油田地面系統(tǒng)硫化物的生態(tài)調(diào)控技術(shù)原理及其應(yīng)用研究

第1章　緒論
1.1 硫化物的種類 1
1.2 有機(jī)硫化物 2
1.2.1 有機(jī)硫化物的成因 2
1.2.2 有機(jī)硫化物的檢測和去除 2
1.3 硫化物的形成 2
1.4 參與硫化物形成的細(xì)菌 4
1.5 硫化物的組成分布 5
1.5.1 硫化物的空間分布 6
1.5.2 硫化物在特定物質(zhì)及過程中的分布 6
1.6 硫化物的分析檢測方法 6
1.6.1 色譜法 7
1.6.2 光譜法 8
1.6.3 電極電位滴定法 8
1.6.4 其他方法 8
1.7 硫化物的轉(zhuǎn)化機(jī)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 硫化物的生物轉(zhuǎn)化 16
1.11 硫化物對重金屬的去除以及轉(zhuǎn)化 17
1.12 硫化物去除和轉(zhuǎn)化的其他方法 20
1.12.1 化學(xué)方法 20
1.12.2 物理方法 21
1.12.3 聯(lián)用技術(shù) 21
1.12.4 處理工藝對脫硫的影響 22
1.13 FNA技術(shù)在管道腐蝕中的控制 22
1.14 生物硫循環(huán)去除硫化物的方法 23
1.15 生物脫硫的利用和控制 25
1.16 生物硫循環(huán)在污水處理中的應(yīng)用 26
1.16.1 硫的生物轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò) 26
1.16.2 不同電子供體和受體作用下的生物硫轉(zhuǎn)化 28
1.16.3 異養(yǎng)SRB利用有機(jī)物作為電子供體, 乙酰輔酶A或TCA循環(huán)提供碳源進(jìn)行新陳代謝 28
1.16.4 關(guān)鍵微生物 30
1.16.5 硫化物轉(zhuǎn)化生物技術(shù) 34
1.16.6 SRB的生物技術(shù)應(yīng)用 37
1.16.7 影響硫酸鹽還原生物過程效率的因素 38
第2章　試驗(yàn)材料與方法
2.1 硫化物測定方法 40
2.1.1 碘量法 40
2.1.2 比色法(亞甲藍(lán)比色法) 41
2.1.3 可溶性硫化物快速檢測方法——電極法 42
2.2 Zeta電位測定 49
2.3 含油量的檢測方法 50
2.4 粒徑中值和粒徑分布的測定 50
2.4.1 粒徑中值的測定 50
2.4.2 粒徑分布的測定 51
2.5 礦化度的測定方法 52
2.5.1 氯離子含量的測定(硝酸銀沉淀滴定法) 52
2.5.2 碳酸根、碳酸氫根、氫氧根離子含量的測定 53
2.5.3 硫酸根離子含量的測定(鉻酸鋇分光光度法) 54
2.5.4 鈣、鎂、鋇、鍶離子測定(絡(luò)合滴定法) 55
2.5.5 pH值的測定(玻璃電極法) 56
2.6 COD的測定方法 57
2.7 BOD的測定方法 58
2.8 重金屬離子的測定方法 60
2.9 堿度測定方法 62
2.10 靜止浮升法油水分離測試 63
2.11 采出液類型測定 64
2.12 采出液含水構(gòu)成及沉降試驗(yàn)方法 64
2.13 采出液破乳脫水試驗(yàn)方法 64
2.14 模擬聚合物驅(qū)原油乳狀液穩(wěn)定性試驗(yàn)方法 65
2.14.1 模擬聚合物驅(qū)原油乳狀液的配制方法 65
2.14.2 原油乳狀液穩(wěn)定性評價(jià)方法 65
2.14.3 不同類型原油破乳劑對原油乳狀液穩(wěn)定性影響試驗(yàn)方法 65
2.15 不同類型破乳劑對原油乳狀液穩(wěn)定性影響檢測方法 65
2.15.1 Zeta電位測定 65
2.15.2 油水界面膜強(qiáng)度測定方法 67
2.15.3 油水平衡界面張力測定方法 67
2.15.4 油水界面剪切流變性測定方法 67
2.16 懸浮固體富集、分離提純方法 68
2.17 懸浮固體含量測定 68
2.18 腐生菌、鐵細(xì)菌、硫酸還原菌測定 69
2.19 硫酸根的檢測方法 69
2.20 硝酸根的檢測方法 70
