砂柱微生物堵塞过程及机理分析
微生物解堵技术简介及工艺流程(西安瑞捷)doc资料
一般不需要加入牺牲剂、除氧剂、阻垢剂等
诱导油流（油井作业）作用强，采出效率提高明显 预防无机垢和有机垢作用均较强，防蜡效率高
油藏适应性广泛，（疏松砂岩油藏、低渗透油藏、高矿化度油藏，特稠油藏）效果好
瑞捷生物活性解堵剂
一、公司及产品简介 二、室内性能评价 三、作用机理 四、工艺流程 五、现场应用案例
二、室内性能评价
5、改变岩石润湿性
RJ溶液作用不同时间岩石润湿角变化统计表
试片类型 时间(min)
0
石英石片 润湿角 (。) 92.57
5 6.34
300 2.13
1800 0
降低率 100%
RJ微生物活性溶液可以在很短的时间内改变石英试片表面的润湿性， 其润湿性由弱亲油变为强亲水，从而使岩石的油相渗透率增加，水相渗透 率减小，降低产出液的含水率。
• 目前已承担国家科技部、人事部、教育部、发改委等部门多个科技项目，发 表国际刊物、国际会议论文30余篇（SCI收录），申请国家发明专利11项，获 得授权2项。
• 获得了陕西省13115科技创新工程、陕西省科技厅重大科技产业项目工程、陕 西省教育厅重大科技项目专项基金的大力支持。
一、企业基本情况 一、公司及产品简介
RJ溶液作用前后毛管力变化结果
开始
润湿角 (。)
毛管力Pc(104)
30小时后
润湿角 (。)
毛管力Pc(104)
94.4
-0.17
0
0.2
RJ溶液作用后，对于水湿油藏可以增加水驱油毛管动力，对于油湿油 藏可以减少水驱油毛管阻力，大大增加了毛细管中剩余油的启动、聚集和 运移速度，可以更快地驱出毛细管中的剩余油。
微生物对沉积的作用
微生物对沉积的作用微生物，这些肉眼难以察觉的生命体，在许多重要且复杂的自然过程中都发挥着作用。
其中，他们对沉积的作用是极其复杂和多样的。
微生物不仅可以通过影响物质的物理和化学性质来改变沉积物的形成过程，还可以通过自身的生命活动来影响和改变沉积物的分布和特性。
微生物可以通过自身的代谢活动来改变沉积物的化学性质。
例如，某些微生物可以通过氧化硫化物或还原硝酸盐来产生酸性物质，从而改变沉积物的pH值。
这些化学变化不仅会影响沉积物的物理性质，还会影响其周围的生物群落，从而进一步影响沉积过程。
微生物在沉积物的形成过程中也发挥着重要作用。
例如，在河流和湖泊中，微生物可以通过影响泥沙的沉积来改变河床和湖底的结构。
微生物还可以通过产生生物聚合物来影响沉积物的聚集和沉淀过程。
这些生物聚合物可以促使颗粒物聚集在一起，形成更大的团块，从而影响沉积物的形成和分布。
微生物还可以通过影响有机质的分解和转化来影响沉积过程。
有机质是沉积物中的重要组成部分，它的分解和转化过程受到微生物的影响。
微生物可以通过分解有机质来释放出营养物质，这些营养物质可以被植物和其他生物利用。
微生物也可以通过转化有机质来影响其分解速度和方式，从而影响沉积物的形成和分布。
微生物对沉积的作用是极其复杂和多样的。
它们通过影响物质的物理和化学性质、参与有机质的分解和转化以及改变沉积物的形成过程等方式来影响和改变沉积物的形成和分布。
这些影响不仅对地球的生态系统有着重要的意义，也对人类的生产和生活产生着深远的影响。
因此，我们需要更加深入地研究和了解微生物对沉积的作用，以便更好地利用它们来改善我们的生产和生活。
随着微生物学和沉积学的快速发展，微生物席沉积学作为一门新兴的学科分支逐渐引起了科学界的广泛。
微生物席沉积学主要研究微生物与沉积环境之间的相互作用，为理解地球表层系统的形成和演变提供了新的视角。
本文将详细介绍微生物席沉积学的定义、研究对象、研究方法以及未来发展方向。
利用微生物的封堵作用提高原油采收率
度堵塞 ，利用 微生物的这一作用可以使注入水 。 始油区。这两个区域的剩余油都是提 高采收率 ； 的溶 解 平衡 ，这 么大 的注水 量显 然是 不 实际 进 入二次采油 过程 中没有被水所波及到的低渗 技 术的作用 目标 。微生物强化水驱就 是微生物 的。在实际油层条件 下，这 个作用是微 不足道 透 区去 驱油 来提 高采收 率 ，这 就是 微生 物的 在地 下的代谢产物 （ 有机酸 、溶剂 、气体等 ） 选择性封堵 （ ｃｏ ｉｌＳｌ ｔ ｅ ｌｇ ｉｇ 来作 用于 油、水和岩石 ，通过降低油水界面张 Ｍｉ ｂａ ｅ ｃ ｖ Ｐｕ ｇｎ ，： ｒ ｅｉ
提 高采收率技术已经广泛应用的假象 。而 实际 察 ，许多实验室研究都已经证实 了这些机理。
０ 量为７ ｋ 。通 常产生这 么 ０ｇ 使生产成本增加。但在三次采油过程 中 ，通过 剩余油以油珠或 油膜的形式附着在岩石孔隙空 饱和时 ，需要 的Ｃ ２
营养物质的注入刺激某些微生物在油 层中的生 间 ，继续注水 已不能采 出这部 分油。一般在注 多Ｃ０２ 需要 ５ ｋ 的０２ ２ ｋｇ ０ｇ ￣１０ 的Ｃ反应 ，０２ 在
施 。然而在 许多文献 中，微生物单井处理技术 ｊ 石润湿 性和 原油组分 、黏度 、界面张 力等性 质 ｊ 被作为提高采收率技术来 报道 ，这在 石油工业 ！ 变化 ，及岩 芯渗透率减少来证明这种机理 ，还
注聚井的堵塞及解堵问题分析
注聚井的堵塞及解堵问题分析注聚井是一种用于地下水资源开发的重要工程，它具有排水能力强、适用范围广、运行成本低等优点。
注聚井在使用过程中也会遇到堵塞问题，影响其正常运行。
本文将对注聚井的堵塞及解堵问题进行分析，以期为工程实践提供一定的参考。
一、注聚井堵塞的原因1、砂粒淤积地下水中的悬浮物质和氧化铁等杂质容易随着水流被注入注聚井中，长期积累形成固体淤积，使注聚井孔隙度减小，导致水能力下降，最终使得注聚井堵塞。
2、生物生长地下水中存在各种微生物和藻类，在条件适宜的情况下会迅速繁殖生长，在注聚井内形成生物膜，导致水孔被堵塞。
3、结垢水中存在的碳酸盐、硫酸盐等物质经过一定时间的沉淀混合形成结垢，堵塞注聚井水孔。
4、地下水中特殊物质地下水中可能存在一些特殊的硫化物、草酸盐等物质，这些物质如果经过一定时间的积聚，在注聚井内会形成结晶、凝结，导致注聚井堵塞。
5、注聚井材料问题注聚井内壁的涂层及管道材质的选择也会影响注聚井的堵塞情况。
如果选用的材料质量不合格、防腐效果不佳，易受腐蚀、磨损等因素影响，会导致堵塞。
6、操作不当对注聚井的日常维护不当，清洗频率过低、清洗工艺错误等均会引发注聚井堵塞。
以上这些因素都可能是导致注聚井堵塞的原因之一，尤其是在地下水的环境下，更容易造成注聚井的堵塞。
在注聚井的设计、施工及运行过程中，要充分考虑这些情况，采取相应的措施来预防堵塞的发生。
2、损害地下水质量堵塞的注聚井难以清洗和维护，使得地下水中的杂质、微生物等有机物质被滞留在注聚井内部，水质受到污染，大大降低了水资源的可利用性。
3、增加维护成本堵塞的注聚井需要更多的维护和清洗工作，增加了维护成本和人力物力资源的投入。
4、影响注聚井寿命长期的堵塞会导致注聚井内部材料的磨损和腐蚀，影响注聚井的使用寿命，增加了更换和维护的成本。
注聚井的堵塞问题对地下水资源的开发利用、水质和维护成本等方面都会产生一定的负面影响，因此及时解决注聚井堵塞问题，是非常重要的。
低渗透老油田堵塞成因分析及综合解堵技术
低渗透老油田堵塞成因分析及综合解堵技术随着油田开发的深入，越来越多的油田进入了老化期，其中绝大部分是低渗透油田。
低渗透油田在开发过程中，常常遇到因油水混合物中的杂质等原因，导致井筒、地层孔隙堵塞的问题。
油田的堵塞不仅会使产能下降，还会影响采油的经济效益，对此需要进行综合解堵技术的研究。
一、地层砂岩杂质堵塞地层砂岩中含有各种类型的杂质，例如黏土、石英、石英砂等。
沉积岩石中的结构和组成决定了它们的物理、化学和力学性质。
这些砂岩杂质在一定程度上会影响孔隙中油水分离，使油水分离不彻底，随着采油时间的增加，杂质堵塞的程度也会逐渐增加。
二、石蜡、沉积物等物质堵塞随着油井的生产，在油藏温度和压力环境下，会有石蜡和高密度沉积物的产生。
这些物质对地层孔隙进行了堵塞，特别是对于低渗透油田，堵塞的情况更加严重。
三、泥层堆积堵塞由于采油过程中，土壤中的泥层会被吸入地下水中，随着采油时间的增加，泥层会逐渐堆积在井下导致堵塞。
四、露天沉积层堵塞露天沉积层是地层的裸露部分，在刨开砂土后，露天沉积层就暴露在外。
由于露天沉积层没有粘结物，即便是微小的颗粒也会被随着水流进入井筒中影响产量。
