方　健

(中海能源發(fā)展股份有限公司人力資源服務(wù)公司碧海環(huán)保服務(wù)公司，天津300458)

隨著油田的不斷開發(fā)，渤海地區(qū)大部分油田的產(chǎn)液已達(dá)中高含水期，油田注、采水量的不斷增加，聚合物驅(qū)的應(yīng)用給細(xì)菌在油田中的繁殖創(chuàng)造了有利條件[1]，細(xì)菌引起管道設(shè)備腐蝕，堵塞管道，損壞地層，致注水量及油氣產(chǎn)量下降[2]。為保護(hù)地層及維持產(chǎn)能,必須對(duì)污水中的各類細(xì)菌進(jìn)行殺菌處理。

1　各類細(xì)菌的危害

在渤海油田中主要存在硫酸鹽還原菌(SRB)、鐵細(xì)菌(FB)、腐生菌(TGB)這3類細(xì)菌。其中硫酸鹽還原菌(SRB)的存在范圍最廣，影響也最大，是渤海地區(qū)海上平臺(tái)主要控制的菌種。

1.1　SRB的危害

1.1.1SRB對(duì)油田開采的影響

美國學(xué)者Grula在1982年提出，SRB對(duì)聚丙烯酰胺的降解作用可能會(huì)導(dǎo)致三次采油工作的失敗[3]； SRB可以將油層中的硫酸鈣還原為硫化物，同時(shí)生成碳酸鈣沉淀，易于堵塞孔隙，使油層的滲透率降低[4]。

1.1.2SRB的腐蝕機(jī)理

SRB腐蝕機(jī)理主要分為4種，金屬表面的整體腐蝕機(jī)理有陰極去極化機(jī)理和硫化物作用機(jī)理，而點(diǎn)蝕的腐蝕機(jī)理主要有局部電池機(jī)理和陽極區(qū)固定機(jī)理[5]。SRB是厭氧菌，與其他好氧菌具有一定的協(xié)同效應(yīng)，在具有溶解氧的流體中，容易寄生在生物膜和垢污下，產(chǎn)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕致設(shè)備或管道出現(xiàn)穿孔。同時(shí)SRB還產(chǎn)生H2S和FeS，H2S腐蝕設(shè)備和管線，F(xiàn)eS沉淀易堵塞設(shè)備和地層。

1.2　FB的危害

FB屬于好氣異養(yǎng)菌，能分泌出大量的黏性物質(zhì)，造成注水井和過濾器等設(shè)備的堵塞，并能在流程中形成濃差腐蝕電池[6]，同時(shí)由于它所形成的結(jié)瘤(菌體+氫氧化高鐵)能夠創(chuàng)造出SRB繁殖的局部厭氧區(qū)域。

1.3　TGB的危害

TGB也稱黏液形成菌，是一種好氣異養(yǎng)菌。它的危害與鐵細(xì)菌類似，易造成注水井和設(shè)備的堵塞，并形成濃差腐蝕電池。

1.4　其他細(xì)菌

在渤海油田的海洋采油平臺(tái)上，除上述3種細(xì)菌，還存在產(chǎn)酸菌(APB)，這種細(xì)菌在蓬萊19-3油田上較普遍，但在國內(nèi)還未見有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。APB將碳水化合物發(fā)酵為小分子揮發(fā)酸，這種小分子揮發(fā)酸改變污水中的pH值，對(duì)管材和設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，同時(shí)SRB利用其中的某些揮發(fā)酸還原硫酸鹽[7]，使腐蝕更加嚴(yán)重。

2　渤海油田細(xì)菌監(jiān)測(cè)方法及使用的殺菌技術(shù)

渤海油田的細(xì)菌監(jiān)測(cè)依據(jù)《SY/T 5329—1994 碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》，采用絕跡稀釋法。

目前國內(nèi)外普遍的殺菌技術(shù)分為物理殺菌方法、化學(xué)殺菌技術(shù)[8]及生物抑菌技術(shù)。渤海各油田注水所存在的細(xì)菌中，SRB細(xì)菌含量應(yīng)控制在25個(gè)/mL，而TGB和FB細(xì)菌含量均能控制在104個(gè)/mL標(biāo)準(zhǔn)以下，控制細(xì)菌的方法主要采用化學(xué)殺菌和生物抑菌。

2.1　化學(xué)殺菌技術(shù)

