反硝化抑制油田采出水中SRB的效果研究

徐麟博，雷富強，陳浩東，秦芳玲

（西安石油大學化學化工學院，陜西省油氣田環境污染與儲層保護重點實驗室，陜西 西安710065）

在我國大多數油田產出液中均存在著大量的硫酸鹽還原菌（sulfate reduc-ing bacteria，簡稱SRB）[1]。腐蝕、結垢和阻塞是SRB大量繁殖對油田系統（油田管線、注水系統和地面工程）造成的三大主要危害，嚴重影響油田的生產安全，并造成巨大的經濟損失[2]。如何有效抑制或消除SRB對油田生產的危害一直是油氣田生產亟待解決的重要難題之一。國內油田防治SRB的最主要手段是采用化學殺滅法[3]，即通過投加殺菌劑（主要包括戊二醛、丙烯醛、甲醛、季銨鹽類、雜環類及其復配物等）殺死或抑制SRB的生長和繁殖。反硝化控制SBR技術通過向油層或采出水中中加入合適的反硝化菌和硝酸鹽等物質，利用反硝化細菌能夠優先利用SRB賴以生存的主要碳源，如揮發性脂肪酸（VFA），從而迅速生長繁殖，影響SRB還原硫酸鹽，達到抑制SRB的目的[4]。因此，反硝化抑制SRB是油氣田生產中SRB防治的研究熱點和發展方向，具有獨特的優勢和廣闊的發展前景[5]。本文以硫酸鹽去除率及SRB含量為指標，研究投加硝酸鹽或（和）接種反硝化細菌對油田采出水中SRB的抑制效果。

1 實驗材料與方法

本研究油田采出水來自陜西延長石油公司靖邊采油廠；所用DNB菌株購自陜西省微生物研究所。

采用《油田注入水細菌分析方法絕跡稀釋法》 （SY/T 0532-2012）對油田采出水中SRB的數量進行測定。

采用離子色譜法對采出水中的硫酸鹽濃度進行測定。

1.1 不同DNB接種量對SRB的抑制效果研究

在油田采出水中分別按2.5%、5%、10%和12.5%的接種量（體積分數，下同）投加DNB（108 CFU/mL），恒溫（37℃）培養72h，測定采出水中的SRB數量和硫酸鹽濃度。以未接種DNB處理為對照，計算硫酸鹽去除率，研究DNB投加量對采出水中SRB的抑制作用。每個處理設3次重復實驗。硫酸鹽去除率計算公式為：

其中：C為硫酸鹽去除率（%），D0為第0天采出水硫酸鹽質量濃度（mg/L），D3為經3天處理后采出水中的的硫酸鹽質量濃度。

1.2 不同硝酸鹽投加量對SRB的抑制效果研究

在油田采出水中分別按20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L和100mg/L的接種量投加硝酸鈉（以硝酸根濃度計），恒溫（37℃）培養72h，測定采出水中的SRB數量和硫酸鹽濃度。以未接種硝酸鹽處理為對照，計算硫酸鹽去除率，研究硝酸鹽投加量對采出水中SRB的抑制作用。每個處理設3次重復實驗。

1.3 硝酸鹽與DNB聯合對SRB抑制效果研究

采用1.2和1.3中最佳硝酸鹽和DNB接種量同時作用于油田采出水，恒溫（37℃）培養72h，測定采出水中的SRB含量和硫酸鹽的濃度。以未接種硝酸鹽處理為對照，硫酸鹽去除率，研究硝酸鹽投加量對采出水中SRB的抑制作用。每個處理設3次重復實驗。

2 結果與討論

2.1 不同DNB接種量對采出水中SRB的抑制效果

表1為不同DNB接種量對油田采出水中硫酸鹽含量的影響結果。結果表明：采出水中的硫酸鹽濃度隨DNB接種量的增大呈先上升，后下降的趨勢，相應的硫酸鹽去除率均有減弱；當DNB接種體積比為5%時，采出水中硫酸鹽濃度為1608.4 mg/L，硫酸鹽去除率為6.8%，較對照處理減低了73.3%，表明在5%接種量條件下DNB對SRB的反硫化作用較其它處理具有較強的抑制作用；當DNB接種量增大時采出水中的硝酸鹽快速消耗，DNB缺乏硝酸鹽電子受體，對SRB競爭作用減弱[6]，SRB的反硫化作用加快，采出水中硫酸鹽濃度增大，故硫酸鹽去除率反而升高[7]。

