反硝化抑制油田采出水中SRB的效果研究

2020-06-04徐麟博雷富强陈浩东秦芳玲

云南化工 2020年1期

徐麟博，雷富强，陈浩东，秦芳玲

（西安石油大学化学化工学院，陕西省油气田环境污染与储层保护重点实验室，陕西西安710065）

在我国大多数油田产出液中均存在着大量的硫酸盐还原菌（sulfate reduc-ing bacteria，简称SRB）[1]。腐蚀、结垢和阻塞是SRB大量繁殖对油田系统（油田管线、注水系统和地面工程）造成的三大主要危害，严重影响油田的生产安全，并造成巨大的经济损失[2]。如何有效抑制或消除SRB对油田生产的危害一直是油气田生产亟待解决的重要难题之一。国内油田防治SRB的最主要手段是采用化学杀灭法[3]，即通过投加杀菌剂（主要包括戊二醛、丙烯醛、甲醛、季铵盐类、杂环类及其复配物等）杀死或抑制SRB的生长和繁殖。反硝化控制SBR技术通过向油层或采出水中中加入合适的反硝化菌和硝酸盐等物质，利用反硝化细菌能够优先利用SRB赖以生存的主要碳源，如挥发性脂肪酸（VFA），从而迅速生长繁殖，影响SRB还原硫酸盐，达到抑制SRB的目的[4]。因此，反硝化抑制SRB是油气田生产中SRB防治的研究热点和发展方向，具有独特的优势和广阔的发展前景[5]。本文以硫酸盐去除率及SRB含量为指标，研究投加硝酸盐或（和）接种反硝化细菌对油田采出水中SRB的抑制效果。

1 实验材料与方法

本研究油田采出水来自陕西延长石油公司靖边采油厂；所用DNB菌株购自陕西省微生物研究所。

采用《油田注入水细菌分析方法绝迹稀释法》（SY/T 0532-2012）对油田采出水中SRB的数量进行测定。

采用离子色谱法对采出水中的硫酸盐浓度进行测定。

1.1 不同DNB接种量对SRB的抑制效果研究

在油田采出水中分别按2.5%、5%、10%和12.5%的接种量（体积分数，下同）投加DNB（108 CFU/mL），恒温（37℃）培养72h，测定采出水中的SRB数量和硫酸盐浓度。以未接种DNB处理为对照，计算硫酸盐去除率，研究DNB投加量对采出水中SRB的抑制作用。每个处理设3次重复实验。硫酸盐去除率计算公式为：

其中：C为硫酸盐去除率（%），D0为第0天采出水硫酸盐质量浓度（mg/L），D3为经3天处理后采出水中的的硫酸盐质量浓度。

1.2 不同硝酸盐投加量对SRB的抑制效果研究

在油田采出水中分别按20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L和100mg/L的接种量投加硝酸钠（以硝酸根浓度计），恒温（37℃）培养72h，测定采出水中的SRB数量和硫酸盐浓度。以未接种硝酸盐处理为对照，计算硫酸盐去除率，研究硝酸盐投加量对采出水中SRB的抑制作用。每个处理设3次重复实验。

1.3 硝酸盐与DNB联合对SRB抑制效果研究

采用1.2和1.3中最佳硝酸盐和DNB接种量同时作用于油田采出水，恒温（37℃）培养72h，测定采出水中的SRB含量和硫酸盐的浓度。以未接种硝酸盐处理为对照，硫酸盐去除率，研究硝酸盐投加量对采出水中SRB的抑制作用。每个处理设3次重复实验。

2 结果与讨论

2.1 不同DNB接种量对采出水中SRB的抑制效果

表1为不同DNB接种量对油田采出水中硫酸盐含量的影响结果。结果表明：采出水中的硫酸盐浓度随DNB接种量的增大呈先上升，后下降的趋势，相应的硫酸盐去除率均有减弱；当DNB接种体积比为5%时，采出水中硫酸盐浓度为1608.4 mg/L，硫酸盐去除率为6.8%，较对照处理减低了73.3%，表明在5%接种量条件下DNB对SRB的反硫化作用较其它处理具有较强的抑制作用；当DNB接种量增大时采出水中的硝酸盐快速消耗，DNB缺乏硝酸盐电子受体，对SRB竞争作用减弱[6]，SRB的反硫化作用加快，采出水中硫酸盐浓度增大，故硫酸盐去除率反而升高[7]。

表2为不同DNB接种量下采出水中的SRB数量，可以看出，SRB数量随DNB接种量的增加呈先下降后增加的趋势；当DNB接种量为5%时，接种DNB对SRB数量的抑制作用明显，其数量由原来的103～104个/mL降至10个/mL以内；当DNB接种量继续增大，造成采出水中硝酸盐的快速消耗，而失去对SRB的竞争优势，故出现SRB的数量反而升高。

表1 不同DNB接种量对采出水中硫酸盐浓度及其去除率的影响

表2 不同DNB接种量下对采出水中SRB的抑制

由上述分析可见，DNB对油田采出水中的SRB的数量和代谢具有较为明显的抑制作用。

2.2 硝酸盐浓度对采出水中SRB的抑制效果

表3为在投加不同硝酸盐72h后油田采出水的硫酸盐含量，可以看出，随着硝酸盐投加量的增大，采出水中的硫酸盐含量基本呈不断增大的趋势，这可能是由于硝酸盐浓度的增大有利于采出水中反硝化抑制SRB作用，从而使SRB的反硫化作用受到抑制[8]；在本实验条件下，当硝酸盐投加量为100 mg/L时，72h后采出水中的硫酸盐含量为1590 mg/L，硫酸盐去除率也最低，为7.8%。

表3 不同硝酸盐投加量条件下下采出水的硫酸盐浓度及及其去除率

表4为在投加硝酸盐72h后采出水中的SRB数量，可以看出，在硝酸盐投加量为20～80 mg/L时，各处理采出水中SRB数量在10～100个/mL，较其初始含量降低10～103个数量级；当硝酸盐投加量达100 mg/L时采出水中的SRB数量由原来的103～104个/L显著降低至1～10个/L，表明此硝酸盐浓度对采出水中的SRB有显著的抑制作用，从而使其反硫化作用受到显著抑制，采出水中硫酸盐含量较高，相应的硫酸盐去除率也最低（见表4）。

表4 不同硝酸盐投加量条件下采出水中SRB的数量

由上述分析可见，硝酸盐对油田采出水中的SRB有明显抑制作用，从而使其硫酸盐还原作用可能受到抑制[8]。

2.3 DNB和硝酸盐共同作用对SRB的抑制效果

表5为硝酸盐（100mg/L）与DNB联合作用后对油田采出水中硫酸盐含量的影响。结果表明：DNB和硝酸盐共同存在的情况下，采出水中的硫酸盐去除率均较低，表明SRB的硫酸还原作用受到了显著的抑制，且随着DNB接种量的增大，采出水中的硫酸盐去除率越低，这可能是由于在硝酸盐含量较为充足的条件下，DNB和硝酸盐对SRB的抑制作用有协同作用。因此，在100mg/L硝酸盐与DNB接种量为12.5%共同作用对采出水中SRB的抑制作用最为显著。