油田水處理殺菌劑應(yīng)用效果檢測影響因素分析

彭博

大慶油田工程有限公司

油田污水中存在著大量細(xì)菌，主要有硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌和腐生菌。通過近幾年對各油田注入水水質(zhì)情況的調(diào)查了解發(fā)現(xiàn)，隨著油田的不斷開發(fā)（尤其一些老油田），各種化學(xué)助劑的大量加入，油田細(xì)菌含量呈增加的趨勢（硫酸鹽還原菌尤為明顯），但有些站由于成本等問題未加殺菌劑或加藥量小，致使細(xì)菌含量超標(biāo)，加劇了設(shè)備和管道的腐蝕，對油田生產(chǎn)產(chǎn)生巨大危害[1]。因此殺菌劑作為油田污水及注水處理用化學(xué)助劑，越來越受到油田生產(chǎn)部門的重視。

適宜的油田污水及注水處理用殺菌劑應(yīng)具備下列條件：①高效、低毒、速效、廣譜；②穩(wěn)定性強(qiáng)，配伍性好；③無副作用（如腐蝕），不易產(chǎn)生抗藥性；④一劑多用，經(jīng)濟(jì)價(jià)廉，使用方便。在油田用殺菌劑市場中殺菌劑按作用機(jī)理可分為氧化型和非氧化型，按劑型可以分為單一劑型、復(fù)合劑型以及與其他藥劑復(fù)配而成的多功能型等[2]。近些年油田采用了聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等采油模式，使油田污水成分發(fā)生變化（包括細(xì)菌種類、數(shù)量），也出現(xiàn)了一些新型殺菌劑。另外，隨著油田開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，殺菌劑的質(zhì)量雖比過去有了較大提高，但由于殺菌劑在地層中分布不均勻，使局部位置的細(xì)菌長期處于低濃度抗菌物環(huán)境中不能被殺死，其中少數(shù)個(gè)體通過染色體的抗藥性突變，或生理適應(yīng)等方式最終形成了抗藥性，不同區(qū)塊同種細(xì)菌抗藥性會(huì)存在較大差異，例如同一區(qū)塊若連續(xù)使用同一種殺菌劑，細(xì)菌的抗藥性[3]變化會(huì)較快。因各油田地理位置和地層條件不同，其中生長的細(xì)菌遺傳特征也各不相同，則表現(xiàn)出對殺菌劑的敏感性存在差異，最終導(dǎo)致藥劑的殺菌效果出現(xiàn)了變化。而殺菌效果就是殺菌劑質(zhì)量好壞的直觀表現(xiàn)，為保證殺菌劑質(zhì)量，及更好地評價(jià)殺菌劑殺菌效果，研究殺菌效果影響因素對評價(jià)殺菌劑質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。

對殺菌劑進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)，主要是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行殺菌效果檢測實(shí)驗(yàn)。本文按照SY/T 0532—2012《油田注入水細(xì)菌分析方法——絕跡稀釋法》、Q/SY 49—2010《油田用殺菌劑技術(shù)要求》、SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》[4]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，針對標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)項(xiàng)目，根據(jù)現(xiàn)場使用情況重新選擇確定殺菌劑實(shí)驗(yàn)條件，分析會(huì)對殺菌劑殺菌效果產(chǎn)生影響的因素。

1 殺菌及培養(yǎng)溫度的影響

溫度是微生物生長的重要因素之一。硫酸鹽還原菌的生存溫度隨菌種不同而異，一般分為中溫和高溫兩類，油田常見的大多屬于中溫性，適宜生存溫度為20～55 ℃；鐵細(xì)菌的適宜生存溫度為6～40 ℃；腐生菌的適宜生存溫度為4～45 ℃。所以標(biāo)準(zhǔn)中4 h殺菌溫度在檢測時(shí)對殺菌效果也應(yīng)存在著影響。經(jīng)調(diào)查，由于原油黏度大或凝固點(diǎn)低，有的油田在生產(chǎn)過程中會(huì)進(jìn)行加熱，導(dǎo)致采出水水溫較高。調(diào)研了不同油田站點(diǎn)采出水的溫度，不同油田采出水水溫存在差異，根據(jù)各油田的水質(zhì)普查所得數(shù)據(jù)（表1），油田污水和回注水溫度大都在30～40 ℃左右。

