CN113008827A - 钻井固体废物含油率的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种钻井固体废物含油率的测定方法，属于检验检测领域。方法包括：对待测固体废物进行取样，得到待测样品；将待测样品与正己烷溶剂混合，得到样品溶液；对样品溶液进行超声萃取，得到萃取后溶液；对萃取后溶液进行离心分离，得到上清液；对上清液进行旋转蒸发处理，得到石油类物质；将石油类物质溶解在四氯乙烯溶剂中，得到待测溶液；采用红外分光光度法测定待测溶液中石油类物质的浓度；确定待测固体废物的含水率；根据待测样品的质量、待测固体废物的含水率、待测溶液的容量和石油类物质的浓度计算得到待测固体废物的含油率。该方法的萃取流程简单，萃取条件更优，测定精准度更高，且不会对环境以及工作人员的健康造成危害。
Description
技术领域
本公开涉及检验检测领域，特别涉及一种钻井固体废物含油率的测定方法。
背景技术
在石油钻井过程中会产生钻井岩屑、废弃泥浆等固体废物，这些钻井固体废物中含有石油类物质。国家以及企业本身对于对这些固体废物的无害化、资源化利用和处置有严格的要求，固体废物中的石油类物质的含量的百分比(含油率)必须满足国家相关标准，才能够进行下一步处置或利用。
我国并无针对钻井固体废物含油率测定的标准，相关技术中公开了测定土壤中石油类物质的方法，方法如下：对待测土壤进行取样，以四氯乙烯为萃取剂，振荡萃取土壤样品，滤膜过滤分离后，再通过红外分光光度法测定石油类物质的含量，最后根据石油类物质的含量计算固体废物中的含油率。由于钻井固体废物样品含油率相较于土壤样品普遍较高，使用上述方法测定钻井固体废物样品，需要使用大量的萃取剂，四氯乙烯有毒，大量的四氯乙烯会对环境以及工作人员的健康造成危害。相关测定石油类物质的技术中，还有例如重量法、紫外分光光度法、荧光法等。重量法由于其灵敏度低，只适用于高浓度样品中含油量测定，不适用于资源化利用后或无害化处理后样品含油量的测定；而紫外法和荧光法的测定上限很低，若要满足含油率较高的钻井固体废物的测定需求，必然减少取样量且高倍数稀释萃取物，影响结果准确度。
发明内容
本公开实施例提供了一种钻井固体废物含油率的测定方法，可以减小测定钻井固体废物中含油率时使用的四氯乙烯的含量，减小对环境以及工作人员的健康的危害。同时可以在满足较大测定范围的前提下，保证较好的准确度和精密度，操作简单、成本低廉，所述技术方案如下：
本公开提供了一种钻井固体废物含油率的测定方法，所述方法包括：
对待测固体废物进行取样，得到待测样品；
将所述待测样品与正己烷溶剂混合，得到样品溶液；
对所述样品溶液进行超声萃取，得到萃取后溶液；
对所述萃取后溶液进行离心分离，得到上清液；
对所述上清液进行旋转蒸发处理，得到所述上清液中的石油类物质；
将所述石油类物质溶解在四氯乙烯溶剂中，得到待测溶液；
采用红外分光光度法测定所述待测溶液中的所述石油类物质的浓度；
确定所述待测固体废物的含水率；
根据所述待测样品的质量、所述待测固体废物的含水率、所述待测溶液的容量和所述待测溶液中的所述石油类物质的浓度确定所述待测固体废物的含油率。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述根据所述样品的质量、所述待测固体废物的含水率、所述待测溶液的容量和所述待测溶液中的所述石油类物质的浓度确定所述待测固体废物的含油率，包括：
其中，W表示所述待测固体废物的含油率，单位百分比；
C表示所述待测溶液中的所述石油类物质的浓度，单位毫克每升；
V表示所述待测溶液的容量，单位毫升；
M表示所述待测样品的质量，单位克；
F表示所述待测固体废物含水率，单位百分比。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述方法还包括：
将所述待测样品与正己烷溶剂混合前，对所述待测样品进行干燥处理。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述对所述样品溶液进行超声萃取，得到萃取后溶液，包括：
