油田注水管道固着菌检测及控制技术＊

王田丽刘宏芳韩霞

（1．中石化石油工程设计有限公司；2．华中科技大学）

油田注水管道固着菌检测及控制技术＊

王田丽1刘宏芳2韩霞1

（1．中石化石油工程设计有限公司；2．华中科技大学）

油田注水管线内壁的固着菌对水质的稳定性具有较大影响，为了能真实反映油田注水系统中固着菌的生长状况及对系统的影响，研制了适合油田注水系统的固着菌取样器，并优化筛选了渗透剥离能力强的固着菌杀菌剂，在胜利油田胜利采油厂宁海站进行了应用试验。试验结果表明：研制的取样器可实现现场固着菌原位取样；在试验周期内材料表面附着了大量固着菌，并存在一定程度的微生物腐蚀；筛选的杀菌剂具有高效生物膜剥离能力，可有效控制管壁固着菌的生长。

注水管道；固着菌；取样器；杀菌剂

0 引 言

油田注入水中含有一定量的硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌等，在注水管线封闭的环境里，细菌在管线内壁附着生长，一定时间后管壁会形成一层固着菌（主要由微生物体同水体中的盐等形成的一层有机质膜）。固着菌黏附在管线内壁参与和加速了管道的腐蚀，由于老化、水流速度改变等原因造成的脱落恶化水质［1-2］。

游离的微生物通常采用化学杀菌的手段加以控制，对液体介质中细菌数量的检测手段比较成熟。但固着菌中的微生物取样困难，且其胞外聚合物阻碍了化学杀菌剂对膜内细菌的作用，难以达到杀灭膜内细菌的作用［3-4］。

由于固着菌的生长与水体环境密切相关，考察油田注水系统中固着菌对水质的影响，实际水体中固着菌的检测非常重要，为此研制了适合油田注水系统的固着菌取样器，实现固着菌的原位检测、取样；针对固着菌控制，优化筛选了渗透剥离能力强的固着菌杀菌剂并在胜利油田胜利采油厂宁海站进行了应用。

1 固着菌取样器

实际生产过程，难以取到注水管线内壁固着菌的样品，室内也难以模拟现场实际状况，因此研制了注水管线固着菌取样器，实现注水管壁固着菌的测取，该取样器已申请国家发明专利。研制的固着菌取样器结构见图1。

图1 固着菌取样器的结构示意

具体步骤：将取样器安装在油田污水管道，把试片通过取样杆挂在油田污水管道内壁处，经14 d以上的测取周期，取出试片：先卸松压帽上的定位螺丝，用手轻提取样杆，由于密封圈的作用，污水不会泄漏。把试片提到护套内，用球阀开关手柄把球阀关闭，卸下护套，把试片固定螺丝从试片携带器上卸下即取到附着在试片上的固着菌。

2 固着菌杀菌剂筛选

室内制备固着菌样品，对国内外油田常用效果较好的杀菌剂进行筛选试验，考察杀菌剂对固着菌的杀菌效果及剥离能力。

2．1固着菌样品的制备

将试片用金相砂纸打磨至镜面，丙酮去油，无水乙醇脱脂，干燥后置于干燥器中，放于紫外线下消毒备用。悬挂于接种一定量SRB的菌液中，通氮赶氧后，将厌氧箱置于37℃恒温箱中培养14 d，可观察到试片表面生成了一层厚厚的固着菌。

2．2固着菌杀菌剂的筛选

2．2．1杀菌效果评价

取出已制备的带固着菌的试片，置于含有不同杀菌剂的SRB培养基中，浸泡1 h后取出，置于100 m L已灭菌处理的0．8%生理盐水中，用经过紫外消毒的刷子刷下固着菌，并使之均匀分散于盐水中，取1 m L此盐水逐渐稀释至1．0×10－10级测其菌量，同时做不加杀菌剂的空白试验。

几种杀菌剂对SRB固着菌中细菌的杀菌率见表1。

表1 几种杀菌剂对固着菌中SRB杀菌率 %

由表1可看出，1＃杀菌剂对SRB固着菌的抑制可达到97%，明显优于其他常用杀菌剂。这是因为1＃杀菌剂具有［（CH3）2，NR2］＋，其结构为直链型。这类有机阳离子具有不随p H值变化的永久正电荷，当离子被吸附到细菌体表面时，这些正电荷可以和其质膜上的负电荷相互作用，改变细菌胞浆膜通透性，使菌体内重要的酶和营养物质外渗，病原微生物的呼吸及糖酵解过程受阻，菌体蛋白变性，水向菌体内渗入使病原体破解或者融裂而死亡，从而呈现杀菌作用。由于1＃、2＃和5＃杀菌效果较好，因此选择这3种杀菌剂进行后续试验。

