邵洪扬，张娜，李美蓉

关于铁离子稳定剂稳定铁离子能力的检测方法的改进

邵洪扬1，张娜2，李美蓉1

1.中国石油大学（华东）理学院（山东青岛266580）
2.中国石化胜利油田分公司技术检测中心（山东东营257055）

稳定铁离子能力是评价铁离子稳定剂的重要指标之一。为了提高检测方法的时效性，提出了检测稳定铁离子能力的新方法。检测采用质量分数为5%的样品浓度，先加入5 mg/mL的高浓度铁离子标准溶液，用碳酸钠溶液调节pH值观察后，再加入0.5 mg/mL的低浓度铁离子标准溶液的检测方式。为了尽可能减小调pH值所加入的碳酸钠溶液的体积，将标准中仅用质量分数为5%碳酸钠溶液调节pH值调整为先用质量分数为15%碳酸钠溶液调节pH值到3.5左右，再用5%碳酸钠溶液微调至4.0～5.0。方法改进后，检测结果的相对偏差维持在1.0%以内，满足相对偏差要求，且时效性高。

铁离子；稳定剂；检测；评价

在油田开发过程中，酸化作业作为油水井增产、增注的一项有效措施在油田现场得到了广泛应用。但不管是基岩酸化、压裂酸化还是解堵酸化均有铁离子（Fe2+、Fe3+）产生，形成的氢氧化铁沉淀会堵塞地层孔隙及油气渗流通道，影响了酸化处理效果及油气产能[1]。为了预防铁离子的二次沉淀对地层带来伤害，在酸液中普遍添加了铁离子稳定剂，达到稳定铁离子的目的[2]。

为了保证铁离子稳定剂的效果，对其质量进行评价，从而筛选出优质的铁离子稳定剂，以达到提高油田酸化工艺成功率、延长酸化有效期和提高经济效益的目的。目前对铁离子稳定剂的性能评价，依据的是现行的行业标准SY/T 6571—2012《酸化用铁离子稳定剂性能评价方法》，根据计算方法，稳定铁离子能力与标准溶液的浓度和体积用量有直接关系，张杰[3]提出，铁标准溶液浓度过小，多次加入并反复调节pH值，多次煮沸，不仅耗时费力，也使结果准确性变差；马兴芹[4]认为铁离子标准溶液浓度过高，实验结果的重复性差，实验误差相对较大。为了提高检测的时效性，本文提出了检测稳定铁离子能力的新方法。

1 实验部分

1.1试剂及仪器

主要试剂：FeCl3·6H2O（分析纯）、浓盐酸（分析纯）、Na2CO3（分析纯）、铁离子稳定剂样品（工业品）、蒸馏水（二级）。

主要仪器：2个50 mL酸式滴定管、2个1 000 mL容量瓶、500 mL烧杯、250 mL锥形瓶若干、刻度移液管（0.5、1、5、10、20 mL）玻璃棒、pH试纸（3.8～ 5.4精密试纸、1～14广泛试纸）、电子天平（感量为0.000 1 g）、电炉1 000 W。

1.2实验参数计算

稳定铁离子能力是评价铁离子稳定剂产品性能的重要指标之一。稳定铁离子测试方法就是向样品溶液中不断加入标准铁离子溶液，并用碳酸钠调节体系的pH值到4.0～5.0，当铁离子稳定剂稳定铁离子的能力达到极限后，不能被铁离子稳定剂稳定的铁离子就会沉淀出来，形成氢氧化铁，溶液变浑浊。根据其产生沉淀时所消耗的铁离子标准溶液的质量，便可计算铁离子稳定剂稳定铁离子的能力。

标准中铁离子稳定剂稳定铁离子能力N的计算方法[5]，见公式（1）：

式中：N为稳定铁离子能力，mg/mL；ρFe3+为Fe3+标准溶液中Fe3+的质量浓度，mg/mL；ρ样品为样品溶液的浓度，mg/mL；V1为Fe3+标准溶液体积用量，mL；V2为样品溶液的体积用量，mL。

平行样相对平均偏差计算见公式（2）至公式（4）。

式中：Ni为第i次测定的稳定铁离子（Fe3+）能力，mg/mL；为测定结果的平均值，mg/mL；n为平行样个数。

每个测定结果的相对偏差计算见公式（3）。

式中：σi为第i次测定结果的相对偏差。

相对平均偏差计算见公式（4）。

式中：σ为相对平均偏差。

2 实验结果与讨论

就目前胜利油田使用的铁离子稳定剂产品性能看，稳定铁离子能力基本都在60 mg/mL以上。从现场随机抽取3种铁离子稳定剂作为本次实验的样品试剂，编号为01#、10#、14#。使用现行行业标准对3种样品进行了稳定铁离子能力的检测，由上述公式计算得出结果，见表1。