一、化学解堵技术通过注入各种化学药品，如酸等，对地层进行处理，以达到解堵的效果。
化学解堵技术可以降低沉积物的沉积率，提高油井的产能，具有使用方便，效果比较显著等优点。
物理解堵技术主要是通过注入物理波，如超声波、激光波等，来破坏堵塞体，达到解堵的效果。
物理解堵技术适用于泥层、石蜡等物质的堵塞，具有良好的效果。
三、微生物解堵技术微生物解堵技术主要是注入一定的微生物菌群，通过微生物的代谢作用分解堵塞体达到解堵效果。
微生物解堵技术的适用范围广，效果稳定，可以对各种成分的沉积物进行解堵，具有良好的环保效果。
热解堵技术是通过加热井筒和地层来进行解堵的一种技术。
该技术可以使沉积物发生溶解、转化等反应，以达到解堵的效果。
热解堵技术通常适用于多种堵塞体，具有效果显著，优点明显等优点。
钻井液常见污染问题分析及处理措施
钻井液常见污染问题分析及处理措施【摘要】钻井液是钻井作业中至关重要的液体，但在使用过程中常常遭受各种污染。
本文从钻井液污染的来源、分类及影响、处理技术、预防措施和实践案例等方面进行了深入探讨。
钻井液的污染来源主要包括地层气体、地层水、钻井环境等，不同来源的污染对钻井液具有不同的危害。
钻井液的污染分类包括物理性污染、化学性污染和微生物性污染，这些污染会影响钻井作业的效率和安全性。
钻井液污染的处理技术有物理方法、化学方法和生物方法等，每种方法都有其独特的优缺点。
钻井液污染的预防措施主要包括选用合适的钻井液、严格的操作规程等。
最后通过实践案例，展示了钻井液污染处理的具体操作过程和效果。
加强钻井液污染管理是十分重要的，需要不断改进技术和加强监管。
【关键词】钻井液、污染问题、来源、分类、影响、处理技术、预防措施、实践案例、重要性、管理建议。
1. 引言1.1 钻井液常见污染问题分析及处理措施钻井液是钻井作业中必不可少的液体，它承担着冷却钻头、减小摩阻、防止井壁塌陷等重要功能。
在钻井过程中，钻井液很容易受到各种污染，导致钻井效果下降甚至出现事故。
钻井液常见的污染问题及处理措施显得尤为重要。
钻井液污染主要分为机械、化学、生物和放射性等四大类。
机械污染包括固体颗粒、砂石等颗粒物质的混入；化学污染主要是指有机物、无机盐类等化学物质的混入；生物污染主要是指细菌、藻类等微生物的生长和繁殖；放射性污染则是指含有放射性物质的混入。
钻井液污染会对钻井作业产生严重影响，如导致井眼不稳定、固井失效、设备损坏等后果。
为了解决钻井液污染问题，可以采用物理、化学、生物等多种处理技术，如过滤、沉淀、离子交换、生物降解等方法。
在实际钻井作业中，预防钻井液污染显得尤为重要。
可以通过加强设备维护、严格操作规程、定期检测等手段进行预防。
积极进行钻井液污染处理的实践案例也能为日后的钻井作业提供借鉴和经验。
钻井液常见污染问题分析及处理措施对于保障钻井作业的顺利进行具有重要意义，需要引起相关单位和个人的高度重视和关注。
聚合氯化铝堵塞管道的原理_概述及解释说明
聚合氯化铝堵塞管道的原理概述及解释说明1. 引言1.1 概述聚合氯化铝是一种常用的水处理剂，广泛应用于污水处理、饮用水净化等领域。
然而，使用聚合氯化铝可能会引发管道堵塞问题，给生产和运营带来困扰。
本文将深入研究聚合氯化铝堵塞管道的原理，概述其对管道及环境的影响，并提供解决该问题的方法与措施。
同时，通过实际案例分析与应用实践分享，总结经验和教训，并展望未来在这一领域的发展前景。
1.2 文章结构本文分为五个部分进行论述，以全面探讨聚合氯化铝堵塞管道的问题与解决方案。
第一部分为引言部分，旨在介绍文章内容及结构安排；接着第二部分详细阐述了聚合氯化铝堵塞管道的原理，包括聚合氯化铝的特性、其对管道造成的影响以及具体的堵塞机理解释。
第三部分从预防、清洗疏通技术、替代方案和优化设计建议等角度，探讨解决聚合氯化铝堵塞问题的方法与措施。
第四部分通过实际案例的分析与应用实践分享，提供不同场景下处理聚合氯化铝堵塞的经验和教训，并对效果进行分析。
最后，第五部分总结了研究结论，并展望了聚合氯化铝堵塞管道问题在未来的发展前景。
1.3 目的本文旨在全面了解聚合氯化铝堵塞管道的原理，并提供解决该问题的方法与措施。
通过案例分析和应用实践分享，总结经验教训，并展望未来该领域的发展前景。
希望本文能够为相关领域的从业人员提供参考和指导，促进对这一问题的深入研究和解决方案的创新。
2. 聚合氯化铝堵塞管道的原理2.1 聚合氯化铝的特性聚合氯化铝（PAC）是一种常用的絮凝剂，广泛应用于水处理、废水处理和污水处理等领域。
它具有以下特性：首先，聚合氯化铝是一种无色或浅黄色的液体，易于溶解在水中形成溶液。
其次，PAC具有较高的电荷密度和极性，能够与水中的各种离子相吸引，并导致震荡协同效应。
此外，聚合氯化铝在酸性环境下表现出最佳的絮凝效果，可以有效地去除悬浮物和颗粒物质。
2.2 聚合氯化铝对管道的影响尽管聚合氯化铝在水处理中起到了重要作用，但当使用过量或不适当时，它也可能导致管道堵塞。
普通快滤池运行常见故障分析
普通快滤池运行常见故障分析普通快滤池是原水通过滤池内的过滤介质如石英砂无烟煤等滤料以去除水中的悬浮物杂质使水澄清的过程。
快滤池在运行过程中容易出现各种问题，主要问题有：(1)滤层气阻：在滤池过滤过程中，有时候滤料中会集聚大量空气，特别是最上面的滤料层。
滤层中的气泡会增加过滤的阻力，减少过滤的水量。
在反冲洗的时候我跑还会随着水流带出，可以看到水面上有大量气泡冒出来，这是滤层开裂、水质变坏的原因。
这种现象就被称作滤层气阻。
气阻现象的原因是滤池进水带气、水中溶解的气体逸出以及“负水头”产生所引起。
滤层气阻会使水质恶化，滤料层开裂及产水量减少等危害。
气阻现象产生的原因及解决办法：1、滤层上部水深不够，因此滤料层内产生负水头现象，使水中溶解的气体析出。
此时应及时提高上部的水深。
对于设计者来说应尽量抬高出水口的高度，若出水口高于滤层的上表面，则可以避免出现负水头现象。
2、滤池运行周期过长，导滤层内部发生厌氧分解，产生气体。
此时应减少滤池的运行周期，一般控制在24小时左右，运行周期太长则可考虑增加过滤速度以缩短过滤周期。
3、空气进入滤层，滤池发生滤干。
若发生滤池滤干现象应在进水时排除滤料中的空气，可先用清水注满滤池，关紧出口阀门，再将滤料放入水中，让其自然下沉堆积到指定高度。
4、反冲洗塔内存水用完，空间进入滤层。
应及时检查反冲洗塔内的水位，保证足量。
(2)滤层结泥球：原因是长期反冲洗不干净，或是承托层及配水系统堵塞。
结泥球会使水质恶化。
处理方法：①适当调整冲洗强度和冲洗时间;②增设表面冲洗装置或用压缩空气辅助冲洗;③结泥严重时，进行人工翻砂清洗，应检查承托层及配水系统是否堵塞并及时处理;④将滤池反洗后，在砂面上保持20-30cm水深，每平方米池面约加o.3kg液氯或lkg漂白粉，浸泡12h，以破坏结泥球的有机物质。
(3)跑砂、漏砂：跑砂、漏砂会使水质差，滤料漏失。
原因是：①冲洗强度过大;②滤料级配不当;③冲洗水不均匀;④承托层移位。
压裂砂堵原因分析及预防措施
地 层 因索 、 压裂 液 因素 、 工程 因素 、 设计 因素 等 如何 有效避 免砂 堵的 产生 一直
效 的办 法是在 主压裂 中延 长低砂浓 度加 砂时 间， 降 低近井摩 阻 ， 消除多 裂缝 ， 主压 裂 能顺 利进行 。
建 筑 与 工 程
ｌ Ｉ Ｎ － ＂
压 裂 砂 堵 原 因分 析 及 预 防 措 施
曲立 平
（ 大 庆油 田有 限责 任公 司试 油 试采分 公 司试 油大 队 ）
［ 摘 要］ 砂堵 是造 成压 裂施 工失 败 的直接 原 因 ， 导致 砂堵 的 因素 较复杂 ， 主要 包括 地层 因素 、 压 裂 液 因素 、 工程 因 索 、 设计 因素 等 。 如 何有 效避 免 砂堵 的产 直 是压 裂设 计和施 工作 业中 非常棘手 的难 题 。 对于砂 堵 的主要 原因进 行分析 有 助于指导 设计 和施 工 ， 尽 量避 免砂 堵发生 。 砂 堵将 导致压 裂材 料 （ 压裂 液 、 支撑 剂 ｊ 的浪费 ， 同时产 生的 高压 对 设备 及管 线产生 不 同程度 的损 害 ， 更为 严重 的是导 致施 工失 败 ， 不能 产 生有效 的支撑 裂缝 ， 达 不 到改善 地层 渗流 状 况的 目的 ， 从 而直接 影响 到气井 的开 发。 因此 ， 有必 要对 砂堵原 因进 行剖 析 。 本 文通过 分析 Ｆ Ｘ ６ － Ｐ １ 井压 裂砂 堵 的原因 ， 探讨 了压 裂砂 堵 的原 因 ， 研 究 了深层 气井 压裂预 防砂 堵 的工 艺 通 过压 裂材 料优选 和 压裂 施工 工艺 优化 等技 术措 施 ， 提高 压裂 施 工成功 率 。 ［ 关键 词］ 压 裂 砂堵 原 因分 析 低密 功 能 陶粒
