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油田水离子色谱分析技术及其在油田开发中的应用

文档作者：李武宁丽荣卢丽文档来源： 1．中国地质大学资源学院 2．中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院		点击数：	更新时间： 2025年09月22日
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上一篇：油田修井作业挤水泥技术

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第32卷第1期
2010年2月
石 油 雾 嚣 他 届
PETR0LEUM GEoLoGY &amp;amp; EXPERIM ENT
Vo1．32．No．1
Feb．．2O10
文章编号：1001—6112(2010)01—0076—07
油田水离子色谱分析技术及其
在油田开发中的应用
李 武 ，宁丽荣 ，卢 丽
(1．中国地质大学资源学院，武汉430074；
2．中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡214151)
摘要：针对常规化学分析方法分析油田水中常量离子的缺点，开展了油田水离子色谱分析技术研究，并应用到泌阳凹陷安棚油田
的油田水分析中，为油田开发提供了可靠的分析数据。研究成果表明安棚油田储层条件较差，不同层位油田水受储层性质的影
晌较大，注入水对储层的溶蚀作用较强。安棚油田浅中层与深层的油田水差别显著，深层油田水受注水的影响更大。泌l85一
安21o8一安65～安27一安2029一泌185等井组成的闭合区域为统一储集体，具有较好油气储集条件。油田水离子色谱分析技
术对研究储层连通性、注水开发效果具有重要意义。
关键词：DX-500型离子色谱仪；色谱分析；油田水；注水开发；安棚油田；泌阳凹陷；南襄盆地
中图分类号：TEl33．2 文献标识码：A
OILFIELD WATER IoN CHROMATOGRAPHIC ANALYSIS TECHNIQUE
AND ITS APPLICATIoN IN oILFIELD DEVELoPM ENT
Li W u ，Ning Lirong。，Lu Li。
(1．Faculty of Earth Resources，China University of Geosciences，Wuhan，Hubei 430074，China；
2．Wu i Research Institute of Petroleum Geology，SINOPEC，Wuxi，Jiangsu 214151，China)
Abstract：A research on the oilfield water ion chrom atographic analysis technique has been conducted in
order to overcome the problems encountered in constant ion analysis of oilfield water by conventional
chemical analysis method．The new technique has been applied into the oilfield water analysis in the An—
peng Oilfield of the Biyang Sag，and has provided liable analysis data for oilfield development．The re—
suhs indicate that the reservoir condition of the Anpeng Oilfield is poor，the oilfield water is influenced
significantlv bv the reservoir features，and the erosion effect of the inj ection water to the reservoir is
strong．The characteristics of the oilfield water in the shallow— middle and the deeper parts of the An—
peng Oilfield in the Biyang Sag are obviously different，with the greater influence of the injection water
in the dee．per part．The closed area composed by the Bi 185-An 2108一An 65一An 27一An2029-Bi185
