二氧化氯殺菌技術(shù)對配注系統(tǒng)的黏度影響研究

張翰釗 武櫻桐 岳丹 張琦

1中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術(shù)服務(wù)分公司

2大慶油田第三采油廠工藝設(shè)計研究所

3青海油田第五采油廠

隨著油田的不斷開發(fā)，原油含水率逐漸升高，日益復(fù)雜的水質(zhì)給細(xì)菌繁殖生長創(chuàng)造了有利條件。在污水處理過程中發(fā)現(xiàn)，物理殺菌技術(shù)的局限性導(dǎo)致殺菌效果明顯下降，且化學(xué)殺菌劑投加量大幅增長。目前配制系統(tǒng)78%用水是采用污水配制，三元驅(qū)配制采用“低壓污水配制、高壓污水稀釋”，污水站水質(zhì)綜合達(dá)標(biāo)率一直不理想，尤其細(xì)菌指標(biāo)（硫酸鹽還原菌）達(dá)標(biāo)率明顯低于其他水質(zhì)指標(biāo)，配注系統(tǒng)的實際注聚黏度常低于方案要求注聚黏度下限，達(dá)不到方案要求[1-2]。經(jīng)分析，影響注聚黏度主要有水質(zhì)和機(jī)械剪切兩種因素。機(jī)械剪切是無法規(guī)避的；水質(zhì)因素對于注聚系統(tǒng)的影響是多方面的，主要影響因素是污水配制和稀釋，注入系統(tǒng)下游細(xì)菌大量滋生，其中生物降解是影響聚合物溶液黏度的主要因素之一。用于配制的污水中細(xì)菌含量較高時，硫化物及Fe2+會導(dǎo)致注聚黏度下降，直接影響到生產(chǎn)開發(fā)效果。因此去除污水中的細(xì)菌是控制黏損、保證注入質(zhì)量的重要措施[3-4]。試驗采用的二氧化氯殺菌方式，主要針對污水中微生物、細(xì)菌含量較高，影響?zhàn)ざ鹊碾x子含量高的問題進(jìn)行研究，并監(jiān)測對三元體系濃度、黏度的影響。

1 殺菌目的及原理

研究二氧化氯殺菌裝置對配注站低壓一元來液的殺菌效果時，主要化驗硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、鐵細(xì)菌（FB）。試驗?zāi)繕?biāo)是殺菌率達(dá)99.8%。試驗選取低壓一元（污水和表面活性劑）來液用于配制聚合物，高壓二元（污水、表面活性劑和堿）來液用于稀釋聚合物母液并輸送到下游注入井。由于裝置承載負(fù)荷有限，僅對低壓一元端進(jìn)行殺菌試驗，監(jiān)測低壓端殺菌效果。

通過“氯酸鈉+鹽酸”制二氧化氯消毒劑與污水混合[5]進(jìn)行殺菌。反應(yīng)原理：

采取上述殺菌方法，可快速殺滅SRB 等細(xì)菌，同時反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化氯的強(qiáng)氧化性還可以有效去除污水中易被氧化的有機(jī)質(zhì)。處理液中含有余氯能起到持續(xù)殺菌作用，從而達(dá)到提高聚合物黏度的目的[6-7]。

2 試驗

2.1 地點(diǎn)選擇與現(xiàn)場工藝

通過調(diào)研，選取配注量規(guī)模相對較小、站內(nèi)場地寬闊站所作為試驗場區(qū)開展試驗。

試驗裝置以橇裝的形式放置，在儲水罐來液管線外接出50 m 左右的管線，將試驗裝置中產(chǎn)生的二氧化氯與污水充分混合后送入儲水罐（圖1）。

圖1 現(xiàn)場工藝示意圖Fig.1 Schematic diagram of the field process

2.2 試驗方案

在試驗站低壓一元端殺菌。殺菌前，一元液在殺菌裝置前取樣，殺菌后的一元液在本站站內(nèi)污水泵后取樣，對比殺菌效果（圖2）。

圖2 站內(nèi)流程及取樣點(diǎn)示意圖Fig.2 Schematic diagram of station flow and sampling point

2.3 檢測項目及方法

細(xì)菌化驗采用測試瓶絕跡稀釋法，在適宜溫度的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)7天后得出細(xì)菌化驗結(jié)果。化驗殺菌前后的低壓一元液中三種細(xì)菌（SRB、TGB、FB）的含量[8]。

首先，研究殺菌前后的低壓一元液配制聚合物母液的濃度、黏度變化。在殺菌效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)后，對配制的聚合物母液的濃度、黏度進(jìn)行化驗，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌對聚合物黏度有影響。為對比殺菌前后對聚合物母液的黏度影響，在殺菌裝置前后分別取樣進(jìn)行室內(nèi)聚合物母液配制并化驗，對比配制的母液濃度、黏度變化規(guī)律[9-10]。

其次，研究殺菌裝置對注入井口聚合物母液濃度、黏度的影響。注入井為三元配注系統(tǒng)的末端，選擇與配注站不同距離的5 口注入井進(jìn)行取樣監(jiān)測，比較注入井口的聚合物母液濃度、黏度變化。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 二氧化氯殺菌效果分析

