聚合物調(diào)驅(qū)水體硫酸鹽還原菌的防治研究與應(yīng)用

劉清云 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

戴 勇 （中石油新疆油田分公司開發(fā)處，新疆 克拉瑪依834000）

楊志東，梁愛國 （中石油新疆油田分公司第一采油廠，新疆 克拉瑪依834000）

羅 躍 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

聚合物調(diào)驅(qū)水體硫酸鹽還原菌的防治研究與應(yīng)用

劉清云 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

戴 勇 （中石油新疆油田分公司開發(fā)處，新疆 克拉瑪依834000）

楊志東，梁愛國 （中石油新疆油田分公司第一采油廠，新疆 克拉瑪依834000）

羅 躍 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

紅山嘴油田注水與調(diào)驅(qū)系統(tǒng)硫酸鹽還原菌 （SRB）惡性繁殖，全線水質(zhì)逐步惡化，注水井水體懸浮物14.6～125.3mg/L、SRB含量6.0×102～2.5×105個(gè)/ml，均嚴(yán)重超標(biāo)。水質(zhì)惡化導(dǎo)致紅18井區(qū)調(diào)驅(qū)聚合物不能成膠，嚴(yán)重影響調(diào)驅(qū)效果。研究表明，該注入水經(jīng)過紫外線殺菌、精細(xì)過濾、超濾、納濾等物理防治技術(shù)和化學(xué)劑殺菌處理后細(xì)菌含量明顯降低。其中殺菌劑1427等有良好的殺菌效果，添加100mg/L時(shí)殺菌率99.99%；超濾及納濾除菌最徹底，處理后水體含菌0個(gè)/ml，聚合物凝膠粘度最高，超濾是最適合于聚合物調(diào)驅(qū)系統(tǒng)控制SRB惡性繁殖的除菌方法。源頭殺菌、清理管線、井場(chǎng)使用超濾凈化等技術(shù)聯(lián)用是綜合治理聚合物調(diào)驅(qū)系統(tǒng)SRB惡性繁殖的高效方法。

硫酸鹽還原菌；聚丙烯酰胺；凝膠；超濾；殺菌劑

硫酸鹽還原菌 （SRB）是油田注水系統(tǒng)最常見、危害最大的菌種之一。在油田密閉壓力水處理系統(tǒng)、注水管線、油水井及地層等厭氧條件下，SRB大量繁殖并把SO2－4還原成H2S，致使設(shè)備管道產(chǎn)生局部腐蝕甚至穿孔，難溶的腐蝕產(chǎn)物Fe2S還伴隨SRB大量繁殖產(chǎn)生的粘液使水體結(jié)垢、管道堵塞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。SRB惡性繁殖對(duì)油田調(diào)驅(qū)聚合物也有嚴(yán)重影響，黃峰等［1］研究發(fā)現(xiàn)SRB在聚合物驅(qū)油中大量生長繁殖可使水解聚丙烯酰胺 （HPAM）發(fā)生降解；于亮等［2］研究了SRB對(duì)油田驅(qū)油用HPAM體系粘度的影響，研究發(fā)現(xiàn)SRB培養(yǎng)物中的Fe2＋是造成HPAM粘度下降的主要原因。筆者在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，SRB大量繁殖時(shí)聚合物不能成膠，聚合物調(diào)堵沒有效果。為此，筆者結(jié)合紅山嘴油田紅18井區(qū)調(diào)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)SRB惡性繁殖現(xiàn)狀，研究了注水及調(diào)驅(qū)系統(tǒng)SRB的防治方法。

1 紅山嘴油田注水及調(diào)驅(qū)系統(tǒng)水質(zhì)現(xiàn)狀分析

紅山嘴油田油水處理在紅聯(lián)站進(jìn)行，其中注水系統(tǒng)通過拐12井、拐13井、拐14井等3口水源井采集清水，在紅聯(lián)站參入部分采出污水后通過高壓泵輸送到各配水站、注水井口，然后回注油層。入夏以來，紅山嘴油田注水井水質(zhì)全部發(fā)黑，在紅18井區(qū)調(diào)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)，使用該注入水配制的聚合物粘度日漸下降，最后完全不能成膠，嚴(yán)重影響調(diào)驅(qū)效果。

