油田采出水物理和化学联合杀菌技术研究

刘静

（大庆油田呼伦贝尔分公司， 黑龙江 大庆 163453）

回注水中的细菌包括硫酸盐还原菌（SRB）、 腐生菌（TGB）和铁细菌（IB）是影响回注水水质的重要因素， 尤其是SRB， 不仅加剧设备和管线的腐蚀，降低聚合物溶液粘度， 而且堵塞地层。 油田常用的杀菌技术从原理角度可分为物理杀菌和化学杀菌2类， 其中物理杀菌方式主要包括紫外线杀菌［1-2］、lemup 杀菌［3］和变频脉冲杀菌［4］； 化学杀菌即采用杀菌剂灭菌， 包括季铵盐类、 液氯、 次氯酸钠和二氧化氯等［5-9］。 大庆油田开发初期在处理水驱采出水时曾普遍采用季铵盐类杀菌剂， 但是目前随着化学驱开发的不断深入， 聚驱采出水和三元复合驱采出水中含有聚合物即聚丙烯酰胺， 考虑到药剂配伍性， 目前主要使用有机溴类杀菌剂， 在现场使用时分为高浓度和普通杀菌剂2 种。 近些年， 各油田针对采出水杀菌技术开展了各方面的研究， 公开报道的内容包括： 一是通常研究单独的物理或者化学杀菌技术； 二是对于灭菌效果的验证位置往往只监测到杀菌装置出口， 并不是更具客观意义的注水井口； 三是对油田采出水中整体的细菌分布， 多种杀菌技术联合使用的综合性研究少见报道。 然而， 随着油田开发进入高含水期后， 采出水水量逐年增多， 如何联合使用多种杀菌技术， 在保障水质稳定达标的前提下进一步降低生产运行成本将成为油田采出水杀菌技术的关键问题。

为此， 本文首先以大庆油田水处理站的现场监测和水质统计大数据为基础， 宏观分析水质中细菌情况， 确定灭菌重点； 然后通过现场试验研究， 量化物理杀菌、 化学杀菌和联合杀菌在水处理站出口以及注水井口的灭菌效果差异； 最终， 通过总结分析， 推荐出适用于大庆油田采出水的杀菌技术。

1 采出水中的细菌情况

1.1 回注水的细菌控制指标

大庆油田回注水控制指标采用QS／Y DQ0605-2006《大庆油田油藏水驱注水水质指标及分析方法》， 其中细菌类水质控制指标详见表1 和表2，可见3 种细菌中对SRB 的控制最严格， 低渗透回注指标较高渗透回注指标严格， 不含聚采出水较含聚严格。

表1 大庆油田含聚合物污水注水水质控制指标Tab. 1 Water quality control indexes of polymer-containing sewage reinjection in Daqing Oilfield

表2 大庆油田不含聚合物污水注入水水质控制指标Tab. 2 Water quality control indexes of polymer-without sewage reinjection in Daqing Oilfield

1.2 细菌的分布和处理概况

根据多站现场监测和统计情况， 大庆油田各类水质的来水中细菌含量详见表3， 各类处理站出水细菌达标率统计详见表4。

由表3 可见， 聚驱采出水细菌最多， 水驱采出水较多， 地面污水少， 地下水痕迹。

由表4 可见， SRB 方面聚驱和水驱采出水存在部分不达标情况， 地下水和地面污水基本全部达标； TGB 和IB 在所有水质中均易于达标。

表3 大庆油田各类水质的来水细菌含量情况Tab. 3 Bacteria content in all kinds of incoming sewage of Daqing oilfield

综上所述， 一是从各类水处理站滤后水质角度看， 聚驱采出水和水驱采出水达标率有待提高， 是杀菌技术的重点研究水质； 二是从细菌种类看， 由于SRB 危害最严重、 生产站处理后水质SRB 存在部分不达标情况， 并且大庆油田对于SRB 的控制指标最严格， 因此SRB 是杀菌技术的重点研究菌类。

