油田產出水中10 種含氟示蹤劑的液質聯用分析方法

王躍寬，溫守國，聯 翩，黃 成，羅 遙，謝詩章，石曉博

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

目前油田井間示蹤監測技術已經由單井、單層位測試逐步向多井、多層位、多輪次、整體區塊應用方向發展。渤海A 油田C 區塊，2016 年8 月共進行5 井次15 層位的示蹤劑同時作業，共同受益井10 口。傳統的無機鹽類示蹤劑和稀土元素類示蹤劑，由于種類少、用量大、檢測精度低等原因，已經不能滿足測試需求[1-5]。含氟示蹤劑作為一類新型示蹤劑，具有種類多、檢測精度高、用量少、成本低、綠色環保等特點，能很好的解決上述問題，已成為油田示蹤測試的主力產品[6]。目前含氟示蹤劑已經在渤海油田應用超過90 井次。

經調研，含氟示蹤劑的檢測方法有氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）法、液相色譜法和液相色譜-質譜聯用（LC-MS）法。氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）法涉及衍生化操作，過于繁瑣，易造成誤差，且大批量樣品測試時效較差[7-9]。液相色譜法在實際油田水測試中，檢測精度較低[10]。液相色譜-質譜聯用（LC-MS）法雖有報道，但也只是針對單獨某種含氟示蹤劑，沒有針對多種示蹤劑同時檢測的方法[11]。在多井次同時注入含氟示蹤劑時，共同受益井有可能同時產出多種示蹤劑，因此又面臨多種示蹤劑同時檢測的問題。

針對上述問題，深入研究了含氟示蹤劑的液相色譜-質譜聯用（LC-MS）檢測方法，以10 種含氟示蹤劑為研究對象，建立了油田產出水中10 種含氟示蹤劑的液質檢測法。該方法簡便、快捷，為多種含氟示蹤劑的同時檢測提供了新方法。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

10 種含氟示蹤劑標準品（MT-2、MT-4、MT-24、MT-31、MT-32、MT-231、MT-241、MT-341、MT-Q1 和MT-P1，日本TCI，有效含量均＞98.5 %）；乙腈（Merck色譜級）；蒸餾水（屈臣氏）；油田產出水（渤海A 油田）。

質譜儀（Agilent G6460）；高效液相色譜（Agilent 1260）；精密電子天平（梅特勒ML204）；色譜柱：Agilent Poroshell C18，（3.0 mm×50 mm，2.7 μm）。

1.2 標準溶液的配制

（1）分別稱取10 種含氟示蹤劑標準品，用乙腈溶解配制成濃度10 mg/L 的單標溶液，以下簡稱單標溶液。

（2）稱取10 種含氟示蹤劑標準品，用乙腈溶解配制成濃度均為10 mg/L 的混合標液，以下簡稱混標溶液。

1.3 檢測條件

1.3.1 色譜條件 流動相：A 為蒸餾水，B 為乙腈，流速0.6 mL/min，柱溫35 ℃，進樣量10 μL。

對配制的單標溶液進行色譜條件摸索，發現所有含氟示蹤劑在乙腈有效含量（體積比，與水相比）30 %～50 %，均能在2 min 內出峰，保留時間較集中，等度色譜條件無法將10 種示蹤劑完全分開。同時考慮到其中存在同分異構體，質譜檢測器不能進行分離，因此測定配制的混標溶液時需采用梯度法。同時考慮到實際油田水樣中含鹽較高，梯度開始部分采用較高比例水相，讓無機鹽類物質盡可能提前通過色譜柱，在樣品進入質譜前，用六通閥排掉前部含鹽樣品，減少鹽分在離子源處對目標物離子化造成影響。

1.3.2 質譜條件 采用電噴霧離子源ESI 負離子模式，N2為載氣，超純N2為碰撞氣，霧化氣壓力613.4 kPa，干燥氣溫度300 ℃，干燥氣流速10 L/min。

分別對配制的單標溶液進行母離子掃描、Frag 電壓優化及CE 碰撞能優化等操作，最終形成適合每種示蹤劑的質譜檢測條件。將10 種含氟示蹤劑的質譜條件進行整合，形成測試配制的混標溶液的質譜測試方法。

1.4 標準曲線的建立

采用1.3 優化出的液質聯用檢測法，測定不同濃度下10 種含氟示蹤劑混標溶液的響應值，采用外標法繪制濃度-峰面積標準曲線，確定線性檢測范圍和最低檢測限及定量限。

2 結果與討論

2.1 色譜結果

經過1.3.1 色譜條件的不斷摸索、優化，最終形成10 種含氟示蹤劑的液相梯度條件（見表1）。采用表1所列方法，8 min 就能把10 種含氟示蹤劑全部流出。

表1 10 種含氟示蹤劑混標溶液的液相梯度條件Tab.1 Liquid phase gradient conditions of 10 fluorine-containing tracers mixed solution

2.2 質譜結果

在電噴霧離子源ESI 負離子模式下，10 種含氟示蹤劑的母離子均為失去一個H-形成的[R-H]-峰，定量子離子為失去一個-COO-的[R-COOH]-峰，10 種含氟示蹤劑的質譜條件（見表2）。采用液質聯用法，通過MRM（動態多反應監測）模式進行母離子及相應定量子離子的檢測，能達到準確的分離和定量，結果（見圖1）。

從左到右分別為：MT-32、MT-Q1、MT-2、MT-31、MT-4、MT-341、MT-231、MT-24、MT-P1、MT-241。

2.3 標準曲線及限值

將10 mg/L 的混合標液稀釋為10 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、300 μg/L、500 μg/L、700 μg/L、1 000 μg/L 的系列標液，采用優化出的10 種含氟示蹤劑的液質聯用法進行測定，用外標法建立標準曲線。10 種含氟示蹤劑標準曲線的回歸方程、相關系數R2、檢測限（見表3）。

表2 10 種含氟示蹤劑混標溶液的質譜條件Tab.2 Mass spectrometry conditions of 10 fluorine-containing tracers mixed solution

圖1 10 種含氟示蹤劑TIC 圖Fig.1 TIC charts of 10 fluorine-containing tracers

表3 10 種含氟示蹤劑標準曲線的相關參數Tab.3 Relevant parameters of standard curves of 10 fluorine-containing tracers

2.4 方法驗證

用渤海A 油田產出水（經測試含氟示蹤劑含量為零）配制濃度分別為10 μg/L、400 μg/L 和800 μg/L 的10 種含氟示蹤劑的混標溶液，經膜過濾后進行檢測，每個樣品平行測定3 次，結果（見表4）。

表4 10 種含氟示蹤劑空白加標回收率Tab.4 The recovery rate of blank marking of 10 fluorine-containing tracers

由表4 結果可以看出：含氟示蹤劑在實際油田產出水中的加標回收率較高，滿足測試要求。

3 結論

以10 種含氟示蹤劑為研究對象，開展了油田產出水中10 種含氟示蹤劑的液質聯用檢測方法研究。

（1）建立了油田產出水中10 種含氟示蹤劑的液質聯用檢測法。相較于液相法和氣質聯用法，該方法具有簡便、快捷、精度高等特點。同時其測試時間比單獨測試節省很多，適合于油田大批量樣品的檢測分析工作。經渤海油田實際應用，此方法抗干擾力強、分析快速，對見劑情況的判斷基本準確。

（2）可在此方法基礎上，依據油田實際注入示蹤劑種類，適當調整檢測方法，節省測試時間及檢測費用。