新型注水用杀菌剂的研制与应用
Outline:
贾剑平1
,
严忠2
,
黄连华2
,
张茂盛2
,
蔚立军3
,
任定益1
1. 新疆克拉玛依市三达有限责任公司;
2. 新疆油田公司勘探开发研究院;
3. 石油天然气克拉玛依工程质量监督站
收稿日期：2011-05-11
作者简介：贾剑平:1979年10月31日生，男，2001年毕业于郑州大学精细化工专业，助理工程师，新疆克拉玛依市三达有限责任公司，从事油田工程技术服务工作.
摘要：针对沙漠油田注入水源为清水，井口水质不易达标的情况，通过对新疆油田——石南4油田和莫北油田注入水质的跟踪检测，研制并开发了新型杀菌剂HT/SJJ—01。该药剂利用多组分的协同作用，使杀菌剂性能显著地提高。对莫北油田转油站注入水为期1个月的现场应用试验表明：整个试验过程水质稳定，处理后水质较中试前有显著的改善，在正常加药情况下，未出现水质二次污染现象，可确保注水井井口细菌含量满足《莫北油田注入水水质标准》规定的要求。
关键词：杀菌剂 杀菌效果 新疆油田
Development and Application of Novel Fungicides for Water Injection
Outline:
Jia Jianping1
,
Yan Zhong2
,
Huang Lianhua2
, et al
1. Sanda Limited Liability Company of Karamay City, Xinjiang, China;
2. Exploration and Development Research Institute of Xinjiang Oilfield Company
Abstract: The injection water for the desert oil field is clean water, and the water quality at the wellhead can't meet the water quality standard. Through the quality tracking detection of injection water from Xinjiang oilfield——Shinan 4 oilfield and Mobei oilfield respectively, a novel fungicide HT/SJJ-01 was researched and developed. The fungicide makes use of the synergistic effect of multi-component pharmaceutical synergies, so that its performance has been significantly improved. The injection water of the oil transfer station in Mobei oilfield had been tested for one month. The results showed that the water quality was stable during the whole test process, the water quality after treated is more better than that of before the pilot test and does not appear the second pollution phenomenon, which can ensure that the bacteria content of injection wells meets the requirements of Injection Water Quality Standard of Mobei Oilfield
Key words:
water bactericidal effect environmental protection reaching the standard at the wellhead
1 现状
新疆石西油田位于准噶尔盆地腹部沙漠地区，距克拉玛依东部约140 km，分别于1996年和1998年发现了石南油田和莫北油田。目前，莫北油田、石南4油田注入水均为清水，其中莫北油田转油站清水处理工艺日处理量约3 200 m3，石南4油田联合站清水处理工艺日处理量为1 000 m3。现场均投加强氧化性杀菌剂(二氧化氯型)和缓蚀阻垢剂等产品。
1.1 水质
两个油田注入水水质概况见表 1。
表 1
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表 1 水质概况
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1.2 处理工艺
莫北转油站与石南4联合站清水处理工艺分别见图 1和图 2。
1.3 存在的问题
根据上述水质分析结果，莫北、石南油田注入水目前普遍存在的主要问题有：
(1) 细菌含量超标，并且具有一定的腐蚀性。
(2) 由于细菌的生长环境与油田污水不同，常用的杀菌剂效果欠佳。
(3) 目前投加的强氧化性杀菌剂(二氧化氯型)在正常加药情况下，能保证出站水细菌含量达标，但井口细菌含量仍然超标，特别是铁细菌、腐生菌。
