烏南油田采出水硫酸鹽還原菌生物抑制工藝試驗(yàn)

趙夢(mèng)龍,隋光宗,許鑫科,孫未國,孫曉雨,康 岳

1中國石油青海油田分公司鉆采工藝研究院 2大慶油田創(chuàng)業(yè)集團(tuán)有限公司 3中國石油青海油田分公司采油五廠 4中國石油青海油田分公司井下作業(yè)公司壓裂技術(shù)服務(wù)大隊(duì) 5中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司

0 引言

烏南聯(lián)合站污水處理系統(tǒng)建于1997年，設(shè)計(jì)污水處理量1 600 m3/d。污水處理系統(tǒng)工藝流程：污水→除油罐→污水提升泵→旋流分離器→凈化水罐。烏南油田采出水質(zhì)較差，特別是硫酸鹽還原菌(以下簡稱SRB)十分活躍，污水含硫高，水處理困難，SRB數(shù)量達(dá)到105個(gè)/mL，導(dǎo)致硫化氫含量高達(dá)30 mg/L。SRB代謝還原硫酸鹽，生成副產(chǎn)物硫化氫。因此需要采取十分有效的方法來遏制SRB，以期待減少SRB對(duì)水處理系統(tǒng)和注水系統(tǒng)的影響。

硫酸鹽還原菌是微生物腐蝕(MIC)中最常見的菌種，其引起的腐蝕約占所有腐蝕總量的10%左右[1]。微生物腐蝕(MIC)的關(guān)鍵是在生物膜內(nèi)與金屬基體間的相互作用[2]。

硝酸鹽還原菌(以下簡稱NRB)可抑制SRB，在油田中經(jīng)常被采用。Mclnerney等[3]介紹了在Vassar Verta 砂組注入了45 t硝酸銨；45 d后，硫化物濃度降低了40%～60%。在1999年北海Veslefrikk平臺(tái)連續(xù)注入硝酸鹽4個(gè)月后，腐蝕速率下降到每年0.02 mm[4]。1996年Jenneman等[5]在Coleville油田進(jìn)行硝酸銨和磷酸二氫鈉混合液注入。10 d后，生產(chǎn)井的硫化氫含量降低了50%～60%,NRB數(shù)量至少增加了1 000倍。

結(jié)合莊文[6]和譚燕[7]等所做研究，提出硝酸鹽對(duì)SRB的抑制作用。蘇超[8]等進(jìn)行了室內(nèi)NRB抑制SRB室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，通過促進(jìn)NRB的生長來抑制SRB和除去SRB所產(chǎn)生的黑色沉淀。

1 烏南油田采出水分析

1.1 測(cè)試方法

(1)含硫、含油、懸浮固體、FB、TGB、FB的分析參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注入水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》[9]。

(2)含硫采用亞甲基藍(lán)比色法。

(3)Fe(II)和總鐵含量使用測(cè)鐵管方法(北京華興化學(xué)試劑廠)。

(4)NRB計(jì)數(shù)采用MPN方法，使用NRB計(jì)數(shù)瓶。

1.2 取樣

試驗(yàn)用水取自提升泵，提升泵的流體來自調(diào)儲(chǔ)罐，流向預(yù)處理器。所取樣品標(biāo)記為烏南來液。

1.3 分析結(jié)果

分析所取樣品“烏南來液”的含鐵、含硫，用絕跡稀釋法計(jì)數(shù)了NRB、SRB、FB、TGB。結(jié)果見表1。

表1 烏南來液檢測(cè)結(jié)果

烏南來液樣品的硫化氫含量高達(dá)25.119 mg/L,會(huì)嚴(yán)重腐蝕注水管線，產(chǎn)物硫化亞鐵極易堵塞地層。

該樣品中SRB數(shù)量105個(gè)/mL，這是導(dǎo)致硫化氫含量高的直接原因。SRB代謝還原硫酸鹽，生成副產(chǎn)物硫化氫。需要從根本上遏制SRB，以期待減少SRB對(duì)注水系統(tǒng)的影響。

Fe2+可以給FB(鐵細(xì)菌)提供電子，使FB超過注入水標(biāo)準(zhǔn)的控制要求；另外Fe2+易產(chǎn)生沉淀，堵塞儲(chǔ)層，造成儲(chǔ)層傷害。檢測(cè)到NRB數(shù)量為101～103個(gè)/mL，表明烏南水處理系統(tǒng)有使用NRB抑制SRB的潛力。只要添加適當(dāng)?shù)募せ顒?，就可以激發(fā)NRB的潛力，以期能有效抑制SRB和去除硫化氫的目的。