表2為不同DNB接種量下采出水中的SRB數量，可以看出，SRB數量隨DNB接種量的增加呈先下降后增加的趨勢；當DNB接種量為5%時，接種DNB對SRB數量的抑制作用明顯，其數量由原來的103～104個/mL降至10個/mL以內；當DNB接種量繼續增大，造成采出水中硝酸鹽的快速消耗，而失去對SRB的競爭優勢，故出現SRB的數量反而升高。

表1 不同DNB接種量對采出水中硫酸鹽濃度及其去除率的影響

表2 不同DNB接種量下對采出水中SRB的抑制

由上述分析可見，DNB對油田采出水中的SRB的數量和代謝具有較為明顯的抑制作用。

2.2 硝酸鹽濃度對采出水中SRB的抑制效果

表3為在投加不同硝酸鹽72h后油田采出水的硫酸鹽含量，可以看出，隨著硝酸鹽投加量的增大，采出水中的硫酸鹽含量基本呈不斷增大的趨勢，這可能是由于硝酸鹽濃度的增大有利于采出水中反硝化抑制SRB作用，從而使SRB的反硫化作用受到抑制[8]；在本實驗條件下，當硝酸鹽投加量為100 mg/L時，72h后采出水中的硫酸鹽含量為1590 mg/L，硫酸鹽去除率也最低，為7.8%。

表3 不同硝酸鹽投加量條件下下采出水的硫酸鹽濃度及及其去除率

表4為在投加硝酸鹽72h后采出水中的SRB數量，可以看出，在硝酸鹽投加量為20～80 mg/L時，各處理采出水中SRB數量在10～100個/mL，較其初始含量降低10～103個數量級；當硝酸鹽投加量達100 mg/L時采出水中的SRB數量由原來的103～104個/L顯著降低至1～10個/L，表明此硝酸鹽濃度對采出水中的SRB有顯著的抑制作用，從而使其反硫化作用受到顯著抑制，采出水中硫酸鹽含量較高，相應的硫酸鹽去除率也最低（見表4）。

表4 不同硝酸鹽投加量條件下采出水中SRB的數量

由上述分析可見，硝酸鹽對油田采出水中的SRB有明顯抑制作用，從而使其硫酸鹽還原作用可能受到抑制[8]。

2.3 DNB和硝酸鹽共同作用對SRB的抑制效果

表5為硝酸鹽（100mg/L）與DNB聯合作用后對油田采出水中硫酸鹽含量的影響。結果表明：DNB和硝酸鹽共同存在的情況下，采出水中的硫酸鹽去除率均較低，表明SRB的硫酸還原作用受到了顯著的抑制，且隨著DNB接種量的增大，采出水中的硫酸鹽去除率越低，這可能是由于在硝酸鹽含量較為充足的條件下，DNB和硝酸鹽對SRB的抑制作用有協同作用。因此，在100mg/L硝酸鹽與DNB接種量為12.5%共同作用對采出水中SRB的抑制作用最為顯著。

表5 DNB與硝酸鹽結合抑制下硫酸鹽濃度及其去除率

由表6可見，在硝酸鹽投加量為100mg/L條件下，接種DNB可顯著抑制SRB的生長和繁殖，各處理的SRB數量均在1～10個/mL，較采出水初始SRB數量有顯著的降低，表明在充足硝酸鹽條件下下，DNB代謝硝酸鹽及其中間產物都對SRB有抑制作用[9]。

表6 硝酸鹽與DNB同時作用下的SRB數量

對比單獨投加硝酸鹽或接種DNB對采出水中SRB數量的抑制作用（分別見表2和表4）可以看出，硝酸鹽與DNB對油田采出水中的SRB有顯著的協同抑制作用。

3 結論

1）DNB對SRB具有顯著抑制作用，5%的DNB接種體積比可使SRB數量降至10個/mL。

2）在油田采出水中投加硝酸鹽可抑制SRB的反硫化作用，且隨著硝酸鹽投加量的增加，對采出水中的硫酸鹽還原作用的抑制效果越越顯著。

3）硝酸鹽和DNB對采出水中SRB協同抑制作用較它們單獨處理時更為顯著。