喇嘛甸油田采出水藥劑殺菌技術優化研究

大慶油田有限責任公司第六采油廠規劃設計研究所

細菌是影響污水回注的主要指標之一，根據大慶油田企業標準Q/SY DQ0605—2006《大慶油田油藏水驅注水水質指標及分析方法》中的注水指標要求，注水水質要滿足7 項控制指標、5 項輔助性指標，12 項指標中對細菌的指標要求占指標總數的33.3%，突顯出殺菌效果的優劣在生產中的重要性。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要求（≤100 mL-1），普遍在1 000 mL-1以上。過高的SRB 數量會對不同滲透率油藏產生危害，造成地層堵塞，還會破壞有機聚合物分子鏈上的自由基，使之產生大幅度降解（黏損40%），其產物H2S對金屬管道及處理設備也會產生嚴重腐蝕（腐蝕速率0.15 mm/a）。因此考慮開展殺菌劑優化研究，在有效地控制硫酸鹽還原菌數量的基礎上降低藥劑費用，以延長物理殺菌裝置使用壽命，改善注水水質，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和生產中主要造成以下危害：惡化水質、腐蝕管線設備、堵塞地層[2-4]、降低注入黏度、降解驅油化學藥劑、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，根據細菌特性有針對性殺菌。

根據殺菌劑種類不同，主要有以下4種殺菌機理：阻礙菌體呼吸、抑制蛋白質合成、破壞細胞壁結構、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，不易產生抗藥性等，但該型藥劑具有受環境影響因素大，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 細菌含量監測分析

各油井產出液匯集到聯合站，在油站進行油水分離后，污水進入水站，經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]，這實質上是污水在地面和地下循環的過程，整個過程是在一個密閉系統中進行的，該密閉系統為細菌的滋生提供了有利條件。

為更好地了解污水系統各環節細菌的分布狀態，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。

從化驗數據來看，各污水站節點硫酸鹽還原菌變化規律并不一致，但54.2%的污水站節點外輸菌類含量高于來水時含量，57.1%的污水站節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 個節點，對SRB、FB 分布情況進行檢測分析，為后續的優化殺菌工藝和改善水質現狀提供技術數據。取樣位置見圖1，SRB、FB分布情況見圖2、圖3。

表1 污水站各節點SRB含量Tab.1 SRB content at each node of the sewage station

圖1 取樣節點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個環節滋生，其中在二次沉降罐、深污過濾罐的滋生情況最為嚴重，FB 細菌值最高達到110 00 mL-1，SRB細菌值相對于前一測量節點也高出數倍，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域或死水區為細菌繁殖區域。

圖2 各節點SRB細菌分布Fig.2 SRB bacteria distribution of each node

圖3 各節點FB細菌分布Fig.3 FB bacteria distribution of each node

3 殺菌劑室內優選實驗

3.1 細菌增長趨勢室內研究

對細菌的生長環境開展室內實驗研究，通過觀察不同物性條件下污水中細菌的變化情況，分析細菌的生長環境，研究細菌在各節點上的生長變化趨勢，以此來控制生產各環節的細菌滋生。取喇嘛甸油田某轉油放水站（聚驅）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。通過室內研究發現，前段減少放水原油含量，中段增大容器清淤力度，末端增設殺菌工藝可以降低細菌滋生量。

3.2 殺菌劑室內篩選

由于購買渠道的問題，目前采出水處理現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生變化，導致殺菌劑不能透入，同時微生物也會發生遺傳變異，對殺菌劑產生免疫力。通過室內實驗，針對喇嘛甸油田污水性質，優選出幾種高效殺菌劑，以避免長期使用同一種殺菌劑產生抗藥性。共選取七種非氧化型殺菌劑分別對水驅、聚驅兩種水樣開展類型優選實驗，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，確定其他殺菌劑的加藥濃度。具體選取情況見圖4，評價結果見表2。

圖4 優選殺菌劑類型Fig.4 Preferred fungicide type

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

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

4 現場投加方式及殺菌效果驗證

將物理殺菌技術與化學殺菌技術合理匹配，應用于生產情況良好、工藝設備配套完善、供水管網結構更加復雜的區域開展多點加藥投加方式研究。試驗內容主要分為兩方面：區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、注水井為節點指標，測量不同殺菌劑投加濃度下各節點的SRB含量。

根據以上條件，在充分考慮站庫從屬關系及注水管網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個取樣點作為監測點（表3）。

表3 站庫從屬關系統計Tab.3 Statistics of station subordinate relationship

4.1 區域多點加藥試驗

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

圖5 區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，開展區域多點加藥后，隨著殺菌劑投加濃度的逐漸增加，達標監測點逐漸增加，由投加藥劑濃度為0.2%時1個監測點達標增加至投加0.7%時4個監測點達標。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，在供水管網相對復雜的污水系統，殺菌劑投加濃度為0.7%時，盡管無法使大面積監測點細菌含量達標，但區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測點，根據區域多點加藥結果，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，具體試驗結果見表4。

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

8 個監測點中，有2 個監測點細菌含量達標，細菌達標率25%，與區域多點加藥一致。在達標點位分布上，區域多點加藥達標點位為污水站與注水站，單支管線多點加藥達標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現：8 監測點中3 個點細菌含量下降，占總數的37.5%；3個點細菌含量不變，占總數的37.5%；2個點細菌含量增加，占總數的25.0%。

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

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

4.3 殺菌劑現場投加效果

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

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

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

5 結論及建議

經過上述研究得出：以儲罐或沉積物下方為主的水流較慢的區域或死水區是細菌繁殖區域，是細菌治理的重要區域。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于區域多點加藥；在加藥時間相同情況下，聯合殺菌效果優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研究，對喇嘛甸油田污水細菌治理提出如下建議：持續推進精細化、規范化管理；單純的依靠殺菌工藝解決污水細菌問題治標不治本，需要加強生產環境管理，為污水處理創造清潔的環境，避免細菌的大量滋生；物理法、化學法、生物處理法等殺菌方法各有特點，應傾向于殺菌劑和殺菌方式的聯合使用，選擇具有殺菌、緩蝕、阻垢等不同機理的藥劑進行復配，在節約成本的同時降低微生物的抗藥性。