复合生物酶微生物降粘解堵技术应用分析
复合生物酶微生物降粘解堵技术应用分析摘要：针对部分油井原油物性差造成储层孔道堵塞、产量下降的问题，常规解堵措施对油井污染解堵效果不理想，为此开展了复合生物酶微生物降粘解堵技术试验，在不动管柱条件下，通过油套环空泵注复合生物酶微生物体系，溶解重质组份，降低原油粘度，恢复单井产能，为后续油井解堵技术应用推广提供技术支撑。
关键词：生物酶；微生物；有机堵塞1、前言A油田属于典型的“三低”油田，部分油井原油粘度高，含蜡量、含胶量高，在开发过程中因地层温度和压力变化造成重质组份析出，沉积堵塞孔道，导致产量下降。
常规措施对有机污染解堵效果不理想。
为此，开展复合生物酶微生物降粘解堵技术试验。
在不动管柱条件下，通过油套环空泵注复合生物酶微生物体系，溶解重质组份，降低原油粘度，恢复单井产能。
2、降粘解堵机理研究2.1 生物酶作用机理生物酶是将微生物代谢产物根据功能、用途复配后形成的用于提高原油采收率的生物制剂。
其主要作用机理如下：（1）生物酶制剂具有良好的乳化作用，加入地层后可迅速的降低岩石—油—水系统的界面张力,形成油一水乳状液。
（2）生物酶制剂作为一种水溶性增产产品,可以使储层岩石表面的润湿性从油湿向水湿转化,从而改变储层岩石的润湿状态,明显改变岩石润湿性,降低油—岩层间的界面张力,释放储层岩石颗粒表面碳氢化合物,清洁油岩,使原油易于从岩石表面剥离下来。
（3）油水界面张力降低,可对部分低渗透、特低渗透泥岩油藏,产生预防水锁水敏等水伤害的作用,减缓油层注水过程中的有机和无机结垢,降低原油携砂能力,减少流体与砂岩的摩擦,从而达到稳定油藏结构,提高保护油藏的效果。
（4）生物酶能够在油藏表层和岩石表面形成一层有效的活性分子膜结构(微生物代谢产生的活性聚合物),阻止沥青质、胶质、石蜡等重质组分沉积,并同蜡晶等有机成分发生催化作用,促进蜡晶的崎变,改变蜡晶形态,阻止蜡晶体进一步生长,从而有效地防止油藏重质沉积结垢的发生。
（5）生物酶制剂通过渗流作用进入微小孔道,将原油剥落降粘带出孔隙。
微生物水泥研究与应用进展
微生物水泥研究与应用进展钱春香;王欣;於孝牛【摘要】微生物诱导碳酸钙沉积（MICP），即利用微生物代谢活动中矿化行为，诱导形成碳酸钙沉淀，其具有特殊的胶结作用，可作为一种新颖的生物胶凝材料—微生物水泥。
本文从M IC P矿化机制、胶结机理以及微生物水泥在岩土工程中的应用等方面探讨了相应的最新进展，分析了目前存在的问题，并对微生物水泥的进一步研究提出了思路和建议。
%Microbiologically induced calcium carbonate precipitation(MICP) was a biological process of calcium carbonate precipitation resulting from bio‐mineralization during metabolic activities of micro‐organisms .Microbe cement ,a kind of novel biological cementitious material ,was developed due to the special cementation of calcium carbonate via microbe .Research and progress in recent years were discussed in detail from three aspects of mineralizationmechanisms ,cementation function and applica‐tions in geotechnical engineering of microbe cement .The problems existing at present were analyzed , and ways of thinking and suggestions for further research on microbe cement were put forward .【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】12页(P92-103)【关键词】MICP;微生物;灌浆;砂土【作者】钱春香;王欣;於孝牛【作者单位】东南大学材料科学与工程学院，南京211189; 东南大学绿色建材技术研究所，南京211189;东南大学材料科学与工程学院，南京211189; 东南大学绿色建材技术研究所，南京211189;东南大学材料科学与工程学院，南京211189; 东南大学绿色建材技术研究所，南京211189【正文语种】中文【中图分类】TU526随着城市人口的急剧增加，基础设施的相对不足逐渐成为不容忽视的社会问题。
压裂砂堵原因分析及其对策
压裂砂堵原因分析及其对策压裂砂堵就是在压裂施工中，当所需注入流体的压力超过了注入井筒管柱（油管或套管）、井口设备、泵注设备的压力限制，导致井筒或管柱沉砂，压裂施工提前结束。
压裂砂堵事故轻者可以导致延长油井作业时间，影响油井生产，重者可以造成卡管柱，甚至大修作业，另外砂堵后压裂液不能按照设计要求及时放喷，压裂液长时间滞留地层，造成对油层的伤害，影响压裂效果。
因此，压裂砂堵具有较大的危害，在压裂施工的全过程中，应主动采取措施，尽量减少压裂砂堵事故的发生。
一、砂堵原因分析造成压裂砂堵的原因是多方面的，直接原因表现为压裂液大量滤失、造缝不足，压裂液耐温、悬砂能力达不到设计要求，加砂过程中设备故障等都有可能造成压裂砂堵，下面结合本人工作实际，对造成压裂砂堵的原因逐个分析，并针对每个原因给出有效的对策。
1、压裂液大量滤失、造缝不足导致压裂砂堵地层渗透率较高，地层存在大的孔道，压裂缝连通不闭合的断层，压裂形成的主裂缝不发育，形成多条微裂缝等原因，都可能造成压裂液大量滤失，造缝不足，携砂液提前脱砂，导致压裂砂堵；另外，地层较致密，压裂层段比较薄等原因可以造成压裂造缝不足，携砂液不能把砂子携带入地层深部，砂子在井口附近堆积造成砂堵。
对策：对于油层渗透率较高，在地层中存在大孔道的压裂井，可以在压裂设计中采取加入降滤失剂或者加入粉陶，可以很好的起到降滤失的作用，根据文南油田的压裂经验，一般采用油溶性树脂做为降滤失剂，现场经验证明，油溶性树脂可以很好的封堵压裂形成的微裂缝和天然高渗透裂缝或孔道，可以很好的起到降滤失的作用，但是室内实验证明，使用油溶性树脂作为降滤失剂，压裂后对油层有一定的伤害，目前应用较多的是在前置液中加入适量的粉砂，一般采用粒径为0.15-0.225mm的粉陶作为降滤失剂，可以很好的达到封堵压裂形成的微裂缝和天然高渗透裂缝或者孔道，一方面可以减少压裂液的滤失，减少砂堵事故，另一方面还可以在施工结束后对地层形成有效支撑，实验表明0.15-0.225mm粉砂在69Mpa的闭合压力下，渗透率可以达到9.2um2，可以提高微裂缝的渗透率，不对地层形成二次伤害，延长压裂有效期。
渤海油田小筛管二次防砂井堵塞的动态分析及措施建议
108渤海油田开发以浅部疏松砂岩油藏为主，油藏埋深较浅、孔隙发育、渗透性好、储层岩石胶结强度弱，在油井生产过程中，极易出现因井周岩石遭到破坏造成的油井出砂。
目前广泛应用的机械防砂方式主要包括防砂筛管防砂及砾石充填防砂，但两种防砂方式均存在因筛管冲蚀破损造成油井出砂的井例，导致防砂失效，此类井在渤海油田低产低效井中占比26.7%[1]。
在对出砂井的改造中，渤海油田形成了多种防砂治理技术体系，包括：小筛管二次完井防砂、人工井壁化学防砂、筛管漏点卡封、大修后再完井等。
其中小筛管二次防砂的机理为在原防砂管内部下入一层小筛管，形成新的挡砂屏障。
该技术施工工序简单、工期短、费用低，因此被广泛应用于因筛管破损导致的出砂井的治理中。