2．2．2剥离能力评价

取出已制备的带固着菌的试片，置于含有不同浓度的杀菌剂的无菌SRB培养基中，浸泡1 h后取出，分别放入装满新鲜无菌SRB培养基的透明广口瓶中，并放置在37℃恒温烘箱中。观察培养基变黑的时间，可间接反映试片表面存活的细菌数量，从而评价杀菌剂对固着菌的剥离作用。结果见表2。

5＃和2＃对试片表面固着菌基本没有剥离作用，因此也无法杀死隐藏在固着菌内大量的微生物，即杀死固着菌内的细菌比杀死游离介质中的细菌需要高出数倍的杀菌剂投加量。1＃对固着菌的剥离作用优于上述两种杀菌剂，对固着菌的剥离可有利于水相介质中的杀菌剂分子渗入固着菌内杀死大部分细菌，延缓了细菌向游离介质中的迁移和繁殖。

表2 三种杀菌剂对固着菌的剥离能力

但同时应注意到，添加足够量的杀菌剂后试片表面仍然有存活的SRB，因此在放置于无菌培养基后迅速繁殖，并且更多固着菌上的细菌会进入游离介质中，与游离介质中杀菌剂的最低杀菌浓度相比，要抑制固着菌中SRB的活性需要更高用量的杀菌剂，这也是化学杀菌剂难以彻底抑制油田采出水管道中SRB的关键所在。

3 现场试验

3．1试验方案

在宁海站开展固着菌测取及控制的现场试验，试验周期两个月，在宁海站外输口安装固着菌取样器。试验第一个月，污水站不投加杀菌剂，考察管线固着菌的生长情况；试验第二个月，投加室内筛选的固着菌杀菌剂，考察管线固着菌的生长情况及控制效果。

固着菌的生长情况通过以下评价方法考察：

◆介质及固着菌中细菌含量检测 分别检测水中游离细菌的含量和试片表面固着菌含量。介质中游离细菌检测，参照SY／T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》；固着菌中细菌含量检测方法为：将试片表面的固着菌刷下1／4，溶解于一定体积的生理盐水溶液中，参照SY／T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》，测试刷下的固着菌中可悬浮于水溶液中的菌量。

◆固着菌扫描电镜观察 参照SY／T 6189—1996《岩石矿物能谱定量分析方法》，对固着菌进行能谱定量分析，测试其主要成分［5］。

◆试片腐蚀形貌观察 试片经酸洗处理，干燥，氮气吹干后，利用显微镜平面成像和3D成像技术观察试片的腐蚀状况及蚀孔深度。

3．2试验结果分析

3．2．1未投加杀菌剂条件下试验结果

3．2．1．1介质及固着菌中细菌含量检测

介质及固着菌中细菌含量检测结果见表3。

表3 介质及固着菌中细菌含量检测结果个／mL

检测结果表明，固着菌中的SRB比介质中的游离SRB细菌高103数量级，腐生菌和铁细菌含量相当。宁海注入水中，固着菌中主要细菌以厌氧菌SRB为主，固着菌中的厌氧环境导致SRB大量繁殖，细菌含量比介质中含量高。SRB是典型的与腐蚀过程相关细菌，因此固着菌首要危害是参与和加速了管道及相关设备的腐蚀。

3．2．1．2固着菌形貌观察及物质测定

通过固着菌3D显微照片可以观察到固着菌的厚度在170～250μm。胜利油田污水中SRB细菌呈球形，细菌体多生鞭毛，大小1．5×0．5μm，放大50 000倍后的固着菌图像，如图2（b），可以观察到SRB细菌菌体。图2（a）表明，固着菌呈蜂窝状多孔结构，具有比表面积大的特征，同时为厌氧细菌提供了良好的生存环境，在这样的结构特征下，介质中的游离细菌很容易附着和生长，SRB和其他腐蚀性微生物在膜下厌氧环境中生长更加旺盛。由此可见，在污水管网中添加杀菌剂抑制了流动介质中的微生物后，固着菌中的细菌仍可轻易游离出来，重新污染水质。

