油田地面系统硫酸盐还原菌的危害及控制技术现状

油田地面系统细菌危害及控制技术一、前言在注水开发油田，采出液中的各种细菌会对油田地质开发、地面设施产生极大的危害。世界上许多产油国都非常重视油田地面系统的细菌控制问题，并投入相当的资金和技术力量。如何有效、经济地杀除细菌是目前较为迫切的技术攻关方向。给油田生产带来严重危害的细菌主要有硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）和铁细菌（IB），其中对油田地面系统危害最大的是SRB。SRB广泛存在于中性土壤、河水、海水、油井、港湾及锈层中，形状为略带弯曲的圆柱体，长度约为2×10－6m，并长有一根鞭毛。由于它依赖于硫酸盐还原反应而生存，所以人们称它为硫酸盐还原菌。该菌为典型的兼性嗜极菌代表，既可在3500米以下的油井中生存，也能在4000个大气压下生长繁殖，并具有耐高温能力。同时硫酸盐还原菌也是一种厌氧细菌，它能在厌氧的环境下生成FeS，覆盖于管壁等的表面，形成一种保护膜，这种膜易发生变质而疏松、脱落进入系统介质中。另外该菌个体微小、繁殖迅速、数量巨大、代谢能力强速度快、易于突变，较其它生物更易适应环境。SRB按氧化氢供体的能力和是否产生芽孢可分为二个菌属：脱硫弧菌属和芽孢梭菌属。油田中最常见的、危害最大的是脱硫弧菌属，只有少数情况是芽孢梭菌属。脱硫弧菌（通称为SRB）是固定生长的细菌，通常情况下，它们主要附着在物体表面生长，测定水样中SRB含量仅能粗略地表示细菌的存在情况，有可能在水体中SRB含量很低，但在管线某处表面却已有大量的SRB生长繁殖。所以一旦在流动水中发现这种菌，不论数量多少，都认为有潜在危险，这就是注水指标中SRB含量规定很低的原因。一般认为当介质中SRB含量＞10个/ml时，表明系统中设备已受到SRB的腐蚀，应及时采取相应的控制措施。据美国和西德科研机构的统计数据表明：SRB腐蚀仅对油田矿场供水系统所造成的损失就达7亿美元/年，对保持地层压力系统和矿场污水处理系统造成的损失则更为严重。现在有的油田进入高含水开发后期，油田注、采水量的不断增加，采出液含水率增高，给细菌在油田地面系统繁殖创造了有利条件，所以此类油田如何提高地面系统细菌控制技术更是迫在眉睫。二、油田地面系统中细菌分布现状为了弄清油田地面系统中细菌分布现状，油田监测部门分别检测了二个聚合物配注系统，一个聚合物采出液地面处理系统，一个常规水驱采出液地面处理系统中各主要工艺段介质中SRB、TGB、IB含量，以及部分油井和注水井井口介质中SRB、TGB、IB含量，并对检测结果做了初步分析。(1)聚合物配注系统细菌分布以前认为水解聚丙烯酰胺是细菌的毒物，但近年来发现它的降解产物可作为细菌生命活动的营养物质，反过来营养的消耗可促进聚合物的降解。研究表明SRB和TGB不仅能在不加任何培养基成分的一定浓度的水解聚丙烯酰胺中大量生长繁殖，而且能使溶液的粘度降低。在对大庆油田的监测中发现，SRB和TGB在聚合物配注系统中大量繁殖。聚合物注入液中细菌不加以控制，不仅将大量细菌带入地下，导致细菌危害问题，同时细菌对聚合物的降解将严重影响驱油效果。(2)采出液地面处理系统中细菌分布SRB的繁殖在地面系统中是比较严重的，随着采出液或聚合物配制液在地面系统中停留时间的延长，SRB的含量呈现逐渐增加的趋势。三、细菌对油田开发的危害硫酸盐还原菌对油田开发主要存在四个方面的危害：1、污染地层，影响开发效果大量繁殖的硫酸盐还原菌会引起回注污水中悬浮物含量及粒径增大，造成地层堵塞，使得注水压力逐年增加。2、生物腐蚀，增加改造负担在地面管线、设备及容器腐蚀中，微生物诱导腐蚀是引起腐蚀的主要因素之一，其中硫酸盐的问题尤为突出。据有关资料分析，并非硫酸盐还原菌本身使金属腐蚀，而是细菌生命活动的结果间接地对金属电化学腐蚀过程产生的影响。微生物对金属腐蚀过程的影响主要体现在以下几个方面：①代谢产物具有腐蚀作用。如硫酸、有机酸和硫化物；②改变环境介质条件。如：pH值、溶解氧等；③影响电极极化过程；④破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性。在缺氧条件下，金属虽然难以发生吸氧腐蚀，但可进行析氢腐蚀（电化学腐蚀中有氢气放出）。