is a unifled reservoir with good performance for oil and gas accumulation．So oilfield water ion ehroma—
tographic analysis technique has important significance in the research of the continuity of the reservoirs
and the effect of inj ection development．
Key words：DX-500 ion chromatograph；chromatographic analysis；inj ection development；oilfield wa—
ter；Anpeng Oilfield；Biyang Sag；Nanxiang．．Basin
注水开采是油藏开发的主要方式，随着开发的
深入，油田水中常量离子浓度必然受到注水的干
扰，虽然已难以恢复原始油田水的离子浓度特征，
但是可以通过分析受注水干扰的油田水常量离子
特征，了解其平面分布状况，从而推测油田水受干
扰的的程度，反映储层的连通性，为注水井的布置
提供地球化学依据。因此油田水的离子分析在油
气开发过程中具有重要的意义。长期以来，油田水
中常量离子一直采用常规化学分析方法(如重量
法、原子吸收法、比色法等)进行分析口 ]。而离子
色谱分析具有选择性好、灵敏、快速、简便的特点，
可同时测定多组分，特别是难以用其他仪器和分析
收稿日期：2009-07～14；修订日期：2009—12-29。
作者简介：李武(1965一)，男，高级工程师，主要从事油田水地球化学技术、油气地球化学勘探研究。E-mail：liwu@mail·wuxisuo·eotll。
基金项目：国家自然科学基金项目“地质环境及生物演化与海相优质烃源岩形成”(40839910)。
第1期 李武，等．油田水离子色谱分析技术及其在油田开发中的应用 ·77 ·
方法分析的组分。笔者经过大量不同类型的样品
分析，形成了较完整的柱前预处理离子色谱测定油
气田地层水中常见阴阳离子的分析方法，在油田开
发的应用中取得了较好的效果。
1 油田水离子色谱分析技术
1．1 离子色谱分析原理
DX一500离子色谱仪分析原理为：在5．11
PEAKNET工作站控制下，注入的水样经定量管
和气动六通阀自动切换，在淋洗液携带下，流过离
子交换色谱保护柱和分析柱，水样中各种离子因所
含电荷、具有的半径、水合能及其它性质的差异，导
致了对离子交换树脂亲合力的不同，使阴阳离子在
淋洗液和树脂之间的分配系数也不尽相同，在柱中
反复洗脱和交换后被分开并依次流出，进入自动微
膜抑制器，进行相应的H’。和OH一的交换，使得被
测离子变成相应的电导较高的碱和酸，背景电导变
成水和低电导的碳酸，经电导检测器逐个检测；废
液再通过抑制器微膜外侧完成电解液使命后排出。
原始数据由工作站记录，如峰高、峰宽、峰面积、保
留时间等，并进行相应的数理统计和数据处理。利
用在同一条件下绘制的曲线，自动求出水样中各离
子的含量(图1)。
1．2 离子色谱分析条件优化和结果验证
选择代表性样品进行了预处理前后数据、线性
范围、检测限、稳定性、准确性等试验；并在此技术
基础上，利用分离柱的分离能力，对可以定性的离
子也进行了定量。
1．2．1 样品处理前后诸离子结果考察
对于复杂基体的水样，为了尽量减少可能对分
离柱和抑制器的损害，分别将源样简单过0．45肚m
微膜进样分析结果与经过超滤、吸附和离子交换等
一系列处理后进样的图谱进行比较(图2)。处理
前后谱图对比表明，处理后的样液离子没有损失，
而且基线也较未处理样液平滑，基线电导也略低。
图1 Dx一500离子色谱仪流程示意
Fig．1 Sketch map showing the analysis
flowchart of DX一500 ion chrom atograph
∽
曲
100
8．0
∞ 6．0
曲
4．0
2．0
O
0 2o0 400 600 8 o0 l000 l2o0
时间／min
图2 处理前后阳离子和阴离子叠合色谱图
Fig．2 Superimposition of cation and anion
chromatograms prior and after treatment
1．2．2 进样方式确定
对于被测离子浓度在同一水平或差异在一个
数量级上下，离子色谱分析不仅准确且快速，一般
可以一次进样同时分析。而测试样品中有些离子
浓度(特别是氯、钠离子)与其它离子浓度相差4个
数量级，甚至更高，只能适当稀释，分别进样，单个
测定。当测定低含量离子，以稀释至高浓度离子不
干扰测定为宜，即基本不影响峰的分离、基线抑制