表4 大庆油田各类处理站滤后水质细菌达标率Tab. 4 Qualified rate of bacteria in treated water of various treatment stations of Daqing oilfield

2 现场试验

2.1 某聚驱采出水普通处理站

该站设计规模为3.0×104m3／d， 实际处理量平均为2.0×104m3／d， 负荷率为67%， 来水中聚合物平均质量浓度为225 mg／L， 采出水处理后回注高渗透油层（要求SRB 含量≤102个／mL， TGB 含量和IB含量＜105个／mL）， 主体处理工艺为来水→气浮沉降→溶气泵气浮→石英砂-磁铁矿双层滤料滤罐→lemup 杀菌（可超越） →净化水罐→外输→注水站→注水井口。 其中lemup 杀菌装置位于净化水罐前， 加药口位于气浮沉降罐前、 溶气泵气浮后和外输口3 处， 生产中周期冲击性投加高浓度有机溴类杀菌剂， 每次投加时间8 h， 加药量为3.0 mg／L。 根据监测结果， 该站来水SRB 含量为2.5×102～2.5×103个／mL， 大多为2.5×102个／mL。

（1） 第一阶段空白试验

该阶段不使用lemup 杀菌装置， 不加杀菌剂，细菌含量见表5。

由表5 可见， ①该站来水SRB 初始含量不高，但是随着工艺流程逐级处理， 在无抑菌措施的情况下SRB 含量呈各级无规律变化且整体上涨趋势，这主要是因为SRB 属于厌氧菌， 其最有利的生存环境多位于缺氧的死水区或沉积物区， 油田采出水处理大多工艺环节为密闭流程利于SRB 大量繁殖；②SRB 在外输口处存在部分超标情况， 随着继续向注水井迁移， SRB 继续繁殖已全部超标； ③该站来水的TGB 和IB 含量较少， 虽然未采用灭菌措施， 且经过逐级繁殖略有增长， 但在末端注水井口仍全部达标， 这主要是因为对这2 种细菌的控制标准较为宽松。

表5 某聚驱采出水处理站空白试验细菌含量Tab. 5 Bacteria content of a polymer flooding produced water treament station when blank test is taken 个·mL-1

（2） 第二阶段单独物理杀菌

该阶段使用lemup 杀菌装置， 不加杀菌剂，SRB 含量见表6。

由表6 可见， lemup 杀菌装置灭菌效果明显， 在装置出口处SRB 含量始终达标甚至达到痕迹， 外输口虽有所上涨但始终达标， 然而注水井口全部超标。

（3） 第三阶段单独化学杀菌

该阶段不使用lemup 杀菌装置， 冲击投加杀菌剂1 次， SRB 含量见表7。

由表7 可见， 投加化学杀菌剂后外输口SRB含量连续3 d 达标， 第4 天超标； 注水井口SRB 含量仅1 d 达标， 从第2 天起超标。

（4） 第四阶段联合杀菌

该阶段使用lemup 杀菌装置并同时冲击投加杀菌剂1 次， SRB 含量见表8。

表6 某聚驱采出水处理站使用lemup 杀菌装置时SRB 含量Tab. 6 SRB content of a polymer flooding produced water treatment station when using lemup sterilization device for sterilization个·mL-1

表7 某聚驱采出水处理站加杀菌剂试验时SRB 含量Tab. 7 SRB content of a polymer flooding produced water treatment station when adding bactericide for sterilization 个·mL-1

表8 某聚驱采出水处理站联合使用物理杀菌装置和化学杀菌时SRB 含量Tab. 8 SRB content of a polymer flooding produced water treatment station when using physical-chemical combined sterilization device 个·mL-1

