王田麗 劉娜

利津油田回注水沿程水質(zhì)分析與控制

韓霞1王田麗1劉娜1滑禹博2

1中國(guó)石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司2大慶油田水務(wù)公司

影響利津油田回注水水質(zhì)穩(wěn)定的主要因素為亞鐵離子、細(xì)菌、硫化氫和少量溶解氧；沿程水質(zhì)二次污染的主要原因是管線內(nèi)污垢和細(xì)菌大量滋生。為控制水質(zhì)，開發(fā)了源頭控制和沿程控制兩種水質(zhì)控制模式。源頭控制模式主要是控制腐蝕結(jié)垢及細(xì)菌繁殖，去除原水中亞鐵、硫及成垢離子，提高水質(zhì)穩(wěn)定性；沿程控制模式主要是加強(qiáng)過(guò)程控制，抑制腐蝕及細(xì)菌生長(zhǎng)，延緩沿程管線老化?；刈⑺|(zhì)穩(wěn)定控制配套技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，注水井口水質(zhì)穩(wěn)定率達(dá)90%以上。

注水井；回注水沿程水質(zhì)；水質(zhì)穩(wěn)定劑；水質(zhì)控制

目前勝利油田回注水處理量約60×104m3/d，具有礦化度高、亞鐵離子含量高、細(xì)菌含量高、腐蝕性氣體含量高、腐蝕速率高、結(jié)垢趨勢(shì)高、含油乳化程度高、小粒徑懸浮物含量高，pH值低、油水密度差低的“八高”、“兩低”特點(diǎn)。這些特點(diǎn)導(dǎo)致含油高、相態(tài)穩(wěn)定、油水分離難度大，對(duì)水質(zhì)穩(wěn)定影響大，造成殺菌難度增大，腐蝕/結(jié)垢加劇，水質(zhì)穩(wěn)定困難。由于水質(zhì)穩(wěn)定控制不到位、腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重、細(xì)菌大量繁殖以及輸送管線老化等原因造成回注水沿程水質(zhì)二次污染，注水井口水質(zhì)超標(biāo)[1]。

利津油田共有17個(gè)開發(fā)單元，注水井開井77口，日注水平7800m3，由于水質(zhì)超標(biāo)導(dǎo)致注水量下降乃至注不進(jìn)水。本文從化學(xué)構(gòu)成角度系統(tǒng)地研究了水質(zhì)不穩(wěn)定影響因素，確定了利津油田回注水沿程二次污染的主要原因。在此基礎(chǔ)上，研究利津污水站水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定技術(shù)及抑制細(xì)菌滋生的抑菌防腐涂層，形成了水質(zhì)源頭控制和沿程控制的聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)模式。該技術(shù)在利津污→利津注→13號(hào)配水間→LJL29—14井沿程實(shí)施后，注水井口水質(zhì)穩(wěn)定率達(dá)90%以上。

1 回注水水質(zhì)不穩(wěn)定影響因素

在油田回注水中，存在油藏帶出或集輸過(guò)程產(chǎn)生的游離二氧化碳、硫化氫、亞鐵離子等水質(zhì)不穩(wěn)定因素。集輸系統(tǒng)中因腐蝕、結(jié)垢、細(xì)菌滋生等導(dǎo)致水體系統(tǒng)平衡發(fā)生變化，再與溫度、壓力等系統(tǒng)環(huán)境條件發(fā)生耦合，產(chǎn)生大量的腐蝕產(chǎn)物、結(jié)垢產(chǎn)物及細(xì)菌代謝產(chǎn)物，這些產(chǎn)物與水中其他不穩(wěn)定物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致回注水在輸送過(guò)程中產(chǎn)生再生懸浮物。主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（2）處理及輸送系統(tǒng)各環(huán)節(jié)不密閉，空氣中的氧就會(huì)溶入水中，溶解氧與金屬設(shè)施腐蝕產(chǎn)物亞鐵離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成FexOy褐色沉淀，導(dǎo)致水變黃，懸浮物含量增加。

