濾膜在油田注入水除菌工藝中的應(yīng)用

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

人們在幾千年前就開始使用過濾技術(shù)，而濾除細(xì)菌的過濾技術(shù)是近幾十年來伴隨著科技的發(fā)展、新型材料的研發(fā)以及人們對生活品質(zhì)的注重而興起的新方向，也是近年來的研究熱點(diǎn)［1］，其中膜過濾技術(shù)因?yàn)椴僮骱唵巍⑷コЧ玫葍?yōu)點(diǎn)更是受到人們的關(guān)注。高分子納濾膜是近年來國際上發(fā)展較快的膜品種之一，該類膜對相對分子質(zhì)量在300以上的有機(jī)物的截留率較高，對細(xì)菌、病毒的過濾效果較好［2］。細(xì)菌直徑一般在0.1μm 到十幾微米之間，只有孔隙比其更小的過濾介質(zhì)才能發(fā)揮作用，而納濾膜的孔隙遠(yuǎn)小于細(xì)菌直徑。研究發(fā)現(xiàn)各種過濾技術(shù)主要是通過機(jī)械篩濾和吸附截留作用起到過濾的效果［3］。

目前，注水開發(fā)依然是各個油田采油的主要開發(fā)方式。長期的油田注水實(shí)踐證明，在注水開發(fā)中，注入水水質(zhì)是一項(xiàng)關(guān)鍵性因素［4］，不僅對水驅(qū)油藏的采收率和開發(fā)效果有著重要影響，而且對地面的工程設(shè)施、設(shè)備的機(jī)械效率及使用壽命都會帶來巨大的影響，這些最終都會體現(xiàn)在注水開發(fā)原油的效益上。采油注入水中含有的細(xì)菌容易引起注水管線及設(shè)備的腐蝕［5］，縮短其使用壽命，增加后期的運(yùn)行成本及處理難度，從而降低油田的整體開發(fā)水平和經(jīng)濟(jì)效益。因此，采油注入水中細(xì)菌必須經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后才能用于回注。回注水中的硫酸鹽還原菌含量一般很高，是因?yàn)樘幚砗蟮幕刈⑺谳斔瓦^程中，經(jīng)過漫長缺氧的密封管道，適合厭氧型的硫酸鹽還原菌（SRB）大量生長繁殖。在處理注入水時，即使最終水體中只含少量的細(xì)菌，也會在漫長密封的輸送過程中重新生長繁殖，造成水質(zhì)的惡化。因此，除菌一定要完全徹底，使其失去繁殖的可能，才能真正達(dá)到除菌的目的。作者針對紅山嘴油田回注水中硫酸鹽還原菌惡性繁殖的問題進(jìn)行了膜過濾除菌工藝的研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

納濾膜元件（HNF40－4040、HNF70－4040）、反滲透膜元件（ROSW1－4040），北京海德能水處理設(shè)備制造有限公司；紅山嘴油田回注水。

125L·h－1海水淡化設(shè)備，北京海德能水處理設(shè)備制造有限公司；SPX－150B－Z型生化培養(yǎng)箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；電子分析天平（精度萬分之一）；SRB－HX－7型硫酸鹽還原菌測試瓶，北京華興化學(xué)試劑廠。

1.2 方法

1.2.1 回注水水質(zhì)分析

取紅山嘴油田回注水水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果見表1。

表1 紅山嘴油田回注水水質(zhì)分析結(jié)果Tab.1 The analytical results of injection water quality in Hongshanzui Oilfield

1.2.2 模擬水的配制

根據(jù)紅山嘴油田回注水的水質(zhì)分析結(jié)果，用去離子水配制適量的模擬水，模擬水中的各離子濃度及總礦化度與紅山嘴油田回注水相同（除Na＋、K＋、Cl－外），所需礦化度用NaCl填補(bǔ)。模擬水的組成成分如表2所示。

表2 模擬水的組成成分／（mg·L－1）Tab.2 The composition of simulated water／（mg·L－1）

1.2.3 硫酸鹽還原菌培養(yǎng)基的配制及細(xì)菌培養(yǎng)

向10L水中依次加入5g K2HPO4、10g NH4Cl、10g MgSO4、5g Na2SO4、1g CaCl2、10g酵母膏、40 mL乳酸鈉，溶解后用10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH 值至7.4～7.6，密封，用牛皮紙包好，進(jìn)行濕熱滅菌。

向滅菌后的培養(yǎng)基中加入適量的紅山嘴油田回注水水樣，密封保存，放置在陰暗地方，SRB 繁殖。當(dāng)繁殖到一定數(shù)量時，將其倒入裝有一定量模擬水的容器中，再次密封保存，放置在陰暗處，讓細(xì)菌繼續(xù)繁殖。繁殖一定時間后，測定SRB 細(xì)菌含量，并立即用膜裝置過濾，收集濾液并測定其中的SRB細(xì)菌含量。計(jì)算細(xì)菌去除率。去除率越高，除菌效果越好。

