聚合物调驱水体硫酸盐还原菌的防治研究与应用

刘清云 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

戴 勇 （中石油新疆油田分公司开发处，新疆 克拉玛依834000）

杨志东，梁爱国 （中石油新疆油田分公司第一采油厂，新疆 克拉玛依834000）

罗 跃 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

聚合物调驱水体硫酸盐还原菌的防治研究与应用

刘清云 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

戴 勇 （中石油新疆油田分公司开发处，新疆 克拉玛依834000）

杨志东，梁爱国 （中石油新疆油田分公司第一采油厂，新疆 克拉玛依834000）

罗 跃 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

红山嘴油田注水与调驱系统硫酸盐还原菌 （SRB）恶性繁殖，全线水质逐步恶化，注水井水体悬浮物14.6～125.3mg/L、SRB含量6.0×102～2.5×105个/ml，均严重超标。水质恶化导致红18井区调驱聚合物不能成胶，严重影响调驱效果。研究表明，该注入水经过紫外线杀菌、精细过滤、超滤、纳滤等物理防治技术和化学剂杀菌处理后细菌含量明显降低。其中杀菌剂1427等有良好的杀菌效果，添加100mg/L时杀菌率99.99%；超滤及纳滤除菌最彻底，处理后水体含菌0个/ml，聚合物凝胶粘度最高，超滤是最适合于聚合物调驱系统控制SRB恶性繁殖的除菌方法。源头杀菌、清理管线、井场使用超滤净化等技术联用是综合治理聚合物调驱系统SRB恶性繁殖的高效方法。

硫酸盐还原菌；聚丙烯酰胺；凝胶；超滤；杀菌剂

硫酸盐还原菌 （SRB）是油田注水系统最常见、危害最大的菌种之一。在油田密闭压力水处理系统、注水管线、油水井及地层等厌氧条件下，SRB大量繁殖并把SO2－4还原成H2S，致使设备管道产生局部腐蚀甚至穿孔，难溶的腐蚀产物Fe2S还伴随SRB大量繁殖产生的粘液使水体结垢、管道堵塞，造成巨大的经济损失。SRB恶性繁殖对油田调驱聚合物也有严重影响，黄峰等［1］研究发现SRB在聚合物驱油中大量生长繁殖可使水解聚丙烯酰胺 （HPAM）发生降解；于亮等［2］研究了SRB对油田驱油用HPAM体系粘度的影响，研究发现SRB培养物中的Fe2＋是造成HPAM粘度下降的主要原因。笔者在生产实践中发现，SRB大量繁殖时聚合物不能成胶，聚合物调堵没有效果。为此，笔者结合红山嘴油田红18井区调驱现场SRB恶性繁殖现状，研究了注水及调驱系统SRB的防治方法。

1 红山嘴油田注水及调驱系统水质现状分析

红山嘴油田油水处理在红联站进行，其中注水系统通过拐12井、拐13井、拐14井等3口水源井采集清水，在红联站参入部分采出污水后通过高压泵输送到各配水站、注水井口，然后回注油层。入夏以来，红山嘴油田注水井水质全部发黑，在红18井区调驱现场，使用该注入水配制的聚合物粘度日渐下降，最后完全不能成胶，严重影响调驱效果。

1.1 水质分析

检验采样在现场进行，用无菌注射器吸取含菌水体，注入细菌培养瓶在35℃下培养7d，按照SY/T5329-94标准方法检测细菌数［3］。2011年1月开始实施调驱的红18井区注入水全部来自红联站，通过下属若干配水站管线输往井口，其中与调驱密切相关的配水站有4、5、6、18号站。各站点水体含菌数如表1所示。

从配水站至注水井口时，水质均严重发黑，黑色悬浮物、单井细菌含量更高，SRB大都超过5000个/ml。注水井口细菌检测结果如表2所示。

以上结果表明，红联站注水系统全线含菌，从水源井至配水站细菌逐渐增多。虽然源头含菌正常，但至配水站时SRB已大量繁殖，水质发黄甚至发黑。由于沿程管线密闭，均为无氧环境，适合厌氧的SRB生长，特别是末段管线SRB爆发性繁殖，井口细菌严重超标。