2.21 亞硝酸根的檢測方法 72
2.22 微生物分子生物學(xué)高通量測序的方法 74
2.22.1 DNA提取 74
2.22.2 常用的測序引物 74
2.22.3 生物信息學(xué)基礎(chǔ)分析 75
2.22.4 生物信息學(xué)高級(jí)分析 78
第3章　硫酸鹽還原菌的特性及危害
3.1 硫酸鹽還原菌的生態(tài)學(xué) 80
3.1.1 自然生境中的硫酸鹽還原作用 80
3.1.2 環(huán)境因素對SRB生長的影響 84
3.1.3 在有機(jī)物厭氧消化過程中SRB的生態(tài)學(xué) 85
3.1.4 生物學(xué)的硫循環(huán) 86
3.1.5 與光營養(yǎng)生物的合營生長 88
3.1.6 與產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)乙酸菌的相互作用 89
3.2 SRB的特征和活性 90
3.2.1 細(xì)菌的多樣性 90
3.2.2 生物化學(xué)活性 91
3.3 硫酸鹽還原菌的分類學(xué)研究 92
3.3.1 硫酸鹽還原菌分類的研究意義 92
3.3.2 傳統(tǒng)分類 93
3.3.3 嗜溫革蘭氏陰性SRB 94
3.3.4 嗜熱革蘭氏陰性SRB 96
3.3.5 革蘭氏陽性SRB 96
3.3.6 硫酸鹽還原古菌 97
3.3.7 嗜溫革蘭氏陰性SRB的系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究 97
3.3.8 嗜熱革蘭氏陰性菌的系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究 99
3.3.9 革蘭氏陽性SRB的系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究 100
3.3.10 硫酸鹽還原古菌的分類學(xué)關(guān)系 101
3.3.11 除16S rDNA以外的遺傳標(biāo)記分析 101
3.3.12 新的分類方法及技術(shù) 102
3.3.13 鐵氧化還原蛋白 103
3.3.14 細(xì)胞色素C 103
3.3.15 氫化酶 103
3.3.16 在生態(tài)物圈中SRB的起源和進(jìn)化 104
3.3.17 未培養(yǎng)新發(fā)現(xiàn)的SRB 104
3.4 硫酸鹽還原菌的呼吸作用 105
3.4.1 硫酸鹽的激活及其還原成亞硫酸氫鹽 105
3.4.2 亞硫酸氫鹽還原的影響 106
3.4.3 連三硫酸鹽途徑 108
3.4.4 直接六電子還原機(jī)理 112
3.5 電子供體/受體的新陳代謝及電子傳遞蛋白的特征 115
3.5.1 電子供體新陳代謝 115
3.5.2 電子受體代謝途徑 116
3.5.3 電子傳遞鏈重建 118
3.5.4 用可溶的和/或增溶的蛋白進(jìn)行蛋白定位與重建 118
3.5.5 原生質(zhì)球、膜制品、加入或不加入可溶性蛋白 119
3.5.6 蛋白與蛋白之間的相互作用: 計(jì)算機(jī)建模 119
3.6 溶質(zhì)運(yùn)輸和細(xì)胞能量 120
3.6.1 異化型硫酸鹽還原的熱力學(xué) 120
3.6.2 硫酸鹽運(yùn)輸 122
3.6.3 硫酸鹽活化的能量學(xué) 126
3.6.4 亞硫酸鹽還原的能量學(xué) 127
3.6.5 質(zhì)子移動(dòng)力的產(chǎn)生 128
3.6.6 硫酸鹽還原能量學(xué)的綜合評價(jià) 128
3.6.7 通過硫酸鹽還原以外的其他過程實(shí)現(xiàn)的能量儲(chǔ)存 130
3.7 生物腐蝕 132
3.7.1 硫酸鹽還原菌參與生物腐蝕 132
3.7.2 非生物腐蝕 133
3.7.3 微生物對腐蝕的影響 134
3.8 結(jié)論與展望 142
第4章　硫化物生態(tài)抑制調(diào)控機(jī)理及其調(diào)控策略研究
4.1 硫酸鹽還原菌及其硫化物對石油工業(yè)的危害 143
4.1.1 原油中微生物的活動(dòng) 143
4.1.2 設(shè)備表面的生物活動(dòng) 144