1.1 水質(zhì)分析

檢驗(yàn)采樣在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，用無菌注射器吸取含菌水體，注入細(xì)菌培養(yǎng)瓶在35℃下培養(yǎng)7d，按照SY/T5329-94標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)細(xì)菌數(shù)［3］。2011年1月開始實(shí)施調(diào)驅(qū)的紅18井區(qū)注入水全部來自紅聯(lián)站，通過下屬若干配水站管線輸往井口，其中與調(diào)驅(qū)密切相關(guān)的配水站有4、5、6、18號(hào)站。各站點(diǎn)水體含菌數(shù)如表1所示。

從配水站至注水井口時(shí)，水質(zhì)均嚴(yán)重發(fā)黑，黑色懸浮物、單井細(xì)菌含量更高，SRB大都超過5000個(gè)/ml。注水井口細(xì)菌檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

以上結(jié)果表明，紅聯(lián)站注水系統(tǒng)全線含菌，從水源井至配水站細(xì)菌逐漸增多。雖然源頭含菌正常，但至配水站時(shí)SRB已大量繁殖，水質(zhì)發(fā)黃甚至發(fā)黑。由于沿程管線密閉，均為無氧環(huán)境，適合厭氧的SRB生長，特別是末段管線SRB爆發(fā)性繁殖，井口細(xì)菌嚴(yán)重超標(biāo)。

表1 紅山嘴油田注水系統(tǒng)SRB檢測(cè)結(jié)果

表2 紅山嘴油田注水 （調(diào)驅(qū)）井SRB檢測(cè)結(jié)果

1.2 SRB惡性繁殖原因分析

細(xì)菌無處不在，只要有適宜的生長環(huán)境，就會(huì)快速生長甚至惡性繁殖，紅山嘴油田也不例外。

1）菌源 紅山嘴油田注入水水源井含菌且略有超標(biāo)，成為后續(xù)管線細(xì)菌惡性繁殖的菌源。

2）溫度的影響 由于管線埋于地表，入夏以來氣溫回升，水體溫度已由冬天的5℃升高至5月的28℃，溫度升高是導(dǎo)致SRB惡性繁殖的原因之一。

3）厭氧環(huán)境 紅山嘴油田注入水采自拐12井、拐13井和拐14井3口水源井，井深約300m，從井下到紅聯(lián)站儲(chǔ)罐的輸送管道為厭氧環(huán)境，適合SRB生長繁殖。但儲(chǔ)罐為敞開體系，水體溶入的少量氧卻不利于SRB生長繁殖，所以水源井和紅聯(lián)站SRB檢測(cè)的結(jié)果并不高。但后續(xù)高壓注水管線長達(dá)10km，全為密閉無氧環(huán)境，很適合厭氧的SRB繁殖生長，所以從注水泵出口至井口附近，SRB菌數(shù)逐漸升高，井口水質(zhì)甚至發(fā)黑就是典型的SRB惡性繁殖所致，黑色物質(zhì)為SRB正常代謝及腐蝕鋼管產(chǎn)生的FeS。

2 SRB防治技術(shù)研究

防治SRB的技術(shù)方法，常分為物理、化學(xué)和生物抑制3大類，但從本質(zhì)上來說，無非是殺滅或者濾除。常見的物理方法如紫外線殺菌、精密過濾和超濾除菌等都是行之有效的技術(shù)方法，在油田應(yīng)用廣泛；化學(xué)方法如添加殺菌劑殺菌、電解鹽電化學(xué)殺菌也效果良好；以硝化細(xì)菌的反硝化作用抑制SRB的生長繁殖也是近年來發(fā)展很快的防治方法，簡稱生態(tài)抑制技術(shù)。考慮生態(tài)抑制技術(shù)仍然將細(xì)菌帶入聚合物從而帶入地層，在地層這個(gè)隔氧環(huán)境下競爭繁殖，長時(shí)間的進(jìn)化有可能增強(qiáng)對(duì)聚合物的適應(yīng)性，從而破壞、降解聚合物凝膠，影響調(diào)堵效果，所以在調(diào)驅(qū)過程中不考慮使用生態(tài)抑制技術(shù)。

2.1 化學(xué)殺菌技術(shù)