将所述样品溶液置于萃取容器中，进行超声萃取，得到所述萃取后溶液。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述超声萃取的温度的范围在20至25摄氏度之间，所述超声萃取的超声功率的范围200至250瓦，所述超声萃取的时间范围在5分钟至15分钟之间。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述对所述萃取后溶液进行离心分离，得到上清液，包括：
将所述萃取后溶液置离心机中，进行离心处理，得到所述上清液。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述离心处理的时间的范围在5分钟至15分钟之间。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述离心处理的离心转速的范围在3500转每分钟至4000转每分钟之间。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述旋转蒸发处理的真空度的范围在70至90千帕之间，温度的范围在20至30摄氏度之间。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述确定所述待测固体废物的含水率，包括：
采用蒸馏法确定所述待测固体废物的含水率。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
在本公开实施例中，通过正己烷萃取待测固体废物中的石油类物质，使用超声萃取，加快萃取速度。并通过旋转蒸发处理使将正己烷与石油类物质分离。将石油类物质溶解在四氯乙烯中，得到待测溶液。然后采用红外分光光度法测定待测溶液中的石油类物质的浓度，可以保证各浓度范围含油率测定的检出限要求。根据待测样品的质量、待测溶液的容量、待测溶液中的石油类物质的浓度、待测固体废物含水率确定待测固体废物的含油率。在分别使用四氯乙烯和正己烷萃取待测固体废物中的石油类物质时，萃取相同质量的石油类物质，需要的四氯乙烯的用量约为正己烷用量的6倍，且由于正己烷的毒性小于四氯乙烯，所以采用正己烷萃取待测固体废物中的石油类物质，可以避免大量使用四氯乙烯对环境以及工作人员的健康的造成危害。相比重量法、紫外分光光度法和荧光法，红外分光光度法测定的含油率的范围更广，保证含油率测定的检出限要求，同时简化萃取流程，优化萃取条件，提高测量精准度。虽然本公开后续使用四氯乙烯作为溶剂进行石油类物质溶解，但相比直接使用四氯乙烯作为萃取剂，使用的量较少，可以避免大量使用四氯乙烯对环境以及工作人员的健康的造成危害。本公开中使用离心分离方式，可以实现固液高效分离，避免使用滤纸过滤时滤纸对石油类物质的截留，节约时间。本公开中使用旋转蒸发浓缩上清液，可以有效实现正己烷和石油类物质的快速分离，旋转蒸发方式还可以回收溶剂，实现溶剂的重复利用，节约时间和成本。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本公开实施例提供的一种钻井固体废物含油率的测定方法的流程图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是本公开实施例提供的一种钻井固体废物含油率的测定方法的流程图。参见图1，钻井固体废物含油率的测定方法包括：
步骤S1：对待测固体废物进行取样，得到待测样品。
在本公开实施例中，待测固体废物的量一般很多，通过对待测固体废物进行取样，使用样品代替整体更加方便。
示例性地，对待测固体废物进行取样时，可以先确定取样样品的质量，通过称量装置称取一定量的待测固体废物的样品。
例如，待测样品的质量的范围可以在5克(g)至10克之间。如果称取的待测样品的质量太少，石油类物质的质量太少，影响测定石油类物质的质量的准确性，影响最终的测定的待测固体废物的含油率的精度。如果称取的待测样品的质量太多，所使用的萃取剂较多，同时使用的四氯乙烯溶剂较多，浪费资源，也会给环境和工作人员的健康的带来危害。所以，称取5克至10克的待测固体废物，进行测定，既保证能够测量出样品中石油类物质的含量，又避免浪费资源，污染环境。
例如，该称量装置可以为天平，天平测量精准，可以保证测量精度，同时操作简便。
示例性地，可以对待测样品进行干燥处理。对于流动性较大的待测固体废物，可以先称取待测固体废物，然后对称取的待测固体废物进行干燥化处理，便于后续待测固体废物与正己烷溶剂的充分混合和接触。