筛管冲蚀破损一般是由于筛管堵塞形成的局部“热点”造成，因此二次完井后依然存在堵塞风险[2]；另外新下入的筛管使得入井流体的流动空间变小，也增加了油井堵塞的风险；在二次完井作业过程中的储层污染问题、关停井造成的近井储层速度敏感、应力敏感也在不同程度的影响油井产能。
因此小筛管二次完井后油井的堵塞问题依然较为普遍。
当前对油井堵塞的研究多基于初次完井，对二次完井后堵塞的研究较少。
为对渤海油田小筛管二次防砂井的生产进行指导，亟需对二次防砂完井堵塞进行研究。
1 小筛管二次完井堵塞机理认识目前防砂井筒堵塞主要包括非充填带分选桥架、砾石充填层桥架和筛管挡砂层内部桥架三种机制[3]。
地层流体裹挟大量的固相颗粒进入挡砂介质内，若部分固相颗粒侵入挡砂介质却不能顺利通过，则会滞留在挡砂层内，缩减挡砂介质过流能力，形成堵塞。
储层内产出的固相颗粒主要包括地层细粉砂、黏土泥质、钻完井过程中的固相污染物、原油中的胶质沥青质以及生产过程中形成的有机垢和无机垢。
其中的泥质颗粒具有黏附性，在未进行充填防砂的油井中在防砂筛管外表面胶结地层砂颗粒，在筛管表面形成泥饼，直接堵塞筛管外表面的过流通道；在充填防砂的井中，泥质颗粒进入挡砂介质内部遇水膨胀，使得砂桥更为牢固，堵塞更严重，因此砂泥岩地层的油井堵塞问渤海油田小筛管二次防砂井堵塞的动态分析及措施建议刘召1 刘国振1 崔宇1 丁鹏飞1 康鹏2 1. 中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300450 2. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300450 摘要：文章通过归纳分析多口小筛管二次防砂井堵塞动态规律，对堵塞源、堵塞机理及堵塞位置进行分析。
膜堵塞机理
膜堵塞机理膜过滤是一种广泛用于水处理、食品工业、生物制药和其他领域的分离技术。
然而，在使用过程中，膜堵塞是一个常见且关键的问题，它会降低膜的过滤效率，增加能耗和维护成本。
膜堵塞的机理主要包括以下几种类型：1.孔隙堵塞（Pore Blocking）：这种堵塞发生在颗粒物质直接堵塞膜的孔隙时。
根据颗粒与孔隙的大小关系，孔隙堵塞可以进一步细分为完全堵塞（颗粒直径大于孔径）和部分堵塞（颗粒直径小于孔径）。
2.内部堵塞（Internal Blocking）：当颗粒物质进入膜的孔隙内部并堵塞在内时发生。
这种堵塞影响膜的内部结构，降低其过滤效率。
3.蛋白质吸附（Protein Adsorption）：在生物制药或食品工业中，蛋白质可能会吸附在膜表面上，随时间逐渐导致堵塞。
这种吸附通常是由于蛋白质和膜材料之间的化学或物理相互作用。
4.生物堵塞（Biofouling）：在水处理和生物制药领域，微生物的生长也是导致膜堵塞的一个重要因素。
微生物可以在膜表面形成生物膜，影响膜的渗透性和选择性。
5.胶体堵塞（Colloidal Fouling）：胶体颗粒（如泥土、有机物）会在膜表面积聚，形成一层胶体层，从而导致膜的通透性下降。
6.缩放堵塞（Scaling）：在含有高浓度矿物质（如钙、镁、硅）的水处理过程中，这些矿物质可能在膜表面沉积，形成硬垢，进而导致堵塞。
为了应对膜堵塞，常见的策略包括定期清洗膜、使用预处理技术减少进入膜的颗粒和胶体物质、优化操作条件（如流速、压力、温度）以及选择更适合特定应用的膜材料。
理解和管理膜堵塞机理对于维持膜系统的高效运行和降低运营成本至关重要。
基于微生物成因的加固砂粒技术研究
基于微生物成因的加固砂粒技术研究砂粒是一种广泛使用的建筑材料，应用于房屋和基础工程中。
随着我们对建筑质量要求的提高，加固砂粒技术成为砂粒加固的首选方法。
据不同研究表明，有微生物成因的加固砂粒技术能够显著提高砂粒加固效果。
在本文中，我们将对微生物成因的加固砂粒技术进行讨论，从而更好地了解如何利用它来加固砂粒粒子。
首先，我们将介绍微生物成因的加固砂粒技术的原理，包括它的原理和作用机制。
其次，我们将讨论它在加固砂粒中的应用，包括它的优势和缺点，以及它的技术流程。
最后，我们将概述未来对微生物成因的加固砂粒技术的研究和发展。
微生物成因的加固砂粒技术是一种抵抗物理和化学变化的技术，它通过改变砂粒结构，使砂粒变得更紧密，从而增强它的强度和耐力。
它利用微生物产生的酶和胞外基质分解有机物，从而释放出的酸性物质将砂粒表面的硬结层和粘结剂分解，使砂粒和砂粒之间的键合变强，起到加固砂粒的作用。
微生物成因的加固砂粒技术具有一定的优势，其中最常见的就是它可以显著提高砂粒的稳定性与强度。
相比于其它方法，它不需要使用大量的能源，而且有效地利用了自然界中可用的微生物胞外基质，且有效地减少了空气中的有毒化学物质排放。
此外，它简单易行，不需要很多技术和设备，它的过程基本是自动化的，只需要按照设定的标准进行操作即可。
尽管微生物成因的加固砂粒技术有许多优势，但它也存在一定的局限性。
首先，由于在加固砂粒过程中需要使用微生物，因此它需要相对恒温、潮湿的环境条件，而且过程会有一定的时间延迟。
其次，由于微生物生长速度受外界条件影响较大，因此在加固砂粒过程中会有一定的不确定因素，从而影响加固砂粒的效果。
未来，在研究微生物成因的加固砂粒技术方面，我们需要进一步研究砂粒加固期间微生物的生存状况、在砂粒加固过程中微生物的作用机制及影响规律。
此外，需要不断完善加固砂粒技术，加大对加固药剂的开发研究，以增加砂粒加固稳定性和提高其加固效果。
最后，可以研究如何通过改变外界条件来控制微生物对砂粒粒子的影响，以确保加固砂粒的准确性及精确性。
微生物固诱导碳酸钙沉淀作用机理及其影响因素
微生物固诱导碳酸钙沉淀作用机理及其影响因素摘要：MICP（microbial induced calcite precipitation）即微生物诱导碳酸钙沉淀，是一种多采用巴氏芽孢杆菌和巴氏芽孢八叠球菌进行生物化学反应的新型环保的岩土工程固化砂土技术。
其作用机理简单、固化快速高效而引起广泛地关注。
MICP固化是一个涉及岩土、生物、化学等多学科的复杂的过程，复杂的过程决定了影响因素有很多。
关键词：微生物诱导碳酸钙沉淀；微生物种类；水解机理；影响因素中图分类号：T 文献标识码：A 文章编号：Mechanism and influencing factors of microbial induced calcite precipitationZeng Weihua(1、******************，Foshan City, Guangdong Province，528000)Abstract: MICP (microbial induced calcium carbonate precipitation) is a new environment-friendly geotechnical engineering sand solidification technology, which uses Bacillus pasteuricus andBacillus pasteuricus octacina for biochemical reaction. Its simple mechanism, rapid and efficient solidification have attracted widespread attention. MICP solidification is a complex process involving geotechnical, biological, chemical, and other disciplines, and the complex process determines that there are many influencing factors.Key words: Microorganism induced calcium carbonate precipitation; Microbial species; Hydrolysis mechanism; Influence factor0 引言MICP（microbial induced calcite precipitation）即微生物诱导碳酸钙沉淀，是指微生物在新陈代谢的过程中，产生一种脲酶，会使环境中的可溶性无机碳浓度和pH值提高，迅速将尿素分解成铵根离子（NH4+）和碳酸根离子（CO32-）；微生物特殊的细胞壁结构使得其表面带负电荷，细菌依附在颗粒上，当孔隙中含有一定含量的Ca2+时，Ca2+会被颗粒上的细菌所吸附，Ca2+和CO32-在细菌周围发生反应生成CaCO3沉淀[1]。
