防腐蚀菌与油田常用化学剂的配伍性评价及协同作用

2021-12-17吴伟林杨帆王彪孟章进姜桂英

腐蚀与防护 2021年6期

吴伟林，杨帆，王彪，孟章进，姜桂英

（中石化江苏油田石油工程技术研究院，扬州 225009）

随着油田综合含水量的持续上升，油田微生物引起的腐蚀对油田造成的影响越来越严重［1-3］，特别是近几年检泵作业较为频繁，导致生产成本上升。引起微生物腐蚀的主要是硫酸盐还原菌（SRB）。油田水体还原性强，在SRB及其产物（硫化物）的作用下油井腐蚀进一步加剧，因此，石油行业对于SRB的治理成为热点［4-6］。油井生物防腐蚀技术利用生物竞争淘汰的方法［7-10］，向油井中注入反硝化细菌或激活剂，通过微生物种群的替代将有害微生物变为有利因素［11-14］，抑制SRB 生长，从而减少次生硫化物的产生［15-16］。

本工作针对同时存在离子腐蚀和微生物腐蚀的油井，分析防腐蚀菌与油田常用化学剂（缓蚀剂、清蜡剂、破乳剂、杀菌剂等）的配伍性，研究了防腐蚀菌与缓蚀剂的协同作用，从而开发了生物-物化复合防腐蚀技术。

1 试验

1.1 试验材料

试验所用油田常用化学剂如表1所示，所用防腐蚀菌种为N411（反硝化）细菌。培养基由溶液A和B等比例混合而成，溶液A 和B单独灭菌。

表1 油田常用水处理剂Tab.1 Commonly used water treatment agents in oil field

A 溶液：无机盐2.0 g，天冬酰胺1.0 g，蒸馏水500 m L；p H 为7.0～7.2。

B溶液：柠檬酸钠8.5 g，乙酸钠2 g，葡萄糖2 g，0.5 g KH2PO4，0.5 g K2HPO4，1.0 g MgSO4·7 H2O，0.05 g FeCl3·6 H2O，0.1 g CaCl2，酵母膏0.5 g，蒸馏水500 m L；p H 为7.0～7.2。

1.2 试验方法

1.2.1 化学剂对防腐蚀菌生长繁殖的影响

取N411细菌接种于上述液体培养基，在60 ℃下培养18 h后，液体培养基中分别加入不同质量浓度的化学剂（见表2），在60 ℃下培养不同时间后，测定溶液在600 nm 波长条件下的吸光值（OD600nm），分析化学剂对防腐蚀菌生长的影响。

表2 各种化学剂试验用量Tab.2 Experimental dosage of various chemical agents mg／L

取上述培养不同时间的样品，在相同稀释度下，固体培养（通过涂布平板法，向稀释液中加入2%的加伦胶，制成固体培养基）。观察细菌在固体培养基中的生长情况。

1.2.2 防腐蚀菌对化学剂使用效果的影响

取现场污水为水样，分析添加不同质量浓度防腐蚀菌对化学剂使用效果的影响，细菌计数采用绝迹稀释法。

2 结果与讨论

2.1 油田化学剂与防腐蚀菌的配伍性

2.1.1 防腐蚀菌对杀菌剂使用效果的影响

在含100 mg／L杀菌剂的水样中，分别添加不同质量浓度防腐蚀菌，试验时间7 d，试验温度37℃。

从表3和表4可以看出，防腐蚀菌的加入对两种常用油田杀菌剂没有起到干扰作用，防腐蚀菌质量浓度为0～400 mg／L时，杀菌剂仍然能够有效杀灭污水中的SRB。

表3 添加不同质量浓度防腐蚀菌下杀菌剂LC-4的使用效果Tab.3 The use effect of fungicide LC-4 with adding different mass concentrations of anti-corrosion bacteria

表4 添加不同质量浓度防腐蚀菌下杀菌剂KD-24的使用效果Tab.4 The use effect of fungicide KD-24 with adding different mass concentrations of anti-corrosion bacteria

2.1.2 防腐蚀菌对缓蚀剂使用效果的影响

在分别含30，60 mg／L缓蚀剂KD-32的现场污水样中，分析防腐蚀菌质量浓度（0，50，100，200，400 mg／L）对缓蚀剂使用效果的影响。试验时间14 d，试验温度50 ℃，使用动态旋转腐蚀挂片仪进行试验，测量挂片的腐蚀速率。从表5可以看出，防腐蚀菌含量越高，缓蚀效果越好。

表5 添加不同质量浓度防腐蚀菌下缓蚀剂KD-32的使用效果Tab.5 The use effect of corrosion inhibior KD-32 with adding different mass concentrations of anti-corrosion bacteria

2.1.3 防腐蚀菌对絮凝剂使用效果的影响

在含150 mg／L絮凝剂KD-11和3 mg／L 絮凝剂KD-29的现场污水水样中，分别添加不同质量浓度防腐蚀菌（100，200，300 mg／L）。从表6 可以看出，不同质量浓度防腐蚀菌对水质的絮凝沉淀效果并不影响，原水浊度均得到大幅改善。

表6 添加不同质量浓度防腐蚀菌下絮凝剂的使用效果Tab.6 The use effect of flocculant with adding different mass concentrations of anti-corrosion bacteria

