油气田硫酸盐还原菌控制技术应用探讨
Outline:
刘东明
,
郑周君
,
王瑞莲
收稿日期：2012-11-29；修回日期：2013-01-17
作者简介：刘东明(1980-)，男，湖北宜都人，2007年毕业于西南石油大学油气井工程专业，硕士研究生(工学硕士)，工程师，现任职于中国石油西南油气田公司重庆气矿气田开发工艺研究所，从事气田开发及试修工程方面的工作。地址：(400021)重庆市江北区大石坝大庆村重庆气矿气田开发工艺研究所。E-mail:
liu_dongm@petrochina.com.cn.
摘要：在油气田开采、集输和气田水回注系统中，存在着各种微生物群体，包括硫酸盐还原菌、铁细菌以及其他微生物。其中，危害性最大的微生物就是硫酸盐还原菌(SRB)。通过对重庆气矿目前站场SRB分布统计分析，结合站场气田水处理工艺及油套管腐蚀状况，经分析对比现有多种生物腐蚀控制技术，推荐LEMUPZ-H物理法杀菌技术。现场应用表明，该工艺能有效杀灭和抑制气田水中SRB，对站场排污、气田水转输及回注系统均能起到较好的保护作用，是一种经济有效的应对SRB腐蚀的控制保护措施。
Application of sulfate-reducing bacteria control technology in oil and gas field
Outline:
Liu Dongming
,
Zheng Zhoujun
,
Wang Ruilian
1. Chongqing Gas District of PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company, Chongqing 400021, China
Abstract: All sorts of microorganisms exist in the exploitation, gathering and reinjection system of oil and gas field, including sulfate reducing bacteria (SRB), iron bacteria, and other microorganisms. SRB is the most harmful bacteria to water injection system. Through the statistical analysis of SRB distribution in the station of Chongqing Gas District, combined with gas field water treatment technology and tubing and casing corrosion status, based on the various biological corrosion control technologies, a kind of SRB corrosion control technology was recommended. Field application showed that LEMUPZ-H physical bactericidal technology can effectively kill and inhibit SRB in the gas field water, and all the equipments can be well protected. It is a kind of economic and effective measure to cope with sulfate reducing bacteria corrosion.
气田开发初期一般无水或者只有少量凝析水产出，随着气田开发的不断深入，特别是进入开发中、后期，气田产水急剧增加，水质也越来越复杂。这些气田水如不妥善进行处理，会对环境造成污染，严重时还将影响气田的正常开采。
通过对目前重庆气矿站场气田水样的化验分析发现，各区块气田水水质都较差，水中微生物大量孳生。在这些微生物中，数量最多、危害最大的就是硫酸盐还原菌(SRB)，如图 1、图 2所示。它会导致回注井井下管串黏泥污垢堵塞、加速生产设备及管线的腐蚀作用、增加机泵的用电负荷，同时还会使回注压力持续升高；此外，大量细菌侵入地层，不但会对产层造成污染，还会增大回注污水的处理成本和难度，带来严重经济损失[1-3]。
1 重庆气矿气田水处理工艺及回注井井下管串腐蚀状况
1.1 气田采出水处理工艺
重庆气矿共有10余套气田水处理设备，主要处理工艺流程可分为以下3种，如图 3所示。
图 3所示的3种处理工艺中，其中A用于处理油水密度差大，且油水比较容易分离的气田水；B、C套流程主要用于处理油水密度差小，悬浮物颗粒小的气田水。从这3种工艺可以看出，重庆气矿目前气田水处理主要是针对污水中的悬浮物、浮油、乳化油、分散油等，而污水中溶解氧、二氧化碳、硫化物、盐类以及微生物、细菌类等却没有得到相应的处理，大量这类物质的存在，在温度较高的情况下将使得气田水转输、回注系统发生严重的腐蚀、结垢，给生产造成巨大的损失。
1.2 回注井井下油套管腐蚀现状
气田开发中、后期，随着气井产水大幅度提升，需要处理的气田水量也不断增大。由于气田水中含有大量的腐蚀性介质，对气田水转输和回注系统会造成严重的腐蚀，导致气田水转输/回注泵、管线以及回注井井下油管发生不同程度的腐蚀现象。重庆气矿所属的多数气田的井下环境复杂，腐蚀性介质多、含量高，回注井井下管串腐蚀破坏较为严重。为了加强对回注井井下油套管的腐蚀监测，从2006年起，气矿联合相关检测单位利用MIT和MID-K(EDSM)分别对蒲2井、天东89井等区块主力回注井井下管串的腐蚀状况进行检测(见表 1)。综合分析历次监测结果认为，目前气矿气田水回注系统腐蚀现象较为严重，若不及时采取相关措施对其实施控制和保护，必将给气田水处理工程带来严重影响。