4.2 石油工業(yè)中的防護(hù)措施 144
4.2.1 陰極保護(hù)與涂層防腐 144
4.2.2 環(huán)境變化 144
4.2.3 生物殺傷劑控制 145
4.2.4 油田常用殺菌劑的種類 146
4.3 生物殺菌劑的應(yīng)用 148
4.3.1 細(xì)菌檢測系統(tǒng) 148
4.3.2 篩選生物殺菌劑 149
4.3.3 生物殺菌劑投加量 149
4.3.4 影響生物殺菌劑活性的因素 149
4.3.5 提高生物殺菌劑性能的方法 150
4.4 多種控制方法 151
4.4.1 熱沖擊 151
4.4.2 冰的成核作用 151
4.4.3 微生物生長模式的控制 152
4.5 蓄油池酸化 152
4.6 腐蝕與微生物群落的關(guān)系 153
4.6.1 發(fā)生腐蝕的可能性與微生物參數(shù)的關(guān)系 153
4.6.2 相關(guān)的腐蝕機(jī)制與微生物種群 153
4.7 新型生態(tài)調(diào)控抑菌抑制硫酸鹽還原菌活性的技術(shù) 155
4.7.1 微生物控制SRB的機(jī)理基礎(chǔ) 155
4.7.2 新型硝酸鹽基處理技術(shù) 155
4.7.3 反硝化控制SRB的研究現(xiàn)狀 156
4.8 關(guān)于生態(tài)調(diào)控抑制硫酸鹽還原菌的理論基礎(chǔ)研究 160
4.8.1 基質(zhì)競爭性抑制作用 160
4.8.2 反硝化中間產(chǎn)物抑制理論 162
4.8.3 反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部形成厭氧硫循環(huán)的觀點(diǎn) 163
4.8.4 電位控制觀點(diǎn) 164
4.9 生態(tài)調(diào)控硫酸鹽還原菌機(jī)理驗(yàn)證 164
4.9.1 DNB和SRB對基質(zhì)的競爭作用 164
4.9.2 反硝化中間產(chǎn)物抑制作用 165
4.9.3 自養(yǎng)硝酸鹽還原菌的氧化作用 169
4.10 反硝化細(xì)菌底物選擇作用——新理論的提出 171
4.10.1 同時(shí)反硝化和硫酸鹽還原功能菌株的分離和功能驗(yàn)證 171
4.10.2 反硝化細(xì)菌的系統(tǒng)發(fā)育分析及功能驗(yàn)證 177
4.10.3 反硝化細(xì)菌底物選擇作用理論的闡述 182
4.11 外加電子受體調(diào)控微生物群落功能理論的闡述 182
4.12 大慶七廠葡萄花油田采出水中微生物反硝化和硫酸鹽還原能力分析 183
4.12.1 微生物的反硝化作用機(jī)理及影響因素 183
4.12.2 油田采出水中微生物的硝酸鹽還原與硫酸鹽還原相對能力 184
4.13 污水系統(tǒng)硫化物抑制方案及其工藝節(jié)點(diǎn)硫化物控制策略 187
4.13.1 油田細(xì)菌控制方法和技術(shù)評價(jià) 187
4.13.2 油田回注水系統(tǒng)細(xì)菌控制技術(shù)優(yōu)化研究 188
4.13.3 硫酸鹽還原菌活性生態(tài)抑制適應(yīng)的投藥點(diǎn) 192
4.13.4 硫酸鹽還原菌活性生態(tài)抑制劑加藥方法和加藥原則 192
4.13.5 采油七廠葡三聯(lián)污水處理站硫化物控制方法和主要工藝段 193
第5章　葡萄花油田地面系統(tǒng)水質(zhì)特性及對現(xiàn)有工藝的影響
5.1 葡三聯(lián)污水系統(tǒng)各工藝節(jié)點(diǎn)硫化物化驗(yàn)分析 195
5.1.1 取樣點(diǎn)和取樣位置說明 195
5.1.2 葡三聯(lián)地面污水處理系統(tǒng)工藝段的常規(guī)水質(zhì)分析 195
5.1.3 葡三聯(lián)地面污水處理系統(tǒng)工藝段礦化度的分析 203
5.1.4 葡三聯(lián)地面污水處理系統(tǒng)硫元素及其碳組成分析 204
5.1.5 水質(zhì)波動(dòng)范圍 205
5.2 典型地面污水處理系統(tǒng)水質(zhì)組成以及污染物分析 206