化學(xué)殺菌基本上采用投加殺菌劑進(jìn)行殺菌和抑菌，殺菌劑按其作用機(jī)理可分為氧化性和非氧化性。

2.1.1氧化性殺菌劑

渤海油田中的綏中36-1油田、旅大10-1油田、錦州9-3油田均使用二氧化氯殺菌，二氧化氯屬于強(qiáng)氧化劑，殺菌效果良好。其殺菌機(jī)理為：二氧化氯的強(qiáng)氧化性可破壞細(xì)菌衣殼上蛋白質(zhì)的酪氨酸，抑制細(xì)菌特異吸附，阻止對(duì)主細(xì)胞的感染。同時(shí)，二氧化氯與部分微生物蛋白質(zhì)中氨基酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使反應(yīng)產(chǎn)物分解破壞，控制微生物生長，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡[9]。各平臺(tái)上均設(shè)有二氧化氯發(fā)生器裝置，產(chǎn)生的二氧化氯溶液注入注水系統(tǒng)中。發(fā)生器采用氯酸納、雙氧水(40%)、濃硫酸(98%)和催化劑反應(yīng)生成二氧化氯，生成的二氧化氯氣體通過水射器溶解入現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)水中，形成二氧化氯水溶液，通過泵輸送至注水系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)注入點(diǎn)在凈水緩沖罐前，注入二氧化氯濃度為6 mg/L。對(duì)旅大10-1油田注水水質(zhì)加注二氧化氯前后的殺菌效果對(duì)比見表1。

表1　旅大10-1油田注水水質(zhì)加注二氧化氯前后的SRB細(xì)菌數(shù)

氧化性殺菌劑的優(yōu)點(diǎn)是能夠持續(xù)殺菌，系統(tǒng)內(nèi)的細(xì)菌不會(huì)對(duì)此產(chǎn)生抗藥性，副作用也非常明顯。二氧化氯發(fā)生器是高危裝置，對(duì)海上油田的安全生產(chǎn)存在一定的隱患；二氧化氯作為強(qiáng)氧化劑，進(jìn)入海上平臺(tái)的水處理系統(tǒng)會(huì)增加系統(tǒng)的腐蝕，影響脫氧劑的性能。

2.1.2非氧化性殺菌劑

目前在渤海油田其他平臺(tái)使用的殺菌劑均為非氧化性殺菌劑，包括醛類、季胺鹽陽離子化合物和季鏻鹽陽離子化合物等。醛類化合物具有較強(qiáng)的滲透作用，能透過細(xì)胞的細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，破壞菌體內(nèi)的生物合成，從而起到殺菌作用。由于細(xì)菌基本帶有負(fù)電，季胺鹽和季鏻鹽陽離子化合物能夠通過靜電引力吸附在細(xì)胞表面上，在細(xì)胞表面形成高濃度的離子團(tuán)，直接影響到細(xì)胞膜的正常功能。細(xì)胞膜被吸附后就改變了自身的電導(dǎo)性、表面張力和溶解性，并可形成配合物，使蛋白質(zhì)變性，抑制或刺激酶的活性，損害控制細(xì)胞滲透性的原生質(zhì)膜，從而使細(xì)菌致死。

LD5-2平臺(tái)、JZ25-1SCEP、BZ28-1油田友誼號(hào)、NB35-1CEP、BZ34-1A平臺(tái)、BZ28-2S平臺(tái)均采用殺菌劑BHS-01B，殺菌劑BHS-01B的主要成分是十二烷基二甲基芐基氯化銨，QK17-2平臺(tái)、BZ26-2平臺(tái)和BZ25-1平臺(tái)使用殺菌劑BHS-06控制細(xì)菌，該殺菌劑也是季胺鹽陽離子化合物，對(duì)黏泥具有一定的剝離作用。PL19-3油田采用BHS-05和THPS交替使用，BHS-05是季胺鹽和醛類的復(fù)配藥劑，THPS是四羥甲基硫酸鏻，加藥方式均為沖擊性加藥。

LD5-2平臺(tái)采用殺菌劑BHS-01B，加藥方式為沖擊性加藥，加藥濃度為0.1%，周期為3 d/次，每次持續(xù)6 h，加藥前后SRB細(xì)菌數(shù)對(duì)比見表2。

表2　LD5-2平臺(tái)菌劑BHS-01B沖擊性加藥前后注水中SRB細(xì)菌數(shù)