和保留时间。一般需要至少一次预进样才能较准
确判断。对于同一批次样品，分析时可相互借鉴。
而测定高含量的某一单个离子时，可另编一方法曲
线，主要是在高含量区建立一线性方程，以减少稀
释倍数和误差，所测离子对应的阴离子或阳离子也
须预交换，以减少抑制器负荷和平稳基线。同一样
品2次进样色谱图如图3所示。
1．2．3 结果稳定性
分别配制1 mg／L含量或更低浓度混合标样及实
际样品，重复进行5次进样检测。含Cl一，NO ，S 一，
Na ，K ，Mg ，Ca 。。7,0离子的样液测定结果稳
· 78 · 石 油 察 髓 弛 届 第32卷
0 2 0 40 60 80 100 120 140
时间／mIn
图3 同一样品稀释不同倍数两次进样色谱图
Fig．3 Chromatograms of the same sample injected in 2 times under different dilution multiple
定性见表1。标样混合液相对标准偏差均小于2 ，
最小的仅0．55 ；实际样品相对标准偏差均小于
3 (表1)。
5次进样阴阳离子色谱图见图4，吻合程度非常
高，几乎完全重合。而且，进样的时间跨度为8 h，除
了基线有些漂移差异外，结果一致。无论从图上还
是从数据上，表明本方法可用于测定油田水中常见
阴阳离子。
1．2．4 数据准确性
准确度试验用3种形式加以表述。1)配制了不
同浓度的混合标准溶液，分阴阳离子两大组，每组3
个不同浓度，含有Na ，K ，Mg ，Ca ，C1一，S0i一
表1 阴阳离子分析结果重现性
Table 1 Reproducibility of the cation and anion analysis results
∞
曲
注：”一5。
1 J50
l 25
1 00
∞ 075
50
025
0
_025
-o 50
0 2 00 400 600 800 10．00 12 00 1400 1600 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
时间／min 时间／min
图4 五次进样阴、阳离子色谱图叠合
Fig．4 Superimposition of cation and anion chromatograms of the same sample injected in 5 times
第1期 李武，等．油田水离子色谱分析技术及其在油田开发中的应用 · 79 ·
表2 不同浓度混合标样分析误差
Table 2 Analysis error of the standard samples
m ixed under different c0ncentratiOn
诸离子进色谱仪分析，考察测定结果的偏差，见表
2。2)将混合标准加入实际样品中，以实测5次的
样品数据平均值为底液值，加标回收试验，考察回
收率情况，见表3。需要提出的是，实际样品分析
中，往往发现F 位置峰较标准混合液F一峰宽大，
而且有时也不对称，此时，定量F 时须慎重。3)
准确度试验还可以用对照试验方式进一步表述，把
离子色谱法测定结果与SY／T 5523-2000((油气田
水分析方法》中化学分析结果对照，部分离子的两
种方法对照试验详见表4。
由此可见，预处理后离子色谱法测定结果的
准确性是可靠的，其检测准确度高于经典化学分
析法。
1．2．5 线性范围、方程和检测限
一般要求离子色谱测定下限应为1 rag／I 即
表3 部分阴阳离子回收率
Table 3 Recovery rate of the part of cations and anions
注：”一5。
满足分析要求。以离子色谱抑制电导法检测下限，
见诸文献的报道值，一般在0．01～0．1 mg／I ，完全
能够满足要求。配制5个点和部分高含量离子3
个点，测定面积积分值，计算各个离子的面积与浓
度关系的线性相关系数、线性方程，并以噪声两倍
值估算检测下限。从表5可以看出，各离子的线性
相关系数均大于一般仪器规定值0．995。因此，至
少在实验浓度范围内，各离子的浓度与峰面积之间
有良好的线性关系。诸离子浓度与峰面积之间线
性关系如图5。范围之外离子浓度应与最近处标
准溶液点之比小于2，否则应重新处理进样。
1．2．6 部分实际样品结果
部分样品离子数据详见表6。对于测定过程
中出现的部分样品中可以定量的F一，Br ，NO ，
NOy，PO{一，Li。。，NH4+ 等离子进行了测定，对
C ()；一，I等离子进行了定性。
为了考察离子色谱测定离子浓度的准确度，分
析化学工作者亦进行了大量的对比试验，其中孔昭
柯_6 等人的试验结果表明，离子色谱法测定低浓度
F ，C1一，NH4+的相对误差大于高浓度的相对误
差；同一种离子浓度越大，测定的相对误差越小，准
确度越高；另外离子色谱法测定常规离子的准确度