未投加杀菌剂时固着菌能谱分析图谱及计算结果分别见图3、表4。

图3及表4结果表明，固着菌中O，S，Fe的含量非常高；主要为硫铁致密化合物；而试验介质本身不含O，S；说明固着菌中腐蚀性微生物的存在是硫化物腐蚀和污染的来源。微生物腐蚀的特点是容易导致局部腐蚀和点蚀，带来管线材料穿孔的风险。如图4所示，固着菌经清洗后，试片表面存在大量坑蚀状，最大蚀孔深度达58．94μm。SRB在固着菌内部富集，腐蚀产物硫铁化合物已经在固着菌底部取代了钢铁表面的铁氧化合物或羟基氧化铁，加速了局部腐蚀［6］。

图2 未投加杀菌剂时固着菌形貌电镜观察结果

图3 未投加杀菌剂时固着菌能谱分析图谱

表4 未投加杀菌剂时固着菌能谱谱图计算结果 %

图4 固着菌清洗后试片表面腐蚀形貌3D成像

3．2．2投加杀菌剂条件下试验结果

通过固着菌3D显微照片可以观察到投加杀菌剂后产物膜厚度在48．62～106．6μm之间。投加杀菌剂后固着菌能谱谱图计算结果见表5，由表5可知，试片上主要腐蚀产物是铁氧化物。

表5 投加杀菌剂后固着菌能谱谱图计算结果 %

投加杀菌剂后固着菌清洗后试片表面腐蚀形貌3D成像见图5。图5显示，投加杀菌剂后，试片表面局部腐蚀不严重，点蚀较少，块斑状腐蚀最大深度只有20μm，微生物腐蚀较轻。这说明杀菌剂能较好的抑制细菌的聚集和固着菌的生长。

图5 投加杀菌剂后固着菌清洗后试片表面腐蚀形貌3D成像

4 结 论

研制的固着菌取样器，能实现现场原位取样，测定生物污损的状态（固着菌厚度、膜中腐蚀有害菌的含量、膜下局部腐蚀的程度等）。固着菌取样器分析表明，在试验周期内材料表面附着生长了大量的固着菌，固着菌中细菌含量高，疏松多孔，扫描电镜可观察到细菌的存在，元素分析证实固着菌中有大量的硫元素和铁元素，且膜下材料腐蚀严重。筛选的杀菌剂具有高效生物膜剥离能力，可有效控制管壁固着菌的生长。

研究反映了油田注水管线固着菌的实际存在，检测结果表明固着菌对水质稳定及腐蚀具有一定程度影响。目前油田注水系统对固着菌的研究较少，固着菌对腐蚀及回注水水质的具体影响程度、周期等还需进一步的研究。

［1］ 孙翠霞，弓爱君，邱丽娜，等．硫酸盐还原菌对环境的影响及其应用［J］．腐蚀科学与防护技术，2006，18（3）：196-198．

［2］ 刘慧娜，孙吉慧，沈加艳．给水管网中管壁生物膜对水质二次污染的影响［J］．环保科技，2009，15（4）：9-13．

［3］ 王海峰，徐冉，李风亭．饮用水系统生物膜形成和控制研究［J］．给水排水，2010，36（4）：17-22．

［4］ 徐冉，王梓，王海峰，等．固体表面生物膜结构特征与控制技术研究进展［J］．工业用水与废水，2009，40（6）：5-8．

［5］ 张金莲，吴振斌．水环境中生物膜的研究进展［J］．环境科学与技术，2007，30（11）：102-104．

［6］ 刘宏芳，许立铭，郑家燊，等．SRB生物膜与碳钢腐蚀的关系［J］．中国腐蚀与防护学报，2000，20（1）：41-46．

1005-3158（2014）04-0008-04

2014-03-03）

（编辑 王蕊）

10．3969／j．issn．1005-3158．2014．04．003

＊国家科技重大专项“胜利油田薄互层低渗透油田开发示范工程”2011ZX05051。专利名称：油田污水管道内壁生物膜测取及生物膜分析方法，ZL201110387595．7。

王田丽，2004年毕业于烟台大学应用化学专业，现在中石化石油工程设计有限公司从事油田采出水处理、腐蚀与防护方面的工作。通信地址：山东省东营市济南路49号，257026