油田地面系统硫化物的生态调控技术原理及其应用研究

第1章　绪论

1.1 硫化物的种类1

1.2 有机硫化物 2

1.2.1 有机硫化物的成因2

1.2.2 有机硫化物的检测和去除2

1.3 硫化物的形成2

1.4 参与硫化物形成的细菌4

1.5 硫化物的组成分布5

1.5.1 硫化物的空间分布6

1.5.2 硫化物在特定物质及过程中的分布6

1.6 硫化物的分析检测方法6

1.6.1 色谱法 7

1.6.2 光谱法 8

1.6.3 电极电位滴定法8

1.6.4 其他方法8

1.7 硫化物的转化机制10

1.8 硫化物的生物去除12

1.9 硫化物的生物利用16

1.10 硫化物的生物转化16

1.11 硫化物对重金属的去除以及转化17

1.12 硫化物去除和转化的其他方法20

1.12.1 化学方法20

1.12.2 物理方法21

1.12.3 联用技术21

1.12.4 处理工艺对脱硫的影响22

1.13 FNA技术在管道腐蚀中的控制22

1.14 生物硫循环去除硫化物的方法23

1.15 生物脱硫的利用和控制25

1.16 生物硫循环在污水处理中的应用26

1.16.1 硫的生物转化网络26

1.16.2 不同电子供体和受体作用下的生物硫转化 28

1.16.3 异养SRB利用有机物作为电子供体, 乙酰辅酶A或TCA循环提供碳源进行新陈代谢 28

1.16.4 关键微生物 30

1.16.5 硫化物转化生物技术34

1.16.6 SRB的生物技术应用37

1.16.7 影响硫酸盐还原生物过程效率的因素 38

第2章　试验材料与方法

2.1 硫化物测定方法40

2.1.1 碘量法40

2.1.2 比色法(亚甲蓝比色法) 41

2.1.3 可溶性硫化物快速检测方法——电极法 42

2.2 Zeta电位测定49

2.3 含油量的检测方法50

2.4 粒径中值和粒径分布的测定50

2.4.1 粒径中值的测定50

2.4.2 粒径分布的测定51

2.5 矿化度的测定方法52

2.5.1 氯离子含量的测定(硝酸银沉淀滴定法) 52

2.5.2 碳酸根、碳酸氢根、氢氧根离子含量的测定 53

2.5.3 硫酸根离子含量的测定(铬酸钡分光光度法) 54

2.5.4 钙、镁、钡、锶离子测定(络合滴定法) 55

2.5.5 pH值的测定(玻璃电极法) 56

2.6 COD的测定方法57

2.7 BOD的测定方法58

2.8 重金属离子的测定方法60

2.9 碱度测定方法62

2.10 静止浮升法油水分离测试63

2.11 采出液类型测定64

2.12 采出液含水构成及沉降试验方法64

2.13 采出液破乳脱水试验方法64

2.14 模拟聚合物驱原油乳状液稳定性试验方法 65

2.14.1 模拟聚合物驱原油乳状液的配制方法 65

2.14.2 原油乳状液稳定性评价方法65

2.14.3 不同类型原油破乳剂对原油乳状液稳定性影响试验方法 65

2.15 不同类型破乳剂对原油乳状液稳定性影响检测方法 65

2.15.1 Zeta电位测定65

2.15.2 油水界面膜强度测定方法67

2.15.3 油水平衡界面张力测定方法67

2.15.4 油水界面剪切流变性测定方法67

2.16 悬浮固体富集、分离提纯方法68

2.17 悬浮固体含量测定68

2.18 腐生菌、铁细菌、硫酸还原菌测定69

2.19 硫酸根的检测方法69

2.20 硝酸根的检测方法70

2.21 亚硝酸根的检测方法72

2.22 微生物分子生物学高通量测序的方法74

2.22.1 DNA提取74

2.22.2 常用的测序引物74

2.22.3 生物信息学基础分析75

2.22.4 生物信息学高级分析78

第3章　硫酸盐还原菌的特性及危害

3.1 硫酸盐还原菌的生态学80

3.1.1 自然生境中的硫酸盐还原作用80

3.1.2 环境因素对SRB生长的影响 84

3.1.3 在有机物厌氧消化过程中SRB的生态学 85

3.1.4 生物学的硫循环86

3.1.5 与光营养生物的合营生长88