5.2.1 從井口采出液到整個(gè)地面污水處理系統(tǒng)典型的工藝段到注入井的工藝段的水質(zhì)分析 206
5.2.2 葡三聯(lián)的污水組成成分分析 208
5.2.3 葡四聯(lián)污水工藝污水成分分析 253
5.3 典型的油田生產(chǎn)廢水污染物組成分析和對現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的影響評價(jià)以及改進(jìn)措施 284
5.3.1 洗井水的成分組成分析 284
5.3.2 不同摻混比例洗井水對現(xiàn)有污水站來水的油水分離、破乳能力以及石油類、懸浮物去除的影響 291
5.3.3 洗井水對現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的處理效果及方法和措施以及洗井水的處理工藝方法 296
5.3.4 注水管線沖洗水對污水站來水油水分離、破乳能力以及石油類、懸浮物去除的影響 303
5.3.5 注水管線沖洗水對現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的處理效果及方法和措施 307
第6章　葡萄花油田地面系統(tǒng)硫酸鹽還原菌的種類及分布特征
6.1 高通量測序在油田環(huán)境微生物群落分析中的應(yīng)用 309
6.2 微生物高通量測序的試驗(yàn)材料與方法 310
6.2.1 主要儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)材料 310
6.2.2 主要儀器和設(shè)備 310
6.2.3 油田油藏樣品和含油污水的DNA提取方法 311
6.2.4 高通量測序生物信息學(xué)的分析方法 312
6.3 葡三聯(lián)井口和地面系統(tǒng)的微生物群落組成 313
6.3.1 葡191-85井口的微生物群落組成分析 313
6.3.2 油崗來水的微生物群落組成分析 316
6.3.3 一沉出口的微生物群落組成分析 317
6.3.4 二沉出口的微生物群落組成分析 319
6.3.5 懸浮污泥出口的微生物群落組成分析 321
6.3.6 一濾出口的微生物群落組成分析 322
6.3.7 二濾出口的微生物群落組成分析 324
6.3.8 污水崗出口(去注) 的微生物群落組成分析 325
6.3.9 葡三聯(lián)地面污水處理系統(tǒng)硫酸鹽還原菌的來源與組成分析 327
6.4 葡四聯(lián)的污水處理系統(tǒng)的微生物群落解析 328
6.4.1 三聯(lián)來水的微生物群落組成分析 328
6.4.2 橫向流進(jìn)口的微生物群落組成分析 329
6.4.3 橫向流出口的微生物群落組成分析 331
6.4.4 一濾出口的微生物群落組成分析 333
6.4.5 二濾出口的微生物群落組成分析 335
6.4.6 葡四聯(lián)地面污水處理系統(tǒng)中的微生物群落組成分析 336
6.5 洗井水的微生物群落解析以及硫酸鹽還原菌的組成 337
6.6 葡509管道水微生物群落以及硫酸鹽還原菌的組成分析 339
6.7 關(guān)于硫酸鹽還原菌群落的變化、分布以及數(shù)量的討論 341
6.7.1 葡三聯(lián)的地面系統(tǒng)中硫酸鹽還原菌屬的數(shù)量和分布 343
6.7.2 葡四聯(lián)的地面系統(tǒng)中硫酸鹽還原菌屬的數(shù)量和分布 344
6.8 葡萄花油田地面系統(tǒng)微生物群落組成及硫酸鹽還原菌種類 345
第7章　油田硫化物的提取方法及其組成分析
7.1 含硫化物的水樣的采集方法 349
7.2 水中的硫化物提取方法 350
7.2.1 油水分離離心提取法硫化物提取 350
7.2.2 油水分離膜過濾硫化物提取 350
7.2.3 硫酸鋅固定法 352
7.3 硫化物的組成成分分析 353
7.3.1 離心后的懸浮物和硫化物(油中硫化物) 354
7.3.2 離心后的懸浮物和硫化物(水中硫化物) 358
7.3.3 液相中有機(jī)物硫的存在形式 361
7.4 水中硫化物的組成分析 368
