二氧化氯杀菌技术对配注系统的黏度影响研究

张翰钊 武樱桐 岳丹 张琦

1中国石油集团渤海钻探工程有限公司管具与井控技术服务分公司

2大庆油田第三采油厂工艺设计研究所

3青海油田第五采油厂

随着油田的不断开发，原油含水率逐渐升高，日益复杂的水质给细菌繁殖生长创造了有利条件。在污水处理过程中发现，物理杀菌技术的局限性导致杀菌效果明显下降，且化学杀菌剂投加量大幅增长。目前配制系统78%用水是采用污水配制，三元驱配制采用“低压污水配制、高压污水稀释”，污水站水质综合达标率一直不理想，尤其细菌指标（硫酸盐还原菌）达标率明显低于其他水质指标，配注系统的实际注聚黏度常低于方案要求注聚黏度下限，达不到方案要求[1-2]。经分析，影响注聚黏度主要有水质和机械剪切两种因素。机械剪切是无法规避的；水质因素对于注聚系统的影响是多方面的，主要影响因素是污水配制和稀释，注入系统下游细菌大量滋生，其中生物降解是影响聚合物溶液黏度的主要因素之一。用于配制的污水中细菌含量较高时，硫化物及Fe2+会导致注聚黏度下降，直接影响到生产开发效果。因此去除污水中的细菌是控制黏损、保证注入质量的重要措施[3-4]。试验采用的二氧化氯杀菌方式，主要针对污水中微生物、细菌含量较高，影响黏度的离子含量高的问题进行研究，并监测对三元体系浓度、黏度的影响。

1 杀菌目的及原理

研究二氧化氯杀菌装置对配注站低压一元来液的杀菌效果时，主要化验硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁细菌（FB）。试验目标是杀菌率达99.8%。试验选取低压一元（污水和表面活性剂）来液用于配制聚合物，高压二元（污水、表面活性剂和碱）来液用于稀释聚合物母液并输送到下游注入井。由于装置承载负荷有限，仅对低压一元端进行杀菌试验，监测低压端杀菌效果。

通过“氯酸钠+盐酸”制二氧化氯消毒剂与污水混合[5]进行杀菌。反应原理：

采取上述杀菌方法，可快速杀灭SRB 等细菌，同时反应产生的二氧化氯的强氧化性还可以有效去除污水中易被氧化的有机质。处理液中含有余氯能起到持续杀菌作用，从而达到提高聚合物黏度的目的[6-7]。

2 试验

2.1 地点选择与现场工艺

通过调研，选取配注量规模相对较小、站内场地宽阔站所作为试验场区开展试验。

试验装置以橇装的形式放置，在储水罐来液管线外接出50 m 左右的管线，将试验装置中产生的二氧化氯与污水充分混合后送入储水罐（图1）。

图1 现场工艺示意图Fig.1 Schematic diagram of the field process

2.2 试验方案

在试验站低压一元端杀菌。杀菌前，一元液在杀菌装置前取样，杀菌后的一元液在本站站内污水泵后取样，对比杀菌效果（图2）。

图2 站内流程及取样点示意图Fig.2 Schematic diagram of station flow and sampling point

2.3 检测项目及方法

细菌化验采用测试瓶绝迹稀释法，在适宜温度的培养皿中培养7天后得出细菌化验结果。化验杀菌前后的低压一元液中三种细菌（SRB、TGB、FB）的含量[8]。

首先，研究杀菌前后的低压一元液配制聚合物母液的浓度、黏度变化。在杀菌效果达到预期目标后，对配制的聚合物母液的浓度、黏度进行化验，发现细菌对聚合物黏度有影响。为对比杀菌前后对聚合物母液的黏度影响，在杀菌装置前后分别取样进行室内聚合物母液配制并化验，对比配制的母液浓度、黏度变化规律[9-10]。

其次，研究杀菌装置对注入井口聚合物母液浓度、黏度的影响。注入井为三元配注系统的末端，选择与配注站不同距离的5 口注入井进行取样监测，比较注入井口的聚合物母液浓度、黏度变化。