由表8 可见， 联合使用化学杀菌和物理杀菌后， 外输口SRB 含量连续5 d 达标， 第6 天超标；注水井口SRB 含量连续3 d 达标， 第4 天超标。

2.2 某水驱采出水深度处理站

该站设计规模为5.0×103m3／d， 实际处理量平均为3.2 × 103m3／d， 负荷率为64%， 采出水处理后回注低渗透油层（要求SRB 含量≤25 个／mL，TGB 含量和IB 含量＜103个／mL）， 主体处理工艺为来水→自然沉降→混凝沉降→一次过滤→二次过滤→净化水罐→外输→注水站→注水井口。 其中紫外杀菌装置位于净化水罐前， 加药口位于自然沉降前， 生产中连续投加普通有机溴类杀菌剂， 加药量为40 ～60 mg／L。 根据监测结果， 该站来水SRB 含量为6.0×101～2.5×103个／mL， 大多为2.5×102个／mL。

（1） 第一阶段空白试验

该阶段不使用紫外杀菌装置， 不加杀菌剂，SRB 含量见表9。

由表9 可见， SRB 含量在水处理系统中呈上升趋势， 到达外输口和注水井口时均已全部超标。

（2） 第二阶段单独物理杀菌

该阶段使用紫外杀菌装置， 不加杀菌剂， SRB含量见表10。

由表10 可见， 紫外杀菌装置灭菌效果明显，在装置出口处SRB 含量始终达标， 但外输口已出现部分超标情况， 注水井口全部超标。

（3） 第三阶段单独化学杀菌

该阶段不使用紫外杀菌， 连续投加普通有机溴类杀菌剂， 加药量为60 mg／L， SRB 含量见表11。

由表11 可见， 投加化学杀菌剂后外输口和注水井口SRB 含量均呈现不稳定达标的情况。

（4） 第四阶段联合杀菌

该阶段使用紫外杀菌装置并同时连续投加杀菌剂， 加药量降低为40 mg／L， SRB 含量见表12。

由表12 可见， 联合使用化学杀菌和物理杀菌后， 外输口和注水井口SRB 含量在试验期内持续达标。

表9 某水驱采出水处理站空白试验SRB 含量Tab. 9 SRB content of a water flooding produced watertreatment station when blank test is taken 个·mL-1

表10 某水驱采出水处理站使用紫外杀菌时SRB 含量Tab. 10 SRB content of a water flooding produced water treatment station when using ultraviolet sterilization device for sterilization个·mL-1

表11 某水驱采出水处理站加杀菌剂试验SRB 含量Tab. 11 SRB content of a water flooding produced water treatment station when adding bactericide for sterilization 个·mL-1

表12 某水驱采出水处理站联合使用物理杀菌装置和化学杀菌剂试验效果Tab. 12 SRB content of a water flooding produced water treatment station when using physical-chemical combined sterilizationdevice 个·mL-1

综上所述， 一是物理杀菌在装置出口处作用效果明显， 灭菌率平均高达97%， 但是灭菌效果缺乏延续性， 即单独使用物理杀菌装置时无法保障装置下游至注水井口时细菌含量仍可达标； 二是化学杀菌剂灭菌效果可以延续至注水井口， 但是需要周期性或者连续投加以保持效果， 导致运行成本高， 并且在单独使用杀菌剂时注水井口细菌含量无法稳定达标； 三是物理和化学联合杀菌效果最好， 兼具物理杀菌阶段的高效灭菌性和化学杀菌的延续性， 联合杀菌能够延长井口稳定达标时间， 从而延长药剂投加周期或者降低杀菌剂加药量以节省运行成本。

3 结论和建议

通过对大庆油田采出水杀菌技术的研究分析，得出如下结论和建议：

（1） 大庆油田处理的各类水质中， 采出水中细菌含量达标较难， 是重点灭菌对象； 处理后回注水所含各类细菌中， SRB 由于危害最大、 达标困难，是生产管理控制的重点。

（2） 大庆油田目前在用的物理杀菌装置和杀菌剂适用于采出水处理， 但是单独应用物理杀菌或化学杀菌技术时效果差， 无法保障细菌含量稳定达标， 推荐采用物理和化学联合杀菌方式。 其中物理杀菌设置于水处理站净化水罐前， 化学杀菌加药点设置于来水、 滤前和外输处， 加药方式、 周期、 药剂种类和浓度需匹配生产站的水质和工艺条件， 保障注水井口稳定达标， 同时降低生产运行成本。