2 烏南油田采出水硫酸鹽還原菌生物抑制靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

2.1 烏南油田采出水生物抑制靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

藥品：JHB緩釋營養(yǎng)劑。

水樣：調(diào)儲(chǔ)罐水樣，經(jīng)提升泵，過預(yù)處理器和旋分器以后，進(jìn)緩沖罐(試驗(yàn)進(jìn)水期間，預(yù)處理器不添加任何藥品)。

設(shè)備：200 m3緩沖罐，上方取樣孔(直徑50 cm)。

于2020年8月29日至9月17日，200 m3緩沖罐靜態(tài)試驗(yàn)。設(shè)計(jì)加JHB緩釋營養(yǎng)劑240 ppm。試驗(yàn)中，緩沖罐實(shí)際液位4.8 m，污水體積 173 m3。加藥前在緩沖罐中采集了水樣，進(jìn)行了分析化驗(yàn)，加藥前在緩沖罐中采集了水樣，進(jìn)行了分析化驗(yàn)，硫化氫含量和SRB數(shù)量都較高，分別達(dá)到98.888 mg/L和103/mL。Fe(II)和總鐵含量分別是1、2 mg/L，含量較低；固體懸浮物含量36 mg/L，含油22.949 mg/L；FB的數(shù)量103個(gè)/mL，TGB的數(shù)量103個(gè)/mL。

加藥后的近20 d，每天按上、中、下分別采集了罐內(nèi)水樣，進(jìn)行分析和細(xì)菌計(jì)數(shù)。結(jié)果表明，硫化氫含量總是低于1 mg/L，SRB數(shù)量也逐步低到0。

加藥后，第二天緩沖罐中水樣的硫化氫含量降低至0.039～0.179 mg/L。在接下來的一段時(shí)間里，水樣的硫化氫含量變化范圍為0～0.805 mg/L。硫化氫水平含量持續(xù)維持在很低的水平，說明加藥后系統(tǒng)中的NRB被激活達(dá)到抑制SRB的目的。

細(xì)菌計(jì)數(shù)結(jié)果顯示，加藥前SRB、TGB、FB數(shù)量103個(gè)/mL、103個(gè)/mL、103個(gè)/mL，加藥后，經(jīng)過5 d的細(xì)菌競(jìng)爭性生長，SRB、TGB、FB數(shù)量均降低到0,且NRB逐漸增加到102個(gè)/mL。在靜態(tài)條件下，緩沖罐中靜態(tài)抑制SRB效果明顯，能有效的控制緩沖罐中水樣中SRB、TGB、FB、硫化氫的數(shù)量。

2.2 烏南油田采出水硫酸鹽還原菌生物抑制現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在采出水處理流程加藥試驗(yàn)之前通過大量室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)試驗(yàn)，確定緩釋營養(yǎng)劑型藥劑加入量確定為300 ppm。

2.2.1 沖擊式加藥方式

烏南聯(lián)合站處理水量800 m3/d，試驗(yàn)中的水處理配方及加量采用300 ppm JHB+125 ppm絮凝劑+3.25 ppm助凝劑。通過沖擊式加藥即短時(shí)間將1 d所需藥劑打入調(diào)儲(chǔ)罐，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。使其在調(diào)儲(chǔ)罐充分反應(yīng)，監(jiān)測(cè)提升泵、雙濾料出口、外輸、烏南注水站、烏5-5井、英東注水站外、英東注水站內(nèi)、英東注水井1、英東注水井2水質(zhì)，提升泵SRB含量103個(gè)/mL。烏南注水站SRB含量由103個(gè)/mL降低至0，英東注水井SRB含量由103個(gè)/mL降低至25個(gè)/mL。烏南至英東沖擊式加藥含硫、機(jī)雜SRB含量變化情況見表2，圖1。

