油氣田硫酸鹽還原菌控制技術(shù)應(yīng)用探討

劉東明 鄭周君 王瑞蓮

（中國石油西南油氣田公司重慶氣礦）

氣田開發(fā)初期一般無水或者只有少量凝析水產(chǎn)出，隨著氣田開發(fā)的不斷深入，特別是進(jìn)入開發(fā)中、后期，氣田產(chǎn)水急劇增加，水質(zhì)也越來越復(fù)雜。這些氣田水如不妥善進(jìn)行處理，會(huì)對環(huán)境造成污染，嚴(yán)重時(shí)還將影響氣田的正常開采。

通過對目前重慶氣礦站場氣田水樣的化驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，各區(qū)塊氣田水水質(zhì)都較差，水中微生物大量孳生。在這些微生物中，數(shù)量最多、危害最大的就是硫酸鹽還原菌（SRB），如圖1、圖2所示。它會(huì)導(dǎo)致回注井井下管串黏泥污垢堵塞、加速生產(chǎn)設(shè)備及管線的腐蝕作用、增加機(jī)泵的用電負(fù)荷，同時(shí)還會(huì)使回注壓力持續(xù)升高；此外，大量細(xì)菌侵入地層，不但會(huì)對產(chǎn)層造成污染，還會(huì)增大回注污水的處理成本和難度，帶來嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失［1－3］。

1 重慶氣礦氣田水處理工藝及回注井井下管串腐蝕狀況

1.1 氣田采出水處理工藝

重慶氣礦共有10余套氣田水處理設(shè)備，主要處理工藝流程可分為以下3種，如圖3所示。

圖3所示的3種處理工藝中，其中A用于處理油水密度差大，且油水比較容易分離的氣田水；B、C套流程主要用于處理油水密度差小，懸浮物顆粒小的氣田水。從這3種工藝可以看出，重慶氣礦目前氣田水處理主要是針對污水中的懸浮物、浮油、乳化油、分散油等，而污水中溶解氧、二氧化碳、硫化物、鹽類以及微生物、細(xì)菌類等卻沒有得到相應(yīng)的處理，大量這類物質(zhì)的存在，在溫度較高的情況下將使得氣田水轉(zhuǎn)輸、回注系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕、結(jié)垢，給生產(chǎn)造成巨大的損失。

1.2 回注井井下油套管腐蝕現(xiàn)狀

氣田開發(fā)中、后期，隨著氣井產(chǎn)水大幅度提升，需要處理的氣田水量也不斷增大。由于氣田水中含有大量的腐蝕性介質(zhì)，對氣田水轉(zhuǎn)輸和回注系統(tǒng)會(huì)造成嚴(yán)重的腐蝕，導(dǎo)致氣田水轉(zhuǎn)輸／回注泵、管線以及回注井井下油管發(fā)生不同程度的腐蝕現(xiàn)象。重慶氣礦所屬的多數(shù)氣田的井下環(huán)境復(fù)雜，腐蝕性介質(zhì)多、含量高，回注井井下管串腐蝕破壞較為嚴(yán)重。為了加強(qiáng)對回注井井下油套管的腐蝕監(jiān)測，從2006年起，氣礦聯(lián)合相關(guān)檢測單位利用 MIT和 MID－K（EDSM）分別對蒲2井、天東89井等區(qū)塊主力回注井井下管串的腐蝕狀況進(jìn)行檢測（見表1）。綜合分析歷次監(jiān)測結(jié)果認(rèn)為，目前氣礦氣田水回注系統(tǒng)腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重，若不及時(shí)采取相關(guān)措施對其實(shí)施控制和保護(hù)，必將給氣田水處理工程帶來嚴(yán)重影響。

表1 近年來回注井油管腐蝕檢測統(tǒng)計(jì)表Table 1 Tubing corrosion monitoring statistics of reinjectionwell in recent years

