烏南油田采出水硫酸鹽還原菌生物抑制工藝試驗

趙夢龍,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大慶油田創業集團有限公司 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公司壓裂技術服務大隊 5中國石油集團工程技術研究院有限公司

0 引言

烏南聯合站污水處理系統建于1997年，設計污水處理量1 600 m3/d。污水處理系統工藝流程：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數量達到105個/mL，導致硫化氫含量高達30 mg/L。SRB代謝還原硫酸鹽，生成副產物硫化氫。因此需要采取十分有效的方法來遏制SRB，以期待減少SRB對水處理系統和注水系統的影響。

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)的關鍵是在生物膜內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平臺連續注入硝酸鹽4個月后，腐蝕速率下降到每年0.02 mm[4]。1996年Jenneman等[5]在Coleville油田進行硝酸銨和磷酸二氫鈉混合液注入。10 d后，生產井的硫化氫含量降低了50%～60%,NRB數量至少增加了1 000倍。

結合莊文[6]和譚燕[7]等所做研究，提出硝酸鹽對SRB的抑制作用。蘇超[8]等進行了室內NRB抑制SRB室內實驗，通過促進NRB的生長來抑制SRB和除去SRB所產生的黑色沉淀。

1 烏南油田采出水分析

1.1 測試方法

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

(2)含硫采用亞甲基藍比色法。

(3)Fe(II)和總鐵含量使用測鐵管方法(北京華興化學試劑廠)。

(4)NRB計數采用MPN方法，使用NRB計數瓶。

1.2 取樣

試驗用水取自提升泵，提升泵的流體來自調儲罐，流向預處理器。所取樣品標記為烏南來液。

1.3 分析結果

分析所取樣品“烏南來液”的含鐵、含硫，用絕跡稀釋法計數了NRB、SRB、FB、TGB。結果見表1。

表1 烏南來液檢測結果

烏南來液樣品的硫化氫含量高達25.119 mg/L,會嚴重腐蝕注水管線，產物硫化亞鐵極易堵塞地層。

該樣品中SRB數量105個/mL，這是導致硫化氫含量高的直接原因。SRB代謝還原硫酸鹽，生成副產物硫化氫。需要從根本上遏制SRB，以期待減少SRB對注水系統的影響。

Fe2+可以給FB(鐵細菌)提供電子，使FB超過注入水標準的控制要求；另外Fe2+易產生沉淀，堵塞儲層，造成儲層傷害。檢測到NRB數量為101～103個/mL，表明烏南水處理系統有使用NRB抑制SRB的潛力。只要添加適當的激活劑，就可以激發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實驗

2.1 烏南油田采出水生物抑制靜態實驗

藥品：JHB緩釋營養劑。

水樣：調儲罐水樣，經提升泵，過預處理器和旋分器以后，進緩沖罐(試驗進水期間，預處理器不添加任何藥品)。

設備：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緩沖罐靜態試驗。設計加JHB緩釋營養劑240 ppm。試驗中，緩沖罐實際液位4.8 m，污水體積 173 m3。加藥前在緩沖罐中采集了水樣，進行了分析化驗，加藥前在緩沖罐中采集了水樣，進行了分析化驗，硫化氫含量和SRB數量都較高，分別達到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的數量103個/mL，TGB的數量103個/mL。

加藥后的近20 d，每天按上、中、下分別采集了罐內水樣，進行分析和細菌計數。結果表明，硫化氫含量總是低于1 mg/L，SRB數量也逐步低到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維持在很低的水平，說明加藥后系統中的NRB被激活達到抑制SRB的目的。

細菌計數結果顯示，加藥前SRB、TGB、FB數量103個/mL、103個/mL、103個/mL，加藥后，經過5 d的細菌競爭性生長，SRB、TGB、FB數量均降低到0,且NRB逐漸增加到102個/mL。在靜態條件下，緩沖罐中靜態抑制SRB效果明顯，能有效的控制緩沖罐中水樣中SRB、TGB、FB、硫化氫的數量。

