油田回注水系統(tǒng)硫酸鹽還原菌特征及其活性生態(tài)調(diào)控研究.pdf

1、大慶油田回注水系統(tǒng)中硫酸鹽還原菌（SRB）大量繁殖，產(chǎn)生的硫化物導(dǎo)致設(shè)備腐蝕、垮電場等，給油田生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的危害和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何有效地系統(tǒng)控制硫酸鹽還原菌的繁殖，減少其對(duì)油田生產(chǎn)帶來的危害，制定合理地控制方案，是油田生產(chǎn)亟待解決的問題。生態(tài)調(diào)控是以往生物抑制策略的延續(xù)和改進(jìn)，強(qiáng)調(diào)整體效能、系統(tǒng)健康和持續(xù)控制。筆者提出SRB菌活性的生態(tài)調(diào)控方法，改變了以往單純追求以殺滅SRB數(shù)量為目的的傳統(tǒng)思維模式，轉(zhuǎn)變以抑制SRB菌活性為目的研究

2、思路，是大慶油田系統(tǒng)控制SRB菌危害觀念的變革和方法的創(chuàng)新。針對(duì)硫酸鹽還原菌相關(guān)的理論和基礎(chǔ)性的研究，有利于填補(bǔ)和深入油田硫酸鹽還原菌研究領(lǐng)域的空白。
　　課題圍繞SRB菌活性的生態(tài)調(diào)控為主線，旨在開發(fā)出新型的綠色凈水劑—硫酸鹽還原菌生態(tài)抑菌劑和抑菌填料，提出對(duì)整個(gè)回注水系統(tǒng)的生態(tài)調(diào)控技術(shù)和策略。主要采用微生物分子生態(tài)學(xué)、微生物蛋白組學(xué)，環(huán)境工程，環(huán)境友好材料等學(xué)科的研究方法和手段，以應(yīng)用為主，注重理論研究，理論和實(shí)踐相結(jié)合解決油

3、田生產(chǎn)中的一些實(shí)際的問題。
　　研究發(fā)現(xiàn)油田污水反硝化能力與硫酸鹽還原能力的相對(duì)水平僅為0.038～0.38，其反硝化能力極弱；對(duì)兩個(gè)代表性的油田回注水系統(tǒng)，微生物群落空間演替的系統(tǒng)軌跡分析表明，大慶油田回注水系統(tǒng)中群落比較新穎；硫酸鹽還原菌種群及硫化物分布規(guī)律表明，硫酸鹽還原菌主要有11個(gè)屬、反硝化細(xì)菌有7個(gè)屬，有些細(xì)菌兼有硫酸鹽還原和反硝化能力，SRB菌分布于整個(gè)回注水工藝系統(tǒng)，在聯(lián)合站開始大量繁殖，其主要來源于回注水系統(tǒng)，硫

4、化物的分布規(guī)律與其相同。
　　微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)結(jié)合純培養(yǎng)技術(shù)及工藝特征研究發(fā)現(xiàn)，硫酸還原菌種群比較新穎，存在新種的可能性很大。傳統(tǒng)上認(rèn)為造成回注水系統(tǒng)的硫化物的產(chǎn)生和腐蝕是由δ-變形菌門的Desulfovibrio等組成，其只占種群極少的部分（<1％），油田回注水系統(tǒng)中SRB極少部分來源于地層油井采出液中，絕大部分是具有硫酸鹽還原功能的菌株，大量的SRB菌是在回注水系統(tǒng)中大量繁殖產(chǎn)生的。研究證實(shí)，造成嚴(yán)重危害的是具有硫酸鹽還原

5、功能的微生物。該發(fā)現(xiàn)有利于解釋系統(tǒng)硫化物的成因，為硫酸鹽還原菌活性生態(tài)調(diào)控提供理論上的依據(jù)。
　　將硫酸鹽還原菌分為：附著型SRB菌和非附型SRB菌。該發(fā)現(xiàn)重要的意義在于，控制回注水系統(tǒng)SRB繁殖以及由此帶來的危害，既要?dú)缌鲃?dòng)相中的SRB菌，同時(shí)也要?dú)绻鼙?、罐壁附著型SRB菌。
　　純培養(yǎng)技術(shù)分離到DesulfovibriodesulfuricansstrainF8，克隆獲得Dsr基因全序列長度為2740bp，序列包含三

6、個(gè)ORFs，即dsrA、dsrB、dsrD三個(gè)亞基，Aps基因的序列長度為2799bp，包含兩個(gè)ORFs，即apsB、apsA兩個(gè)亞基。分離獲得兩株新菌，大慶桿菌-MF（EnterobacterDaqingsp.nov.）以聚丙烯酰胺為唯一碳源，聚合物降解率為50.67%，保藏號(hào)為CGMCCNo.1910；大慶桿菌-WL（ClostridiumDaqingsp.nov.）聚合物降解率為52%，保藏號(hào)為CGMCCNo.1911。
　

7、　在國內(nèi)首次對(duì)附著型硫酸鹽還原菌進(jìn)行檢測研究，通過在管壁和罐壁上安裝改良后羅氏檢測裝置，與開發(fā)出非附型SRB檢測方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)附著型SRB菌定量檢測，同時(shí)證明附著型SRB大量存在；基于純培養(yǎng)技術(shù)開發(fā)出一整套“厭氧全過程的倍比稀釋純培養(yǎng)記數(shù)工藝”，檢測周期由14d縮短到3d；開發(fā)出基于特定基因的MPN法對(duì)SRB菌和DNB菌進(jìn)行定量檢測的方法，適合于應(yīng)用常規(guī)的PCR儀進(jìn)行擴(kuò)增，直接通過瓊脂糖電泳實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的定量檢測。該檢測方法的前提是開發(fā)一

