濾膜在油田注入水除菌工藝中的應用

（長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州434023）

人們在幾千年前就開始使用過濾技術，而濾除細菌的過濾技術是近幾十年來伴隨著科技的發展、新型材料的研發以及人們對生活品質的注重而興起的新方向，也是近年來的研究熱點［1］，其中膜過濾技術因為操作簡單、去除效果好等優點更是受到人們的關注。高分子納濾膜是近年來國際上發展較快的膜品種之一，該類膜對相對分子質量在300以上的有機物的截留率較高，對細菌、病毒的過濾效果較好［2］。細菌直徑一般在0.1μm 到十幾微米之間，只有孔隙比其更小的過濾介質才能發揮作用，而納濾膜的孔隙遠小于細菌直徑。研究發現各種過濾技術主要是通過機械篩濾和吸附截留作用起到過濾的效果［3］。

目前，注水開發依然是各個油田采油的主要開發方式。長期的油田注水實踐證明，在注水開發中，注入水水質是一項關鍵性因素［4］，不僅對水驅油藏的采收率和開發效果有著重要影響，而且對地面的工程設施、設備的機械效率及使用壽命都會帶來巨大的影響，這些最終都會體現在注水開發原油的效益上。采油注入水中含有的細菌容易引起注水管線及設備的腐蝕［5］，縮短其使用壽命，增加后期的運行成本及處理難度，從而降低油田的整體開發水平和經濟效益。因此，采油注入水中細菌必須經過處理達標后才能用于回注。回注水中的硫酸鹽還原菌含量一般很高，是因為處理后的回注水在輸送過程中，經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菌，也會在漫長密封的輸送過程中重新生長繁殖，造成水質的惡化。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行了膜過濾除菌工藝的研究。

1 實驗

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備制造有限公司；紅山嘴油田回注水。

125L·h－1海水淡化設備，北京海德能水處理設備制造有限公司；SPX－150B－Z型生化培養箱，上海博迅實業有限公司；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，北京華興化學試劑廠。

1.2 方法

1.2.1 回注水水質分析

取紅山嘴油田回注水水樣進行水質分析，結果見表1。

表1 紅山嘴油田回注水水質分析結果Tab.1 The analytical results of injection water quality in Hongshanzui Oilfield

1.2.2 模擬水的配制

根據紅山嘴油田回注水的水質分析結果，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。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 硫酸鹽還原菌培養基的配制及細菌培養

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%氫氧化鈉溶液調節pH 值至7.4～7.6，密封，用牛皮紙包好，進行濕熱滅菌。

向滅菌后的培養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。當繁殖到一定數量時，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，讓細菌繼續繁殖。繁殖一定時間后，測定SRB 細菌含量，并立即用膜裝置過濾，收集濾液并測定其中的SRB細菌含量。計算細菌去除率。去除率越高，除菌效果越好。

1.2.4 SRB細菌含量的測定

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

2 結果與討論

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3d、5d后，分別用三種膜進行過濾，取過濾10min時的水樣測定SRB細菌含量，與過濾前細菌含量作對比，結果見表3。

表3 膜過濾前后的SRB細菌含量測定結果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，也能透過少量細菌，致使處理后的水體菌量不能達到回注水標準［6］。而納濾膜HNF70－4040和反滲透膜ROSW1－4040 處理后水體細菌含量都能達標，其中反滲透膜的效果最好，能夠做到完全除盡細菌。但納濾膜HNF70－4040沒有完全除盡細菌，在后續的輸送過程中細菌有可能繼續生長繁殖。

2.2 過濾后水樣的靜態穩定性

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菌含量，結果見表4。

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

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

2.3 納濾與化學殺菌劑的協同作用效果

雖然反滲透能夠徹底地除去細菌，滿足處理要求，但因為反滲透膜容易污染，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，考慮在納濾的基礎上，加入化學殺菌劑進一步殺菌，結果見表5。

表5 納濾與化學殺菌劑的協同作用效果／（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。這樣既節約了藥劑成本，簡化了工藝，又可以避免過多的化學藥劑對地層的損害，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到注水標準，但并不能完全達到除菌效果，必須徹底除菌，才能避免后續輸送過程中出現的細菌再繁殖問題。

（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殺菌劑殺菌，不僅只需極少量的化學藥劑，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展趨勢。

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

［2］梁雪梅，陸曉峰，王彬芳，等.高分子納濾膜的研究及進展［J］.功能高分子學報，1999，12（1）：102－111.

［3］蔣紹階，石長恩，江志賢.膜過濾技術用于飲用水消毒可行性探討［J］.重慶環境科學，2003，25（4）：52－54.

［4］汪亞蓉，汪偉英，劉子雄，等.注水水質對油藏開發指標的影響研究［J］.斷塊油氣田，2010，17（1）：82－84.

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

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