2.2 烏南油田采出水硫酸鹽還原菌生物抑制現場試驗

在采出水處理流程加藥試驗之前通過大量室內評價實驗及現場靜態試驗，確定緩釋營養劑型藥劑加入量確定為300 ppm。

2.2.1 沖擊式加藥方式

烏南聯合站處理水量800 m3/d，試驗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間將1 d所需藥劑打入調儲罐，實驗結果見表2。使其在調儲罐充分反應，監測提升泵、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、英東注水井1、英東注水井2水質，提升泵SRB含量103個/mL。烏南注水站SRB含量由103個/mL降低至0，英東注水井SRB含量由103個/mL降低至25個/mL。烏南至英東沖擊式加藥含硫、機雜SRB含量變化情況見表2，圖1。

表2 沖擊式加藥液檢測結果

圖1 含硫檢測外觀

生物營養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，烏南各取樣點基本能達到回注水要求，硫化物降低至0.5 mg/L以內。由于英東離烏南注水站較遠,沿程SRB活性控制較難,井口SRB還有25 個/mL，含硫去除率只有40%左右，但機雜出現了大幅度的降低，說明生物營養液的加入有效抑制了SRB的活性，降低了沿程SRB產生的含硫，有效防止了SRB對管壁、注水設備的腐蝕?？紤]到沖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，進而開展了加藥量優化及烏南、英東同時加藥試驗，得到英東加藥量控制在60 ppm生物營養液井口達標率達到86%以上。

2.2.2 加藥量優化

通過室內實驗確定了絮凝劑及助凝劑加量，并在現場實驗250 ppm、200 ppm、150 ppm JHB加量的效果。試驗采用調儲罐24 h在線連續加藥,實驗結果見表3。表3結果表明生物營養液最低濃度為200 ppm，當低于200 ppm以后水質快速惡化，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。處理后水質外觀清透明亮，見圖2。

圖2 烏南、英東同時加藥水樣外觀及含硫檢測外觀

表3 優化加藥量優化檢測結果

2.2.3 注水延程分段式加藥實驗

通過沖擊式加藥方式及加藥量優化，烏南各各取樣點取得了較為滿意的結果，由于烏南至英東注水站注水延程達到25 km，延程細菌滋生嚴重，在烏南聯合站加藥的方式無法控制英東注水站、英東井口水質，因此開展了烏南、英東118注水站同時加藥實驗，通過室內試驗確定了英東加藥量為60 ppm。試驗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。實驗結果見表4。

表4 沿程分段加藥試驗結果

烏南調儲罐連續加藥即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注水站補充加藥以來，井口水質得到了根本改善，機雜能夠控制在10 mg/L以內，含硫能夠控制在5 mg/L以內，SRB能夠控制在5個/mL以內，從根本上解決了SRB、硫化物所引起的腐蝕、懸浮物超標、井口出現黑色、臭水等問題，保證了井口水質達標,處理后水質外觀清透，見圖3。

圖3 注水站、井口水質外觀

試驗結果表明：英東118注水站加入生物營養液Ⅱ以后取得了較好的效果，注水站、井口SRB、含硫、機雜都有大幅度降低，持續加藥SRB、含硫都能達到回注水要求。

3 結論

(1)通過生物競爭法抑制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)試驗開展初期，宜采用沖擊式加藥法，生物營養液加藥量300 ppm，待水質穩定后改為連續加入，烏南加藥量為150～220 ppm生物營養液+10～14 ppm絮凝劑+1～2 ppm助凝劑；英東注水系統加入50～70 ppm生物營養液。對于工藝管線長易滋生細菌的問題可以采用兩段式加藥方式。

(3)生物營養液的引入改善了水質，去除了三種水處理藥劑的加入，簡化了加藥工藝，標志烏南聯合站水處理工藝進入了新的階段，烏南、英東水質持續達標，為精細注水提供了一種比較好的手段。