接近真实值，其检测准确度高于化学分析法。
表4 离子色谱法(Ic)与经典化学法(CA)分析结果比较
Table 4 Comparison of the results from the ion chromatograph
technique and the conventional chemical analysis method
· 80 · 石 油 囊 劈 沾 届 第32卷
表5 阴阳离子线性方程及检测范围
'Ihble 5 Cation and anion linear equation and detection range
图5 诸离子浓度与峰面积之间的线性关系
Fig．5 Linear relationship between the concentration
of different ion and its peak area
2 应用实例
本次离子色谱分析技术试验研究选择了勘探
程度较高的南襄盆地泌阳凹陷东南部的安棚油田，
面积约16 km。。该油田是一个北西一南东向的鼻
状构造，向南东方向倾没，其西南翼较低，东西翼较
缓，断层不发育，构造形态简单 ]。
2．1 油田水常量离子特征
本次研究采集的泌阳凹陷安棚油田的油田水
受注水井的影响，不同井的油田水离子浓度差别较
大，同时同一地区浅中深层同时开采，可能存在混
层混源等问题(表7)。从数据中可以看到，安棚油
田核三段上部(中浅层)、核三段下部(深层)油田水
的变化范围较大。以Na 为例，由1 500 mg／L到
35 000 mg／L；绝大部分离子的变化幅度也很大；
而HC05离子的变化相对较小，一般均在1 000
2 000 mg／L范围内。而注水井注入水的离子含量
普遍低2～3个数量级。从而可以认为：1)安棚油
田油田水常量离子受注水井影响较大，不同采油井
受到的影响具有较大差异，从而也从另一侧面反映
安棚油田的储层条件较差，与该区低孔低渗特征相
吻合。2)安棚油田不同层位油田水受储层性质的
影响较大(表8)，将与储层岩性关系密切的Ca ，
SO；一，HCO 的变化幅度，与油田水中Na ，
Mg抖，C1等相比较，可以发现实测的数据(受注
水影响)与收集的数据(原始测量，未受注水影响)
相比，后者变化幅度大，而前者相对深层还有变高
的趋势，从而反映了注入水对储层的溶蚀作用较
强。3)安棚油田油田水中与油气关系密切的离子
含量普遍较高。如NH ，HCO ，H S等。4)从
表8中还可以看出，该地区浅中层与深层的差别也
是显著的，而且深层受注水的影响可能更大。
2．2 油田水常量离子与油气藏关系分析
泌阳凹陷安棚油田已实施了注水开采，因此油
田水中常量离子浓度必然受到注水的干扰，虽然已
难以恢复原始油田水的离子浓度特征，但是可以通
表6 部分实际样品分析结果
Table 6 Detection results of part actual samples mg／L
第1期 李武，等．油田水离子色谱分析技术及其在油田开发中的应用
表7 泌阳凹陷安棚油田油田水常项离子特征
Table 7 Characteristics of the constant ions in oilfieid water of the Anpeng Oiifield in the Biyang Sag mg／I
部位 井号 井530 Na NH4+ K1。 Mg。 Ca。1。 C1 S0j— HCO2 COi— H2S
安2036 35 480 210
安2101 10 870 55．2
安2102 5 435 4O
安2103 2 156 24．2
安2104 5 1 72 45
安2105 11 86O 1oo
安2106 采 2 844 42．4
安2107 油 2 046 27．2
安2108 井 3 260 62． 2
安27 4 188 56
安63 1 494 l8．4
安64 3 170 30．8
掌 安65 5 975 87
安81 2 168 81．2
泌255 10 640 260 508 68 15 100 1 488 2 104 53．6
安2037 134 — 0．85 6．2 10．4 l3．5
安2118 160 一 一8．2 13．8 14．4
安2123 地 160 一 一8．8 13 l3．6
安2132 衣 160 0．83 6．37 10．5 13．3
安2133 162 8．8 14．8 14．9
安62 水 159 一 一8．4 17．4 14．6
安67 井 161 一 一8．4 12．4 15
泌254 161 一 一 9．2 19．4 13．8
92
84．6
90．2
89．8
85．2
84．3
85．2
97
泌99 161 一 一8．8 14．6 14．4 84．2
表8 泌阳凹陷安棚油田中浅及深层系油田水地球化学特征