因阴极上产生的原子态的氢未能及时变为氢气析出，而被吸附在阴极表面上，直接阻碍电极反应的进行，使腐蚀速度逐渐减慢。如果有硫酸盐还原菌存在，硫酸盐还原菌在其氢化酶的作用下，与水中硫酸根发生反应，将水溶性的六价硫还原成二价硫，形成具有腐蚀性的不溶解的FeS；同时在厌氧环境下，还能将水溶性的硫酸根还原成硫化氢气体。硫化氢对金属设备及管线易形成腐蚀。据有关资料表明，硫酸盐还原菌增大腐蚀速率大5倍以上。3、破坏电场，影响脱水效果硫酸盐还原菌繁殖过多，使得硫化物（主要是硫化亚铁）的产生机遇大大增强，该硫化物在联合站电脱水器内处于油水界面之间，破坏电场稳定，导致脱水效果变差。4、污染水质，加大处理难度硫酸盐还原菌产生的FeS与硫酸盐还原菌代谢产物一起构成黑色生物粘物,对污水系统沉降及过滤工艺产生很大的影响,导致沉降罐淤泥过多、滤罐堵塞憋压,注水水质不合格。四、硫酸菌还原菌及杀除技术简介（一）、目前应用的杀菌技术简介目前国内外油田对硫酸菌还原菌采用不同的控制方法，这些方法归纳起来有五种：•机械方法；•调整注水流程；•微生物控制方法：•化学处理方法；•物理控制方法；1.机械方法机械方法通常采用刮管器或高压水清洗所有供、注水管线，同时用含杀菌剂的水冲洗。过滤器和储罐通常采用清水清洗，再用含杀菌剂的水溶液浸泡、冲洗。这种方法适宜于已受到细菌严重污染的系统，它的特点是清除彻底，但成本高。2.调整注水流程调整注水流程包括两种方式，一是针对SRB是固着型菌的特点。通过改建或重建水处理系统，以达到清除水流速度慢或静止的死角部分，减少细菌在管线和容器壁附着生长的可能性；二是针对清水和污水混注情况下，SRB更易繁殖生长的特点。在生产运行过程中应尽可能将清水和污水分开，采用分别或交替注入方式。3.微生物控制方法微生物控制方法亦称生物竞争淘汰法，它是通过适当的改变微生物生存环境使得另外一种能够与SRB共存并互为供养体的生物群迅速大量繁殖，从而抑制SRB生存繁殖的一种方法。这种生物群可以是油藏中原本存在的，也可以通过引入外来生物菌株来实现。九十年代中期美国报道添加无机硝酸盐可使含挥发性脂肪油藏中脱氧含硫杆菌大量繁殖，脱氧含硫杆菌能够迅速地抑制SRB的繁殖并防止新的硫化物的形成，同时可提高原油采收率。但这些研究成果是室内岩芯试验得出的，在地面系统中应用尚未见报道。另外在油田引入外来生物群，同引入外来水殖生物一样，应慎重研究不同生态环境的差别，充分研究所利用的生物群体大量繁殖可能产生的负面后果。4.化学处理方法投加杀菌剂的化学杀菌技术是国内外油田广泛推广应用的杀菌方法，它不仅具有经济、使用方便、见效快的特点，它的突出优点在于，当处理后的水中含有一定余量的杀菌剂时，能够有效地控制细菌在地层中繁殖，防止SRB代谢产物H2S及腐蚀产物硫化亚铁给地层造成伤害，降低了采出液中H2S对采油设施及地面系统设备造成的腐蚀。困此受到细菌危害的地方，就有杀菌剂，杀菌剂种类繁多。其杀菌机理是在具有稳定杀菌特性的化学药剂中，含有可破坏细胞酶或基质交换系统的物质，利用化学剂与细菌之间的相互作用以达到杀灭细菌的目的。由于杀菌剂的杀菌效果与其结构、投药剂量、用药周期、微生物菌群的种类、微生物生存条件等因素有关，所以选择杀菌剂首先应考虑如下几方面因素：①介质条件，如介质的pH值，是否含有其它药剂，含油量等；②细菌污染分布程度，如各种细菌含量，细菌生长最严重的工艺段等；③配伍性，包括与介质中其它药剂的交互性，匹配性；④处理工艺；⑤处理费用。确定杀菌剂后，根据细菌污染分布情况、系统处理工艺确定加药点和投加方法，一般对污染严重的系统采用连续投加方式，对细菌含量较低，主要是抑制细菌生长的系统选择冲击加药，连续加药的成本比冲击加药要高。5.物理控制方法物理控制方法即物理杀菌，它包括：X射线杀菌、紫外线杀菌、α射线杀菌、β射线杀菌、γ射线杀菌、超声波杀菌、高频电流杀菌、变频电磁杀菌技术等。细菌对放射性辐射的敏感性取决于其生长环境、温度、pH值、生长环境中含氧量等条件。杀菌效果与辐射剂量密切相关。辐射剂量会改变细菌的形态和生理特性，抑制其繁殖，大剂量的辐射会致使细菌全部死亡。但由于辐射杀菌法操作条件苛刻，设备复杂、使用难度大，要对操作人员进行严格的防护措施等原因，目前未推广使用。紫外线杀菌器、超声波杀菌器、变频电磁杀菌器等技术在某些领域有成功应用的经验，但由于油田污水成分复杂，用于油田污水杀菌还在试验阶段。