表1 红山嘴油田注水系统SRB检测结果

表2 红山嘴油田注水 （调驱）井SRB检测结果

1.2 SRB恶性繁殖原因分析

细菌无处不在，只要有适宜的生长环境，就会快速生长甚至恶性繁殖，红山嘴油田也不例外。

1）菌源 红山嘴油田注入水水源井含菌且略有超标，成为后续管线细菌恶性繁殖的菌源。

2）温度的影响 由于管线埋于地表，入夏以来气温回升，水体温度已由冬天的5℃升高至5月的28℃，温度升高是导致SRB恶性繁殖的原因之一。

3）厌氧环境 红山嘴油田注入水采自拐12井、拐13井和拐14井3口水源井，井深约300m，从井下到红联站储罐的输送管道为厌氧环境，适合SRB生长繁殖。但储罐为敞开体系，水体溶入的少量氧却不利于SRB生长繁殖，所以水源井和红联站SRB检测的结果并不高。但后续高压注水管线长达10km，全为密闭无氧环境，很适合厌氧的SRB繁殖生长，所以从注水泵出口至井口附近，SRB菌数逐渐升高，井口水质甚至发黑就是典型的SRB恶性繁殖所致，黑色物质为SRB正常代谢及腐蚀钢管产生的FeS。

2 SRB防治技术研究

防治SRB的技术方法，常分为物理、化学和生物抑制3大类，但从本质上来说，无非是杀灭或者滤除。常见的物理方法如紫外线杀菌、精密过滤和超滤除菌等都是行之有效的技术方法，在油田应用广泛；化学方法如添加杀菌剂杀菌、电解盐电化学杀菌也效果良好；以硝化细菌的反硝化作用抑制SRB的生长繁殖也是近年来发展很快的防治方法，简称生态抑制技术。考虑生态抑制技术仍然将细菌带入聚合物从而带入地层，在地层这个隔氧环境下竞争繁殖，长时间的进化有可能增强对聚合物的适应性，从而破坏、降解聚合物凝胶，影响调堵效果，所以在调驱过程中不考虑使用生态抑制技术。

2.1 化学杀菌技术

应用常见的醛酮类、电解盐产生的氧化氯及季铵盐类杀菌剂对红山嘴油田0034井注入水进行了室内污水杀菌试验，以筛选出效果最佳的杀菌剂。杀菌剂的筛选参照SY/T5329-94进行，筛选结果如表3所示。

由表3可见，甲醛、HClO电解盐杀菌剂杀菌效率太低，不能选用。其中电解盐杀菌试验中HClO杀菌效率低应该与水体中大量存在的FeS有关，因为杀菌的HClO因与FeS反应失去杀菌效果。戊二醛、异噻唑啉酮、1227差别不大；1427和双烷基季铵盐在50mg/L加量下即有良好的效果，100mg/L时杀菌率99.99%，水体含菌达标，杀菌效果良好。

表3 各种杀菌剂对红山嘴油田0034井注入水中SRB杀灭效果

图1 多功能纳滤净水试验装置图

2.2 物理除菌与防菌技术

细菌的物理防治技术很多，加热、紫外线照射、纳滤、超滤、精密过滤以及防菌内涂管线等等都是常用的物理防治技术。其中加热杀菌能耗太高，更换防菌内涂管线费用过高，难以现场应用。紫外线杀菌效果很弱，精密过滤除菌不彻底，效果很一般。而超滤、纳滤除菌很彻底，处理水不含菌，水质非常稳定。

1）物理过滤 在实验室中连接了微型水处理纳滤试验装置，该纳滤装置前端有一级精密过滤和一级超滤，和UNIX NF1812-50纳滤膜构成一个简洁的多功能纳滤系统，如图1所示。

精密过滤器滤芯为聚丙烯线绕蜂房式滤芯，过滤精度3μm；超滤膜为聚丙烯中空纤维超滤膜，孔径约为0.01μm；纳滤膜为UNIX NF1812-50，脱盐率70%。纳滤系统中精密过滤器、超滤出口均设置有取样口，可在此取样检测水体中的细菌含量。