Table 8 Statistics of the geochemical characteristics of the oilfieid water
in the shallow- middle and the deeper parts of the Anpeng Oilfield in the Biyang Sag
过分析受注水干扰的油田水常量离子特征，了解其
平面分布状况，从而推测油田水受干扰的程度，或
可能反映的一些规律。由于安棚油田浅中层、深层
在平面上位于同一地区，不同层位同时开采，已不
4 4 2 6 8 一 8 1 1 6
4 4 1 5 4 3 3 4 7
1 9 7 1 8
一 6 一 &amp;amp;1 一 ～ 2互 4 2
9 2 6 3 9 8 4 7 0 5
O 1 8 4 6 9 4 9 2 6
9 8 4 8 O 3 2 5 O 6
1 1 l 1 1 l l 1
O 6 2 O 6 0 2 4 4 6 6 0 4 8
O 4 7 3 9 8 3 3 8 1 6 9 6 5
8 9 9 5 6 1 4 6 9 6 4 3 8 3
O 2 4 1 1
2
0 O 0 8 0 O 8 8 O 6 8 O 0 O
4 O 6 9 2 8 7 7 4 5 9 5 4 8
1 6 8 8 2 9 1 1 l 7 3 1 O 3
O 3 6 1 6 6 3 2 4 3 1 4 7 2
6 8 2 6 2 4 6 4 2
6 6 8 3 l O 2 2 O 9 5 7 9 8
7 3 2 1 1 6 1 1 2 1 1 2
。 二二二二
8 6 6 8 8
6 O 8 9 O O 6 5 6 3 8 9 1 4
5 1 4 2 6 5 9 6 O 9 3 9 6 7
3 3 1 l 3 1 1
· 82 · 石 油 雾 劈 弛 赝 第32卷
可能进行分层讨论。在此选择了油田水中氯离子
的平面分布特征(图6)与安棚油田深层系气层有
效厚度等值线图[ (图7)进行对比研究，可以清楚
地发现两者具有相似性。即有效厚度大的地区，油
田水离子浓度越低；有效厚度小的地区，油田水离
子浓度越高。
因此通过研究注水地区油田水离子浓度的变化
规律，可以间接地反映油气层的有效厚度。另外由
于离子浓度越低，说明受到注水的干扰越大，离子浓
度越高，受到注水的干扰越小；而油气层的有效厚
度与储层的孔渗条件、储层的连通性也是密切相关
的。因此可以认为，安棚油田由泌185～ 安2108一
安65一安27 安2029一泌185井组成的一个闭
合区域，为一个统一的储集体；该储集体具有较好
的油气储集条件，且井井之间储层连通性较好。与
鼻状构造图相对比，有利地区主要位于该鼻
状构造的前缘顶部，这些地区受注水井的干扰也最
图6 泌阳凹陷安棚油田油田水氯离子含量平面分布特征
Fig．6 Distribution characteristics of the C1一concentration
in oilfield water of the Anpeng Oilfield in the Biyang Sag
图7 泌阳凹陷安棚油田深层系油气层有效厚度等值线
1．断裂；2．构造等高线／m；3．油层厚度／m
Fig．7 Effective thickness contour of the deep oil and
gas bearing layers of the Anpeng Oilfield in the Biyang Sag
大。而位于边缘井位，虽然其周边也有注水井分
布，但油田水离子浓度仍较高，则说明这些采油井
受注水干扰不大，进而反映储层连通性差的特点，
因此在注水井布置时要尽量予以避免。
3 结论
1)离子色谱分析通过更换色谱柱和淋洗液可以
同时分析油田水中的阳离子和阴离子。离子色谱灵
敏度高、被分析离子可以有效分离、相互干扰少，水预
处理简单，可以直接测得一价阳离子；也可以测定原
子吸收光谱法不能测定的阴离子。因此可以取代石
油系统中沿用多年，操作繁琐的传统化学分析方法。
2)离子色谱分析在泌阳凹陷安棚油田的应用取
得较好的效果，取得了以下认识：①通过对安棚油田
不同井的油田水离子含量的分析，注水井和浅中层
系、深层产油气层油田水具有明显的差异性。②从
安棚油田油田水的常量离子平面特征图分析，区域
上以鼻状构造的前缘顶部受注水井的影响最大，指
示注水井的流向主要集中于安63井区；但同时其他
指标反映该区域储层的非均质性亦非常明显。
3)Dx一500型离子色谱仪具有较高的精度和
稳定性能，分析数据可靠。随着分析的深入开展，
相关技术包括注水采油区块的水淹、水串以及注水
实效分析等问题将得到解决。
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(编辑徐文明)

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