表1 各油田站點(diǎn)采出水溫度Tab.1 Produced water temperature of each oilfield station ℃

將某種殺菌劑配成質(zhì)量濃度為50 mg/L 的藥液，按照SY/T 0532—2012《油田注入水細(xì)菌分析方法絕跡稀釋法》進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分成幾組放入不同溫度的培養(yǎng)箱中，7天后測定加殺菌劑前后水樣中硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌含量，計(jì)算不同培養(yǎng)溫度的殺菌率，具體數(shù)據(jù)見表2。由數(shù)據(jù)可見，在35 ℃溫度下殺菌劑殺菌效果較好。這是因?yàn)闇囟仁峭ㄟ^影響微生物膜的液晶結(jié)構(gòu)、酶和蛋白質(zhì)的合成與活性，以及RNA 的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄等影響微生物的生命活動(dòng)。具體表現(xiàn)在一方面隨著微生物所處環(huán)境溫度升高，微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和酶的活性增強(qiáng)，生物化學(xué)反應(yīng)加快，殺菌效果提高；另一方面隨溫度的升高，微生物細(xì)胞中對溫度較敏感的組成成分（如蛋白質(zhì)、核酸等）會(huì)受到不可逆的破壞。超過最適宜溫度后，殺菌效果隨溫度升高而迅速下降。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，有個(gè)別油田回注水溫度較低（如吉林油田有些站以井水為注入水），如果細(xì)菌含量超標(biāo)應(yīng)加低溫殺菌劑；或者回注水溫度較高，則應(yīng)選用高溫殺菌劑。即選擇對應(yīng)溫度適用的殺菌劑，否則會(huì)影響殺菌效果[5]。

表2 不同培養(yǎng)溫度時(shí)產(chǎn)生的殺菌效果Tab.2 Sterilization effect at different culture temperatures

綜上所述，因?yàn)闇囟葘⒕Ч挠绊懀瑱z測殺菌效果時(shí)為了更好地模擬現(xiàn)場情況，進(jìn)行4 h殺菌時(shí)應(yīng)選取加藥時(shí)的現(xiàn)場水溫更為合理，而細(xì)菌的培養(yǎng)溫度則選擇最能體現(xiàn)殺菌效果的35 ℃。

2 殺菌時(shí)間的影響

對于不同殺菌時(shí)間培養(yǎng)后對殘余菌數(shù)的影響也做了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同殺菌時(shí)間培養(yǎng)后殘余菌數(shù)Tab.3 Number of residual bacteria after different sterilization culture time

由表3數(shù)據(jù)可看出，選用的殺菌劑在不同的殺菌時(shí)間后所得的殘余菌數(shù)也有著區(qū)別。硫酸鹽還原菌在殺菌1 h后殘余菌數(shù)開始無變化；鐵細(xì)菌從殺菌3 h后殘余菌數(shù)開始無變化；腐生菌從殺菌4 h后開始無變化。由此可見，不同的菌群需要的殺菌時(shí)間是不同的，所用時(shí)間最多的腐生菌需要4 h，所以測定時(shí)需選用最長的殺菌時(shí)間4 h最為合理。

3 取樣過程中的影響因素

3.1 取樣瓶外包裝的選擇

對于取樣瓶外包裝的選擇，標(biāo)準(zhǔn)中選用的是牛皮紙。因?yàn)樗耐笟庑员容^好，也能一定程度上防止空氣中的微生物與玻璃器皿接觸，用它包裹玻璃器皿，滅菌時(shí)蒸汽可以穿過紙張殺死玻璃器皿上的微生物，且能防止玻璃材料直接接觸高溫蒸汽破裂。滅菌結(jié)束后，又能阻止空氣中的微生物再次污染玻璃器皿，這樣能夠有效地保證取樣前取樣瓶內(nèi)是無菌環(huán)境。