2）紫外线杀菌试验 取一1000ml广口瓶装入500ml红山嘴油田0034井注入水水样，瓶口安装高透明度石英15W自镇流紫外灯，紫外光波长253.7nm左右，即UVC波段，UVC强度1048.46W/m2。紫外线对核酸蛋白质产生特别强烈的作用，能使微生物产生变异或死亡，可以杀灭各种微生物，包括病毒、细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、真菌、立克次体和原体等，对SRB的杀灭作用也很强。该杀菌试验中细菌受照射剂量可按下式计算：

一般工业装置中水体受照射时间仅几秒，照射强度也在1000W/m2以下，杀菌试验中无论是受紫外线照射时间还是强度均超过一般工业装置。

表4 几种防治技术对红山嘴油田0034井注入水SRB防治效果

3）试验结果 以上述精滤、超滤、纳滤、紫外线杀菌及1427（季铵盐）杀菌剂对红山嘴油田0034井注入水SRB进行了除菌试验，表4是几种防治技术处理0034井注入水的试验结果。

试验结果说明，紫外线杀菌作用稍弱，照射后水体细菌明显超过了SY/T5329-94规定的25个/ml要求。超滤和纳滤都能完全滤除细菌，精密过滤虽然过滤精度高达3μm，除菌率也达95.4%，但原水细菌基数高，滤出水细菌大大超标。纳滤虽然净水最彻底，但在除菌方面相比超滤没有任何优势，又因使用高压泵，能耗也高，所以单从杀菌而言，工业应用不推荐使用纳滤。

2.3 防治技术对调驱系统凝胶性能的影响

由于SRB降解聚丙烯酰胺类调驱聚合物，其代谢产物硫化氢还能与调驱交联剂反应，相应调驱井的聚合物难以成胶也就释然而解了。在实验室中试验了杀菌剂杀菌和超滤对凝胶性能的影响。试验中采用上述几种杀菌剂和超滤处理红山嘴油田调驱系统0034井配聚水，在相同条件下配制聚合物溶液后测定粘度，通过比较聚合物凝胶的最高粘度来评价各种防治技术对凝胶性能的影响。

2.3.1 试验仪器及药品

主要仪器：Brookfield粘度计；紫外线杀菌灯；多功能纳滤净水试验装置。药品：部分水解聚丙烯酰胺 （HCJ-1），分子量2000万，水解度20%，工业品；1427季铵盐杀菌剂；JL-2有机铬交联剂。

2.3.2 试验方法

试验水样为红联站采集的0034井注入水样，SRB含量为0.6×105个/ml；聚合物溶液配方为：0.15%聚合物＋0.30%交联剂，空白样不加杀菌剂，也无其他杀菌、除菌措施。

2.3.3 试验结果

试验结果如表5所示。

表5 几种防治技术对聚合物凝胶性能的影响 （55℃）

以上结果表明，1427（季铵盐）杀菌剂在200mg/L加量时对聚合物凝胶性能影响甚微，而超滤、纳滤不仅对凝胶完全没有影响，凝胶强度还略有升高。聚合物粘度受悬浮物中的主要成分FeS影响严重，由于超滤膜滤掉了全部FeS悬浮物，部分残余Fe2＋/Fe3＋也因氧化、水解生成分子量较大的Fe（OH）3胶体而被滤出，采用经超滤净化的水体配制聚合物有一定优势。

3 现场应用

3.1 杀菌剂的应用

在红山嘴油田使用1427（季铵盐）杀菌剂，初始添加300mg/L，杀菌率100%，效果良好，凝胶强度正常。3d后采用冲击式加药，平均加药浓度100mg/L，凝胶强度与不含菌、不加杀菌剂的空白样相同，即现场应用期间凝胶强度没有受到细菌繁殖与杀菌剂添加的影响，现场杀菌应用比较成功。

3.2 超滤装置的应用

现场投用1台超滤水处理装置，超滤膜截留分子量6000左右，经检测超滤出水含菌为0个/ml。凝胶最高强度比不含菌不加杀菌剂的空白样略高。超滤除菌彻底且不添加任何化学剂，还能除去对成胶有害的悬浮物等杂质，是上述几种SRB防治方法中最好的。