3 试验结果与讨论

3.1 二氧化氯杀菌效果分析

第一阶段（2019-11-13—2019-11-26），根据试验区水质情况确定ClO2投加量在10 000 g/h 时，达到了试验要求的技术指标。第二阶段（2019-12-2—2019-12-13），为摸索更加经济的投加量，对投加量进行阶梯式摸索，试验数据显示，在ClO2投加量最大时能够达到试验技术指标要求（表1）。

表1 2019年配注站二氧化氯杀菌试验细菌检测Tab.1 Bacterial detection of chlorine dioxide sterilization test at the preparation and injection station in 2019

整个试验过程中，二氧化氯投加量达到峰值10 000 g/h时，污水中杀菌率达到99.9%。在试验中后期（12月2日开始）尝试减少投加量，摸索最佳投加量时发现，针对目前的水质情况，只有在投加量达到最大值时，杀菌效果相对较好。

二氧化氯投加量在10 000 g/h 时：硫酸盐还原菌杀菌率为99.9%，合格率为86%；腐生菌杀菌率为99.9%，合格率为100%；铁细菌杀菌率为99.9%，合格率为100%。

3.2 杀菌对配制聚合物母液的浓度和黏度的影响

杀菌的主要目的是降低细菌在污水中对后期聚合物配制过程中产生的影响，同期对比杀菌前后对聚合物浓度、黏度的影响，开展室内配制实验尽量排除其他因素对试验的干扰。在取样点定期取样，使用与试验站相同规格的干粉，分别配制成浓度5 000 mg/L 母液，再用高压二元水稀释成2 100 mg/L，进行母液浓度和黏度的化验，对比效果。

3.2.1 室内配制实验效果分析

室内配制浓度为5 000 mg/L的聚合物母液。经过分散、搅拌等过程，杀菌前后对聚合物的浓度（图3）没有明显影响，但是对黏度（图4）有所提升。

图3 杀菌前后5 000 mg/L聚合物浓度对比曲线Fig.3 Concentration comparison curve of 5 000 mg/L polymer before and after sterilization

在室内配制浓度为5 000 mg/L的母液，再用本站内高压二元液稀释至2 100 mg/L。通过化验数据可以看到，稀释至2 100 mg/L的聚合物浓度在杀菌前后也无明显提升（图5），但是对黏度有明显的提升（图6）。这是因为高压二元液中碱的成分对于去除细菌有一定作用，从而进一步提升了黏度。

图5 杀菌前后2 100 mg/L聚合物浓度对比曲线Fig.5 Concentration comparison curve of 2 100 mg/L polymer before and after sterilization

图6 杀菌前后2 100 mg/L聚合物黏度对比曲线Fig.6 Viscosity comparison curve of 2 100 mg/L polymer before and after sterilization

3.2.2 注入井口的聚合物浓度、黏度取样效果分析

试验站静态混合器的聚合物母液浓度在2 100 mg/L 左右，根据不同的注入井的方案浓度，通过高压水将聚合物母液稀释后输送至各个注入单井。选取的5 口井距离配注站由近及远，化验数据显示，距离配注站较近的注入井，杀菌后对聚合物浓度、黏度影响程度较大。注入井5 距离配注站最远，受到管线长距离运输的影响，浓度、黏度也有不同程度的下降。5口注入井杀菌前后平均浓度对比如图7所示，杀菌前后平均黏度对比如图8所示。

图7 杀菌前后注入井口聚合物平均浓度对比Fig.7 Comparison of average polymer concentration injected from wellhead before and after sterilization

图8 杀菌前后注入井口聚合物平均黏度对比Fig.8 Comparison of average polymer viscosity injected from wellhead before and after sterilization

4 结论

（1）二氧化氯杀菌装置对于三种细菌的杀菌作用效果显著，SRB、FB、TGB 杀菌率均达到99.9%。

（2）三种细菌对聚合物浓度的影响较小，对黏度的影响较大。在不受机械剪切等物理因素和矿化度、含油浓度、悬浮物浓度等水质因素的影响下，使用杀菌后的污水配制聚合物母液，黏度可以提升15%左右。

（3）配注站下游取样化验的5口注入井的平均黏度提升15%左右，在系统稳定运行之后可以考虑减少配制站聚合物的用量。