（3）回注水在地面系統(tǒng)輸送過(guò)程中，由于溫度、壓力的變化破壞了水中成垢的陰陽(yáng)離子原有的平衡，加之腐蝕產(chǎn)物，導(dǎo)致碳酸鹽、硫酸鹽等水垢析出，水中懸浮物含量增加。

2 回注水水質(zhì)穩(wěn)定控制技術(shù)

為控制水質(zhì)，開發(fā)了源頭控制和沿程控制兩種水質(zhì)控制模式。源頭控制模式主要是控制腐蝕結(jié)垢及細(xì)菌繁殖，去除原水中亞鐵、硫及成垢離子，提高水質(zhì)穩(wěn)定性；沿程控制模式主要是加強(qiáng)過(guò)程控制，抑制腐蝕及細(xì)菌生長(zhǎng)，延緩沿程管線老化。

2.1 水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定技術(shù)

2.1.1 水質(zhì)特性分析

經(jīng)調(diào)研，利津污水的腐蝕超標(biāo)，細(xì)菌含量高；pH值為7.8，礦化度較高，含有溶解氧和硫化氫，數(shù)據(jù)見表1；處理后的水到井口水質(zhì)惡化數(shù)據(jù)見表2。由表1、表2可以看出，影響利津油田污水中水質(zhì)穩(wěn)定的主要因素有腐蝕產(chǎn)生的亞鐵離子、硫化氫、溶解氧和細(xì)菌。

回注水從利津污外輸至LJL29—14注水井，總的停留時(shí)間約21h，尤其在注水站緩沖罐內(nèi)停留長(zhǎng)達(dá)15h。停留時(shí)間長(zhǎng)，水流緩慢，污垢沉積，利于固著菌沿程繁殖生長(zhǎng)，殺菌劑難以穿透殺滅垢下固著菌，緩蝕劑難以在金屬管壁吸附成膜，增加了細(xì)菌與腐蝕控制的難度。據(jù)報(bào)道[2]，現(xiàn)場(chǎng)污水中檢測(cè)到的游離SRB量為1個(gè)/mL，而管壁生物膜內(nèi)固著菌的量可高達(dá)104個(gè)/mL，這是細(xì)菌造成水質(zhì)污染的很重要原因之一。

表1 利津污水站來(lái)水水質(zhì)分析

表2 利津回注水沿程水質(zhì)變化情況

2.1.2 水質(zhì)穩(wěn)定化學(xué)劑的研制

兩人在中南海愉快地住了幾天，到北京城看了看，算是開了眼界，見了世面，然后就準(zhǔn)備回湖南老家。臨行前，毛澤東用自己的稿費(fèi)為他們每人做了一套新衣服。

目前油田回注水處理常用水質(zhì)穩(wěn)定劑主要有緩蝕劑、殺菌劑、阻垢劑等，不同水處理藥劑間存在協(xié)同效應(yīng)或拮據(jù)作用[3]，勝利油田水處理常用穩(wěn)定劑之間也存在配伍問(wèn)題。經(jīng)研究，在水處理系統(tǒng)中，先投加阻垢劑，再投加緩蝕劑和殺菌劑具有協(xié)同作用。依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)利津污水站用緩蝕劑、殺菌劑、阻垢劑進(jìn)行了篩選和配伍性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 利津污水站用穩(wěn)定劑配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：藥劑配伍優(yōu)化后有協(xié)同作用，HBHS—1緩蝕劑濃度為20mg/L時(shí)緩蝕率達(dá)80%以上；HBSJ—1殺菌劑對(duì)SRB最低致死濃度為40mg/L；HEDP阻垢劑濃度為5mg/L時(shí)阻垢率達(dá)到85%以上，均達(dá)到了相應(yīng)的藥劑通用技術(shù)條件的標(biāo)準(zhǔn)要求。

