二氧化氯殺菌技術對配注系統的黏度影響研究

張翰釗 武櫻桐 岳丹 張琦

1中國石油集團渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術服務分公司

2大慶油田第三采油廠工藝設計研究所

3青海油田第五采油廠

隨著油田的不斷開發，原油含水率逐漸升高，日益復雜的水質給細菌繁殖生長創造了有利條件。在污水處理過程中發現，物理殺菌技術的局限性導致殺菌效果明顯下降，且化學殺菌劑投加量大幅增長。目前配制系統78%用水是采用污水配制，三元驅配制采用“低壓污水配制、高壓污水稀釋”，污水站水質綜合達標率一直不理想，尤其細菌指標（硫酸鹽還原菌）達標率明顯低于其他水質指標，配注系統的實際注聚黏度常低于方案要求注聚黏度下限，達不到方案要求[1-2]。經分析，影響注聚黏度主要有水質和機械剪切兩種因素。機械剪切是無法規避的；水質因素對于注聚系統的影響是多方面的，主要影響因素是污水配制和稀釋，注入系統下游細菌大量滋生，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菌含量較高時，硫化物及Fe2+會導致注聚黏度下降，直接影響到生產開發效果。因此去除污水中的細菌是控制黏損、保證注入質量的重要措施[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、細菌含量較高，影響黏度的離子含量高的問題進行研究，并監測對三元體系濃度、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）、鐵細菌（FB）。試驗目標是殺菌率達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。由于裝置承載負荷有限，僅對低壓一元端進行殺菌試驗，監測低壓端殺菌效果。

通過“氯酸鈉+鹽酸”制二氧化氯消毒劑與污水混合[5]進行殺菌。反應原理：

采取上述殺菌方法，可快速殺滅SRB 等細菌，同時反應產生的二氧化氯的強氧化性還可以有效去除污水中易被氧化的有機質。處理液中含有余氯能起到持續殺菌作用，從而達到提高聚合物黏度的目的[6-7]。

2 試驗

2.1 地點選擇與現場工藝

通過調研，選取配注量規模相對較小、站內場地寬闊站所作為試驗場區開展試驗。

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，將試驗裝置中產生的二氧化氯與污水充分混合后送入儲水罐（圖1）。

圖1 現場工藝示意圖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污水泵后取樣，對比殺菌效果（圖2）。

圖2 站內流程及取樣點示意圖Fig.2 Schematic diagram of station flow and sampling point

2.3 檢測項目及方法

細菌化驗采用測試瓶絕跡稀釋法，在適宜溫度的培養皿中培養7天后得出細菌化驗結果?；灇⒕昂蟮牡蛪阂辉褐腥N細菌（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。在殺菌效果達到預期目標后，對配制的聚合物母液的濃度、黏度進行化驗，發現細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行室內聚合物母液配制并化驗，對比配制的母液濃度、黏度變化規律[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的末端，選擇與配注站不同距離的5 口注入井進行取樣監測，比較注入井口的聚合物母液濃度、黏度變化。

3 試驗結果與討論

3.1 二氧化氯殺菌效果分析

第一階段（2019-11-13—2019-11-26），根據試驗區水質情況確定ClO2投加量在10 000 g/h 時，達到了試驗要求的技術指標。第二階段（2019-12-2—2019-12-13），為摸索更加經濟的投加量，對投加量進行階梯式摸索，試驗數據顯示，在ClO2投加量最大時能夠達到試驗技術指標要求（表1）。

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

整個試驗過程中，二氧化氯投加量達到峰值10 000 g/h時，污水中殺菌率達到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現，針對目前的水質情況，只有在投加量達到最大值時，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菌在污水中對后期聚合物配制過程中產生的影響，同期對比殺菌前后對聚合物濃度、黏度的影響，開展室內配制實驗盡量排除其他因素對試驗的干擾。在取樣點定期取樣，使用與試驗站相同規格的干粉，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，進行母液濃度和黏度的化驗，對比效果。

3.2.1 室內配制實驗效果分析

室內配制濃度為5 000 mg/L的聚合物母液。經過分散、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

在室內配制濃度為5 000 mg/L的母液，再用本站內高壓二元液稀釋至2 100 mg/L。通過化驗數據可以看到，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菌有一定作用，從而進一步提升了黏度。

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

試驗站靜態混合器的聚合物母液濃度在2 100 mg/L 左右，根據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，化驗數據顯示，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，受到管線長距離運輸的影響，濃度、黏度也有不同程度的下降。5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 結論

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

（2）三種細菌對聚合物濃度的影響較小，對黏度的影響較大。在不受機械剪切等物理因素和礦化度、含油濃度、懸浮物濃度等水質因素的影響下，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，在系統穩定運行之后可以考慮減少配制站聚合物的用量。