1.2.4 SRB細(xì)菌含量的測定

SRB細(xì)菌含量的測定采用文獻(xiàn)［6］中的絕跡稀釋法，即用1mL無菌注射器吸取含SRB細(xì)菌水體，逐級注入細(xì)菌培養(yǎng)瓶中，放入37 ℃的生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7d。鐵釘變黑或有黑色沉淀即說明有細(xì)菌生長。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同膜過濾工藝的除菌效果

在相同的條件下，將回注水水樣培養(yǎng)3d、5d后，分別用三種膜進(jìn)行過濾，取過濾10min時的水樣測定SRB細(xì)菌含量，與過濾前細(xì)菌含量作對比，結(jié)果見表3。

表3 膜過濾前后的SRB細(xì)菌含量測定結(jié)果Tab.3 The results of SRB bacteria content before and after filtration

從表3可知，除了納濾膜HNF40－4040由于膜孔較大，在去除離子能力較差的同時，也能透過少量細(xì)菌，致使處理后的水體菌量不能達(dá)到回注水標(biāo)準(zhǔn)［6］。而納濾膜HNF70－4040和反滲透膜ROSW1－4040 處理后水體細(xì)菌含量都能達(dá)標(biāo)，其中反滲透膜的效果最好，能夠做到完全除盡細(xì)菌。但納濾膜HNF70－4040沒有完全除盡細(xì)菌，在后續(xù)的輸送過程中細(xì)菌有可能繼續(xù)生長繁殖。

2.2 過濾后水樣的靜態(tài)穩(wěn)定性

取適量剛過濾的水樣和滅菌處理過的模擬水，以1∶10的比例混合，裝入容器，密封保存在37 ℃的無菌條件下，靜置不同時間后分別測定其中的細(xì)菌含量，結(jié)果見表4。

表4 靜置不同時間后的細(xì)菌含量／（個·mL－1）Tab.4 Bacterial content at different times／（number·mL－1）

從表4可知，經(jīng)過兩種納濾膜處理的水樣，由于起始含有少量細(xì)菌，在水體中存在營養(yǎng)物質(zhì)的前提下能夠快速繁殖，因而細(xì)菌含量快速上升，在第3d時就超過了回注水的SRB細(xì)菌含量指標(biāo)。而在15d時幾乎沒有細(xì)菌，是因?yàn)闋I養(yǎng)物質(zhì)逐漸被消耗完導(dǎo)致細(xì)菌饑餓死亡。反滲透膜過濾的水樣，不管放置多久，都沒有細(xì)菌生長，具有很好的穩(wěn)定性，再次證明反滲透能夠很好除盡細(xì)菌。

2.3 納濾與化學(xué)殺菌劑的協(xié)同作用效果

雖然反滲透能夠徹底地除去細(xì)菌，滿足處理要求，但因?yàn)榉礉B透膜容易污染，且容易被Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Cl－等離子損壞，造成逆滲透效率下降，需清洗，操作復(fù)雜，提高了處理成本。相對納濾而言，工藝上不建議使用反滲透除菌。為了能夠完全除菌，考慮在納濾的基礎(chǔ)上，加入化學(xué)殺菌劑進(jìn)一步殺菌，結(jié)果見表5。

表5 納濾與化學(xué)殺菌劑的協(xié)同作用效果／（個·mL－1）Tab.5 Synergistic effect of nanofiltration and chemical bactericides／（number·mL－1）

從表5可知，納濾后只需加入少量的殺菌劑就可以徹底殺菌。這樣既節(jié)約了藥劑成本，簡化了工藝，又可以避免過多的化學(xué)藥劑對地層的損害，同時對殺菌劑的殺菌能力要求降低，使工藝中對殺菌劑的使用具有更多的選擇。

3 結(jié)論

（1）反滲透和納濾膜過濾工藝均具有除菌效果，其中反滲透膜的除菌效果更好。

（2）在納濾膜HNF70－4040 水處理工藝中，除菌率高且處理后水體菌量達(dá)到注水標(biāo)準(zhǔn)，但并不能完全達(dá)到除菌效果，必須徹底除菌，才能避免后續(xù)輸送過程中出現(xiàn)的細(xì)菌再繁殖問題。

（3）雖然反滲透能夠完全除菌，滿足處理要求，但反滲透膜容易污染，且容易被Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Cl－等離子損壞，造成逆滲透效率下降，需清洗，操作復(fù)雜，提高了處理成本。所以工藝上不建議使用反滲透除菌。而納濾除菌后再加化學(xué)殺菌劑殺菌，不僅只需極少量的化學(xué)藥劑，而且處理效果完全能夠滿足要求，將是油田注入水除菌工藝的發(fā)展趨勢。

［1］任峰，劉太奇.過濾除菌用凈化材料的研究與應(yīng)用［J］.化學(xué)世界，2007，48（2）：121－124.

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［5］薛瑞，姚光源，滕厚開.油田殺菌劑研究現(xiàn)狀與展望［J］.工業(yè)水處理，2007，27（10）：1－4.

［6］SY／T 5329－2012，碎屑巖油藏注水推薦指標(biāo)及分析方法［S］.