表1 现行标准对3种样品的检测结果

由表1的数据可知，这3种样品试剂稳定铁离子能力差别较大，对于稳定铁离子能力不同的样品，消耗相同浓度的铁离子标准溶液的量自然不同。利用标准方法对每个试样进行3次平行测定，相对平均偏差都超过了3.0%，明显超出了结果相对平均偏差的要求值；这是由于不断加入铁离子标准溶液，反复调节pH值，多次加热煮沸样品，使检测过程耗时费力，同时导致标准方法的检测结果的时效性不理想。

经过查阅资料并且考虑到实际检测的便捷性，将检测过程作如下调整：将样品质量分数调整为5%，并分别配制铁离子标准溶液质量浓度为0.5 mg/mL、5 mg/mL，将2种浓度的铁离子标准溶液放置于酸式滴定管中。步骤为：用移液管移取配制好的质量分数5%的样品溶液10 mL于250 mL锥形瓶中，加入5 mL质量浓度为5 mg/mL的铁离子标准溶液，用碳酸钠调节上述混合溶液的pH值为4.0～ 5.0，观察溶液是否透亮，若溶液浑浊，停止实验；若溶液澄清透亮，继续滴加0.5～1.0 mL质量浓度为5 mg/mL的铁离子标准溶液，调节pH值。在滴加标准溶液时，当观察到溶液中有红色絮状物产生摇晃后消失的现象产生，说明接近终点，记录滴加标准溶液体积。继续调节pH值后,换用质量浓度为0.5 mg/mL的铁离子标准溶液继续滴加，每次滴加体积为0.1～ 1.0 mL，直至溶液呈浑浊状态时，实验结束，记录浑浊前加入的铁离子标准溶液总用量。另外,为了尽可能减小调节pH值所加入的体积，将标准中仅用质量分数为5%碳酸钠溶液调整为先用质量分数为15%碳酸钠调节pH值到3.5左右，再用质量分数为5%碳酸钠微调至4.0～5.0。表2是调整后3种样品的检验结果。

用改进后的方法对3种样品重新检测，得到表2，与表1的检测结果对比可以看到：方法改进后，3种样品检测结果的相对平均偏差均维持在1.0%以内，达到了相对平均偏差的要求值，能比较客观地反应样品的性能；且用时大大缩短，使得检测结果的重复性大大提高。说明改进后的方法是可行且有意义的。

表2 调整后样品的检测结果

3 结论

1）先用质量分数为15%碳酸钠溶液调节pH值到3.5左右，再用质量分数为5%碳酸钠微调至4.0～ 5.0，该方法可以尽可能地减小调pH值所加入的碳酸钠溶液体积，大大缩短实验时间。

2）将铁离子稳定剂样品质量分数提高到5%，并且采取先加入5 mg/mL的高浓度铁离子标准溶液，再加入0.5 mg/mL的低浓度铁离子标准溶液的检测方式，减少了铁离子标准溶液的加入次数，减小了检测结果的误差。

3）方法改进后，检测结果相对平均偏差都小于1.0%，结果重复性好，能比较客观地反应样品的性能。

[1]黄天杰,李海涛,李建波,等.新型铁离子稳定剂NHM—1的研究[J].化工时刊,2005,19(9):23-25.

[2]张云芝,张怀香,姜姗.关于对03版铁离子稳定剂行业标准的两点看法[J].中国石油和化工标准与质量,2009,29(5): 8-10.

[3]张杰.关于提高酸化用铁离子稳定剂检测成功率的研究[J].化工管理,2016(10):107.

[4]马兴芹.酸化用添加剂铁离子稳定剂评价新方法[J].石油工业技术监督,2005,21(4):44-45.

[5]采油采气专业标准化委员会.酸化用铁离子稳定剂性能评价方法:SY/T 6571—2012[S].北京:石油工业出版社,2012.

The stabilizing power of iron ion stabilizer is one of the important indexes to evaluate the iron ion stabilizer.In order to improve the timeliness of detection methods,a new method to detect the stabilizing power of iron ion was proposed.In detection,high concentration of iron ion standard solution of 5 mg/mL was added to the sample of 5%,the pH value of the sample was adjusted by using sodium carbonate solution,and then the low concentration of iron ion standard solution of 0.5 mg/mL was added to the sample. In order to reduce the volume of sodium carbonate solution for adjustment of the pH value of the sample,the adjustment of the pH value of the sample using the sodium carbonate solution of 5%used in standard is replaced by adjusting the pH value to about 3.5 using the sodium carbonate solution of 15%and then adjusting the pH value to 4.0～5.0 using the sodium carbonate solution of 5%. After the improvement,the relative error of the test results is less than 1%,which meets the requirement of relative error,and the new detection method is of high timeliness.

iron ion；stabilizer;detection;evaluation

左学敏

2017-02-22

邵洪扬（1993-），女，主要从事油田分析化学方面的研究工作。