悬浊液在饱水砂柱的渗透及物理堵塞特性研究
供水箱 导水管
进水口
有机玻璃柱
出水口 烧杯
图 1 试验装置示意图 件对其扰动。取得粘土后将其融入自来水中，并 通过真空抽滤装置，提取 0.45 滋m 过滤膜上的物 质作为悬浮颗粒物，烘干后，称其质量并配置不 同浓度的悬浊液。
本实验中饱和砂柱是由级配良好的标准砂制 成 ， 采 用 厦 门 艾 思 欧 标 准 砂 有 限 公 司 按 照 GB/ T17671-1999 规定生产的标准砂将其压实于自制 有机玻璃中，注水直到试样装置处于饱水状态。 如下图 2 所示。
箱、导水管、烧杯组成。有机玻璃高度为 20 cm， 内径为 14 cm，试验装置如图 1 所示。 1.2 试验材料
悬浮物是指悬浮在水中的固体物质，其颗粒
况下悬浮物的沉降速度，考虑浓度、外界因素对 悬浮物的影响；Cuthbertson 等[4]分析了在同等水动 力条件下将粘土与沙粘土泥沙悬浊液的絮凝沉降
悬浮物堵塞的现象是因为悬浊液中的悬浮物在 砂柱的释放迁移引起，其特征主要可以由砂柱的渗 透系数的变化来表征，为了明确堵塞程度，可利用 介质（砂柱）的渗透系数 K 依据达西定律进行计算， 详见（员）式，可获得不同时刻的砂柱渗透系数值。
= 驻
（员）
式中：
Q 为流量，cm猿辕s；L 饱和试样的长度，m；驻 h
（DEVELOPMENT GUIDE TO BUILDING MATERIALS）
试验研究
悬浊液在饱水砂柱的渗透及物理堵塞特性研究 *
李凯帆 （武汉轻工大学多孔介质力学研究所 武汉 430023）
摘 要：利用不同浓度悬浊液在饱水砂柱的渗透规律，探究悬浊液对砂柱造成堵塞现象的原因。通过常水 头试验，配置三种不同浓度悬浊液研究悬浊液在饱水砂柱中的迁移释放规律以及物理堵塞。在 13.65 min、 18.98 min、8.23min 前，浓度一、浓度二、浓度三悬浊液渗透系数急剧下降，之后趋于零；在 13.65min、 9.64min、8.23min 后，浓度一（24.00g·L-1）、浓度二（18.60g·L-1）、浓度三（5.90g·L-1）悬浊液渗出液浓度 分别从 0.2992g·L-1、0.2758g·L-1、0.2346g·L-1 急剧下降到零；在饱水砂柱的渗出量累积达到 5 000ml 之 后，浓度一、浓度二、浓度三的渗出量速率趋于平缓，直到 300.60 min、268.60 min、227.24min 砂柱停 止渗出。表明悬浊液浓度越高，产生堵塞现象所耗时间越短，堵塞程度越明显。当悬浊液浓度越高，悬 浮颗粒与砂子结合越紧密，其粘聚力大于流速所引起的剪切力越快形成保护膜，阻止其悬浊液向下传 输，进而淤堵。 关键词：饱水砂柱；渗透；堵塞；悬浮物；浓度；常水头试验
微生物及水泥固化砂土的力学特性对比试验研究
Industrial Construction Vol.50,No.12,2020工业建筑㊀2020年第50卷第12期㊀15㊀微生物及水泥固化砂土的力学特性对比试验研究∗赵晓婉1,2㊀吕㊀进3㊀王梅花3㊀黄慕凡1,2㊀许鹏旭1,2㊀彭㊀劼1,2(1.河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京㊀210098;2.江苏省岩土工程技术工程研究中心(河海大学),南京㊀210098;3.南京市秦淮河河道管理处,南京㊀210001)㊀㊀摘㊀要:微生物诱导碳酸钙沉积(MICP )是近年来在土体加固领域的研究热点,但对MICP 技术加固砂土与传统水泥加固砂土力学特性的对比尚不充分㊂为进一步明确MICP 加固砂样和水泥砂浆试样的力学特性,分别制作了MICP 固化砂柱和水泥固化砂柱,并对试样进行试验对比㊂结果表明:碳酸钙含量为7.1%㊁10.4%的MICP 固化砂柱试样的无侧限抗压强度为对应水泥含量7.14%㊁10%的水泥固化砂柱试样的221%和117%,劈裂抗拉强度为对应水泥固化砂柱试样的609%和228%,即当碳酸钙与水泥含量相近时,MICP 固化砂柱试样的无侧限抗压强度㊁劈裂抗拉强度要高于水泥固化砂柱试样㊂㊀㊀关键词:碳酸钙沉积;微生物固化砂柱;水泥固化砂柱;强度㊀㊀DOI :10.13204/j.gyjzG20052521COMPARATIVE EXPERIMENTAL RESEARCH OF MECHANICAL PROPERTIES BETWEEN SANDCEMENTED BY MICROBIALLY INDUCED CARBONATE PRECIPITATION AND CEMENTZHAO Xiaowan 1,2㊀LYU Jin 3㊀WANG Meihua 3㊀HUANG Mufan 1,2㊀XU Pengxu 1,2㊀PENG Jie 1,2(1.Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;2.Jiangsu Research Center for Geotechnical Engineering Technology (Hohai University),Nanjing 210098,China;3.The Qinhuai River Management Office,Nanjing 210001,China)Abstract :MICP is a research hotspot in soil improvement in recent years.However,the mechanical properties ofsand cemented by MICP and conventional improvement with cement have not been sufficiently compared.To furtherclarify the mechanical properties of sand columns cemented by MICP and sand columns cemented with cement,sandcolumns comented by MICP or with cement were made,and the tests of unconfined compressive strength and splitting-tensile strength were performed.The test results showed that:the unconfined strength values of sand columns cemented by MICP with calcium carbonate contents of 7.1%and 10.4%were 221%and 117%of that cemented withcement of contents 7.14%and 10%,its splitting tensile strength were 609%and 228%of that cemented withcement.In a word,when the calcium carbonate content was as similar as the cement content,the unconfinedcompressive strength and splitting-tensile strength of sand columns cemented by MICP were higher than those of cement mortar.Keywords :microbially induced carbonate precipitation;sand column cemented by MICP;sand column camentedwith