應(yīng)用常見的醛酮類、電解鹽產(chǎn)生的氧化氯及季銨鹽類殺菌劑對(duì)紅山嘴油田0034井注入水進(jìn)行了室內(nèi)污水殺菌試驗(yàn)，以篩選出效果最佳的殺菌劑。殺菌劑的篩選參照SY/T5329-94進(jìn)行，篩選結(jié)果如表3所示。

由表3可見，甲醛、HClO電解鹽殺菌劑殺菌效率太低，不能選用。其中電解鹽殺菌試驗(yàn)中HClO殺菌效率低應(yīng)該與水體中大量存在的FeS有關(guān)，因?yàn)闅⒕腍ClO因與FeS反應(yīng)失去殺菌效果。戊二醛、異噻唑啉酮、1227差別不大；1427和雙烷基季銨鹽在50mg/L加量下即有良好的效果，100mg/L時(shí)殺菌率99.99%，水體含菌達(dá)標(biāo)，殺菌效果良好。

表3 各種殺菌劑對(duì)紅山嘴油田0034井注入水中SRB殺滅效果

圖1 多功能納濾凈水試驗(yàn)裝置圖

2.2 物理除菌與防菌技術(shù)

細(xì)菌的物理防治技術(shù)很多，加熱、紫外線照射、納濾、超濾、精密過濾以及防菌內(nèi)涂管線等等都是常用的物理防治技術(shù)。其中加熱殺菌能耗太高，更換防菌內(nèi)涂管線費(fèi)用過高，難以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。紫外線殺菌效果很弱，精密過濾除菌不徹底，效果很一般。而超濾、納濾除菌很徹底，處理水不含菌，水質(zhì)非常穩(wěn)定。

1）物理過濾 在實(shí)驗(yàn)室中連接了微型水處理納濾試驗(yàn)裝置，該納濾裝置前端有一級(jí)精密過濾和一級(jí)超濾，和UNIX NF1812-50納濾膜構(gòu)成一個(gè)簡潔的多功能納濾系統(tǒng)，如圖1所示。

精密過濾器濾芯為聚丙烯線繞蜂房式濾芯，過濾精度3μm；超濾膜為聚丙烯中空纖維超濾膜，孔徑約為0.01μm；納濾膜為UNIX NF1812-50，脫鹽率70%。納濾系統(tǒng)中精密過濾器、超濾出口均設(shè)置有取樣口，可在此取樣檢測(cè)水體中的細(xì)菌含量。

2）紫外線殺菌試驗(yàn) 取一1000ml廣口瓶裝入500ml紅山嘴油田0034井注入水水樣，瓶口安裝高透明度石英15W自鎮(zhèn)流紫外燈，紫外光波長253.7nm左右，即UVC波段，UVC強(qiáng)度1048.46W/m2。紫外線對(duì)核酸蛋白質(zhì)產(chǎn)生特別強(qiáng)烈的作用，能使微生物產(chǎn)生變異或死亡，可以殺滅各種微生物，包括病毒、細(xì)菌繁殖體、芽胞、分支桿菌、真菌、立克次體和原體等，對(duì)SRB的殺滅作用也很強(qiáng)。該殺菌試驗(yàn)中細(xì)菌受照射劑量可按下式計(jì)算：

一般工業(yè)裝置中水體受照射時(shí)間僅幾秒，照射強(qiáng)度也在1000W/m2以下，殺菌試驗(yàn)中無論是受紫外線照射時(shí)間還是強(qiáng)度均超過一般工業(yè)裝置。

表4 幾種防治技術(shù)對(duì)紅山嘴油田0034井注入水SRB防治效果

3）試驗(yàn)結(jié)果 以上述精濾、超濾、納濾、紫外線殺菌及1427（季銨鹽）殺菌劑對(duì)紅山嘴油田0034井注入水SRB進(jìn)行了除菌試驗(yàn)，表4是幾種防治技術(shù)處理0034井注入水的試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)結(jié)果說明，紫外線殺菌作用稍弱，照射后水體細(xì)菌明顯超過了SY/T5329-94規(guī)定的25個(gè)/ml要求。超濾和納濾都能完全濾除細(xì)菌，精密過濾雖然過濾精度高達(dá)3μm，除菌率也達(dá)95.4%，但原水細(xì)菌基數(shù)高，濾出水細(xì)菌大大超標(biāo)。納濾雖然凈水最徹底，但在除菌方面相比超濾沒有任何優(yōu)勢(shì)，又因使用高壓泵，能耗也高，所以單從殺菌而言，工業(yè)應(yīng)用不推薦使用納濾。