表 1
表 1 近年来回注井油管腐蚀检测统计表
Table 1 Tubing corrosion monitoring statistics of reinjection well in recent years
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表 1 近年来回注井油管腐蚀检测统计表
Table 1 Tubing corrosion monitoring statistics of reinjection well in recent years
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1.3 气田水SRB分布状况
自2008年起，重庆气矿对辖区内各作业区(运销部)开展生产系统腐蚀监测系统大修，确保生产系统的安全稳定运行。通过对各区块水样水质组分分析，结合近几年的腐蚀监测报告，在开县、梁平等多个作业区的站场及管线内发现有SRB的踪迹，部分含硫介质(水相)中SRB密度较大，在较高含硫系统中，水样中SRB细菌生长活性都较强(见表 2)。
表 2
表 2 2011年部分站场腐蚀监测点水质分析表
Table 2 Water quality analysis of stations in 2011
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表 2 2011年部分站场腐蚀监测点水质分析表
Table 2 Water quality analysis of stations in 2011
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重庆气矿生产系统腐蚀监测系统大修报告显示，在目前已建的腐蚀监测网络系统内，约有7个作业区共计30余个生产站场及管线内均已发现有SRB，占气矿监测站场(点)总数的七成以上。各作业区站场SRB分布密度并不均匀，从10~105个/mL不等，其中以气田水回注站的SRB密度最大，SRB密度在103个/mL以上(见表 3、表 4)。
表 3
表 3 2011年部分回注站腐蚀监测点水质分析表
Table 3 Water quality analysis of gas field water reinjection station in 2011
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表 3 2011年部分回注站腐蚀监测点水质分析表
Table 3 Water quality analysis of gas field water reinjection station in 2011
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表 4
表 4 重庆气矿站场SRB分布情况统计
Table 4 SRB distribution of stations in Chongqing Gas District
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表 4 重庆气矿站场SRB分布情况统计
Table 4 SRB distribution of stations in Chongqing Gas District
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2 常用硫酸盐还原菌腐蚀控制措施
如何有效抑制SRB是当前油气田开发提出的一项重要课题，目前国内外常见抑制SRB的主要方法有如下几种。
2.1 紫外照射法
紫外照射是利用紫外线处理气田水，可杀灭水中的SRB，一般紫外灯在波长260 nm附近有很强的辐射，而这个波长恰好能被核酸所吸收，因而照射较长一段时间，就能杀灭SRB。安装过滤器和反冲洗装置，选择适当孔径的过滤器，能阻止SRB进入回注井。
紫外线法杀菌只限在细菌接触灯光的瞬间，持续时间短，且灯管又容易被有机物污染，另外还存在气田水中污染镜片、透光率逐渐变差、电化学腐蚀加剧、相对瞬间单向杀菌等问题，尚处于试验阶段，推广存在一定难度。
2.2 改变介质
通过调整气田水的pH值来控制SRB的生长(当pH值小于4时，SRB就会停止生长)。注入高矿化度水或盐水，通过渗透压降低细胞内部的含水量，也可抑制SRB的生长。研究表明，当注入水矿物质含量达160 g/L时，SRB生长数量减少两倍。另外，周期性注入高温水也可杀死SRB。
2.3 化学法
化学法主要是通过投加杀菌剂，杀死SRB或抑制SRB的生长。当前投加杀菌剂存在的主要问题是随着某种杀菌剂的长期使用，SRB借助生物膜的掩护会产生抗药性，而使药效降低甚至无效，从而使注水成本升高，或使水质严重恶化。
目前，化学法现场作业需严格控制杀菌剂的使用，优化控制投药周期，寻找、合成新的杀菌剂，同时考虑多种药物的复配使用。
2.4 阴极保护法
在气田水处理系统相对集中的区域，可采用阴极保护措施，建设阳极井，减轻以阴极去极化机理进行腐蚀的SRB的生长，从而达到防腐的目的。在实践中，阴极保护法通常要和涂层防护法联合使用，这样阴极保护和涂层防护法可相互弥补不足，是一种减缓和防止设备腐蚀的有效措施。