示例性地，可以通过硅藻土对称取的待测样品进行干燥处理。
步骤S2：将待测样品与正己烷溶剂混合，得到样品溶液。
在本公开实施例中，正己烷是一种化学溶剂，可溶解油脂类物质，可用于萃取待测固体废物中的石油类物质。
在该实现方式中，石油类物质在正己烷中的溶解度较高，通过正己烷萃取出待测固体废物中的石油类物质，可以减少萃取剂的使用，降低成本。
示例性地，可以将称取的待测固体废物放入锥形瓶中，然后往锥形瓶倒入一定量的正己烷溶剂，使待测样品与正己烷溶剂混合。
示例性地，往锥形瓶倒入的正己烷溶剂的容量可以在50毫升(ml)至100毫升之间，保证待测固体废物中的石油类物质能够充分混合在正己烷溶剂中。例如，正己烷溶剂的容量可以为60毫升。
示例性地，锥形瓶的容量可以在150毫升至250毫升之间，保证锥形瓶的容量能够盛装混合后的溶液。
本公开根据实验得知，当使用四氯乙烯和正己烷分别萃取待测固体废物中的石油类物质时，萃取相同质量的石油类物质，需要的四氯乙烯的用量约为正己烷用量的6倍。所以采用正己烷萃取待测固体废物中的石油类物质，可以减少萃取剂的用量，降低成本，同时由于正己烷的毒性小于四氯乙烯，这种萃取方式可减少对工作人员健康和环境的伤害。
步骤S3：对样品溶液进行超声萃取，得到萃取后溶液。
在本公开实施例中，通过超声萃取可以加快正己烷萃取的速度，使待测固体废物中的石油类物质充分溶解在正己烷溶剂中。
超声萃取，亦称为超声波辅助萃取、超声波提取，超声波萃取利用超声波辐射压强产生的强烈空化作用、扰动效应、高加速度、击碎和搅拌作用等多级效应，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促进萃取的进行。
对样品溶液进行超声萃取，得到萃取后溶液，包括：
将样品溶液置于萃取容器中，进行超声萃取，得到萃取后溶液。
示例性地，超声萃取的温度的范围在20至25摄氏度(℃)之间，该温度范围对应常温，不需要额外加热，简化超声萃取的操作。
示例性地，为保证超声萃取的效果，使石油类物质充分溶解在正己烷溶剂中，超声萃取的超声功率的范围可以在200至250瓦之间，超声波萃取的时间的范围可以在5分钟(min)至15分钟之间。例如，超声萃取的超声功率可以为250瓦，超声波萃取的时间的可以为10分钟。
步骤S4：对萃取后溶液进行离心分离，得到上清液。
在本公开实施例中，石油类物质溶解在正己烷溶剂中，对萃取后溶液进行离心分离，溶液会分层，上清液中溶解有石油类物质，取出上清液，便于后续操作得到石油类物质。
在该实现方式中，通过离心的方式处理萃取后的样品溶液，可以加快样品溶液分层。避免使用滤纸过滤时滤纸对石油类物质的截留，同时节约时间。
示例性地，可以将萃取后的样品溶液放入离心管中，将离心管放入离心机器中，进行离心处理。
为保证离心得到的溶液能过够分离出上清液，离心机器的转速范围可以在3500转每分钟(r/min)至4000转每分钟之间，离心时间可以在5分钟至15分钟之间。例如，离心机器的转速可以为3500转每分钟，离心时间可以为10分钟。
步骤S5：对上清液进行旋转蒸发处理，得到上清液中的石油类物质。
在本公开实施例中，采用正己烷溶剂萃取待测固体废物中的石油类物质后，石油类物质会溶解在正己烷溶剂中，上清液中含有石油类物质和正己烷。通过旋转蒸发处理可以有效实现正己烷和石油类物质的快速分离，可以测定石油类物质的质量，便于后续计算待测固体废物中的含油率。旋转蒸发方式还可以回收溶剂，实现溶剂的重复利用，节约时间和成本。
示例性地，可以将离心后得到的上清液转移至浓缩瓶中，将浓缩瓶放置在旋转蒸发仪上进行蒸发处理，使正己烷蒸发，最终得到上清液中的石油类物质。
在相同的大气压下，正己烷与石油类物质的沸点不同，且石油类物质的沸点始终高于正己烷的沸点。可以将旋转蒸发仪的温度设在石油类物质的沸点与正己烷的沸点之间，在蒸发时，正己烷可以蒸发掉，而石油类物质不会蒸发。
示例性地，可以采用水浴加热的方式，更加方便。
示例性地，旋转蒸发处理的真空度的范围可以在70至90千帕之间，温度的范围可以在20至30摄氏度之间。
示例性地，该蒸发仪可以为旋转蒸发仪。
例如，可以将旋转蒸发仪的真空度设置为80千帕(kpa)，温度设置在25摄氏度，在该真空度和温度下正己烷可以蒸发，而石油类物质不会蒸发。