3.1.6 与产甲烷菌和产乙酸菌的相互作用89

3.2 SRB的特征和活性90

3.2.1 细菌的多样性90

3.2.2 生物化学活性91

3.3 硫酸盐还原菌的分类学研究92

3.3.1 硫酸盐还原菌分类的研究意义92

3.3.2 传统分类93

3.3.3 嗜温革兰氏阴性SRB94

3.3.4 嗜热革兰氏阴性SRB96

3.3.5 革兰氏阳性SRB96

3.3.6 硫酸盐还原古菌97

3.3.7 嗜温革兰氏阴性SRB的系统发育学研究 97

3.3.8 嗜热革兰氏阴性菌的系统发育学研究 99

3.3.9 革兰氏阳性SRB的系统发育学研究 100

3.3.10 硫酸盐还原古菌的分类学关系101

3.3.11 除16S rDNA以外的遗传标记分析 101

3.3.12 新的分类方法及技术102

3.3.13 铁氧化还原蛋白103

3.3.14 细胞色素C103

3.3.15 氢化酶103

3.3.16 在生态物圈中SRB的起源和进化 104

3.3.17 未培养新发现的SRB104

3.4 硫酸盐还原菌的呼吸作用105

3.4.1 硫酸盐的激活及其还原成亚硫酸氢盐105

3.4.2 亚硫酸氢盐还原的影响106

3.4.3 连三硫酸盐途径108

3.4.4 直接六电子还原机理112

3.5 电子供体/受体的新陈代谢及电子传递蛋白的特征 115

3.5.1 电子供体新陈代谢115

3.5.2 电子受体代谢途径116

3.5.3 电子传递链重建118

3.5.4 用可溶的和/或增溶的蛋白进行蛋白定位与重建 118

3.5.5 原生质球、膜制品、加入或不加入可溶性蛋白 119

3.5.6 蛋白与蛋白之间的相互作用: 计算机建模 119

3.6 溶质运输和细胞能量120

3.6.1 异化型硫酸盐还原的热力学120

3.6.2 硫酸盐运输122

3.6.3 硫酸盐活化的能量学126

3.6.4 亚硫酸盐还原的能量学127

3.6.5 质子移动力的产生128

3.6.6 硫酸盐还原能量学的综合评价128

3.6.7 通过硫酸盐还原以外的其他过程实现的能量储存 130

3.7 生物腐蚀132

3.7.1 硫酸盐还原菌参与生物腐蚀132

3.7.2 非生物腐蚀133

3.7.3 微生物对腐蚀的影响134

3.8 结论与展望142

第4章　硫化物生态抑制调控机理及其调控策略研究

4.1 硫酸盐还原菌及其硫化物对石油工业的危害 143

4.1.1 原油中微生物的活动143

4.1.2 设备表面的生物活动144

4.2 石油工业中的防护措施144

4.2.1 阴极保护与涂层防腐144

4.2.2 环境变化144

4.2.3 生物杀伤剂控制145

4.2.4 油田常用杀菌剂的种类146

4.3 生物杀菌剂的应用148

4.3.1 细菌检测系统148

4.3.2 筛选生物杀菌剂149

4.3.3 生物杀菌剂投加量149

4.3.4 影响生物杀菌剂活性的因素149

4.3.5 提高生物杀菌剂性能的方法150

4.4 多种控制方法151

4.4.1 热冲击151

4.4.2 冰的成核作用151

4.4.3 微生物生长模式的控制152

4.5 蓄油池酸化152

4.6 腐蚀与微生物群落的关系153

4.6.1 发生腐蚀的可能性与微生物参数的关系 153

4.6.2 相关的腐蚀机制与微生物种群153

4.7 新型生态调控抑菌抑制硫酸盐还原菌活性的技术 155

4.7.1 微生物控制SRB的机理基础 155

4.7.2 新型硝酸盐基处理技术155

4.7.3 反硝化控制SRB的研究现状 156

4.8 关于生态调控抑制硫酸盐还原菌的理论基础研究 160

4.8.1 基质竞争性抑制作用160

4.8.2 反硝化中间产物抑制理论162

4.8.3 反应系统内部形成厌氧硫循环的观点163

4.8.4 电位控制观点164

4.9 生态调控硫酸盐还原菌机理验证164

4.9.1 DNB和SRB对基质的竞争作用 164

4.9.2 反硝化中间产物抑制作用165