3.3 综合治理

控制SRB的恶性繁殖，还是从源头综合治理最有效。源头使用100mg/L的杀菌剂杀菌、全线清理管线、调驱井场使用超滤净化等都是控制SRB恶性繁殖的高效方法。源头杀菌降低了药剂费用，近距离的井场因管线短，井口含菌不超标，可以不用杀菌。个别距离远的井含菌超标，在井口配液时添加杀菌剂和使用超滤装置除菌解决。现场实施时采取先在红联站添加杀菌剂抑制SRB的恶性繁殖，再逐步清理管线的方法，不影响生产的正常进行，治理效果显著。

4 结 论

1）红山嘴油田注水与调驱系统SRB恶性繁殖，全线水质恶化。注水井水体悬浮物14.6～125.3mg/L、SRB含量6.0×102～2.5×105个/ml，均严重超标。水质恶化导致红18井区调驱聚合物不能成胶，严重影响调驱效果。

2）红山嘴油田调驱系统配聚水经过紫外线杀菌、精细过滤、超滤、纳滤等物理除菌和化学剂杀菌处理后细菌含量明显降低，其中超滤及纳滤除菌最彻底，水体完全无菌，聚合物凝胶粘度最高；杀菌剂1427等也有良好的杀菌效果，添加100mg/L时杀菌率99.99%。

3）现场应用表明，添加150～200mg/L的1427（季铵盐）杀菌剂控制SRB效果良好；超滤在红18井区0034井应用效果较优，凝胶强度最高，是最适合于聚合物调驱系统控制SRB恶性繁殖的除菌方法。

4）综合治理措施更为高效：源头使用100mg/L的杀菌剂杀菌、全线清理管线、调驱井场使用超滤净化等技术联用是控制红山嘴油田调驱系统SRB恶性繁殖的高效方法。

［1］黄峰，范汉香，董泽华，等.硫酸盐还原菌对水解聚丙烯酰胺的生物降解性研究 ［J］.石油炼制与化工，1999，30（1）：33～36.

［2］于亮，麻威，史荣久，等.硫酸盐还原菌对水解聚丙烯酰胺粘度的影响 ［J］.生物技术，2009，19（12）：81～84.

［3］碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法，SY/T 5329-94［S］.

Research and Application of Inhibition of Sulfate-reduction Bacteria in Polymer Displacement and Profile Control System

LIU Qing yun，DAI Yong，YANG Zhi-dong，LIANG Ai-guo，LUO Yue （First Author’s Address：College of Chemistry and Environmental Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Sulfate reducing bacteria（SRB）was malignantly produced in the water injection and displacement control systems of Hongshanzui Oilfield water quality has been deteriorated gradually.In the Water injection well in the whole water line.Suspended solids were up to 14.6～125.3mg/L and SRB was 6.0×102～2.5×105a/ml，they were all beyond the standard.Polymer in Well Hong 18could not produce gelling because of water quality deterioration，and it influenced the effect of profile control seriously.Result shows that the bacteria of injected water which was treated by physical prevention and control technology of ultraviolet radiation sterilization，fine filtration，ultrafiltration，nano-filtration and water-treatment chemicals were obviously reduced.One of the best is Bactericide 1427，when 100mg/L of it is added，its disinfection rate is over 99%.Ultrafiltration and nano-filtration are most thoroughful degerming that the water processed contains 0bacteria with the highest viscosity of polymer gelling，and ultrafiltration is the most suitable aseptic method for the polymer flooding system to control SRB malignant breeding.The integrated application of sterilization from fountainhead，cleaning injection line and using ultrafiltration purification in the well site are the efficient methods to comprehensively manage SRB malignant breeding in polymer displacement control systems.

sulfate reducing bacteria；PAM；gel；ultrafiltration；microbicides

TE991.2

A

1000-9752 （2012）02-0152-05

2011-10-13

刘清云 （1964-），男，1986年兰州大学毕业，副教授，现从事油田应用化学方面的研究工作。

［编辑］ 萧 雨