在真空度为80千帕的条件下，正己烷的沸点低于25摄氏度，此时不需对上清液进行额外加热，正己烷就可以蒸发掉，得到石油类物质，更加方便。
真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度＝大气压强-绝对压强。
旋转蒸发仪可以不断旋转，液体附于蒸馏器的壁上，形成一层液膜，加大了蒸发的面积，使蒸发速度加快。
示例性地，可以将离心后得到的上清液转移至圆底浓缩瓶中，此时需要使用支架固定圆底浓缩瓶。在其他实现方式中，也可以将离心后得到的上清液转移至平底浓缩瓶中，平底浓缩瓶可以直接放置在蒸发仪的平台上。
在该步骤中，将离心后得到的上清液转移至浓缩瓶中进行蒸发处理时，可以观察浓缩瓶中溶液的量，当浓缩瓶中溶液的量不再减少时，说明正己烷已蒸发完，可以停止蒸发了。一般来说，称取5克至10克的待测固体废物，最终蒸发得到的溶液在1毫升左右。
步骤S6：将石油类物质溶解在四氯乙烯溶剂中，得到待测溶液。
在本公开实施例中，将石油类物质和正己烷溶剂分离后，石油类物质的体积较小，不方便直接测定石油类物质的质量，将石油类物质溶解在四氯乙烯溶剂，可以通过浓度确定石油类物质的质量。
将蒸发得到的石油类物质溶解在四氯乙烯溶剂中时，可用先将蒸发得到的石油类物质转移至容量瓶中。然后使用少量四氯乙烯清洗浓缩瓶，并将清洗液全部转移到容量瓶中，保证浓缩瓶中的溶液完全转移至容量瓶中，提高测量的准确性。最后使用四氯乙烯进行定容，得到一定容量的待测溶液。
在本公开中，使用正己烷作为萃取剂时，溶解在正己烷中的石油类物质只能通过使用紫外法、荧光法或重量法测定，从而得到含油率，其中紫外法和荧光法的测定上限较低，若要满足含油率较高的固体废物的测定需求，必须减少取样量且高倍数稀释石油类物质，影响结果准确度。而重量法的操作繁琐，灵敏度低，测定下限较高，很难满足含油率较低的固体废物的含油率的测定。
将石油类物质溶解在四氯乙烯溶剂中，得到待测溶液，便于后续通过其他方法测量待测溶液中石油类物质的浓度，最终确定石油类物质的含量。
步骤S7：采用红外分光光度法测定待测溶液中的石油类物质的浓度。
在本公开实施例中，将石油类物质溶解在四氯乙烯溶剂中，得到待测溶液后，可以测定待测溶液中的石油类物质的浓度，最终确定石油类物质的质量。
示例性地，可以使用红外分光光度法测待测溶液吸光度，并与标准曲线对照，得到石油类物质的浓度。
在该实现方式中，采用红外分光光度法测定待测溶液中的石油类物质的浓度，可以保证各浓度范围含油率测定的检出限要求，在保证准确度和精密度的前提下，简化萃取流程，优化萃取条件，适用于含油率浓度变化较大的钻井固体固体废物中含油率的测定。
步骤S8：确定待测固体废物的含水率。
示例性地，可以采用蒸馏法确定待测固体废物的含水率。例如可以采用《石油产品水含量的测定蒸馏法》(GB/T 260-2016)确定待测固体废物的含水率。
例如，可以另称取一份一定量的待测固体废物，采用蒸馏法测定待测固体废物含水率。测定待测固体废物的含水率时，称取的待测固体废物的质量范围可以在50克至100克之间，便于测定含水率。
步骤S9：根据待测样品的质量、待测固体废物的含水率、待测溶液的容量和待测溶液中的石油类物质的浓度确定待测固体废物的含油率。
其中，含油率的计算公式为：
式中：
W——待测固体废物的含油率，单位百分比(％)；
C——待测溶液中的石油类物质的浓度，单位毫克每升(mg/L)；
V——待测溶液的容量，单位毫升；
M——待测样品质量，单位克；
F——待测固体废物含水率，单位百分比。
在本公开实施例中，通过正己烷萃取待测固体废物中的石油类物质，使用超声萃取，加快萃取速度。并通过旋转蒸发处理使将正己烷与石油类物质分离。将石油类物质溶解在四氯乙烯中，得到待测溶液。然后采用红外分光光度法测定待测溶液中的石油类物质的浓度，可以保证各浓度范围含油率测定的检出限要求。根据待测样品的质量、待测溶液的容量、待测溶液中的石油类物质的浓度、待测固体废物含水率确定待测固体废物的含油率。在分别使用四氯乙烯和正己烷萃取待测固体废物中的石油类物质时，萃取相同质量的石油类物质，需要的四氯乙烯的用量约为正己烷用量的6倍，且由于正己烷的毒性小于四氯乙烯，所以采用正己烷萃取待测固体废物中的石油类物质，可以避免大量使用四氯乙烯对环境以及工作人员的健康的造成危害。相比重量法、紫外分光光度法和荧光法，红外分光光度法测定的含油率的范围更广，保证含油率测定的检出限要求，同时简化萃取流程，优化萃取条件，提高测量精准度。虽然本公开后续使用四氯乙烯作为溶剂进行石油类物质溶解，但相比直接使用四氯乙烯作为萃取剂，使用的量较少，可以避免大量使用四氯乙烯对环境以及工作人员的健康的造成危害。本公开中使用离心分离方式，可以实现固液高效分离，避免使用滤纸过滤时滤纸对石油类物质的截留，节约时间。本公开中使用旋转蒸发浓缩上清液，可以有效实现正己烷和石油类物质的快速分离，旋转蒸发方式还可以回收溶剂，实现溶剂的重复利用，节约时间和成本。