cement;strength∗国家自然科学基金项目(51578124)㊂第一作者:赵晓婉,女,1996年出生,硕士研究生㊂通信作者:彭劼,男,1971年出生,博士,教授,博士研究生导师,peng_jie@㊂收稿日期:2020-05-25㊀㊀地基处理是基础设施建设中最基础的环节㊂常见地基处理方法可分为机械处理法和化学注浆法[1],但普遍具有工期长㊁能耗大㊁费用高等不足,并且注浆所使用的一些灌浆材料(如酚醛树脂)具有一定潜在的使用风险[2]㊂在世界各国提倡绿色环保的背景下,微生物矿化岩土技术由于具有污染小㊁能耗低㊁环境友好性等特点,近年来得到了学术界的广泛关注㊂微生物诱导碳酸钙沉积(MICP),本质上是一种生物矿化[3]作用,即由生物的新陈代谢产物与体内外的物质反应生成矿物质的过程㊂Whiffin 等研究了影响细菌脲酶活性的环境因素,提出当反应环境pH 值范围在6~8.5时,细菌溶液脲酶活性最佳[4]㊂Cacchio 等在4,22,32ħ环境下进行试验,发现32ħ环境下生成碳酸钙晶体最多[5]㊂刘鹏等通过分析研究微生物的固土机理,认为MICP 固化试样16㊀工业建筑㊀2020年第50卷第12期的强度主要依靠MICP 过程中形成的碳酸钙,增强了相邻土颗粒之间的连接,增大了土体的刚度,使其在相同应变下可承担更高应力[6]㊂刘汉龙等通过进行MICP 胶结钙质砂的动三轴试验发现:MICP 胶结的钙质砂的动剪应力比和抵抗变形的能力得到了明显提高[7]㊂钱春香等总结归纳了微生物水泥在矿化机制㊁胶结机理方面的研究以及在岩土工程中的应用,提出目前MICP 技术仍未能满足实际环境的多样性和复杂性[8]㊂Paassen 等进行了现场灌浆加固砂土地基的试验,发现试验场地加固的不均匀性比较明显,碳酸钙含量为3.7%~23.5%[9-10]㊂刘璐等通过无侧限抗压试验㊁劈裂抗拉试验以及三轴试验研究了MICP 加固砂土的强度特性,研究结果表明加固砂土峰值强度50%处的切线模量随胶结液与试样体积的比值呈指数增长,与无侧限抗压强度和劈裂抗压强度的增长呈线性增加关系[11]㊂张越等利用MICP 技术针对某小区地下室漏水的情况进行了现场试验,试验结果表明MICP 技术应用于裂缝修复效果良好[12]㊂王亚奇等对比分析了MICP修补液与传统混凝土裂缝修补材料的修补效果,研究结果表明MICP 修补液修补后可达到基准混凝土力学性能的70%[13]㊂郑俊杰等基于固结排水三轴试验研究了微生物固化纤维加筋砂土的抗剪强度特性,研究结果表明碳酸钙晶体能有效沉积在纤维表面,提高其表面粗糙度,在一定程度上可以提高微生物固化砂土的抗剪强度[14]㊂由于MICP 加固试样的强度主要依靠MICP 过程中生成的碳酸钙的胶结作用,增强相邻土颗粒间的连接,与水泥的作用相似,因此对MICP 技术加固砂土与传统水泥加固砂土力学特性的对比进行研究具有一定的理论价值和工程意义㊂本研究针对该问题,利用巴氏生孢杆菌ATCC11859,对MICP 固化砂柱与水泥固化砂柱进行对比,对比不同配合比下的水泥固化砂柱试样与MICP 固化砂柱试样的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度,分析两者的应力-应变曲线,对MICP 诱导碳酸钙沉积加固砂样与水泥胶结砂样的强度特性进行对比研究㊂1㊀试验方法1.1㊀MICP 砂柱试验砂柱试验中砂为标准砂,表1为砂样相关参数,该试验用砂级配良好㊂砂柱试样模具为直径40mm㊁高120mm 的圆柱体容器㊂采用浸泡法对砂柱试样进行处理,胶结液由尿素和氯化钙组成,两者体积配比均为1ʒ1,浓度均为0.8mol /L㊂表1㊀砂样相关参数Table 1㊀Parameters of sand土粒相对密度G s 平均孔隙比e 孔隙率n 密度ρd /(g ㊃cm-3)不均匀系数C u 曲率系数C c 2.650.880.471.4258.751.09图1㊀MICP 砂柱胶结试验装置示意Fig.1㊀Schematic diagram of test devices for sand columnscemented by MICP㊀㊀MICP 砂柱试验装置如图1所示,由于绝大多数区域土的温度在10~25ħ内变化[15],因此分别在10,25ħ环境下进行试验㊂菌液在注入砂样之前测得其在600nm 波长处的吸光值OD 600=1.225,5min 电导率变化为0.72mS /cm㊂对反应完全的砂柱试样进行冲洗㊁烘干,测定其碳酸钙含量,并对脱模后的砂柱试样进行无侧限抗压试验和劈裂试验㊂1.2㊀水泥砂浆试验水泥砂浆试样制作水泥使用P ㊃O 42.5水泥,为更好地与MICP 固化砂样对比,试验用砂采用与MICP 砂柱试验相同的标准砂㊂水泥砂浆试样模具采用内径为40mm㊁高为120mm 的有机玻璃模具㊂将水泥和标准砂分别按照1ʒ3㊁1ʒ5㊁1ʒ7㊁1ʒ9㊁1ʒ11㊁1ʒ13的配合比加入15%的去离子水搅拌均匀后倒入模具中搅拌捣实,置于30ħ恒温箱中养护24h,待试样胶结固化成型后将试样浸入水中,继续置于30ħ的恒温箱中养护7d㊂养护完成后,对水泥砂浆试样进行无侧限抗压试验和劈裂试验㊂2㊀试验结果2.1㊀试块强度和碳酸钙含量砂柱经MICP 固化后脱模的砂样如图2a 所示㊂砂柱表面较为平滑,砂颗粒与碳酸钙胶结良好㊂砂柱顶部有一层厚约1~3mm 的白色碳酸钙,砂柱经无侧限抗压试验及劈裂试验后,破坏形态基本一致,都为劈裂破坏(图2b)㊂对反应完全的砂柱试样进行冲洗㊁烘干㊂对沉微生物及水泥固化砂土的力学特性对比试验研究 赵晓婉,等17㊀a 试验前;b 试验后㊂图2㊀MICP 砂柱试样试验前㊁后形态Fig.2㊀The shapes of sand columns cementedby MICP before and after tests淀物进行X 射线衍射(XRD)分析,其XRD 图谱如图3所示,沉淀物试样都在2θ为29.450ʎ处有明显的强峰,绝大部分沉淀为方解石㊂上述试验结果表明,MICP 固化砂柱过程中所生成的晶体类型绝大部分为方解石㊂图3㊀砂柱试样沉淀物XRD 分析结果Fig.3㊀XRD analysis of sediment in sand columns cemented by MICP电镜扫描显示:MICP 固化砂柱试样生成的碳酸钙多为片状和菱块状,如图4所示㊂在放大2600倍下可以看到砂土颗粒被片状碳酸钙晶体覆盖,片状的碳酸钙晶体直径约为10μm;在放大1.2万倍下可以看到砂土颗粒表面有直径为5μm 的菱形碳酸钙晶体,同时还有细小碎片晶体㊂a 放大2600倍;b 放大1.2万倍㊂图4㊀MICP 砂柱试样电镜扫描图Fig.4㊀SEM images of sand columns cemented by MICP水泥固化砂柱试样如图5a 所示:随着水泥用量的减少,试样颜色逐渐加深,孔隙逐渐增多,表面逐渐粗糙且有较多的蜂窝麻面㊂无侧限试验试样达到极限荷载(试样破坏)时,试样向侧面微微凸出,竖向裂缝较多,表面材料呈松散状态(图5b)㊂劈裂试样破坏时,没有呈现明显脆性破坏(图5c)㊂a 试验前;b 无侧限抗压试验破坏;c 劈裂试验破坏㊂图5㊀水泥固化柱试样试验前后形态Fig.5㊀The shapes of sand columns cemented with cementbefore and after tests表2为MICP 固化砂柱试样与水泥固化砂柱试样的无侧限抗压强度㊁劈裂抗拉强度以及碳酸钙生成量㊂从试验数据可以看出:当碳酸钙与水泥含量相近时,MICP 固化砂柱试样的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度均高于水泥固化砂柱试样,且MICP 固化砂柱试样的拉压比均大于水泥固化砂柱试样,即MICP 固化砂柱试样的延性优于水泥固化砂柱试样㊂表2㊀MICP 固化砂柱或水泥固化砂柱试样试验数据Table 2㊀Test data of strength for sand columnscemented by MICP or with cement试验组无侧限抗压强度/MPa 劈裂抗拉强度/MPa 碳酸钙或水泥含量/%拉压比MICP 固化砂柱(10ħ)3.510.677.101ʒ5MICP 固化砂柱(25ħ)6.100.9110.401ʒ7水泥固化砂柱(1ʒ13) 1.590.117.141ʒ14水泥固化砂柱(1ʒ11) 3.260.328.331ʒ10水泥固化砂柱(1ʒ9) 5.230.4010.001ʒ13水泥固化砂柱(1ʒ7)7.950.5512.501ʒ14水泥固化砂柱(1ʒ5)19.97 