1.3 氣田水SRB分布狀況

自2008年起，重慶氣礦對轄區(qū)內(nèi)各作業(yè)區(qū)（運(yùn)銷部）開展生產(chǎn)系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)大修，確保生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過對各區(qū)塊水樣水質(zhì)組分分析，結(jié)合近幾年的腐蝕監(jiān)測報(bào)告，在開縣、梁平等多個(gè)作業(yè)區(qū)的站場及管線內(nèi)發(fā)現(xiàn)有SRB的蹤跡，部分含硫介質(zhì)（水相）中SRB密度較大，在較高含硫系統(tǒng)中，水樣中SRB細(xì)菌生長活性都較強(qiáng)（見表2）。

重慶氣礦生產(chǎn)系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)大修報(bào)告顯示，在目前已建的腐蝕監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)，約有7個(gè)作業(yè)區(qū)共計(jì)30余個(gè)生產(chǎn)站場及管線內(nèi)均已發(fā)現(xiàn)有SRB，占?xì)獾V監(jiān)測站場（點(diǎn)）總數(shù)的七成以上。各作業(yè)區(qū)站場SRB分布密度并不均勻，從10～105個(gè)／mL不等，其中以氣田水回注站的SRB密度最大，SRB密度在103個(gè)／mL以上（見表3、表4）。

2 常用硫酸鹽還原菌腐蝕控制措施

如何有效抑制SRB是當(dāng)前油氣田開發(fā)提出的一項(xiàng)重要課題，目前國內(nèi)外常見抑制SRB的主要方法有如下幾種。

2.1 紫外照射法

紫外照射是利用紫外線處理氣田水，可殺滅水中的SRB，一般紫外燈在波長260nm附近有很強(qiáng)的輻射，而這個(gè)波長恰好能被核酸所吸收，因而照射較長一段時(shí)間，就能殺滅SRB。安裝過濾器和反沖洗裝置，選擇適當(dāng)孔徑的過濾器，能阻止SRB進(jìn)入回注井。

紫外線法殺菌只限在細(xì)菌接觸燈光的瞬間，持續(xù)時(shí)間短，且燈管又容易被有機(jī)物污染，另外還存在氣田水中污染鏡片、透光率逐漸變差、電化學(xué)腐蝕加劇、相對瞬間單向殺菌等問題，尚處于試驗(yàn)階段，推廣存在一定難度。

表2 2011年部分站場腐蝕監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)分析表Table 2 Water quality analysis of stations in 2011

表3 2011年部分回注站腐蝕監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)分析表Table 3 Water quality analysis of gas field water reinjection station in 2011

表4 重慶氣礦站場SRB分布情況統(tǒng)計(jì)Table 4 SRB distribution of stations in Chongqing Gas District

2.2 改變介質(zhì)

通過調(diào)整氣田水的pH值來控制SRB的生長（當(dāng)pH值小于4時(shí)，SRB就會(huì)停止生長）。注入高礦化度水或鹽水，通過滲透壓降低細(xì)胞內(nèi)部的含水量，也可抑制SRB的生長。研究表明，當(dāng)注入水礦物質(zhì)含量達(dá)160g／L時(shí)，SRB生長數(shù)量減少兩倍。另外，周期性注入高溫水也可殺死SRB。

2.3 化學(xué)法

化學(xué)法主要是通過投加殺菌劑，殺死SRB或抑制SRB的生長。當(dāng)前投加殺菌劑存在的主要問題是隨著某種殺菌劑的長期使用，SRB借助生物膜的掩護(hù)會(huì)產(chǎn)生抗藥性，而使藥效降低甚至無效，從而使注水成本升高，或使水質(zhì)嚴(yán)重惡化。

目前，化學(xué)法現(xiàn)場作業(yè)需嚴(yán)格控制殺菌劑的使用，優(yōu)化控制投藥周期，尋找、合成新的殺菌劑，同時(shí)考慮多種藥物的復(fù)配使用。