表2 沖擊式加藥液檢測(cè)結(jié)果

圖1 含硫檢測(cè)外觀

生物營養(yǎng)液的加入取得了較好的效果，成功激活了NRB,抑制了SRB的活性,SRB含量大幅度降低，烏南各取樣點(diǎn)基本能達(dá)到回注水要求，硫化物降低至0.5 mg/L以內(nèi)。由于英東離烏南注水站較遠(yuǎn),沿程SRB活性控制較難,井口SRB還有25 個(gè)/mL，含硫去除率只有40%左右，但機(jī)雜出現(xiàn)了大幅度的降低，說明生物營養(yǎng)液的加入有效抑制了SRB的活性，降低了沿程SRB產(chǎn)生的含硫，有效防止了SRB對(duì)管壁、注水設(shè)備的腐蝕?？紤]到?jīng)_擊式加藥方式加藥量較大，水處理成本高及118注水站及井口含硫較高，進(jìn)而開展了加藥量優(yōu)化及烏南、英東同時(shí)加藥試驗(yàn)，得到英東加藥量控制在60 ppm生物營養(yǎng)液井口達(dá)標(biāo)率達(dá)到86%以上。

2.2.2 加藥量優(yōu)化

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定了絮凝劑及助凝劑加量，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)250 ppm、200 ppm、150 ppm JHB加量的效果。試驗(yàn)采用調(diào)儲(chǔ)罐24 h在線連續(xù)加藥,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。表3結(jié)果表明生物營養(yǎng)液最低濃度為200 ppm，當(dāng)?shù)陀?00 ppm以后水質(zhì)快速惡化，SRB、含硫急劇上升，因此確定烏南水處理配方為200 ppm JHB+12.5 ppm絮凝劑+1.6 ppm助凝劑。處理后水質(zhì)外觀清透明亮，見圖2。

圖2 烏南、英東同時(shí)加藥水樣外觀及含硫檢測(cè)外觀

表3 優(yōu)化加藥量優(yōu)化檢測(cè)結(jié)果

2.2.3 注水延程分段式加藥實(shí)驗(yàn)

通過沖擊式加藥方式及加藥量優(yōu)化，烏南各各取樣點(diǎn)取得了較為滿意的結(jié)果，由于烏南至英東注水站注水延程達(dá)到25 km，延程細(xì)菌滋生嚴(yán)重，在烏南聯(lián)合站加藥的方式無法控制英東注水站、英東井口水質(zhì)，因此開展了烏南、英東118注水站同時(shí)加藥實(shí)驗(yàn)，通過室內(nèi)試驗(yàn)確定了英東加藥量為60 ppm。試驗(yàn)中的水處理配方及加量：烏南：200 ppm JHB+12.5 ppm絮凝劑+1.6 ppm助凝劑。英東：60 ppm JHB。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 沿程分段加藥試驗(yàn)結(jié)果

烏南調(diào)儲(chǔ)罐連續(xù)加藥即24 h在線加藥，英東118注水站外輸管線24 h在線加藥。英東118注水站補(bǔ)充加藥以來，井口水質(zhì)得到了根本改善，機(jī)雜能夠控制在10 mg/L以內(nèi)，含硫能夠控制在5 mg/L以內(nèi)，SRB能夠控制在5個(gè)/mL以內(nèi)，從根本上解決了SRB、硫化物所引起的腐蝕、懸浮物超標(biāo)、井口出現(xiàn)黑色、臭水等問題，保證了井口水質(zhì)達(dá)標(biāo),處理后水質(zhì)外觀清透，見圖3。

圖3 注水站、井口水質(zhì)外觀

試驗(yàn)結(jié)果表明：英東118注水站加入生物營養(yǎng)液Ⅱ以后取得了較好的效果，注水站、井口SRB、含硫、機(jī)雜都有大幅度降低，持續(xù)加藥SRB、含硫都能達(dá)到回注水要求。

3 結(jié)論

(1)通過生物競(jìng)爭法抑制SRB活性，從而控制沿程硫化物過高以及硫化物帶來的腐蝕等問題是可行的。

(2)試驗(yàn)開展初期，宜采用沖擊式加藥法，生物營養(yǎng)液加藥量300 ppm，待水質(zhì)穩(wěn)定后改為連續(xù)加入，烏南加藥量為150～220 ppm生物營養(yǎng)液+10～14 ppm絮凝劑+1～2 ppm助凝劑；英東注水系統(tǒng)加入50～70 ppm生物營養(yǎng)液。對(duì)于工藝管線長易滋生細(xì)菌的問題可以采用兩段式加藥方式。

(3)生物營養(yǎng)液的引入改善了水質(zhì)，去除了三種水處理藥劑的加入，簡化了加藥工藝，標(biāo)志烏南聯(lián)合站水處理工藝進(jìn)入了新的階段，烏南、英東水質(zhì)持續(xù)達(dá)標(biāo)，為精細(xì)注水提供了一種比較好的手段。