4.9.3 自养硝酸盐还原菌的氧化作用169

4.10 反硝化细菌底物选择作用——新理论的提出 171

4.10.1 同时反硝化和硫酸盐还原功能菌株的分离和功能验证 171

4.10.2 反硝化细菌的系统发育分析及功能验证 177

4.10.3 反硝化细菌底物选择作用理论的阐述 182

4.11 外加电子受体调控微生物群落功能理论的阐述 182

4.12 大庆七厂葡萄花油田采出水中微生物反硝化和硫酸盐还原能力分析 183

4.12.1 微生物的反硝化作用机理及影响因素 183

4.12.2 油田采出水中微生物的硝酸盐还原与硫酸盐还原相对能力 184

4.13 污水系统硫化物抑制方案及其工艺节点硫化物控制策略 187

4.13.1 油田细菌控制方法和技术评价187

4.13.2 油田回注水系统细菌控制技术优化研究 188

4.13.3 硫酸盐还原菌活性生态抑制适应的投药点 192

4.13.4 硫酸盐还原菌活性生态抑制剂加药方法和加药原则 192

4.13.5 采油七厂葡三联污水处理站硫化物控制方法和主要工艺段 193

第5章　葡萄花油田地面系统水质特性及对现有工艺的影响

5.1 葡三联污水系统各工艺节点硫化物化验分析 195

5.1.1 取样点和取样位置说明195

5.1.2 葡三联地面污水处理系统工艺段的常规水质分析 195

5.1.3 葡三联地面污水处理系统工艺段矿化度的分析 203

5.1.4 葡三联地面污水处理系统硫元素及其碳组成分析 204

5.1.5 水质波动范围205

5.2 典型地面污水处理系统水质组成以及污染物分析 206

5.2.1 从井口采出液到整个地面污水处理系统典型的工艺段到注入井的工艺段的水质分析 206

5.2.2 葡三联的污水组成成分分析208

5.2.3 葡四联污水工艺污水成分分析253

5.3 典型的油田生产废水污染物组成分析和对现有污水处理系统的影响评价以及改进措施 284

5.3.1 洗井水的成分组成分析284

5.3.2 不同掺混比例洗井水对现有污水站来水的油水分离、破乳能力以及石油类、悬浮物去除的影响 291

5.3.3 洗井水对现有污水处理系统的处理效果及方法和措施以及洗井水的处理工艺方法 296

5.3.4 注水管线冲洗水对污水站来水油水分离、破乳能力以及石油类、悬浮物去除的影响 303

5.3.5 注水管线冲洗水对现有污水处理系统的处理效果及方法和措施 307

第6章　葡萄花油田地面系统硫酸盐还原菌的种类及分布特征

6.1 高通量测序在油田环境微生物群落分析中的应用 309

6.2 微生物高通量测序的试验材料与方法310

6.2.1 主要仪器设备和实验材料310

6.2.2 主要仪器和设备310

6.2.3 油田油藏样品和含油污水的DNA提取方法 311

6.2.4 高通量测序生物信息学的分析方法312

6.3 葡三联井口和地面系统的微生物群落组成313

6.3.1 葡191-85井口的微生物群落组成分析 313

6.3.2 油岗来水的微生物群落组成分析316

6.3.3 一沉出口的微生物群落组成分析317

6.3.4 二沉出口的微生物群落组成分析319

6.3.5 悬浮污泥出口的微生物群落组成分析321

6.3.6 一滤出口的微生物群落组成分析322

6.3.7 二滤出口的微生物群落组成分析324

6.3.8 污水岗出口(去注) 的微生物群落组成分析 325

6.3.9 葡三联地面污水处理系统硫酸盐还原菌的来源与组成分析 327

6.4 葡四联的污水处理系统的微生物群落解析328

6.4.1 三联来水的微生物群落组成分析328

6.4.2 横向流进口的微生物群落组成分析329

6.4.3 横向流出口的微生物群落组成分析331

6.4.4 一滤出口的微生物群落组成分析333

6.4.5 二滤出口的微生物群落组成分析335

6.4.6 葡四联地面污水处理系统中的微生物群落组成分析 336

6.5 洗井水的微生物群落解析以及硫酸盐还原菌的组成 337

6.6 葡509管道水微生物群落以及硫酸盐还原菌的组成分析 339