采用本公开的方法测定含油率，测定的含油率范围较广，准确度和精密度较高，解决了现有测定方法在萃取剂使用和应用于固体废物含油率测定的局限性。除此之外，该方法所需的设备和试剂简单易得，能普遍适用于行业内绝大部分实验室的仪器设备和技术能力。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述方法包括：
对待测固体废物进行取样，得到待测样品；
将所述待测样品与正己烷溶剂混合，得到样品溶液；
对所述样品溶液进行超声萃取，得到萃取后溶液；
对所述萃取后溶液进行离心分离，得到上清液；
对所述上清液进行旋转蒸发处理，得到所述上清液中的石油类物质；
将所述石油类物质溶解在四氯乙烯溶剂中，得到待测溶液；
采用红外分光光度法测定所述待测溶液中的所述石油类物质的浓度；
确定所述待测固体废物的含水率；
根据所述待测样品的质量、所述待测固体废物的含水率、所述待测溶液的容量和所述待测溶液中的所述石油类物质的浓度确定所述待测固体废物的含油率。
2.根据权利要求1所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述根据所述待测样品的质量、所述待测固体废物的含水率、所述待测溶液的容量和所述待测溶液中的所述石油类物质的浓度确定所述待测固体废物的含油率，包括：
其中，W表示所述待测固体废物的含油率，单位百分比；
C表示所述待测溶液中的所述石油类物质的浓度，单位毫克每升；
V表示所述待测溶液的容量，单位毫升；
M表示所述待测样品的质量，单位克；
F表示所述待测固体废物含水率，单位百分比。
3.根据权利要求1或2所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述待测样品与正己烷溶剂混合前，对所述待测样品进行干燥处理。
4.根据权利要求1或2所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述对所述样品溶液进行超声萃取，得到萃取后溶液，包括：
将所述样品溶液置于萃取容器中，进行超声萃取，得到所述萃取后溶液。
5.根据权利要求4所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述超声萃取的温度的范围在20至25摄氏度之间，所述超声萃取的超声功率的范围200至250瓦，所述超声萃取的时间范围在5分钟至15分钟之间。
6.根据权利要求1或2所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述对所述萃取后溶液进行离心分离，得到上清液，包括：
将所述萃取后溶液置于离心机中，进行离心处理，得到所述上清液。
7.根据权利要求6所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述离心处理的时间的范围在5分钟至15分钟之间。
8.根据权利要求6所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述离心处理的离心转速的范围在3500转每分钟至4000转每分钟之间。
9.根据权利要求1或2所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述旋转蒸发处理的真空度的范围在70至90千帕之间，温度的范围在20至30摄氏度之间。
10.根据权利要求1或2所述的钻井固体废物含油率的测定方法，其特征在于，所述确定所述待测固体废物的含水率，包括：
采用蒸馏法确定所述待测固体废物的含水率。
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