第一階段（2019-11-13—2019-11-26），根據(jù)試驗區(qū)水質(zhì)情況確定ClO2投加量在10 000 g/h 時，達(dá)到了試驗要求的技術(shù)指標(biāo)。第二階段（2019-12-2—2019-12-13），為摸索更加經(jīng)濟(jì)的投加量，對投加量進(jìn)行階梯式摸索，試驗數(shù)據(jù)顯示，在ClO2投加量最大時能夠達(dá)到試驗技術(shù)指標(biāo)要求（表1）。

表1 2019年配注站二氧化氯殺菌試驗細(xì)菌檢測Tab.1 Bacterial detection of chlorine dioxide sterilization test at the preparation and injection station in 2019

整個試驗過程中，二氧化氯投加量達(dá)到峰值10 000 g/h時，污水中殺菌率達(dá)到99.9%。在試驗中后期（12月2日開始）嘗試減少投加量，摸索最佳投加量時發(fā)現(xiàn)，針對目前的水質(zhì)情況，只有在投加量達(dá)到最大值時，殺菌效果相對較好。

二氧化氯投加量在10 000 g/h 時：硫酸鹽還原菌殺菌率為99.9%，合格率為86%；腐生菌殺菌率為99.9%，合格率為100%；鐵細(xì)菌殺菌率為99.9%，合格率為100%。

3.2 殺菌對配制聚合物母液的濃度和黏度的影響

殺菌的主要目的是降低細(xì)菌在污水中對后期聚合物配制過程中產(chǎn)生的影響，同期對比殺菌前后對聚合物濃度、黏度的影響，開展室內(nèi)配制實驗盡量排除其他因素對試驗的干擾。在取樣點(diǎn)定期取樣，使用與試驗站相同規(guī)格的干粉，分別配制成濃度5 000 mg/L 母液，再用高壓二元水稀釋成2 100 mg/L，進(jìn)行母液濃度和黏度的化驗，對比效果。

3.2.1 室內(nèi)配制實驗效果分析

室內(nèi)配制濃度為5 000 mg/L的聚合物母液。經(jīng)過分散、攪拌等過程，殺菌前后對聚合物的濃度（圖3）沒有明顯影響，但是對黏度（圖4）有所提升。

圖3 殺菌前后5 000 mg/L聚合物濃度對比曲線Fig.3 Concentration comparison curve of 5 000 mg/L polymer before and after sterilization

在室內(nèi)配制濃度為5 000 mg/L的母液，再用本站內(nèi)高壓二元液稀釋至2 100 mg/L。通過化驗數(shù)據(jù)可以看到，稀釋至2 100 mg/L的聚合物濃度在殺菌前后也無明顯提升（圖5），但是對黏度有明顯的提升（圖6）。這是因為高壓二元液中堿的成分對于去除細(xì)菌有一定作用，從而進(jìn)一步提升了黏度。

圖5 殺菌前后2 100 mg/L聚合物濃度對比曲線Fig.5 Concentration comparison curve of 2 100 mg/L polymer before and after sterilization

圖6 殺菌前后2 100 mg/L聚合物黏度對比曲線Fig.6 Viscosity comparison curve of 2 100 mg/L polymer before and after sterilization

3.2.2 注入井口的聚合物濃度、黏度取樣效果分析

試驗站靜態(tài)混合器的聚合物母液濃度在2 100 mg/L 左右，根據(jù)不同的注入井的方案濃度，通過高壓水將聚合物母液稀釋后輸送至各個注入單井。選取的5 口井距離配注站由近及遠(yuǎn)，化驗數(shù)據(jù)顯示，距離配注站較近的注入井，殺菌后對聚合物濃度、黏度影響程度較大。注入井5 距離配注站最遠(yuǎn)，受到管線長距離運(yùn)輸?shù)挠绊?，濃度、黏度也有不同程度的下降?口注入井殺菌前后平均濃度對比如圖7所示，殺菌前后平均黏度對比如圖8所示。

圖7 殺菌前后注入井口聚合物平均濃度對比Fig.7 Comparison of average polymer concentration injected from wellhead before and after sterilization

圖8 殺菌前后注入井口聚合物平均黏度對比Fig.8 Comparison of average polymer viscosity injected from wellhead before and after sterilization

4 結(jié)論

（1）二氧化氯殺菌裝置對于三種細(xì)菌的殺菌作用效果顯著，SRB、FB、TGB 殺菌率均達(dá)到99.9%。

（2）三種細(xì)菌對聚合物濃度的影響較小，對黏度的影響較大。在不受機(jī)械剪切等物理因素和礦化度、含油濃度、懸浮物濃度等水質(zhì)因素的影響下，使用殺菌后的污水配制聚合物母液，黏度可以提升15%左右。

（3）配注站下游取樣化驗的5口注入井的平均黏度提升15%左右，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行之后可以考慮減少配制站聚合物的用量。