6.7 关于硫酸盐还原菌群落的变化、分布以及数量的讨论 341

6.7.1 葡三联的地面系统中硫酸盐还原菌属的数量和分布 343

6.7.2 葡四联的地面系统中硫酸盐还原菌属的数量和分布 344

6.8 葡萄花油田地面系统微生物群落组成及硫酸盐还原菌种类 345

第7章　油田硫化物的提取方法及其组成分析

7.1 含硫化物的水样的采集方法349

7.2 水中的硫化物提取方法350

7.2.1 油水分离离心提取法硫化物提取350

7.2.2 油水分离膜过滤硫化物提取350

7.2.3 硫酸锌固定法352

7.3 硫化物的组成成分分析353

7.3.1 离心后的悬浮物和硫化物(油中硫化物) 354

7.3.2 离心后的悬浮物和硫化物(水中硫化物) 358

7.3.3 液相中有机物硫的存在形式361

7.4 水中硫化物的组成分析368

第8章　硫化物收集池中硫化物氧化剂及其应用效果研究

8.1 硫化物去除剂的主要成分组成370

8.2 室内试验的验证370

8.2.1 硫化物收集池的取样点370

8.2.2 室内氧化剂去除效果研究371

8.2.3 室内硫化物氧化剂结合工艺处理效果372

8.3 气浮除油以及收集池中硫化物去除试验(室内评价) 374

8.4 硫化物氧化剂对硫化物收集池污水作用前后的物质变化 376

8.4.1 氧化剂处理前的GC-MS图谱分析 376

8.4.2 硫化物含油污水通过氧化剂氧化后的GC-MS图谱 379

8.5 硫化物收集池污水中硫化物氧化剂现场试验 381

8.5.1 现场装置需要的场地和电压等381

8.5.2 运行方式381

8.5.3 现场装置摆放382

8.5.4 现场反应器运行382

8.6 现场试验去除效果分析383

8.6.1 不加氧化剂的处理效果(连续流试验) 383

8.6.2 来水加入氧化剂10min后, 气浮出水和含油中的硫化物变化情况 384

8.6.3 来水加入氧化剂20min后, 气浮出水和含油中的硫化物变化情况 384

8.6.4 来水加入氧化剂30min后, 气浮出水和含油中的硫化物变化情况 385

8.6.5 长时间作用下的氧化效果(药剂提前加入), 气浮出水和含油中的硫化物变化情况 385

8.7 固定作用时间下加药浓度的优化386

8.7.1 试验的方案386

8.7.2 氧化剂( 0.1mL/L) 作用30min后气浮效果分析 386

8.7.3 氧化剂( 0.5mL/L) 作用30min后气浮效果分析 387

8.7.4 氧化剂( 1mL/L) 作用30min后气浮效果分析 387

8.7.5 氧化剂( 1.5m L/L) 作用30min后气浮效果分析 388

8.7.6 氧化剂( 2mL/L) 作用30min后气浮效果分析 388

第9章　硫化物生态抑制剂现场调控应用研究

9.1 硫化物生态抑制剂的主要成分组成390

9.2 室内试验的配伍性试验392

9.2.1 与杀菌剂母液的配伍性试验392

9.2.2 与现场用的杀菌剂稀释液的配伍性试验 393

9.3 与现有絮凝剂的配伍性试验394

9.3.1 与絮凝剂母液的配伍性试验394

9.3.2 与絮凝剂稀释液的配伍性试验395

9.4 现场杀菌剂和生态抑制剂的配伍性试验396

9.5 生态抑制剂现场试验(单独投加) 絮凝剂(单独) (2015年的试验) 397

9.5.1 现场加药和加药方式397

9.5.2 现场加药试验效果分析397

9.6 生态抑制剂现场试验(单独投加) 絮凝剂(单独) (2016年的试验) 401

9.6.1 硫酸盐还原菌生态抑制现场试验药剂的方案 401

9.6.2 现场试验数据监测401

9.7 生态抑制剂加入前后微生物群落的解析407

9.7.1 高通量测序生物信息学的分析方法407

9.7.2 未加药、加厂家杀菌剂和生态抑制剂下对微生物群落变化的影响 408

9.8 现场生态抑制的总结410

9.9 地面污水处理工艺生态抑制总结411

9.9.1 对生态抑制机理研究的总结411

9.9.2 现场生态抑制的总结411

参考文献