油田水處理殺菌劑應用效果檢測影響因素分析

彭博

大慶油田工程有限公司

油田污水中存在著大量細菌，主要有硫酸鹽還原菌、鐵細菌和腐生菌。通過近幾年對各油田注入水水質情況的調查了解發(fā)現(xiàn)，隨著油田的不斷開發(fā)（尤其一些老油田），各種化學助劑的大量加入，油田細菌含量呈增加的趨勢（硫酸鹽還原菌尤為明顯），但有些站由于成本等問題未加殺菌劑或加藥量小，致使細菌含量超標，加劇了設備和管道的腐蝕，對油田生產產生巨大危害[1]。因此殺菌劑作為油田污水及注水處理用化學助劑，越來越受到油田生產部門的重視。

適宜的油田污水及注水處理用殺菌劑應具備下列條件：①高效、低毒、速效、廣譜；②穩(wěn)定性強，配伍性好；③無副作用（如腐蝕），不易產生抗藥性；④一劑多用，經濟價廉，使用方便。在油田用殺菌劑市場中殺菌劑按作用機理可分為氧化型和非氧化型，按劑型可以分為單一劑型、復合劑型以及與其他藥劑復配而成的多功能型等[2]。近些年油田采用了聚合物驅、三元復合驅等采油模式，使油田污水成分發(fā)生變化（包括細菌種類、數(shù)量），也出現(xiàn)了一些新型殺菌劑。另外，隨著油田開發(fā)技術的應用，殺菌劑的質量雖比過去有了較大提高，但由于殺菌劑在地層中分布不均勻，使局部位置的細菌長期處于低濃度抗菌物環(huán)境中不能被殺死，其中少數(shù)個體通過染色體的抗藥性突變，或生理適應等方式最終形成了抗藥性，不同區(qū)塊同種細菌抗藥性會存在較大差異，例如同一區(qū)塊若連續(xù)使用同一種殺菌劑，細菌的抗藥性[3]變化會較快。因各油田地理位置和地層條件不同，其中生長的細菌遺傳特征也各不相同，則表現(xiàn)出對殺菌劑的敏感性存在差異，最終導致藥劑的殺菌效果出現(xiàn)了變化。而殺菌效果就是殺菌劑質量好壞的直觀表現(xiàn)，為保證殺菌劑質量，及更好地評價殺菌劑殺菌效果，研究殺菌效果影響因素對評價殺菌劑質量起到至關重要的作用。

對殺菌劑進行監(jiān)督檢驗，主要是依據(jù)標準進行殺菌效果檢測實驗。本文按照SY/T 0532—2012《油田注入水細菌分析方法——絕跡稀釋法》、Q/SY 49—2010《油田用殺菌劑技術要求》、SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》[4]進行實驗，針對標準中相關項目，根據(jù)現(xiàn)場使用情況重新選擇確定殺菌劑實驗條件，分析會對殺菌劑殺菌效果產生影響的因素。

1 殺菌及培養(yǎng)溫度的影響

溫度是微生物生長的重要因素之一。硫酸鹽還原菌的生存溫度隨菌種不同而異，一般分為中溫和高溫兩類，油田常見的大多屬于中溫性，適宜生存溫度為20～55 ℃；鐵細菌的適宜生存溫度為6～40 ℃；腐生菌的適宜生存溫度為4～45 ℃。所以標準中4 h殺菌溫度在檢測時對殺菌效果也應存在著影響。經調查，由于原油黏度大或凝固點低，有的油田在生產過程中會進行加熱，導致采出水水溫較高。調研了不同油田站點采出水的溫度，不同油田采出水水溫存在差異，根據(jù)各油田的水質普查所得數(shù)據(jù)（表1），油田污水和回注水溫度大都在30～40 ℃左右。

表1 各油田站點采出水溫度Tab.1 Produced water temperature of each oilfield station ℃

將某種殺菌劑配成質量濃度為50 mg/L 的藥液，按照SY/T 0532—2012《油田注入水細菌分析方法絕跡稀釋法》進行實驗，分成幾組放入不同溫度的培養(yǎng)箱中，7天后測定加殺菌劑前后水樣中硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細菌含量，計算不同培養(yǎng)溫度的殺菌率，具體數(shù)據(jù)見表2。由數(shù)據(jù)可見，在35 ℃溫度下殺菌劑殺菌效果較好。這是因為溫度是通過影響微生物膜的液晶結構、酶和蛋白質的合成與活性，以及RNA 的結構和轉錄等影響微生物的生命活動。具體表現(xiàn)在一方面隨著微生物所處環(huán)境溫度升高，微生物細胞中的蛋白質和酶的活性增強，生物化學反應加快，殺菌效果提高；另一方面隨溫度的升高，微生物細胞中對溫度較敏感的組成成分（如蛋白質、核酸等）會受到不可逆的破壞。超過最適宜溫度后，殺菌效果隨溫度升高而迅速下降。在現(xiàn)場實際應用中，有個別油田回注水溫度較低（如吉林油田有些站以井水為注入水），如果細菌含量超標應加低溫殺菌劑；或者回注水溫度較高，則應選用高溫殺菌劑。即選擇對應溫度適用的殺菌劑，否則會影響殺菌效果[5]。

