利津油田回注水沿程水質分析與控制

王田麗 劉娜

利津油田回注水沿程水質分析與控制

韓霞1王田麗1劉娜1滑禹博2

1中國石化石油工程設計有限公司2大慶油田水務公司

影響利津油田回注水水質穩定的主要因素為亞鐵離子、細菌、硫化氫和少量溶解氧；沿程水質二次污染的主要原因是管線內污垢和細菌大量滋生。為控制水質，開發了源頭控制和沿程控制兩種水質控制模式。源頭控制模式主要是控制腐蝕結垢及細菌繁殖，去除原水中亞鐵、硫及成垢離子，提高水質穩定性；沿程控制模式主要是加強過程控制，抑制腐蝕及細菌生長，延緩沿程管線老化。回注水水質穩定控制配套技術在現場實施后，注水井口水質穩定率達90%以上。

注水井；回注水沿程水質；水質穩定劑；水質控制

目前勝利油田回注水處理量約60×104m3/d，具有礦化度高、亞鐵離子含量高、細菌含量高、腐蝕性氣體含量高、腐蝕速率高、結垢趨勢高、含油乳化程度高、小粒徑懸浮物含量高，pH值低、油水密度差低的“八高”、“兩低”特點。這些特點導致含油高、相態穩定、油水分離難度大，對水質穩定影響大，造成殺菌難度增大，腐蝕/結垢加劇，水質穩定困難。由于水質穩定控制不到位、腐蝕結垢嚴重、細菌大量繁殖以及輸送管線老化等原因造成回注水沿程水質二次污染，注水井口水質超標[1]。

利津油田共有17個開發單元，注水井開井77口，日注水平7800m3，由于水質超標導致注水量下降乃至注不進水。本文從化學構成角度系統地研究了水質不穩定影響因素，確定了利津油田回注水沿程二次污染的主要原因。在此基礎上，研究利津污水站水質化學穩定技術及抑制細菌滋生的抑菌防腐涂層，形成了水質源頭控制和沿程控制的聯合應用技術模式。該技術在利津污→利津注→13號配水間→LJL29—14井沿程實施后，注水井口水質穩定率達90%以上。

1 回注水水質不穩定影響因素

在油田回注水中，存在油藏帶出或集輸過程產生的游離二氧化碳、硫化氫、亞鐵離子等水質不穩定因素。集輸系統中因腐蝕、結垢、細菌滋生等導致水體系統平衡發生變化，再與溫度、壓力等系統環境條件發生耦合，產生大量的腐蝕產物、結垢產物及細菌代謝產物，這些產物與水中其他不穩定物質發生化學反應，導致回注水在輸送過程中產生再生懸浮物。主要表現在以下三個方面：

（2）處理及輸送系統各環節不密閉，空氣中的氧就會溶入水中，溶解氧與金屬設施腐蝕產物亞鐵離子發生化學反應生成FexOy褐色沉淀，導致水變黃，懸浮物含量增加。

（3）回注水在地面系統輸送過程中，由于溫度、壓力的變化破壞了水中成垢的陰陽離子原有的平衡，加之腐蝕產物，導致碳酸鹽、硫酸鹽等水垢析出，水中懸浮物含量增加。

2 回注水水質穩定控制技術

為控制水質，開發了源頭控制和沿程控制兩種水質控制模式。源頭控制模式主要是控制腐蝕結垢及細菌繁殖，去除原水中亞鐵、硫及成垢離子，提高水質穩定性；沿程控制模式主要是加強過程控制，抑制腐蝕及細菌生長，延緩沿程管線老化。

2.1 水質化學穩定技術

2.1.1 水質特性分析

經調研，利津污水的腐蝕超標，細菌含量高；pH值為7.8，礦化度較高，含有溶解氧和硫化氫，數據見表1；處理后的水到井口水質惡化數據見表2。由表1、表2可以看出，影響利津油田污水中水質穩定的主要因素有腐蝕產生的亞鐵離子、硫化氫、溶解氧和細菌。

回注水從利津污外輸至LJL29—14注水井，總的停留時間約21h，尤其在注水站緩沖罐內停留長達15h。停留時間長，水流緩慢，污垢沉積，利于固著菌沿程繁殖生長，殺菌劑難以穿透殺滅垢下固著菌，緩蝕劑難以在金屬管壁吸附成膜，增加了細菌與腐蝕控制的難度。據報道[2]，現場污水中檢測到的游離SRB量為1個/mL，而管壁生物膜內固著菌的量可高達104個/mL，這是細菌造成水質污染的很重要原因之一。