2.1.4 防腐蚀菌对破乳剂使用效果的影响

溶液由30%（质量分数）水＋70%油混合乳化配制，试验温度70 ℃，分别添加不同质量浓度防腐蚀菌（100，150，200 mg／L）。从表7可以看出，不同质量浓度下防腐蚀菌对破乳剂使用效果的影响不大，破乳剂与防腐蚀菌的混合液破乳效果较好。

表7 添加不同质量浓度防腐蚀菌下破乳剂的使用效果Tab.7 The use effect of demulsifiers with adding different mass concentrations of anti-corrosion bacteria

2.1.5 防腐蚀菌对阻垢剂使用效果的影响

在含30 mg／L 阻垢剂FA-505 和KD-27 的现场污水水样中，分别添加不同质量浓度防腐蚀菌（100，200，300 mg／L）。从表8可以看出，不同质量浓度防腐蚀菌对阻垢剂的影响不大，阻垢剂与防腐蚀菌混合液的阻垢效果较好。

表8 添加不同质量浓度防腐蚀菌下阻垢剂的使用效果Tab.8 The use effect of scale inhibitors with adding different mass concentrations of anti-corrosion bacteria

2.2 防腐蚀菌对常用化学剂的耐受性评价

从图1和图2可以看出，破乳剂、阴离子型高分子絮凝剂、复合生物絮凝剂对防腐蚀菌生长没有影响，菌种仍保持良好的活性，在新鲜培养基中生长正常。清蜡剂、KD-32C缓蚀剂、KD-27A 阻垢剂、KD-27C阻垢剂和除氧剂对防腐蚀菌生长影响不大，菌种仍保持良好的活性，在新鲜培养基中生长正常。KD-24A 杀菌剂、KD-24C杀菌剂、KD-32A 缓蚀剂、KD-32B缓蚀剂对防腐蚀菌生长影响很大，菌种在新鲜培养基中没有生长。

图1 添加不同化学剂后防腐蚀菌的生长曲线Fig.1 Growth curves of anti-corrosion bacteria after adding different chemical agents：（a）demulsifier；（b）anionic polymer flocculant；（c）composite biological flocculant；（d）wax remover；（e）KD-24A fungicide；（f）KD-24C fungicide；（g）KD-32A corrosion inhibitor；（h）KD-32B corrosion inhibitor；（i）KD-32C corrosion inhibitor；（j）KD-27A scale inhibitor；（k）KD-27C scale inhibitor；（l）deoxidizer

图2 添加不同化学剂后防腐蚀菌的菌落图Fig.2 The colony images of anti-corrosion bacteria after adding different chemicals：（a）demulsifier；（b）anionic polymer flocculant；（c）composite biological flocculant；（d）wax remover；（e）KD-24A fungicide；（f）KD-24C fungicide；（g）KD-32A corrosion inhibitor；（h）KD-32B corrosion inhibitor；（i）KD-32C corrosion inhibitor；（j）KD-27A scale inhibitor；（k）KD-27C scale inhibitor；（l）deoxidizer

2.3 防腐蚀菌与化学剂的协同防腐蚀作用

2.3.1 防腐蚀菌与缓蚀剂

取W2-53油井现场采出水作为水样，考察防腐蚀菌和缓蚀剂KD-32C 同时使用的情况下，对污水腐蚀和细菌抑制作用的影响。利用厌氧瓶进行静态腐蚀挂片试验，试验时间30 d，试验温度65℃（细菌计数采用绝迹稀释法，腐蚀测试采用失重法）。

由表9、图3可见，水样中SRB和硫化物含量都很高，且水样的腐蚀速率也较高。单独加缓蚀剂能较好抑制水样的腐蚀性，但不能消除硫化物，也无法对SRB 起到控制作用；单独加防腐蚀菌，能降低SRB的数量约两个数量级，同时硫化物去除率达到90%以上，并且降低了水样的腐蚀速率；同时添加防腐蚀菌和缓蚀剂，既能有效控制SRB 生长，又能去除大部分硫化物，与单独投加缓蚀剂或防腐蚀菌相比，水样腐蚀性进一步降低。

表9 W2-53油井水样腐蚀试验数据Tab.9 Corrosion test datas of W2-53 oil well water sample

2.3.2 油井现场防腐蚀效果

W2-53井是W2断块的一口油井，该井随着含水量的上升，产出液中硫化物含量和SRB 含量升高，分别为103.7 mg／L、1 300个／m L，由于管线腐蚀严重及偏磨导致躺井检泵作业3次。该井应用复合防腐蚀技术（生物强化＋化学防腐蚀）进行治理，初期采用生物强化（添加0.01%防腐蚀菌和150 mg／L 营养剂），后期采用复合防腐蚀技术（添加30 mg／L缓蚀剂、0.01%防腐蚀菌和150 mg／L 营养剂）。经两种措施治理后，污水中SRB 含量得到较好控制，但硫化物和腐蚀速率没有得到有效控制。室内试验表明，该井的腐蚀主要由微生物和电化学共同作用导致。因此，采用复合防腐蚀技术后，硫化物、腐蚀速率均得到有效控制，如表10、图4和图5所示。