(4) 由于投加的是强氧化型杀菌剂，站内加药管线腐蚀严重，注水井口水中含有较多的黄色腐蚀产物，造成出站合格水质二次污染。
1.4 对策
作为注入水需要考虑三个方面的问题：一是腐蚀问题，二是堵塞问题，三是配伍性问题(包括注入水与地层水以及注入水与储层岩石的配伍性)。根据莫北、石南清水水质资料分析，通过现有处理工艺处理后的清水，悬浮物指标完全达标，需要考虑的只是杀菌、缓蚀及药剂间的配伍性等问题。为此，确立了杀菌、缓蚀阻垢、环保一体化研究思路：
(1) 新型杀菌剂为非氧化性杀菌剂，是一个多组分的体系，机理上除了常规杀菌剂通过阻断细胞对营养物质的吸收外，还可通过破坏对酶和细胞膜物质的合成来抑制微生物的生长。
(2) 研制过程中突出了环保的理念，主原料的选择采用在使用浓度下能自然降解为无毒物质的原料，利用多组分的协同作用，克服单一原料的局限性，使杀菌剂性能有显著的提高。
(3) 除了对清水有优良的杀菌性能外，还应兼具缓蚀作用。
(4) 药剂间应具有良好的配伍性能，进一步拓展产品的应用范围。
2 HT/SJJ-01杀菌剂的性能研究
2.1 莫北-石南4油田注入水杀菌剂配方研究思路
要做到井口达标，从技术的角度来分析，必须做好杀菌和抑菌作用的组合。在具体的研究过程中，杀菌剂原料的选择会受到多种客观条件的限制：首先，会受到成本的限制；其次，许多杀菌剂单剂有其特定的水质要求，如除季铵盐类化合物外，其他杀菌剂在中性和弱碱性条件下几乎均低效，而莫北油田和石南4注入清水略显弱碱性，许多杀菌剂可能处于低效的状况。为达到项目所要求的技术指标，必须充分了解各种杀菌剂原料的性能和作用机理，做好复合化研究和加药工艺的配套研究。具体配方思路为：①机理上具备杀菌和抑菌的作用；②充分利用各组分的协同性能，以有机阳离子为主复配非氧化型杀菌剂；③加药方式采用冲击式和连续加药相结合。
2.2 杀菌性能评价
针对常用的油田杀菌剂对清水杀菌效果欠佳的情况，研制开发了HT/SJJ-01杀菌剂。用取自现场的新鲜水样，对莫北、石南清水的杀菌效果进行了评价。结果见表 2。
表 2
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表 2 杀菌剂性能评价结果
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表 2表明：HT/SJJ-01杀菌剂对三种细菌具有良好的抑制和杀灭作用，处理后水质中细菌含量、平均腐蚀率达标。
2.3 药剂间配伍性评价
为了验证药剂体系的配伍性能，分别对莫北、石南清水加药后的水质进行了分析，结果见表 3、表 4。
表 3
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表 3 杀菌剂在莫北清水中配伍性能评价结果
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表 4
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表 4 杀菌剂在石南清水中配伍性能评价结果
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表 3和表 4表明：新型杀菌剂不仅具有优良的缓蚀性能和杀菌性能，而且还具有良好的配伍性，处理后水中的细菌含量、平均腐蚀率均达到《莫北油田注入水水质标准》和《石南油田注入水水质标准》。
2.4 杀菌剂机理研究
根据前期现场不同药剂的杀菌效果，对HT/SJJ-01杀菌剂和二氧化氯杀菌剂的性能特点进行了对比，见表 5。
表 5
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表 5 不同杀菌剂的性能特点对比
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表 5说明：新研制开发的HT/SJJ-01杀菌剂具有以下特点：
(1) 杀菌机理不同：除了通常的阻断细胞对营养物质的吸收外，还通过破坏酶和细胞膜物质的合成，抑制微生物的生长。
利用油田注水常用的季铵盐类杀菌剂与工业循环水中使用效果好的异噻类杀菌剂进行复配，解决了三菌不能兼顾的问题，而且杀菌效果显著提高。
(2) 一剂多用：配方设计时除了考虑杀菌作用外，还考虑了缓蚀作用。
充分利用季铵盐类化合物兼有杀菌和缓蚀作用的特性，使新型杀菌剂具有缓蚀作用，对腐蚀率超标不严重的注入水不再单独投加缓蚀剂。
(3) 为了保护环境和员工的身心健康，使用了可自然降解的原料。
产品配方各组分具有很好的稳定性，不含有重金属、氯、甲醛和无机盐。其有机阳离子在注水系统中，常规投加浓度(80 mg/L~120 mg/L)下使用时，可自然降解为无毒物质，对环境不产生公害。
3 现场试验
现场试验方案主要内容包括：
(1) 药剂投加量：前期采用大浓度(120 mg/L)进行冲击式加药，以去除管网、罐体的细菌(包括粘泥中的细菌)；后期采用小浓度(40 mg/L)连续加药，维持水中细菌含量不超标。
(2) 药剂投加工艺：保持现有处理工艺和加药点不变。杀菌剂的投加点见图 3。
(3) 水质监测点：为了保证进口细菌含量达标，外输泵出口作为一个监测点。另外，距离莫北站远、中、近选择3口井的井口作为监测点。