表1 利津污水站來水水質分析

表2 利津回注水沿程水質變化情況

2.1.2 水質穩定化學劑的研制

兩人在中南海愉快地住了幾天，到北京城看了看，算是開了眼界，見了世面，然后就準備回湖南老家。臨行前，毛澤東用自己的稿費為他們每人做了一套新衣服。

目前油田回注水處理常用水質穩定劑主要有緩蝕劑、殺菌劑、阻垢劑等，不同水處理藥劑間存在協同效應或拮據作用[3]，勝利油田水處理常用穩定劑之間也存在配伍問題。經研究，在水處理系統中，先投加阻垢劑，再投加緩蝕劑和殺菌劑具有協同作用。依據有關標準對利津污水站用緩蝕劑、殺菌劑、阻垢劑進行了篩選和配伍性實驗，結果見表3。

表3 利津污水站用穩定劑配伍性實驗結果

實驗結果表明：藥劑配伍優化后有協同作用，HBHS—1緩蝕劑濃度為20mg/L時緩蝕率達80%以上；HBSJ—1殺菌劑對SRB最低致死濃度為40mg/L；HEDP阻垢劑濃度為5mg/L時阻垢率達到85%以上，均達到了相應的藥劑通用技術條件的標準要求。

為確定殺菌劑的加藥方式，提取利津污水中的SRB菌株，對其生長曲線進行了測試，了解該污水中SRB菌種的生長特性。

實驗發現，利津污水SRB的潛伏期為1.2天，然后細菌進入對數生長期，在此期間群體細胞以2n的分裂方式快速繁殖，單個細胞完成分裂所需的時間為世代時間G，G是細菌群體數目增加的一個決定因子。在這一時期G是穩定的，G=（t2-t1）/3.32log(x2/x1)，x1、x2為在t1，t2時測得的菌量，線性回歸得G=1.9h。約3天后，細菌進入穩定生長期。因此，利津污水殺菌劑若使用沖擊式加藥，時間間隔為4天左右。

2.2 抑菌防腐涂料研究

細菌滋生是回注水腐蝕加劇和水質沿程惡化的重要原因之一，尤其是管壁上附著的生物膜（固著菌）。賦予抑菌殺菌功能的防腐涂料不僅減少設備內壁固著菌的附著繁殖，還可減少現場的管理環節。目前使用的無機抗菌劑主要有兩大類，以銀為主的無機抗菌劑和以鈦、鋅為主的催化型無機抗菌劑。將銀系無機抗菌劑、納米氧化鋅和有機殺菌劑復配研制了一種復合型抗菌劑，抗菌原理主要是氧化和電中和。

該抑菌防腐涂層材料以改性環氧樹脂為基料，將改性的無機抑菌材料添加到環氧樹脂和氟樹脂的雜化體系中，使防腐涂層兼具抑菌功能。

為保持抗菌劑的長效性，防止無機抗菌劑的遷移和被水等介質萃取，對無機抗菌劑進行了改性。利用偶聯劑對無機粒子（銀離子、納米ZnO）包覆。

對利津污水在室內富集細菌后進行了長達3個月的效果評價試驗，殺菌率達99.7%。并在利津污水站進行現場試驗，試驗用管材為?529mm×9mm鋼制管段（L=12m）。經現場試驗證實，抑菌防腐涂層對管線內細菌有一定的抑制作用。

2.3 沿程水質穩定方案及實施

根據以上研究結果，提出利津油田回注水水質穩定控制方案。

（1）回注水系統管線清洗。結合系統現狀，確定以酸洗加清洗劑進行分段清洗的方案。第1段為利津污水站外輸→利津注水站，第2段為利津注水站→13配水間→LJL29—14井。

（2）抑菌防腐涂層。對利津污水站外輸→利津注水站管段及利津注水站的注水罐實施內防腐。

（3）藥劑投加方案。根據實驗結果，結合利津站現有的加藥流程，確定了藥劑投加配方。

該方案現場實施后，注水井口水質穩定率達到90%以上，詳見表4。

表4 水質穩定方案實施后沿程水質變化情況

3 結語

（1）研究確定了影響利津油田回注水水質穩定的主要因素為亞鐵離子、細菌、硫化氫和少量溶解氧；沿程水質二次污染的主要原因是管線內污垢和細菌大量滋生。

（2）提出兩種水質控制模式，形成回注水水質穩定控制配套技術。

（3）該技術在現場實施后，注水井口水質穩定率達90%以上。

[1]汪梅芳．微生物腐蝕生物抑制技術研究[D]．武漢：華中科技大學碩士論文，2003．

[2]劉宏芳，汪梅芳，許立銘．脫氮硫桿菌生長特性及其對SRB生長的影響[J]．微生物學通報，2003，30（3）：46-49．

[3]陸柱．油田水處理技術[M]．北京：石油工業出版社，1992．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.017