2.1716.661ʒ9水泥固化砂柱(1ʒ3)30.882.5925.001ʒ12㊀㊀由于微生物诱导生成碳酸钙的过程受多种因素的影响,不同温度㊁菌种㊁氮源㊁pH 值㊁灌浆方式等因素都会影响MICP 固化砂柱试样的碳酸钙生成量和强度,通过查阅文献资料可知:MICP 固化砂柱试验的碳酸钙生成量多在3%~20%[16-18],无侧限抗压强度最高可达55MPa [19],但大多处于0.3~30MPa的区间内[20-22]㊂而工程中水泥砂浆常规配比多为1ʒ1.5~1ʒ10[23-25],工程中水泥砂浆最低强度等级M5的配合比约为1ʒ5.23,此时水泥含量为16.1%,高于大多数情况下的MICP 固化砂柱试验的碳酸钙生成量,此时MICP 固化砂柱试样的强度要低于水泥砂浆的强度㊂但硅酸盐水泥生产过程中能源消耗占全国总能源的40%,温室气体排放量可达全国排放总量的20%[26],并不是一种可持续性建筑材料,不利于城市生态文明建设㊂张海丽等分析总结了MICP 技术与传统水泥固化相比,具有高效㊁18㊀工业建筑㊀2020年第50卷第12期环保㊁经济的突出优点[27]㊂2.2㊀应力-应变关系选取碳酸钙与水泥含量相近的MICP 固化砂柱试样与配合比为1ʒ9㊁1ʒ11㊁1ʒ13的水泥固化砂柱试样进行对比㊂无侧限抗压试验得到的应力-应变曲线如图6所示,整个过程大致分为压实压密㊁弹性变形㊁破坏三个阶段㊂MICP 固化砂柱试样的应力-应变曲线破坏时曲线呈陡崖式垂直下降,整个曲线形状为三角形㊂而水泥固化砂柱试样在应力增长达到峰值后曲线缓慢下降,整个曲线呈近似对称性图形㊂从图6还可以看出:当碳酸钙与水泥含量相近时,MICP 固化砂柱试样破坏时的峰值应力和应变均大于水泥固化砂柱试样㊂--Ң--MICP 固化砂柱(10ħ);--ˑ--MICP 固化砂柱(25ħ);Ң 水泥固化砂柱(1ʒ9); ʏ 水泥固化砂柱(1ʒ11);Ә 水泥固化砂柱(1ʒ13)㊂图6㊀无侧限抗压试验应力-应变曲线Fig.6㊀Stress-strain curves by unconfined compression testsMICP 固化砂柱试样和水泥固化砂柱试样劈裂试验所得到的应力-应变曲线如图7所示,可知:整个过程大致分为压实压密㊁弹性变形㊁破坏三个阶段;试样破坏形态为劈裂破坏,由于砂柱受压面积在破坏时增大,因此应力-应变曲线在后期呈水平发展并缓慢上升;MICP 固化砂柱试样的劈裂抗拉强度高于水泥砂浆试样㊂--Ң--MICP 固化砂柱(10ħ);--ˑ--MICP 固化砂柱(25ħ);Ң 水泥固化砂柱(1ʒ9); ʏ 水泥固化砂柱(1ʒ11);Ә 水泥固化砂柱(1ʒ13)㊂图7㊀劈裂试验应力-应变曲线Fig.7㊀Stress-strain curves by splitting tests3㊀结束语对MICP 固化砂柱与水泥进行了对比试验,对比不同配合比的水泥固化砂柱试样与MICP 砂柱试样的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度,分析了两者的应力-应变曲线㊂得到的结论如下:1)当碳酸钙与水泥含量相近时,MICP 固化砂柱试样的无侧限抗压强度㊁劈裂抗拉强度要高于水泥固化砂柱试样,碳酸钙含量为7.1%㊁10.4%的MICP 固化砂柱试样的无侧限抗压强度为对应水泥含量为7.14%㊁10%的水泥固化砂柱试样的221%和117%,劈裂抗拉强度为对应水泥固化砂柱试样的609%和228%㊂但MICP 固化砂柱试样碳酸钙生成量基本在3%~20%,工程中水泥砂浆最低强度等级M5的配合比约为1ʒ5.23,此时水泥含量为16.1%,高于大多数情况下的MICP 砂柱试验的碳酸钙生成量,低于工程常规水泥砂浆的强度要求㊂2)MICP 固化砂柱试样的拉压比大于水泥固化砂柱试样,并且在碳酸钙与水泥含量相近时,MICP 固化砂柱试样破坏时的峰值应力及应变均大于水泥固化砂柱试样㊂参考文献[1]㊀SHUNPU L.Application of Advanced Grouting Reinforcement inDismantling Supports Roadway in Fully Mechanized Face [J ].Energy &Energy Conservation,2018,150(3):163-164.[2]㊀曹杰,郑建国,刘智,等.真空预压法处理软土地基的工程应用[J].岩土工程学报,2017,39(增刊2):124-127.[3]㊀SCHNEIDER M,ROMER M,TSCHUDIN M,et al.SustainableCement Production:Present and Future[J].Cement and Concrete Research,2011,41(7):642-650.[4]㊀WHIFFIN V S,PAASSEN L A V,HARKES M P.MicrobialCarbonate Precipitation as a Soil Improvement Technique [J ].Geomicrobiology Journal,2007,24(5):417-423.[5]㊀CACCHIO P,ERCOLE C,CAPPUCCIO 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各层次之间的合理刚度配比是否影响整体刚度开展进一步研究㊂参考文献[1]㊀DISFANI M M,ARULRAJAH A,HAGHIGHI H,et al.FlexuralBeam Fatigue Strength Evaluation of Crushed Brick as a Supplementary Material in Cement Stabilized Recycled Concrete Aggregates[J].Construction and Building Materials,2014,68: 667-676.[2]㊀CHOI W C,YUN H pressive Behavior of ReinforcedConcrete Columns with Recycled Aggregate Under Uniaxial Loading[J].Engineering Structures,2012,41:285-293. 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水利学报SHUILI XUEBAO 2014年6月文章编号：0559-9350（2014）06-0749-07收稿日期：2013-11-12基金项目：国家自然科学基金资助项目（41172209）；“十二五”国家科技计划课题（2012BAB12B03）；国家公益性行业科技专项（201301090）作者简介：夏璐（1985-），山东淄博人，博士，主要从事水资源利用与水污染控制。
E-mail ：xialu5272@通讯作者：郑西来（1959-），河南洛阳人，教授，博士生导师，主要从事地下水污染过程与修复技术和水资源利用与保护。
E-mail ：zhxilai@第45卷第6期砂柱微生物堵塞过程及机理分析夏璐1，郑西来1，段玉环1，彭涛2（1.中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东青岛266100；2.建设综合勘察研究设计院有限公司，北京100007）摘要：采集青岛市大沽河下游潜水含水层的砂样为代表性含水介质，测定样品的组成和性质。
设计渗流试验，考察介质不同渗流段渗透性的动态变化。
利用PCR 和DGGE 技术鉴定了造成含水介质堵塞的微生物优势菌群，分析了不同渗流段微生物对营养物和氧的利用情况，探讨了含水介质微生物堵塞过程及机理。
研究结果表明，生物堵塞程度随着渗流距离的增加而减缓，含水介质的渗透性呈现明显的非均质性。
微生物经过短暂的适应期，快速进入生长、繁殖阶段，含水介质微生物堵塞迅速形成；造成含水介质微生物堵塞的优势菌群为甲基杆菌属（Methylobacterium ）、紫色杆菌属（Janthinobacterium ）、耶尔森菌属（Yersinia ）、葡萄球菌属（Staphylococcus ）、食酸菌属（Acidovorax ）。
