喇嘛甸油田采出水藥劑殺菌技術(shù)優(yōu)化研究

大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所

細菌是影響污水回注的主要指標(biāo)之一，根據(jù)大慶油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY DQ0605—2006《大慶油田油藏水驅(qū)注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中的注水指標(biāo)要求，注水水質(zhì)要滿足7 項控制指標(biāo)、5 項輔助性指標(biāo)，12 項指標(biāo)中對細菌的指標(biāo)要求占指標(biāo)總數(shù)的33.3%，突顯出殺菌效果的優(yōu)劣在生產(chǎn)中的重要性。喇嘛甸油田投入殺菌劑的成本占污水處理成本的9.7%左右，且在運污水站的硫酸鹽還原菌（SRB）含量均大于公司指標(biāo)要求（≤100 mL-1），普遍在1 000 mL-1以上。過高的SRB 數(shù)量會對不同滲透率油藏產(chǎn)生危害，造成地層堵塞，還會破壞有機聚合物分子鏈上的自由基，使之產(chǎn)生大幅度降解（黏損40%），其產(chǎn)物H2S對金屬管道及處理設(shè)備也會產(chǎn)生嚴重腐蝕（腐蝕速率0.15 mm/a）。因此考慮開展殺菌劑優(yōu)化研究，在有效地控制硫酸鹽還原菌數(shù)量的基礎(chǔ)上降低藥劑費用，以延長物理殺菌裝置使用壽命，改善注水水質(zhì)，提高采收率。

1 油田采出水中細菌危害及殺菌機理

油田采出水中的細菌按呼吸類型大致可分為三類：好氧性細菌、厭氧性細菌[1]、兼性細菌。三種細菌在油田開發(fā)和生產(chǎn)中主要造成以下危害：惡化水質(zhì)、腐蝕管線設(shè)備、堵塞地層[2-4]、降低注入黏度、降解驅(qū)油化學(xué)藥劑、降低聚合物注入黏度等。需對油田污水中細菌進行有效治理，根據(jù)細菌特性有針對性殺菌。

根據(jù)殺菌劑種類不同，主要有以下4種殺菌機理：阻礙菌體呼吸、抑制蛋白質(zhì)合成、破壞細胞壁結(jié)構(gòu)、阻礙核酸的合成。殺菌劑具有上述四項中的任何一種功能，均能使細菌被抑制或致死[5-7]。化學(xué)殺菌劑按作用機理分為氧化型殺菌劑和非氧化型殺菌劑。氧化型殺菌劑的特點是價格便宜、見效快，污染較小，不易產(chǎn)生抗藥性等，但該型藥劑具有受環(huán)境影響因素大，藥效短等缺點。非氧化型殺菌劑的殺菌機理是以致毒作用于微生物的特殊部位[8-11]，該類型殺菌劑范圍廣、高效、易溶于水、作用時間長，且有一定緩蝕作用，但價格昂貴。喇嘛甸油田在用的殺菌劑以非氧化型殺菌劑為主，主要為有機溴類殺菌劑。

2 細菌含量監(jiān)測分析

各油井產(chǎn)出液匯集到聯(lián)合站，在油站進行油水分離后，污水進入水站，經(jīng)沉降和過濾處理后變成回注污水輸送到注水站，最后通過注水井回注到地層中[12]，這實質(zhì)上是污水在地面和地下循環(huán)的過程，整個過程是在一個密閉系統(tǒng)中進行的，該密閉系統(tǒng)為細菌的滋生提供了有利條件。

為更好地了解污水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)細菌的分布狀態(tài)，對喇嘛甸油田在運的24 座污水站來水，一次沉降后、二次沉降后、濾后等節(jié)點的采出水細菌含量進行化驗分析，具體情況見表1。

從化驗數(shù)據(jù)來看，各污水站節(jié)點硫酸鹽還原菌變化規(guī)律并不一致，但54.2%的污水站節(jié)點外輸菌類含量高于來水時含量，57.1%的污水站節(jié)點沉降罐后菌類含量上升。為掌握細菌在油田地面處理流程中的變化情況，選取了從采出井到深度污水站流程中的13 個節(jié)點，對SRB、FB 分布情況進行檢測分析，為后續(xù)的優(yōu)化殺菌工藝和改善水質(zhì)現(xiàn)狀提供技術(shù)數(shù)據(jù)。取樣位置見圖1，SRB、FB分布情況見圖2、圖3。

表1 污水站各節(jié)點SRB含量Tab.1 SRB content at each node of the sewage station

圖1 取樣節(jié)點Fig.1 Sampling node

從圖2、圖3 中可以看出，SRB、FB 兩種細菌在所測節(jié)點曲線圖上的前期變趨勢較為相似，兩種細菌主要在游離水、二次沉降罐、深污過濾罐、外輸水罐4個環(huán)節(jié)滋生，其中在二次沉降罐、深污過濾罐的滋生情況最為嚴重，F(xiàn)B 細菌值最高達到110 00 mL-1，SRB細菌值相對于前一測量節(jié)點也高出數(shù)倍，達到1 300 mL-1。由此得出，以儲罐或沉積物下方為主的水流較慢區(qū)域或死水區(qū)為細菌繁殖區(qū)域。