表2 不同培養(yǎng)溫度時產生的殺菌效果Tab.2 Sterilization effect at different culture temperatures

綜上所述，因為溫度對殺菌效果的影響，檢測殺菌效果時為了更好地模擬現(xiàn)場情況，進行4 h殺菌時應選取加藥時的現(xiàn)場水溫更為合理，而細菌的培養(yǎng)溫度則選擇最能體現(xiàn)殺菌效果的35 ℃。

2 殺菌時間的影響

對于不同殺菌時間培養(yǎng)后對殘余菌數(shù)的影響也做了相應實驗，實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同殺菌時間培養(yǎng)后殘余菌數(shù)Tab.3 Number of residual bacteria after different sterilization culture time

由表3數(shù)據(jù)可看出，選用的殺菌劑在不同的殺菌時間后所得的殘余菌數(shù)也有著區(qū)別。硫酸鹽還原菌在殺菌1 h后殘余菌數(shù)開始無變化；鐵細菌從殺菌3 h后殘余菌數(shù)開始無變化；腐生菌從殺菌4 h后開始無變化。由此可見，不同的菌群需要的殺菌時間是不同的，所用時間最多的腐生菌需要4 h，所以測定時需選用最長的殺菌時間4 h最為合理。

3 取樣過程中的影響因素

3.1 取樣瓶外包裝的選擇

對于取樣瓶外包裝的選擇，標準中選用的是牛皮紙。因為它的透氣性比較好，也能一定程度上防止空氣中的微生物與玻璃器皿接觸，用它包裹玻璃器皿，滅菌時蒸汽可以穿過紙張殺死玻璃器皿上的微生物，且能防止玻璃材料直接接觸高溫蒸汽破裂。滅菌結束后，又能阻止空氣中的微生物再次污染玻璃器皿，這樣能夠有效地保證取樣前取樣瓶內是無菌環(huán)境。

3.2 介質的儲存

取樣后介質的儲存，就是對介質中硫酸鹽還原菌、鐵細菌、腐生菌的儲存方法，其原理都是創(chuàng)造一個抑制細菌細胞代謝的環(huán)境，使其在一定的時間內不發(fā)生變異，同時又能保持生理活性，即低溫、干燥、缺乏營養(yǎng)，使其新陳代謝活動處于高度靜止狀態(tài)。標準中選擇“儲存時應置于冰箱內于2～5 ℃下冷藏”就是為了更好地抑制細菌的生長。

3.3 溶解氧對硫酸鹽還原菌的影響

研究曝氧對硫酸鹽還原菌是否存在影響。硫酸鹽還原菌不是嚴格的厭氧菌，它能耐受4.5 mg/L質量濃度的溶解氧，超過9.0 mg/L的高溶解氧濃度條件下才不能生長[6-7]。對介質從現(xiàn)場取出直接接種和取出后放置不同時間后接種所得數(shù)據(jù)進行對比，結果見表4。

表4 介質放置不同時間后的溶解氧與殘余菌數(shù)Tab.4 Dissolved oxygen and number of residual bacteria in the medium at different standing time

從表4數(shù)據(jù)可以看出，硫酸鹽還原菌暴露在空氣中一段時間仍能夠生存。硫酸鹽還原菌厭氧的機理是在均質的充氣培養(yǎng)下，隨氧氣濃度的上升，硫化物的生成速率下降，達到15 μmol/L 時，硫化物不再產生，隨著暴露在氧氣中時間的增長，細胞的存活力和能動力下降。水樣在采集過程中雖不可避免地會接觸到空氣中的氧氣，但短時間接觸空氣后溶解的氧含量對硫酸鹽還原菌的影響并不大。因此在取現(xiàn)場水樣過程中，不用對水樣進行特別處理。

4 pH值的影響

將殺菌劑放入pH值不同的培養(yǎng)基中，在35 ℃下培養(yǎng)7 天后計算出不同pH 值條件下的殺菌率[8]，殺菌效果見表5。

表5 不同pH值時的殺菌效果Tab.5 Sterilization effect under different pH values

從表5可以看出，殺菌劑對于三種細菌適宜的殺菌pH值范圍為5～9，pH值大于9時，對硫酸鹽還原菌殺菌效果影響較小，對鐵細菌和腐生菌殺菌效果影響較大。從實驗數(shù)據(jù)可以看出當pH 值過大或過小時殺菌劑殺菌效果均不理想，所以當油田污水或回注水為強酸或強堿性時，應采用其他殺菌方法來解決細菌問題。

5 結束語

在殺菌劑殺菌效果分析評價實驗中，通過研究殺菌及培養(yǎng)溫度、殺菌時間、取樣過程中的影響因素，以及pH 值對殺菌劑殺菌效果的影響，找出最佳實驗條件，建立科學實用的實驗方法，為標準中技術指標、殺菌溫度及取樣操作的修改提供了依據(jù)。以此修訂質檢部門執(zhí)行的產品檢驗標準，在各油田質檢機構推廣應用，能更好地把好殺菌劑質量關，為油田生產建設服務。