2.3 防治技術(shù)對(duì)調(diào)驅(qū)系統(tǒng)凝膠性能的影響

由于SRB降解聚丙烯酰胺類調(diào)驅(qū)聚合物，其代謝產(chǎn)物硫化氫還能與調(diào)驅(qū)交聯(lián)劑反應(yīng)，相應(yīng)調(diào)驅(qū)井的聚合物難以成膠也就釋然而解了。在實(shí)驗(yàn)室中試驗(yàn)了殺菌劑殺菌和超濾對(duì)凝膠性能的影響。試驗(yàn)中采用上述幾種殺菌劑和超濾處理紅山嘴油田調(diào)驅(qū)系統(tǒng)0034井配聚水，在相同條件下配制聚合物溶液后測(cè)定粘度，通過比較聚合物凝膠的最高粘度來評(píng)價(jià)各種防治技術(shù)對(duì)凝膠性能的影響。

2.3.1 試驗(yàn)儀器及藥品

主要儀器：Brookfield粘度計(jì)；紫外線殺菌燈；多功能納濾凈水試驗(yàn)裝置。藥品：部分水解聚丙烯酰胺 （HCJ-1），分子量2000萬，水解度20%，工業(yè)品；1427季銨鹽殺菌劑；JL-2有機(jī)鉻交聯(lián)劑。

2.3.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)水樣為紅聯(lián)站采集的0034井注入水樣，SRB含量為0.6×105個(gè)/ml；聚合物溶液配方為：0.15%聚合物＋0.30%交聯(lián)劑，空白樣不加殺菌劑，也無其他殺菌、除菌措施。

2.3.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 幾種防治技術(shù)對(duì)聚合物凝膠性能的影響 （55℃）

以上結(jié)果表明，1427（季銨鹽）殺菌劑在200mg/L加量時(shí)對(duì)聚合物凝膠性能影響甚微，而超濾、納濾不僅對(duì)凝膠完全沒有影響，凝膠強(qiáng)度還略有升高。聚合物粘度受懸浮物中的主要成分FeS影響嚴(yán)重，由于超濾膜濾掉了全部FeS懸浮物，部分殘余Fe2＋/Fe3＋也因氧化、水解生成分子量較大的Fe（OH）3膠體而被濾出，采用經(jīng)超濾凈化的水體配制聚合物有一定優(yōu)勢(shì)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 殺菌劑的應(yīng)用

在紅山嘴油田使用1427（季銨鹽）殺菌劑，初始添加300mg/L，殺菌率100%，效果良好，凝膠強(qiáng)度正常。3d后采用沖擊式加藥，平均加藥濃度100mg/L，凝膠強(qiáng)度與不含菌、不加殺菌劑的空白樣相同，即現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用期間凝膠強(qiáng)度沒有受到細(xì)菌繁殖與殺菌劑添加的影響，現(xiàn)場(chǎng)殺菌應(yīng)用比較成功。

3.2 超濾裝置的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)投用1臺(tái)超濾水處理裝置，超濾膜截留分子量6000左右，經(jīng)檢測(cè)超濾出水含菌為0個(gè)/ml。凝膠最高強(qiáng)度比不含菌不加殺菌劑的空白樣略高。超濾除菌徹底且不添加任何化學(xué)劑，還能除去對(duì)成膠有害的懸浮物等雜質(zhì)，是上述幾種SRB防治方法中最好的。

3.3 綜合治理

控制SRB的惡性繁殖，還是從源頭綜合治理最有效。源頭使用100mg/L的殺菌劑殺菌、全線清理管線、調(diào)驅(qū)井場(chǎng)使用超濾凈化等都是控制SRB惡性繁殖的高效方法。源頭殺菌降低了藥劑費(fèi)用，近距離的井場(chǎng)因管線短，井口含菌不超標(biāo)，可以不用殺菌。個(gè)別距離遠(yuǎn)的井含菌超標(biāo)，在井口配液時(shí)添加殺菌劑和使用超濾裝置除菌解決?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)采取先在紅聯(lián)站添加殺菌劑抑制SRB的惡性繁殖，再逐步清理管線的方法，不影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，治理效果顯著。