非氧化性殺菌劑優(yōu)點(diǎn)是副作用小，對(duì)系統(tǒng)影響較二氧化氯小，且陽離子季銨鹽兼有緩釋和殺菌作用，可一劑多用。缺點(diǎn)是易使細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性，無法殺滅系統(tǒng)中各類生物膜和垢污下的細(xì)菌，且成本較大，對(duì)于含有陰離子聚丙烯酰胺的污水用藥量大。

2.2　生物抑菌技術(shù)

目前，研究和應(yīng)用最為廣泛的生物抑制技術(shù)就是硝酸鹽基處理技術(shù)，也稱為生物競(jìng)爭(zhēng)排除技術(shù)[10]。該技術(shù)主要是向地層導(dǎo)入低濃度的硝酸鹽/亞硝酸鹽，替代硫酸鹽成為電子受體，這可促使天然存在于油層中的硝酸鹽還原菌群(NRB)迅速增生擴(kuò)散，并在與SRB競(jìng)爭(zhēng)生存空間和基質(zhì)時(shí)，NRB優(yōu)先選擇使用油層中的基質(zhì)，因此可阻止SRB獲得所需要的營養(yǎng)物，從而控制SRB的代謝活性。

生物抑制技術(shù)作為中海油總公司科研項(xiàng)目在渤海油田綏中36-1B平臺(tái)開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)， 通過注水管匯對(duì)B8和B18井連續(xù)加注抑菌劑，加藥泵的下藥量約為10 L/h，檢測(cè)注水受益井產(chǎn)出液的SRB細(xì)菌含量由試驗(yàn)前的600個(gè)/mL下降至5個(gè)/mL。

生物抑菌技術(shù)是殺菌技術(shù)未來的發(fā)展方向，渤海絕大多數(shù)油田地層中均含有硫酸鹽還原菌，若在流程中使用殺菌劑則需要連續(xù)加藥進(jìn)行抑制，氧化性殺菌劑連續(xù)加藥會(huì)給流程造成巨大的負(fù)面影響，非氧化性殺菌劑連續(xù)注入成本非常高。使用生物抑菌技術(shù)注入地層解決細(xì)菌問題是未來渤海油田殺菌技術(shù)發(fā)展的一大方向。

3　渤海油田殺菌方式的局限性及改進(jìn)措施

目前渤海油田主要以傳統(tǒng)的注入殺菌劑的方式來控制注水系統(tǒng)的細(xì)菌危害。無論是氧化型殺菌劑，還是非氧化型殺菌劑都有弊端，故在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，加藥方式和藥劑選擇應(yīng)更有針對(duì)性。二氧化氯殺菌的副作用明顯，所以流程中使用非氧化型殺菌劑是今后渤海油田化學(xué)殺菌技術(shù)的主要實(shí)施研究內(nèi)容。

要從根本上解決SRB細(xì)菌的困擾，可從其生長特性考慮，SRB細(xì)菌在流程中寄生在生物膜和垢污下，殺菌劑在一般情況下無法接觸到SRB，所起的作用僅是殺滅流體中的細(xì)菌，就是所謂的“抑菌”而非“殺菌”。根除流程中SRB應(yīng)采用“物理+化學(xué)”手段，在非氧化型殺菌劑注入之前必須進(jìn)行系統(tǒng)的徹底清洗，目的就是排除殺菌劑和細(xì)菌之間的障礙，再用大劑量殺菌劑中加一定量的去垢劑，沖擊加藥一定時(shí)間，殺菌劑加藥濃度下調(diào)至30 mg/L以下進(jìn)行持續(xù)加藥。為了防止細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性，殺菌劑優(yōu)化工作要持續(xù)進(jìn)行，不同類型的殺菌劑可交替使用。

在旅大油田、綏中36-1油田和PL19-3油田的監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，油田生產(chǎn)井的產(chǎn)液中均含有SRB細(xì)菌，說明地層中巖石的孔隙中有SRB菌落的生長，會(huì)使產(chǎn)液中持續(xù)存在SRB，針對(duì)此情況，筆者曾建議在水處理流程中以持續(xù)注入方式代替沖擊式加藥，但都未能根本解決問題?？梢?，地層中的SRB菌落吸附于巖石的孔隙中，用普通的殺菌劑基本解決無望。欲從根本上鏟除SRB細(xì)菌，要借助于生物抑制劑，渤海綏中36-1油田已經(jīng)采用生物抑菌技術(shù)來根除地層中寄生的SRB細(xì)菌，解決了地層中SRB，結(jié)合化學(xué)殺菌技術(shù)可控制流程細(xì)菌，這樣，渤海油田殺菌技術(shù)必會(huì)上一新臺(tái)階。

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