油田水中鐵離子含量測定方法的對比

南 源 張澤佳 陳小娟 馬雙政 張耀元 曾金輝 李志蘭 梁益光

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，廣東 湛江524057）

1 概述

鐵離子含量是注水水質監測和海管腐蝕監測的重要指標，油田水鐵離子超標會給油田開發生產帶來極大的影響。主要體現在以下三方面：一是對注水水質的影響，尤其是對懸浮物含量及粒徑分布檢測結果的影響；二是使注水管網腐蝕程度增加;三是易造成地層污染和堵塞，降低地層的吸水能力，增加大量的措施費用[1]。

常用的油田水中鐵離子含量測定方法主要有兩類，一是原子光譜法，包括原子吸收光譜法、ICP 光譜法等，此方法準確度高、檢出限低，但儀器昂貴；二是分光光度法，此方法儀器成本低、操作簡單、應用廣泛，其中又以鄰菲啰啉比色法使用最為廣泛[2]。

但在油氣田注入水水質普查或快速監測實驗現場水質時，常采用HACH 粉枕試劑快速測鐵法測定鐵離子含量[3]。本文分別采用HACH 粉枕試劑快速測鐵法、鄰菲啰啉分光光度法和ICP 光譜法測定鐵離子，并對這三種實驗方法進行分析和對比，以期為油田水中鐵離子的測定方法提供參考。

2 實驗部分

2.1 主要儀器設備

紫外可見光分光光度計，DR5000 型，美國哈希公司

電感耦合等離子原子發射光譜儀，iCAP7400，美國賽默飛世爾科技公司

2.2 試劑準備

HACH 粉枕試劑，編號103769-CN

鹽酸溶液（1+1）

硫酸溶液（1+1）

HAc-NaAc 緩沖溶液（pH≈5.0）

鹽酸羥胺溶液（10%）

鄰菲啰啉溶液（0.5%）

鐵標準貯備液（100ug/mL）

鐵標準使用液（25ug/mL）

2.3 實驗方法

2.3.1 鄰菲啰啉分光光度法[4]

亞鐵離子在pH 值3～9 的條件下，與鄰菲啰啉（1，10－二氮雜菲） 反應，生成桔紅色絡合離子：3C12H8N2+Fe2+→［Fe（C12H8N2）3］2+，此絡合離子在pH 值3～4.5 時最為穩定。水中三價鐵離子用鹽酸羥胺還原成亞鐵離子，可用分光光度計在波長510nm 處測其吸光度。由標準曲線查得相應的總鐵含量，計算出試樣中總鐵的質量濃度。

2.3.2 HACH 粉枕試劑快速測鐵法[5]

HACH 鐵試劑粉枕包的主要成分包括緩沖物質碳酸氫鈉、指示劑鄰菲羅啉和還原劑鹽酸羥胺。實際上，HACH 粉枕試劑快速測鐵法的原理與鄰菲啰啉分光光度法基本相似。

2.3.3 ICP 光譜法（ICP 光譜法）[6]

經過加酸消解的水樣注入電感耦合等離子體原子發射光譜以后，目標元素在等離子體火炬中被氣化、電離、激發并輻射出特征曲線，在一定的濃度范圍內，其特征譜線的強度與元素的濃度成正比。

3 結果與討論

3.1 精密度與準確度

3.1.1 方法精密度

取同一水樣，分別采用上述三種實驗方法測定總鐵含量，平行測定5 次，計算相對標準偏差，結果見表1。由表1 可知，三種分析方法中ICP 光譜法的平行性相對較好，相對極差為2.5%，相對標準偏差為1.8%，精密度較高，鄰菲羅啉分光光度法次之。

表1 精密度測試數據

3.1.2 方法準確度

為了檢驗分析方法的準確度，以同一批水樣為基礎，加入一定含量的鐵標準使用液，測定其回收率，結果見表2。由表2可知ICP 光譜法的加標回收率最高，三種分析方法的平均加標回收率都達到96%以上，在規定的范圍（95%～105%）[7]內，說明均具有較高的準確度。

表2 回收率測試數據

表3 海上平臺與陸地實驗室總鐵檢測對比

3.1.3 海上平臺與陸地實驗室總鐵檢測對比

受平臺條件所限，海上油氣田水樣一般運回陸地實驗室檢測。由于水樣從海上平臺運回到陸地實驗室有一定的時間，即使運回來的水樣加了硝酸，水樣的穩定性可能存在一定的影響。為了驗證陸地實驗室的檢測結果的有效性，分別在海上平臺和陸地實驗室對同一批水樣分別采用鄰菲啰啉分光光度法和HACH 粉枕試劑快速測鐵法測定總鐵含量，結果見表3。由表3 可知，鄰菲啰啉分光光度法和HACH 粉枕試劑快速測鐵法相標準偏差分別為（0.3%～1.5%）和（1.0%～3.2%），均在行業標準允許的范圍內。鄰菲啰啉分光光度法的測定結果受環境因素的影響較小，具有良好的穩定性和再現性。

3.2 結論與建議

3.2.1 結論

實驗結果表明，無論是在精密度上還是在準確度上，ICP 光譜法明顯優于HACH 粉枕試劑快速測鐵法和鄰菲啰啉分光光度法，適用于鐵離子的精確定量。

無論是現場檢測還是室內分析，鄰菲啰啉分光光度法和HACH 粉枕試劑快速測鐵法均能滿足鐵離子檢測標準的質量要求。其中，就分析結果而言兩者無顯著差異，但前者穩定性和再現性更好。

現場油田水鐵離子含量的測定要求高頻次、及時、快速、準確，選用HACH 粉枕試劑快速測鐵法能滿足生產需求，實現對鐵離子的快速檢測。

3.2.2 建議

測定鐵離子的方法存在各自的測定范圍，而且具有不同的特征和效果，在進行水汽鐵離子含量測定時，需要結合實際情況選擇，以達到理想的效果。同時，實驗人員應規范實驗操作以減少人為誤差，優化實驗條件以達到最佳的測定效果[8]。