利津油田回注水沿程水质分析与控制

王田丽 刘娜

利津油田回注水沿程水质分析与控制

韩霞1王田丽1刘娜1滑禹博2

1中国石化石油工程设计有限公司2大庆油田水务公司

影响利津油田回注水水质稳定的主要因素为亚铁离子、细菌、硫化氢和少量溶解氧；沿程水质二次污染的主要原因是管线内污垢和细菌大量滋生。为控制水质，开发了源头控制和沿程控制两种水质控制模式。源头控制模式主要是控制腐蚀结垢及细菌繁殖，去除原水中亚铁、硫及成垢离子，提高水质稳定性；沿程控制模式主要是加强过程控制，抑制腐蚀及细菌生长，延缓沿程管线老化。回注水水质稳定控制配套技术在现场实施后，注水井口水质稳定率达90%以上。

注水井；回注水沿程水质；水质稳定剂；水质控制

目前胜利油田回注水处理量约60×104m3/d，具有矿化度高、亚铁离子含量高、细菌含量高、腐蚀性气体含量高、腐蚀速率高、结垢趋势高、含油乳化程度高、小粒径悬浮物含量高，pH值低、油水密度差低的“八高”、“两低”特点。这些特点导致含油高、相态稳定、油水分离难度大，对水质稳定影响大，造成杀菌难度增大，腐蚀/结垢加剧，水质稳定困难。由于水质稳定控制不到位、腐蚀结垢严重、细菌大量繁殖以及输送管线老化等原因造成回注水沿程水质二次污染，注水井口水质超标[1]。

利津油田共有17个开发单元，注水井开井77口，日注水平7800m3，由于水质超标导致注水量下降乃至注不进水。本文从化学构成角度系统地研究了水质不稳定影响因素，确定了利津油田回注水沿程二次污染的主要原因。在此基础上，研究利津污水站水质化学稳定技术及抑制细菌滋生的抑菌防腐涂层，形成了水质源头控制和沿程控制的联合应用技术模式。该技术在利津污→利津注→13号配水间→LJL29—14井沿程实施后，注水井口水质稳定率达90%以上。

1 回注水水质不稳定影响因素

在油田回注水中，存在油藏带出或集输过程产生的游离二氧化碳、硫化氢、亚铁离子等水质不稳定因素。集输系统中因腐蚀、结垢、细菌滋生等导致水体系统平衡发生变化，再与温度、压力等系统环境条件发生耦合，产生大量的腐蚀产物、结垢产物及细菌代谢产物，这些产物与水中其他不稳定物质发生化学反应，导致回注水在输送过程中产生再生悬浮物。主要表现在以下三个方面：

（2）处理及输送系统各环节不密闭，空气中的氧就会溶入水中，溶解氧与金属设施腐蚀产物亚铁离子发生化学反应生成FexOy褐色沉淀，导致水变黄，悬浮物含量增加。

（3）回注水在地面系统输送过程中，由于温度、压力的变化破坏了水中成垢的阴阳离子原有的平衡，加之腐蚀产物，导致碳酸盐、硫酸盐等水垢析出，水中悬浮物含量增加。

2 回注水水质稳定控制技术

为控制水质，开发了源头控制和沿程控制两种水质控制模式。源头控制模式主要是控制腐蚀结垢及细菌繁殖，去除原水中亚铁、硫及成垢离子，提高水质稳定性；沿程控制模式主要是加强过程控制，抑制腐蚀及细菌生长，延缓沿程管线老化。

2.1 水质化学稳定技术

2.1.1 水质特性分析

经调研，利津污水的腐蚀超标，细菌含量高；pH值为7.8，矿化度较高，含有溶解氧和硫化氢，数据见表1；处理后的水到井口水质恶化数据见表2。由表1、表2可以看出，影响利津油田污水中水质稳定的主要因素有腐蚀产生的亚铁离子、硫化氢、溶解氧和细菌。

回注水从利津污外输至LJL29—14注水井，总的停留时间约21h，尤其在注水站缓冲罐内停留长达15h。停留时间长，水流缓慢，污垢沉积，利于固着菌沿程繁殖生长，杀菌剂难以穿透杀灭垢下固着菌，缓蚀剂难以在金属管壁吸附成膜，增加了细菌与腐蚀控制的难度。据报道[2]，现场污水中检测到的游离SRB量为1个/mL，而管壁生物膜内固着菌的量可高达104个/mL，这是细菌造成水质污染的很重要原因之一。

