集运输过程中的腐蚀物引起。

3 结论

鄂尔多斯盆地典型原油产区，罐底油泥的含水率在18.9% ～56.7%，平均含水率35.48%;含泥率在9.1% ～58.6%，平均含泥率30.4%;有机物含量在22.4% ～53.6%，平均有机物含量34.56%;罐底油泥的150 ～250 ℃沸程轻油物质含量在3.28% ～24.31%，平均含量9.35%;250 ～400 ℃沸程重油物质含量在5. 09% ～28. 49%，平均含量14. 46%;400 ～650 ℃沸程蜡质、胶质及沥青质物质含量在1.29% ～5.81%，平均含量2.66%。

油泥中微量元素、重金属元素组分及含量均符合我国农用污泥限度要求，罐底油泥中泥沙组分及含量与石油开采区域的地质构成及岩石学特征非常类似。油泥中主要的污染危害源为石油烃类污染，超过国家限度100 倍，因此油泥的资源化利用及无害化处理的重点是如何在低成本无污染物转移的情况下，将其中的石油类资源进行分质利用，处理后使其石油烃类含量低于我国农用污泥污染物限度要求。

［1］ 刘五星，骆永明，滕应，等.我国部分油田土壤及油泥的石油污染初步研究［J］.土壤，2007，39(2):247-251.

［2］ 全翠，李爱民，高宁博，等.采用热解法回收油泥中原油［J］.石油学报，2010，26(5):25-30.

［3］ 李美蓉，孙向东，袁存光.自高含油罐底油泥回收原油的深度处理技术［J］.石油化工高等学校学报，2006，19(2):65-69.

［4］ 许修强，王红岩，申志兵，等.油砂油泥含油率测定方法研究［J］.化工科技，2008，16(4):1-4.