8、種《直接用于PCR擴(kuò)增的“菌液制備”》的方法，不用提取DNA可以直接進(jìn)行PCR擴(kuò)增，針對(duì)SRB菌目標(biāo)基因開發(fā)出DSR-MPN-PCR法、APS-MPN-PCR法及16SrDNA-MPN-PCR法；反硝化細(xì)菌開發(fā)出16SrDNA-MPN-PCR法和nirS-MPN-PCR法，檢測周期需要3～4h，降低了檢測費(fèi)用，提高檢測精度約100倍。采用TaqMan-MGB、TaqMan-LNA型探針，建立新型硫酸鹽還原菌和反硝化細(xì)菌的DNA熒光定量P

9、CR檢測系統(tǒng)。根據(jù)硫酸鹽還原菌的16SrDNA序列、APS基因、DSR基因設(shè)計(jì)的特異性探針。反硝化細(xì)菌基于16SrDNA基因設(shè)計(jì)的熒光探針，檢測精度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，樣本DNA提取到熒光定量PCR最后獲得檢測結(jié)果僅需要6h。
　　采用納米/亞微米電氣石，制備出電氣石載納米氧化鋅、電氣石載銅、電氣石載鉬、電氣石載錳硫酸鹽還原菌無機(jī)抑菌粉劑，有效地抑制SRB菌的活性，提高ORP，不產(chǎn)生硫化物。開發(fā)出一種新型抑菌陶粒作為固定化填料，XPS

10、能譜主要成分分別為Si2p為11.17%，Mo3d為3.12%，Zn2p3為3.47%，Mn2p為2.86%，Cu2p為2.35%。陶粒的密度為1.4-3.5g/cm3，抗壓強(qiáng)度>5.2MPa，60h后ORP穩(wěn)定在6.1mV，陶粒的投加只是抑制SRB菌的活性，對(duì)反硝化細(xì)菌對(duì)NO3-的利用和COD去除基本上無影響。
　　生態(tài)調(diào)控的關(guān)鍵生態(tài)因子：隨S/N值的減小，反硝化抑制硫酸鹽還原的效果越明顯，并且反硝化完成后，硫酸鹽還原恢復(fù)階段硫

11、化物的產(chǎn)生速率也隨之減小。乙酸、乙醇和乳酸是適于DNB生長的碳源，乳酸同時(shí)適于SRB生長。COD含量影響抑制效果，隨COD的相對(duì)含量降低，DNB和SRB對(duì)基質(zhì)的競爭越激烈，抑制效果越好。鉬酸鹽能有效的抑制SRB的活性，鉬酸鹽和硝酸鹽協(xié)同作用效果明顯。
　　生態(tài)調(diào)控機(jī)理的驗(yàn)證和新理論的發(fā)現(xiàn)：驗(yàn)證存在三種調(diào)控機(jī)理，即DNB和SRB對(duì)基質(zhì)的競爭、反硝化中間產(chǎn)物的抑制作用和自養(yǎng)硝酸鹽還原菌的氧化作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證了一個(gè)新的理論—反硝化細(xì)

12、菌底物選擇作用，該理論定義為從生物本身而言，存在著同時(shí)反硝化和硫酸鹽還原細(xì)菌，該類菌群能同時(shí)和分別利用硫酸根和硝酸根，在不同的工藝條件下，不同的底物下，進(jìn)行著不同的代謝，該理論的提出可以有效地對(duì)其他理論進(jìn)行解釋。
　　生態(tài)調(diào)控以硝酸鹽為主進(jìn)行反硝化抑制，SO42-/NO3-比和碳源（COD）的調(diào)控是影響抑制效果最重要生態(tài)因子。SO42-/NO3-為1:1時(shí)，出水中未檢測到硫離子，抑制率近100％；氧化還原電位能夠反映出系統(tǒng)中反硝化

13、抑制硫酸鹽還原作用效果，氧化還原電位在-50mV～-150mV時(shí)，主要發(fā)生反硝化作用，氧化還原電位在-300mV～-400mV時(shí)，主要發(fā)生硫酸鹽還原反應(yīng)。采出水抑制后，硫化物濃度可由2.5mg/L降低至0.3mg/L以下。
　　研制出硫酸鹽還原菌生態(tài)抑菌劑，以硝酸鹽為主，同時(shí)含有一定量其它輔助成分，不使油田水的性質(zhì)發(fā)生改變，加藥成本為0.20元/m3污水。
　　連續(xù)流試驗(yàn)研究了生態(tài)抑菌劑和抑菌陶粒對(duì)常規(guī)采出水和含聚污水抑制率

14、達(dá)到100％，出水中未檢測到硫化物的存在。抑菌陶粒和抑菌劑聯(lián)合使用抑制SRB效果與單獨(dú)使用抑菌劑相比更加穩(wěn)定和持久，具體選擇的方式需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況而定。
　　油田回注水系統(tǒng)硫酸鹽還原菌生態(tài)調(diào)控，分為兩個(gè)層面，宏觀生態(tài)調(diào)控和微生態(tài)調(diào)控的整合，宏觀生態(tài)調(diào)控方法是全面監(jiān)測，清除系統(tǒng)內(nèi)的硫化物和處理系統(tǒng)內(nèi)附著細(xì)菌，然后進(jìn)行有效的控制和調(diào)控。微生態(tài)調(diào)控通過生態(tài)抑菌劑，調(diào)整系統(tǒng)中的微生物群落的功能和生態(tài)位，抑菌劑注入速度依據(jù)抑制劑母液濃度