2.5 选择合适耐MIC腐蚀材料
室内试验证明，在设备表面涂上一层钛或是在表面形成钛合金能有效地防治SRB腐蚀。这是由于钛或者钛合金形成了TiO2薄膜，它在pH值为2和温度100 ℃条件下仍然保持完整，对于腐蚀性严重的气田水可选用高规格的专用管材和设备从根本上减缓MIC。但该技术成本较高，目前很难被广泛接受并运用于现场。
2.6 常用杀菌方法存在问题
现场抑制SRB生物腐蚀的方法很多，目前最常用的方法还是投加化学杀菌剂，但存在以下问题：
(1) SRB被其他微生物产生的多糖胶保护，杀菌剂不易穿透，起不到杀菌效果。
(2) 由于生物膜生态位的保护，杀菌剂不能完全摧毁所有SRB群落，并且与部分生物膜和盐作用，丧失杀菌效果。
(3) 部分SRB个体产生抗药性突变或是生理适应方式，最终形成对杀菌剂的抗药性，使杀菌剂浓度逐渐提高，处理成本大幅度增加。
(4) 杀菌剂大量使用，其毒性也给环境带来新的污染。
3 LEMUPZ-H物理法杀菌技术
3.1 LEMUPZ-H杀菌技术基本原理
瑞典SSVTECH公司针对SRB腐蚀作用开发研究出LEMUPZ-H物理法杀菌技术。该技术采用多相催化氧化并结合光电技术等为一体，突破了传统的杀菌模式，解决了采用单一化学或一般紫外线物理杀菌方法在油田回注污水处理杀菌中所存在的问题。
LEMUPZ-H物理法杀菌技术是依据微生物的特性和油气田回注污水的特点而设计的。该系统能够有效地杀灭污水中的微生物(特别是SRB)，同时还能有效地分解回注污水中的油类物质及有害气体H2S，降低回注污水的浊度，大幅度降低油气田回注污水中的溶解氧含量，进而有效防止微生物的繁殖和净化水质，防止形成黏泥污垢堵塞管道，避免造成注水压力升高，降低整个回注污水系统的维护和保养费用。
LEMUPZ-H物理法杀菌技术基本原理包括电化学原理、陶瓷氧化原理和光催化原理3项，如图 4所示。系统的杀菌主要通过对细菌代谢系统的破坏、对细菌细胞器的破坏以及对细菌DNA的破坏，进而从根本上消灭细菌，避免细菌的复活，从而达到杀灭水中微生物的目的。
3.2 与常规杀菌法的比较
选取氯气杀菌法、臭氧杀菌法、紫外线照射法与瑞典LEMUPZ-H物理法杀菌技术进行比较。主要指标以及比较结果见表 5。
表 5
表 5 LEMUPZ-H物理杀菌法与常规杀菌法的比较
Table 5 Comparison between LEMUPZ-H and conventional process
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表 5 LEMUPZ-H物理杀菌法与常规杀菌法的比较
Table 5 Comparison between LEMUPZ-H and conventional process
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3.3 工艺流程
回注站污水池中气田水经较长的油水分离重力沉降及过滤过程后，这些经过预处理的气田水可直接进入LEMUPZ-H杀菌系统，经系统处理后的气田水只含有极少量SRB菌，可以直接进回注井实施回注。此外，该工艺安装位置可选择在滤后水转输流程。
3.4 现场运用情况
目前，LEMUPZ-H物理法杀菌技术已在胜利油田、辽河油田、大港油田及冀东油田等多个联合站进行了试验，均收到较好的效果。
3.4.1 取样情况
以胜利油田史南站为例(见图 5、图 6所示)，设备于2005年12月11日投产运行。取样点选在装置入口以及注水井口配水间，由于原回注水管道以及罐内残存污垢内含有大量细菌，会影响配水间取样点的检测结果，故在设备运行一周后取样[4]。
3.4.2 取样数据分析
由表 6可见，现河采油厂史南站水样中SRB菌含量2005年12月21日从处理前的250个/mL降到20个/mL，22日从处理前的130个/mL降到2.5个/mL；胜利采油厂宁海站2006年2月9日SRB菌的含量由处理前的2 500个/mL降到6个/mL。上述数据显示，LEMUPZ-H工艺具有很好的杀菌效果，处理后SRB含量远远低于油气田回注水质要求指标。同时，配水间的试验数据表明，该设备还具有持续杀菌作用，在杀菌后15 h内仍保持良好的杀菌效果。此外，配水间水样的含油量、悬浮物和COD的含量都有所下降，证明该工艺还可以有效分解污水中的油和悬浮物为更小颗粒，使其迅速地与水分离，起到清洗气田水处理设备及管线的效果。
表 6
表 6 现场杀菌试验测试数据表
Table 6 Local bactericidal test data
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表 6 现场杀菌试验测试数据表
Table 6 Local bactericidal test data
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4 结论及建议
(1) 目前，重庆气矿站场SRB分布状况已呈较严重趋势，若不及时对其加以控制，将成为气田水处理工程运行的一个重大隐患。
(2) 通过对常规SRB防腐技术的分析对比，结合目前重庆气矿气田水回注工艺运行现状，推荐采用瑞典LEMUPZ-H物理法杀菌技术以较好地应对气矿SRB腐蚀情况。
(3) 现场采用LEMUPZ-H杀菌工艺对气田水转输及回注系统的SRB表现出良好的杀灭效果，建议引进该套系统运用于气矿部分重点站场，可望有效解决气矿生产系统的SRB腐蚀问题。
2013, Vol. 42