圖2 各節(jié)點SRB細菌分布Fig.2 SRB bacteria distribution of each node

圖3 各節(jié)點FB細菌分布Fig.3 FB bacteria distribution of each node

3 殺菌劑室內(nèi)優(yōu)選實驗

3.1 細菌增長趨勢室內(nèi)研究

對細菌的生長環(huán)境開展室內(nèi)實驗研究，通過觀察不同物性條件下污水中細菌的變化情況，分析細菌的生長環(huán)境，研究細菌在各節(jié)點上的生長變化趨勢，以此來控制生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的細菌滋生。取喇嘛甸油田某轉(zhuǎn)油放水站（聚驅(qū)）污水，取樣點為過濾罐出口和一次沉降罐進口，進行實驗分析得出：當(dāng)污水中含油濃度為4.9～56.8 mg/L時，三種細菌均呈正增長；懸浮物濃度為4.8～25.9 mg/L時，三種細菌含量變化不明顯；礦化度為4 780～5 662 mg/L 時，三種細菌均呈正增長；溫度在30～40 ℃時，三種細菌均呈正增長，35 ℃時含量最高；氧含濃度為1.9～5.8 mg/L時，三種細菌0～8 h內(nèi)呈負增長，22 h時呈正增長。由此可知，含油多、溫度適宜且缺氧是細菌適宜生長的條件。通過室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，前段減少放水原油含量，中段增大容器清淤力度，末端增設(shè)殺菌工藝可以降低細菌滋生量。

3.2 殺菌劑室內(nèi)篩選

由于購買渠道的問題，目前采出水處理現(xiàn)場往往只投加同一類型殺菌劑，而長期使用同一類型殺菌劑會令微生物的細胞膜發(fā)生變化，導(dǎo)致殺菌劑不能透入，同時微生物也會發(fā)生遺傳變異，對殺菌劑產(chǎn)生免疫力。通過室內(nèi)實驗，針對喇嘛甸油田污水性質(zhì)，優(yōu)選出幾種高效殺菌劑，以避免長期使用同一種殺菌劑產(chǎn)生抗藥性。共選取七種非氧化型殺菌劑分別對水驅(qū)、聚驅(qū)兩種水樣開展類型優(yōu)選實驗，并以喇嘛甸油田在用的有機溴類殺菌劑的噸水處理成本（0.34元）為基準(zhǔn)，確定其他殺菌劑的加藥濃度。具體選取情況見圖4，評價結(jié)果見表2。

圖4 優(yōu)選殺菌劑類型Fig.4 Preferred fungicide type

通過分析得出，水驅(qū)污水處理中，季銨鹽類殺菌劑效果較好，其中DQSSJ-11 效果最優(yōu)；聚驅(qū)污水處理中季銨鹽、有機雜環(huán)、有機醛殺菌效果較好，其中季銨鹽最優(yōu)。

表2 七種殺菌劑評價結(jié)果對比Tab.2 Comparison of seven fungicides evaluation results

4 現(xiàn)場投加方式及殺菌效果驗證

將物理殺菌技術(shù)與化學(xué)殺菌技術(shù)合理匹配，應(yīng)用于生產(chǎn)情況良好、工藝設(shè)備配套完善、供水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的區(qū)域開展多點加藥投加方式研究。試驗內(nèi)容主要分為兩方面：區(qū)域多點加藥研究和單支管線多點加藥研究。以污水崗、注水站、配水間、注水井為節(jié)點指標(biāo)，測量不同殺菌劑投加濃度下各節(jié)點的SRB含量。

根據(jù)以上條件，在充分考慮站庫從屬關(guān)系及注水管網(wǎng)走向的情況下確定了包括2 座普通污水站、1座深度污水站、2座注水站、4座配水間和8口注水井共計17個取樣點作為監(jiān)測點（表3）。

表3 站庫從屬關(guān)系統(tǒng)計Tab.3 Statistics of station subordinate relationship

4.1 區(qū)域多點加藥試驗

開展區(qū)域多點加藥試驗后，從細菌含量來看，17 個監(jiān)測點位中有4 個監(jiān)測點細菌濃度在101 mL-1以下，有13 個監(jiān)測點細菌濃度在102 mL-1以下，綜合上述結(jié)果表明：投加濃度為0.7%（體積分數(shù)）的殺菌劑盡管不能使各節(jié)點細菌含量達標(biāo)，但可有效減少各節(jié)點細菌含量。