第8章　硫化物收集池中硫化物氧化劑及其應(yīng)用效果研究
8.1 硫化物去除劑的主要成分組成 370
8.2 室內(nèi)試驗(yàn)的驗(yàn)證 370
8.2.1 硫化物收集池的取樣點(diǎn) 370
8.2.2 室內(nèi)氧化劑去除效果研究 371
8.2.3 室內(nèi)硫化物氧化劑結(jié)合工藝處理效果 372
8.3 氣浮除油以及收集池中硫化物去除試驗(yàn)(室內(nèi)評價(jià)) 374
8.4 硫化物氧化劑對硫化物收集池污水作用前后的物質(zhì)變化 376
8.4.1 氧化劑處理前的GC-MS圖譜分析 376
8.4.2 硫化物含油污水通過氧化劑氧化后的GC-MS圖譜 379
8.5 硫化物收集池污水中硫化物氧化劑現(xiàn)場試驗(yàn) 381
8.5.1 現(xiàn)場裝置需要的場地和電壓等 381
8.5.2 運(yùn)行方式 381
8.5.3 現(xiàn)場裝置擺放 382
8.5.4 現(xiàn)場反應(yīng)器運(yùn)行 382
8.6 現(xiàn)場試驗(yàn)去除效果分析 383
8.6.1 不加氧化劑的處理效果(連續(xù)流試驗(yàn)) 383
8.6.2 來水加入氧化劑10min后, 氣浮出水和含油中的硫化物變化情況 384
8.6.3 來水加入氧化劑20min后, 氣浮出水和含油中的硫化物變化情況 384
8.6.4 來水加入氧化劑30min后, 氣浮出水和含油中的硫化物變化情況 385
8.6.5 長時(shí)間作用下的氧化效果(藥劑提前加入), 氣浮出水和含油中的硫化物變化情況 385
8.7 固定作用時(shí)間下加藥濃度的優(yōu)化 386
8.7.1 試驗(yàn)的方案 386
8.7.2 氧化劑( 0.1mL/L) 作用30min后氣浮效果分析 386
8.7.3 氧化劑( 0.5mL/L) 作用30min后氣浮效果分析 387
8.7.4 氧化劑( 1mL/L) 作用30min后氣浮效果分析 387
8.7.5 氧化劑( 1.5m L/L) 作用30min后氣浮效果分析 388
8.7.6 氧化劑( 2mL/L) 作用30min后氣浮效果分析 388
第9章　硫化物生態(tài)抑制劑現(xiàn)場調(diào)控應(yīng)用研究
9.1 硫化物生態(tài)抑制劑的主要成分組成 390
9.2 室內(nèi)試驗(yàn)的配伍性試驗(yàn) 392
9.2.1 與殺菌劑母液的配伍性試驗(yàn) 392
9.2.2 與現(xiàn)場用的殺菌劑稀釋液的配伍性試驗(yàn) 393
9.3 與現(xiàn)有絮凝劑的配伍性試驗(yàn) 394
9.3.1 與絮凝劑母液的配伍性試驗(yàn) 394
9.3.2 與絮凝劑稀釋液的配伍性試驗(yàn) 395
9.4 現(xiàn)場殺菌劑和生態(tài)抑制劑的配伍性試驗(yàn) 396
9.5 生態(tài)抑制劑現(xiàn)場試驗(yàn)(單獨(dú)投加) +絮凝劑(單獨(dú)) (2015年的試驗(yàn)) 397
9.5.1 現(xiàn)場加藥和加藥方式 397
9.5.2 現(xiàn)場加藥試驗(yàn)效果分析 397
9.6 生態(tài)抑制劑現(xiàn)場試驗(yàn)(單獨(dú)投加) +絮凝劑(單獨(dú)) (2016年的試驗(yàn)) 401
9.6.1 硫酸鹽還原菌生態(tài)抑制現(xiàn)場試驗(yàn)藥劑的方案 401
9.6.2 現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測 401
9.7 生態(tài)抑制劑加入前后微生物群落的解析 407
9.7.1 高通量測序生物信息學(xué)的分析方法 407
9.7.2 未加藥、加廠家殺菌劑和生態(tài)抑制劑下對微生物群落變化的影響 408
9.8 現(xiàn)場生態(tài)抑制的總結(jié) 410
9.9 地面污水處理工藝生態(tài)抑制總結(jié) 411
9.9.1 對生態(tài)抑制機(jī)理研究的總結(jié) 411
9.9.2 現(xiàn)場生態(tài)抑制的總結(jié) 411
參考文獻(xiàn)