3.2 介質(zhì)的儲存

取樣后介質(zhì)的儲存，就是對介質(zhì)中硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、腐生菌的儲存方法，其原理都是創(chuàng)造一個(gè)抑制細(xì)菌細(xì)胞代謝的環(huán)境，使其在一定的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變異，同時(shí)又能保持生理活性，即低溫、干燥、缺乏營養(yǎng)，使其新陳代謝活動(dòng)處于高度靜止?fàn)顟B(tài)。標(biāo)準(zhǔn)中選擇“儲存時(shí)應(yīng)置于冰箱內(nèi)于2～5 ℃下冷藏”就是為了更好地抑制細(xì)菌的生長。

3.3 溶解氧對硫酸鹽還原菌的影響

研究曝氧對硫酸鹽還原菌是否存在影響。硫酸鹽還原菌不是嚴(yán)格的厭氧菌，它能耐受4.5 mg/L質(zhì)量濃度的溶解氧，超過9.0 mg/L的高溶解氧濃度條件下才不能生長[6-7]。對介質(zhì)從現(xiàn)場取出直接接種和取出后放置不同時(shí)間后接種所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果見表4。

表4 介質(zhì)放置不同時(shí)間后的溶解氧與殘余菌數(shù)Tab.4 Dissolved oxygen and number of residual bacteria in the medium at different standing time

從表4數(shù)據(jù)可以看出，硫酸鹽還原菌暴露在空氣中一段時(shí)間仍能夠生存。硫酸鹽還原菌厭氧的機(jī)理是在均質(zhì)的充氣培養(yǎng)下，隨氧氣濃度的上升，硫化物的生成速率下降，達(dá)到15 μmol/L 時(shí)，硫化物不再產(chǎn)生，隨著暴露在氧氣中時(shí)間的增長，細(xì)胞的存活力和能動(dòng)力下降。水樣在采集過程中雖不可避免地會(huì)接觸到空氣中的氧氣，但短時(shí)間接觸空氣后溶解的氧含量對硫酸鹽還原菌的影響并不大。因此在取現(xiàn)場水樣過程中，不用對水樣進(jìn)行特別處理。

4 pH值的影響

將殺菌劑放入pH值不同的培養(yǎng)基中，在35 ℃下培養(yǎng)7 天后計(jì)算出不同pH 值條件下的殺菌率[8]，殺菌效果見表5。

表5 不同pH值時(shí)的殺菌效果Tab.5 Sterilization effect under different pH values

從表5可以看出，殺菌劑對于三種細(xì)菌適宜的殺菌pH值范圍為5～9，pH值大于9時(shí)，對硫酸鹽還原菌殺菌效果影響較小，對鐵細(xì)菌和腐生菌殺菌效果影響較大。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出當(dāng)pH 值過大或過小時(shí)殺菌劑殺菌效果均不理想，所以當(dāng)油田污水或回注水為強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性時(shí)，應(yīng)采用其他殺菌方法來解決細(xì)菌問題。

5 結(jié)束語

在殺菌劑殺菌效果分析評價(jià)實(shí)驗(yàn)中，通過研究殺菌及培養(yǎng)溫度、殺菌時(shí)間、取樣過程中的影響因素，以及pH 值對殺菌劑殺菌效果的影響，找出最佳實(shí)驗(yàn)條件，建立科學(xué)實(shí)用的實(shí)驗(yàn)方法，為標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)指標(biāo)、殺菌溫度及取樣操作的修改提供了依據(jù)。以此修訂質(zhì)檢部門執(zhí)行的產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在各油田質(zhì)檢機(jī)構(gòu)推廣應(yīng)用，能更好地把好殺菌劑質(zhì)量關(guān)，為油田生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)。