圖5 區(qū)域多點加藥殺菌效果分析圖Fig.5 Regional multi-point dosing effect analysis chart

從圖5可知，開展區(qū)域多點加藥后，隨著殺菌劑投加濃度的逐漸增加，達標(biāo)監(jiān)測點逐漸增加，由投加藥劑濃度為0.2%時1個監(jiān)測點達標(biāo)增加至投加0.7%時4個監(jiān)測點達標(biāo)。細菌含量下降點占比由于含油變化，先減少后增加，從投加0.2%時的41.2%增加至投加0.7%時的80.4%。由此可以認為，在供水管網(wǎng)相對復(fù)雜的污水系統(tǒng)，殺菌劑投加濃度為0.7%時，盡管無法使大面積監(jiān)測點細菌含量達標(biāo)，但區(qū)域細菌含量水平總體下降。

4.2 單支管線多點加藥試驗

以“污水站+注水站”多點加藥為原則，選取污水站1、注水站1、配水間1、喇配水間4 及4 口注水井作為受效監(jiān)測點，根據(jù)區(qū)域多點加藥結(jié)果，以具有殺菌效果的0.7%為投加濃度、試驗前空白水樣為對比開展單支管線多點加藥試驗，具體試驗結(jié)果見表4。

表4 單支管線多點加藥試驗監(jiān)測點化驗結(jié)果對比Tab.4 Comparison of test results of single pipeline multi-point dosing test at monitoring point

8 個監(jiān)測點中，有2 個監(jiān)測點細菌含量達標(biāo)，細菌達標(biāo)率25%，與區(qū)域多點加藥一致。在達標(biāo)點位分布上，區(qū)域多點加藥達標(biāo)點位為污水站與注水站，單支管線多點加藥達標(biāo)點位為污水站與喇配水間4。

對比單支管線多點加藥水樣與空白水樣發(fā)現(xiàn)：8 監(jiān)測點中3 個點細菌含量下降，占總數(shù)的37.5%；3個點細菌含量不變，占總數(shù)的37.5%；2個點細菌含量增加，占總數(shù)的25.0%。

從細菌含量來看，8 個監(jiān)測點位中有1 個監(jiān)測點細菌濃度在100 mL-1以下；有1 個監(jiān)測點細菌濃度在101 mL-1以下；有6 個監(jiān)測點細菌濃度在102 mL-1以下，該結(jié)果與區(qū)域多點加藥相似。

相比區(qū)域多點加藥，單支管線多點加藥縮短了殺菌周期，殺菌效果更好。這是由于多區(qū)域多點加藥情況下，7 ml/L殺菌劑經(jīng)污水站、注水站、配水間流向井口，注水站內(nèi)殺菌劑消耗大，藥效雖能延伸至配水間、井口，但無法使下游水質(zhì)達標(biāo)。

4.3 殺菌劑現(xiàn)場投加效果

為了驗證物理殺菌、化學(xué)殺菌的聯(lián)合效果，在深度污水站開展聯(lián)合殺菌試驗。優(yōu)選了16 個取樣點，化驗在不同殺菌方式下各節(jié)點的SRB含量。具體效果見表5。

表5 殺菌效果對比Tab.5 Comparison of sterilization effect

從試驗結(jié)果可以看出，聯(lián)合殺菌方式效果好于單獨使用一種殺菌方式，且殺菌劑用量相應(yīng)減少30%左右，從而為油田節(jié)省了生產(chǎn)運行成本，是較為合理的殺菌方式。

5 結(jié)論及建議

經(jīng)過上述研究得出：以儲罐或沉積物下方為主的水流較慢的區(qū)域或死水區(qū)是細菌繁殖區(qū)域，是細菌治理的重要區(qū)域。污水處理前段減少放水原油含量，中段增大容器清淤力度，末端增設(shè)殺菌工藝可以減少細菌滋生；在投加相同濃度殺菌劑的條件下，單支管線多點加藥效果優(yōu)于區(qū)域多點加藥；在加藥時間相同情況下，聯(lián)合殺菌效果優(yōu)于單獨一種殺菌效果，殺菌劑的用量可減少30%左右。

通過進行油田采出水藥劑殺菌技術(shù)研究，對喇嘛甸油田污水細菌治理提出如下建議：持續(xù)推進精細化、規(guī)范化管理；單純的依靠殺菌工藝解決污水細菌問題治標(biāo)不治本，需要加強生產(chǎn)環(huán)境管理，為污水處理創(chuàng)造清潔的環(huán)境，避免細菌的大量滋生；物理法、化學(xué)法、生物處理法等殺菌方法各有特點，應(yīng)傾向于殺菌劑和殺菌方式的聯(lián)合使用，選擇具有殺菌、緩蝕、阻垢等不同機理的藥劑進行復(fù)配，在節(jié)約成本的同時降低微生物的抗藥性。