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2.4 陰極保護(hù)法

在氣田水處理系統(tǒng)相對集中的區(qū)域，可采用陰極保護(hù)措施，建設(shè)陽極井，減輕以陰極去極化機(jī)理進(jìn)行腐蝕的SRB的生長，從而達(dá)到防腐的目的。在實(shí)踐中，陰極保護(hù)法通常要和涂層防護(hù)法聯(lián)合使用，這樣陰極保護(hù)和涂層防護(hù)法可相互彌補(bǔ)不足，是一種減緩和防止設(shè)備腐蝕的有效措施。

2.5 選擇合適耐MIC腐蝕材料

室內(nèi)試驗(yàn)證明，在設(shè)備表面涂上一層鈦或是在表面形成鈦合金能有效地防治SRB腐蝕。這是由于鈦或者鈦合金形成了TiO2薄膜，它在pH值為2和溫度100℃條件下仍然保持完整，對于腐蝕性嚴(yán)重的氣田水可選用高規(guī)格的專用管材和設(shè)備從根本上減緩MIC。但該技術(shù)成本較高，目前很難被廣泛接受并運(yùn)用于現(xiàn)場。

2.6 常用殺菌方法存在問題

現(xiàn)場抑制SRB生物腐蝕的方法很多，目前最常用的方法還是投加化學(xué)殺菌劑，但存在以下問題：

（1）SRB被其他微生物產(chǎn)生的多糖膠保護(hù)，殺菌劑不易穿透，起不到殺菌效果。

（2）由于生物膜生態(tài)位的保護(hù)，殺菌劑不能完全摧毀所有SRB群落，并且與部分生物膜和鹽作用，喪失殺菌效果。

（3）部分SRB個(gè)體產(chǎn)生抗藥性突變或是生理適應(yīng)方式，最終形成對殺菌劑的抗藥性，使殺菌劑濃度逐漸提高，處理成本大幅度增加。

（4）殺菌劑大量使用，其毒性也給環(huán)境帶來新的污染。

3 LEMUPZ－H物理法殺菌技術(shù)

3.1 LEMUPZ－H殺菌技術(shù)基本原理

瑞典SSVTECH公司針對SRB腐蝕作用開發(fā)研究出LEMUPZ－H物理法殺菌技術(shù)。該技術(shù)采用多相催化氧化并結(jié)合光電技術(shù)等為一體，突破了傳統(tǒng)的殺菌模式，解決了采用單一化學(xué)或一般紫外線物理殺菌方法在油田回注污水處理殺菌中所存在的問題。

LEMUPZ－H物理法殺菌技術(shù)是依據(jù)微生物的特性和油氣田回注污水的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)能夠有效地殺滅污水中的微生物（特別是SRB），同時(shí)還能有效地分解回注污水中的油類物質(zhì)及有害氣體H2S，降低回注污水的濁度，大幅度降低油氣田回注污水中的溶解氧含量，進(jìn)而有效防止微生物的繁殖和凈化水質(zhì)，防止形成黏泥污垢堵塞管道，避免造成注水壓力升高，降低整個(gè)回注污水系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)用。

LEMUPZ－H物理法殺菌技術(shù)基本原理包括電化學(xué)原理、陶瓷氧化原理和光催化原理3項(xiàng)，如圖4所示。系統(tǒng)的殺菌主要通過對細(xì)菌代謝系統(tǒng)的破壞、對細(xì)菌細(xì)胞器的破壞以及對細(xì)菌DNA的破壞，進(jìn)而從根本上消滅細(xì)菌，避免細(xì)菌的復(fù)活，從而達(dá)到殺滅水中微生物的目的。

3.2 與常規(guī)殺菌法的比較

選取氯氣殺菌法、臭氧殺菌法、紫外線照射法與瑞典LEMUPZ－H物理法殺菌技術(shù)進(jìn)行比較。主要指標(biāo)以及比較結(jié)果見表5。

表5 LEMUPZ－H物理殺菌法與常規(guī)殺菌法的比較Table 5 Comparison between LEMUPZ－H and conventional process