4 結(jié) 論

1）紅山嘴油田注水與調(diào)驅(qū)系統(tǒng)SRB惡性繁殖，全線水質(zhì)惡化。注水井水體懸浮物14.6～125.3mg/L、SRB含量6.0×102～2.5×105個(gè)/ml，均嚴(yán)重超標(biāo)。水質(zhì)惡化導(dǎo)致紅18井區(qū)調(diào)驅(qū)聚合物不能成膠，嚴(yán)重影響調(diào)驅(qū)效果。

2）紅山嘴油田調(diào)驅(qū)系統(tǒng)配聚水經(jīng)過紫外線殺菌、精細(xì)過濾、超濾、納濾等物理除菌和化學(xué)劑殺菌處理后細(xì)菌含量明顯降低，其中超濾及納濾除菌最徹底，水體完全無菌，聚合物凝膠粘度最高；殺菌劑1427等也有良好的殺菌效果，添加100mg/L時(shí)殺菌率99.99%。

3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，添加150～200mg/L的1427（季銨鹽）殺菌劑控制SRB效果良好；超濾在紅18井區(qū)0034井應(yīng)用效果較優(yōu)，凝膠強(qiáng)度最高，是最適合于聚合物調(diào)驅(qū)系統(tǒng)控制SRB惡性繁殖的除菌方法。

4）綜合治理措施更為高效：源頭使用100mg/L的殺菌劑殺菌、全線清理管線、調(diào)驅(qū)井場(chǎng)使用超濾凈化等技術(shù)聯(lián)用是控制紅山嘴油田調(diào)驅(qū)系統(tǒng)SRB惡性繁殖的高效方法。

［1］黃峰，范漢香，董澤華，等.硫酸鹽還原菌對(duì)水解聚丙烯酰胺的生物降解性研究 ［J］.石油煉制與化工，1999，30（1）：33～36.

［2］于亮，麻威，史榮久，等.硫酸鹽還原菌對(duì)水解聚丙烯酰胺粘度的影響 ［J］.生物技術(shù)，2009，19（12）：81～84.

［3］碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法，SY/T 5329-94［S］.

Research and Application of Inhibition of Sulfate-reduction Bacteria in Polymer Displacement and Profile Control System

LIU Qing yun，DAI Yong，YANG Zhi-dong，LIANG Ai-guo，LUO Yue （First Author’s Address：College of Chemistry and Environmental Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Sulfate reducing bacteria（SRB）was malignantly produced in the water injection and displacement control systems of Hongshanzui Oilfield water quality has been deteriorated gradually.In the Water injection well in the whole water line.Suspended solids were up to 14.6～125.3mg/L and SRB was 6.0×102～2.5×105a/ml，they were all beyond the standard.Polymer in Well Hong 18could not produce gelling because of water quality deterioration，and it influenced the effect of profile control seriously.Result shows that the bacteria of injected water which was treated by physical prevention and control technology of ultraviolet radiation sterilization，fine filtration，ultrafiltration，nano-filtration and water-treatment chemicals were obviously reduced.One of the best is Bactericide 1427，when 100mg/L of it is added，its disinfection rate is over 99%.Ultrafiltration and nano-filtration are most thoroughful degerming that the water processed contains 0bacteria with the highest viscosity of polymer gelling，and ultrafiltration is the most suitable aseptic method for the polymer flooding system to control SRB malignant breeding.The integrated application of sterilization from fountainhead，cleaning injection line and using ultrafiltration purification in the well site are the efficient methods to comprehensively manage SRB malignant breeding in polymer displacement control systems.

sulfate reducing bacteria；PAM；gel；ultrafiltration；microbicides

TE991.2

A

1000-9752 （2012）02-0152-05

2011-10-13

劉清云 （1964-），男，1986年蘭州大學(xué)畢業(yè)，副教授，現(xiàn)從事油田應(yīng)用化學(xué)方面的研究工作。

［編輯］ 蕭 雨