為確定殺菌劑的加藥方式，提取利津污水中的SRB菌株，對(duì)其生長(zhǎng)曲線進(jìn)行了測(cè)試，了解該污水中SRB菌種的生長(zhǎng)特性。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利津污水SRB的潛伏期為1.2天，然后細(xì)菌進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，在此期間群體細(xì)胞以2n的分裂方式快速繁殖，單個(gè)細(xì)胞完成分裂所需的時(shí)間為世代時(shí)間G，G是細(xì)菌群體數(shù)目增加的一個(gè)決定因子。在這一時(shí)期G是穩(wěn)定的，G=（t2-t1）/3.32log(x2/x1)，x1、x2為在t1，t2時(shí)測(cè)得的菌量，線性回歸得G=1.9h。約3天后，細(xì)菌進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)期。因此，利津污水殺菌劑若使用沖擊式加藥，時(shí)間間隔為4天左右。

2.2 抑菌防腐涂料研究

細(xì)菌滋生是回注水腐蝕加劇和水質(zhì)沿程惡化的重要原因之一，尤其是管壁上附著的生物膜（固著菌）。賦予抑菌殺菌功能的防腐涂料不僅減少設(shè)備內(nèi)壁固著菌的附著繁殖，還可減少現(xiàn)場(chǎng)的管理環(huán)節(jié)。目前使用的無(wú)機(jī)抗菌劑主要有兩大類，以銀為主的無(wú)機(jī)抗菌劑和以鈦、鋅為主的催化型無(wú)機(jī)抗菌劑。將銀系無(wú)機(jī)抗菌劑、納米氧化鋅和有機(jī)殺菌劑復(fù)配研制了一種復(fù)合型抗菌劑，抗菌原理主要是氧化和電中和。

該抑菌防腐涂層材料以改性環(huán)氧樹脂為基料，將改性的無(wú)機(jī)抑菌材料添加到環(huán)氧樹脂和氟樹脂的雜化體系中，使防腐涂層兼具抑菌功能。

為保持抗菌劑的長(zhǎng)效性，防止無(wú)機(jī)抗菌劑的遷移和被水等介質(zhì)萃取，對(duì)無(wú)機(jī)抗菌劑進(jìn)行了改性。利用偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)粒子（銀離子、納米ZnO）包覆。

對(duì)利津污水在室內(nèi)富集細(xì)菌后進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)，殺菌率達(dá)99.7%。并在利津污水站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)用管材為?529mm×9mm鋼制管段（L=12m）。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證實(shí)，抑菌防腐涂層對(duì)管線內(nèi)細(xì)菌有一定的抑制作用。

2.3 沿程水質(zhì)穩(wěn)定方案及實(shí)施

根據(jù)以上研究結(jié)果，提出利津油田回注水水質(zhì)穩(wěn)定控制方案。

（1）回注水系統(tǒng)管線清洗。結(jié)合系統(tǒng)現(xiàn)狀，確定以酸洗加清洗劑進(jìn)行分段清洗的方案。第1段為利津污水站外輸→利津注水站，第2段為利津注水站→13配水間→LJL29—14井。

（2）抑菌防腐涂層。對(duì)利津污水站外輸→利津注水站管段及利津注水站的注水罐實(shí)施內(nèi)防腐。

（3）藥劑投加方案。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合利津站現(xiàn)有的加藥流程，確定了藥劑投加配方。

該方案現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，注水井口水質(zhì)穩(wěn)定率達(dá)到90%以上，詳見表4。

表4 水質(zhì)穩(wěn)定方案實(shí)施后沿程水質(zhì)變化情況

3 結(jié)語(yǔ)

（1）研究確定了影響利津油田回注水水質(zhì)穩(wěn)定的主要因素為亞鐵離子、細(xì)菌、硫化氫和少量溶解氧；沿程水質(zhì)二次污染的主要原因是管線內(nèi)污垢和細(xì)菌大量滋生。

（2）提出兩種水質(zhì)控制模式，形成回注水水質(zhì)穩(wěn)定控制配套技術(shù)。

（3）該技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，注水井口水質(zhì)穩(wěn)定率達(dá)90%以上。

[1]汪梅芳．微生物腐蝕生物抑制技術(shù)研究[D]．武漢：華中科技大學(xué)碩士論文，2003．

[2]劉宏芳，汪梅芳，許立銘．脫氮硫桿菌生長(zhǎng)特性及其對(duì)SRB生長(zhǎng)的影響[J]．微生物學(xué)通報(bào)，2003，30（3）：46-49．

[3]陸柱．油田水處理技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1992．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.017