3.3 工藝流程

回注站污水池中氣田水經(jīng)較長的油水分離重力沉降及過濾過程后，這些經(jīng)過預(yù)處理的氣田水可直接進(jìn)入LEMUPZ－H殺菌系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后的氣田水只含有極少量SRB菌，可以直接進(jìn)回注井實(shí)施回注。此外，該工藝安裝位置可選擇在濾后水轉(zhuǎn)輸流程。

3.4 現(xiàn)場運(yùn)用情況

目前，LEMUPZ－H物理法殺菌技術(shù)已在勝利油田、遼河油田、大港油田及冀東油田等多個(gè)聯(lián)合站進(jìn)行了試驗(yàn)，均收到較好的效果。

3.4.1 取樣情況

以勝利油田史南站為例（見圖5、圖6所示），設(shè)備于2005年12月11日投產(chǎn)運(yùn)行。取樣點(diǎn)選在裝置入口以及注水井口配水間，由于原回注水管道以及罐內(nèi)殘存污垢內(nèi)含有大量細(xì)菌，會(huì)影響配水間取樣點(diǎn)的檢測結(jié)果，故在設(shè)備運(yùn)行一周后取樣［4］。

3.4.2 取樣數(shù)據(jù)分析

由表6可見，現(xiàn)河采油廠史南站水樣中SRB菌含量2005年12月21日從處理前的250個(gè)／mL降到20個(gè)／mL，22日從處理前的130 個(gè)／mL降到2.5個(gè)／mL；勝利采油廠寧海站2006年2月9日SRB菌的含量由處理前的2 500個(gè)／mL降到6個(gè)／mL。上述數(shù)據(jù)顯示，LEMUPZ－H工藝具有很好的殺菌效果，處理后SRB含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于油氣田回注水質(zhì)要求指標(biāo)。同時(shí)，配水間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該設(shè)備還具有持續(xù)殺菌作用，在殺菌后15h內(nèi)仍保持良好的殺菌效果。此外，配水間水樣的含油量、懸浮物和COD的含量都有所下降，證明該工藝還可以有效分解污水中的油和懸浮物為更小顆粒，使其迅速地與水分離，起到清洗氣田水處理設(shè)備及管線的效果。

表6 現(xiàn)場殺菌試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)表Table 6 Local bactericidal test data

4 結(jié)論及建議

（1）目前，重慶氣礦站場SRB分布狀況已呈較嚴(yán)重趨勢，若不及時(shí)對其加以控制，將成為氣田水處理工程運(yùn)行的一個(gè)重大隱患。

（2）通過對常規(guī)SRB防腐技術(shù)的分析對比，結(jié)合目前重慶氣礦氣田水回注工藝運(yùn)行現(xiàn)狀，推薦采用瑞典LEMUPZ－H物理法殺菌技術(shù)以較好地應(yīng)對氣礦SRB腐蝕情況。

（3）現(xiàn)場采用LEMUPZ－H殺菌工藝對氣田水轉(zhuǎn)輸及回注系統(tǒng)的SRB表現(xiàn)出良好的殺滅效果，建議引進(jìn)該套系統(tǒng)運(yùn)用于氣礦部分重點(diǎn)站場，可望有效解決氣礦生產(chǎn)系統(tǒng)的SRB腐蝕問題。

［1］岳建平，王玉春，楊暹.油田污水中硫酸鹽還原菌腐蝕研究［J］.榆林學(xué)院學(xué)報(bào)，2006 16（2）：15－17.

［2］雷彬.重慶氣礦氣田采出水處理現(xiàn)狀分析［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2003（3）：20－22.

［3］曹懷山，譚云賢，羅楊，等.注水井腐蝕原因分析及防護(hù)對策［J］.石油與天然氣化工，2010，39（2）：151－154.

［4］杜春安，馬力，吳曉玲，等.勝利油田污水資源化利用技術(shù)研究進(jìn)展［J］.石油與天然氣化工，2012，41（4）：432－434，451.