表1 利津污水站来水水质分析

表2 利津回注水沿程水质变化情况

2.1.2 水质稳定化学剂的研制

两人在中南海愉快地住了几天，到北京城看了看，算是开了眼界，见了世面，然后就准备回湖南老家。临行前，毛泽东用自己的稿费为他们每人做了一套新衣服。

目前油田回注水处理常用水质稳定剂主要有缓蚀剂、杀菌剂、阻垢剂等，不同水处理药剂间存在协同效应或拮据作用[3]，胜利油田水处理常用稳定剂之间也存在配伍问题。经研究，在水处理系统中，先投加阻垢剂，再投加缓蚀剂和杀菌剂具有协同作用。依据有关标准对利津污水站用缓蚀剂、杀菌剂、阻垢剂进行了筛选和配伍性实验，结果见表3。

表3 利津污水站用稳定剂配伍性实验结果

实验结果表明：药剂配伍优化后有协同作用，HBHS—1缓蚀剂浓度为20mg/L时缓蚀率达80%以上；HBSJ—1杀菌剂对SRB最低致死浓度为40mg/L；HEDP阻垢剂浓度为5mg/L时阻垢率达到85%以上，均达到了相应的药剂通用技术条件的标准要求。

为确定杀菌剂的加药方式，提取利津污水中的SRB菌株，对其生长曲线进行了测试，了解该污水中SRB菌种的生长特性。

实验发现，利津污水SRB的潜伏期为1.2天，然后细菌进入对数生长期，在此期间群体细胞以2n的分裂方式快速繁殖，单个细胞完成分裂所需的时间为世代时间G，G是细菌群体数目增加的一个决定因子。在这一时期G是稳定的，G=（t2-t1）/3.32log(x2/x1)，x1、x2为在t1，t2时测得的菌量，线性回归得G=1.9h。约3天后，细菌进入稳定生长期。因此，利津污水杀菌剂若使用冲击式加药，时间间隔为4天左右。

2.2 抑菌防腐涂料研究

细菌滋生是回注水腐蚀加剧和水质沿程恶化的重要原因之一，尤其是管壁上附着的生物膜（固着菌）。赋予抑菌杀菌功能的防腐涂料不仅减少设备内壁固着菌的附着繁殖，还可减少现场的管理环节。目前使用的无机抗菌剂主要有两大类，以银为主的无机抗菌剂和以钛、锌为主的催化型无机抗菌剂。将银系无机抗菌剂、纳米氧化锌和有机杀菌剂复配研制了一种复合型抗菌剂，抗菌原理主要是氧化和电中和。

该抑菌防腐涂层材料以改性环氧树脂为基料，将改性的无机抑菌材料添加到环氧树脂和氟树脂的杂化体系中，使防腐涂层兼具抑菌功能。

为保持抗菌剂的长效性，防止无机抗菌剂的迁移和被水等介质萃取，对无机抗菌剂进行了改性。利用偶联剂对无机粒子（银离子、纳米ZnO）包覆。

对利津污水在室内富集细菌后进行了长达3个月的效果评价试验，杀菌率达99.7%。并在利津污水站进行现场试验，试验用管材为Ø529mm×9mm钢制管段（L=12m）。经现场试验证实，抑菌防腐涂层对管线内细菌有一定的抑制作用。

2.3 沿程水质稳定方案及实施

根据以上研究结果，提出利津油田回注水水质稳定控制方案。

（1）回注水系统管线清洗。结合系统现状，确定以酸洗加清洗剂进行分段清洗的方案。第1段为利津污水站外输→利津注水站，第2段为利津注水站→13配水间→LJL29—14井。

（2）抑菌防腐涂层。对利津污水站外输→利津注水站管段及利津注水站的注水罐实施内防腐。

（3）药剂投加方案。根据实验结果，结合利津站现有的加药流程，确定了药剂投加配方。

该方案现场实施后，注水井口水质稳定率达到90%以上，详见表4。

表4 水质稳定方案实施后沿程水质变化情况

3 结语

（1）研究确定了影响利津油田回注水水质稳定的主要因素为亚铁离子、细菌、硫化氢和少量溶解氧；沿程水质二次污染的主要原因是管线内污垢和细菌大量滋生。

（2）提出两种水质控制模式，形成回注水水质稳定控制配套技术。

（3）该技术在现场实施后，注水井口水质稳定率达90%以上。

[1]汪梅芳．微生物腐蚀生物抑制技术研究[D]．武汉：华中科技大学硕士论文，2003．

[2]刘宏芳，汪梅芳，许立铭．脱氮硫杆菌生长特性及其对SRB生长的影响[J]．微生物学通报，2003，30（3）：46-49．

[3]陆柱．油田水处理技术[M]．北京：石油工业出版社，1992．

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.017