(4) 取样周期：取样共分三个阶段。第一阶段：未加药前，对监测点进行每天1次的取样，共取三天；第二阶段：冲击式加药期间，对监测点每天取样1次，共取7天；第三阶段：稳定加药期间，对检测点每2天取样1次，共取10天。
(5) 分析项目、分析方法：按行业标准SY/T 5329-1994，对监测点水质进行SRB、TGB、FB三种细菌含量检测。
3.1 现场水质分析
根据试验安排，中试期间三个阶段不同检测点的细菌含量变化情况见表 6~表 11。
表 6
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表 6 站区来水(源水)细菌含量
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表 7
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表 7 外输泵出口细菌含量
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表 8
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表 8 MB5015井口细菌含量
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表 9
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表 9 MB2045井口细菌含量
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表 10
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表 10 MB2031井口细菌含量
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表 11
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表 11 水质检测结果(委托质检站)
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3.2 水质评价
第一阶段空白的检测结果表明：莫北油田来水(源水)中细菌含量较低(基本满足注入水水质要求)，但是经过加药处理后，外输泵出口基本达标，注水井口水中细菌含量严重超标，表明注水管网可能存在不同程度的污染，给细菌繁殖带来良好的存活环境。另外，在取样过程中还发现，井口水质中存在大量的黄色腐蚀产物。
第二阶段的检测结果表明：冲击式投加HT/SJJ-01杀菌剂120 mg/L时，经过连续7天的水质检测，上述4个检测点的细菌含量均被“100%杀灭”，井口清水中未发现有黄色的腐蚀产物。
第三阶段的检测结果表明：投加HT/SJJ-01杀菌剂40 mg/L时，各检测点清水中细菌含量基本上均被“杀灭”，满足注入水对细菌含量的要求。由于试验期间曾出现加药不匀的情况(取样时几次发现药剂停加时间长达4 h~6 h)，造成水中细菌含量有轻微波动，特别是泵出口。尽管如此，该药剂在40 mg/L的浓度下仍然表现出良好的杀菌性能和稳定性能。
3.3 现场药剂间的配伍性评价
现场中试期间，在不同浓度杀菌剂的投加过程中，现场还投加了其它品牌的缓蚀阻垢剂和粘土稳定剂等产品，各检测点细菌含量的检测结果表明，HT/SJJ-01杀菌剂具有良好的配伍性能。另外，为了进一步验证该药剂对管网的腐蚀性能，分别取自站区来水(源水)、外输泵出口、注水井口(MB5005)等清水，对其进行了瞬时和静态腐蚀速率测定。结果见表 12。
表 12
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表 12 不同条件下注入水的腐蚀速率
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由表 12可知：莫北油田来水水质平均腐蚀率较低，仅为0.0366 mm/a。但是经过KRS-2杀菌剂处理后水质的平均腐蚀率呈现明显的上升趋势，其中：外输泵出口水质的平均腐蚀率增大到0.0660 mm/a(达标)，MB5005注水井进口水质的平均腐蚀率增大到0.0723 mm/a(达标)。结果进一步表明：KRS-2杀菌剂对长输金属管网存在一定的腐蚀性，同时也增加了注入水中总铁含量，并伴随有大量腐蚀产物的生成。
经过HT/SJJ-01杀菌剂处理后，清水的平均腐蚀率均低于来水，反映出该药剂在水处理过程中对金属管材具有一定的缓蚀性，并且具有长效性。
5 结论
(1) HT/SJJ-01杀菌剂的研制充分利用了混配技术，综合各种杀菌剂原料的优势，收到了很好的效果。
(2) HT/SJJ-01杀菌剂除了对清水有优良的杀菌性能外，兼有一定缓蚀作用，并且与其它药剂具有良好的配伍性。
(3) 由于HT/SJJ-01杀菌剂对细菌的生长抑制具有不可逆性，从而降低了细菌“复活”的可能性，室内和现场试验结果表明：该产品对清水的杀菌效果好。
(4) 虽然二氧化氯具有良好的杀菌效果，但必须投加缓蚀剂，从而加大了水处理成本。同时，如果使用时配制控制不严或加药量过大，会对设备和金属管网产生较大的腐蚀，易造成水质二次污染，管理起来存在一定的难度。
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2011, Vol. 40