其中，甲基杆菌属、紫色杆菌属、葡萄球菌属和食酸菌属均为产黏细菌（Myxobacterium ）；含水介质中存在微生物的繁衍、代谢等生命活动。
进水营养液为好氧微生物的生长、繁殖提供了充足的氧气，好氧细菌生长旺盛，并大量分泌胞外聚合物，导致进水段微生物堵塞程度最严重。
关键词：微生物堵塞；含水介质；PCR ；DGGE ；渗透系数中图分类号：X171文献识别码：A doi ：10.13243/ki.slxb.2014.06.0151研究背景随着水资源的日益紧缺，地下水作为重要的供水水源被过度开采，导致地面沉降、塌陷、地裂缝、咸水入侵等重大环境地质问题相继出现。
采用地下水人工回灌可提高水资源利用率，防止地下水枯竭，补充地下水源，从而缓解由地下水过度开采所造成的环境地质问题。
但在回灌过程中，补给水源中的微生物在含水层介质中附着、生长，并分泌大量的胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances ，EPS ）［1-2］。
EPS 在含水介质的孔隙中形成生物膜，导致含水层的渗透性大大降低［3-4］，从而严重影响着人工回灌的效率、维护成本以及设备的使用寿命［5］。
国内外一些学者致力于含水介质微生物堵塞的过程及成因研究。
Seki 等［6］和Thullner 等［7］认为，介质的生物堵塞是由微生物本身及其代谢产物（EPS ）的积累引起的。
Thullner 比较了分散微菌落和生物膜对介质渗透性的影响，发现微菌落对生物堵塞的影响更大［7］。
Philippe Vandevivere 等［8］的渗流试验表明，细菌胞外聚合物可以明显降低含水介质的渗透性。
黄修东等［9］采用砂柱模拟井灌过程的堵塞过程，认为砂柱内存在微生物的生长、繁殖过程。
Engesgaard 等［10］研究发现，生物堵塞过程分为3个阶段：（1）微生物在介质孔喉处生长，形成微菌落，导致水力传导系数下降；（2）溶质的扩散通量增加，突破曲线出现明显的拖尾现象；（3）生物堵塞发生，优势流通过大孔隙迁移。
随后，Enges⁃gaard 等［11］提出，阶段（1）对于溶质的运移行为没有明显的改变；阶段（2）在砂柱的进水端有微生物量的大量积累，导致水动力弥散系数降低；阶段（3）促使微菌落在砂柱内部生长，改变了溶质在固液相之间的质量传递方式。
总的来讲，现有的研究还没有深入地从分子生物学的角度鉴定造成堵塞的优势微生物菌群，并且对于堵塞过程中不同渗流段非均质性的研究也比较少。
本文采用渗流模拟试验，测定含水介质不同渗流段渗透性的动态变化。
采用Polymerase chain re⁃action （PCR ）和Denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE ）分子生物学技术鉴定了造成堵塞的微生物优势菌群，并分析了不同渗流段微生物对营养物和氧的利用情况，探讨了含水介质微生物堵塞过程及机理，该研究可为含水层生物堵塞的防治提供科学依据。
2材料与方法2.1试验装置与材料试验装置分为5部分：渗流柱、蠕动泵、进水槽、出水槽和测压板。
渗流柱由有机玻璃制成，高22cm ，内径5cm 。
距渗流柱底部进水口0、2、4、6、12、18cm 处分别设取样管，在另一侧同等高度处设测压管，与测压板相连接。
蠕动泵将进水槽中的营养液以恒定流速由底部进水口泵入，流经柱内含水介质后，从上部出水口排出。
由测压板可观测不同位置处的水位，某渗流段发生堵塞后将使该段含水介质渗透性降低，可以清晰地通过测压板水头变化进行判断（见图1）。
取青岛市大沽河下游潜水含水层砂样为代表性含水介质，样品的基本物理性质见表1。
砂样粒径分布曲线如图2所示，该砂样平均粒径D 50为0.539mm ，根据土粒径的分类，属于粗砂。
本文采用实验室配水的方法，在蒸馏水中分别加入葡萄糖、氯化铵（NH 4Cl ）、磷酸氢二钾（K 2HPO 4）作微生物生长的碳、氮和磷源，营养液基本水质参数见表2。
接种物取自大沽河下游贾疃坝河水及底泥的混合物。
取样后，将混合物充分曝气2h ，静置30min ，取上清液为渗流试验的接种水。
图1试验装置示意图表1砂样基本物理性质主要性质砂样平均粒径/mm 0.539有机质含量/%0.31天然含水率/%7.87容重/（g/cm 3）1.63比重2.65孔隙率/%38.5水质参数数值温度/℃20pH8.1溶解氧/（mg/L ）10.1COD Cr /（mg/L ）50总磷/（mg/L ）0.5总氮/（mg/L ）1.5细菌总数/（个/L ）＜100表2营养液基本水质参数注：表中总磷、总氮含量分别以P 、N 计。
图2供试砂样粒径分布曲线2.2试验方法2.2.1渗流试验将风干、均匀的砂样分层装入砂柱，每次称取一定质量的砂样，等容重将其压实，逐步完成装柱过程；用蠕动泵以1mL/min 流速从渗流柱底部缓慢通入灭菌自来水饱和砂柱；持续饱水24h ，以保证柱内没有气泡，计算渗流柱的初始渗透系数；待初始渗透系数稳定后，用蠕动泵以5mL/min 流速从底部泵入接种水，渗流6h ，关闭进、出水阀，保证菌种在含水介质上充分附着；打开蠕动泵，以5mL/min 泵入配制的营养液，开始渗流试验。
渗透系数由式（1）求得：k =4Q ⋅L πD 2⋅Δh（1）式中：Q 为渗流量，mL/s ；D 为渗流柱的内径，cm ；L 和Δh 分别为任意两测压管之间的距离和水头差，cm 。
2.2.2造成堵塞的主要微生物菌种鉴定（1）基因组总DNA 的提取。
渗流试验结束后，取0.25g 附着有微生物的砂样，采用苯酚抽提法［12］提取微生物基因组总DNA ，置于-20℃保存。
（2）基因组DNA 的PCR 扩增。
以纯化后的基因组DNA 为模板，采用特异性引物BA101F ：5′-TG⁃GCGGACGGGTGAGTAA-3′和BA534R ：5′-ATTACCGCGGCTGCTGG-3′［13］，前段引物加GC 发卡结构：5′-CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGGGCACGGGGGC-3′［14］，进行扩增。
PCR 反应采用touchdown 降落PCR 策略［15］。
（3）PCR 反应产物的DGGE 分析及克隆测序。
利用Bio-Rad 公司Dcode TM 的基因突变检测系统对PCR 反应产物进行分析。
电泳完毕后，用溴化乙锭对凝胶进行染色。
染色后，用凝胶成像分析系统分析，观察每个样品的电泳条带并拍照。
在紫外照射下，切胶回收目标条带，以回收DNA 为模板按原扩增条件再次扩增，所得PCR 产物克隆后送上海生工生物技术有限公司测序。
将所得序列提交到GeneBank 登记，并在GeneBank 数据库中用BLAST 进行检索和同源性比较。
2.2.3溶解氧和COD Cr 测定定期从渗流柱取样管取样，测定水中溶解氧和COD Cr 浓度，考察不同渗流段微生物对营养物和氧的利用情况。
溶解氧采用便携式溶解氧仪法，COD Cr 采用快速密闭催化消解法测定［16］。
3结果与讨论3.1含水介质非均质性研究在渗流柱内模拟生物堵塞的形成过程，连续测定进水段（0~6cm ）、中部（6~12cm ）、出水段（12~18cm ）的渗透系数，如图3所示。
由图3可知，在连续渗流216h 内，柱内不同渗流段的渗透系数均呈下降趋势。
其中，砂柱进水段（0~6cm ）渗透系数从0.16cm/s 降至0.03cm/s ，下降幅度为81.25%；中部（6~12cm ）渗透系数从0.17cm/s 降至0.06cm/s ，降幅为64.71%；出水段（12~18cm ）渗透系数从0.17cm/s 降至0.09cm/s ，降幅为47.06%。
由此可见，在渗流过程中，含水介质的生物堵塞程度随着渗透距离增加而减缓，含水介质的渗透性呈现明显的非均质性。
另外，从时间上看，在渗流试验初始阶段（0~24h ），含水介质的渗透系数下降缓慢；渗流从24h 到144h ，渗透系数的降低速率最大（降幅74.18%）；渗流从144h 到216h ，介质的渗透系数下降趋缓。
这主要因为通入营养液初期，微生物处于生长适应期，细胞体生长缓慢。
随着渗流时间的继续，微生物已适应环境的变化，且水中营养物质及含水介质孔隙中的氧气为微生物生长和繁殖提供了有利条件，使其进入对数生长期，微生物会大量分泌EPS ，促使微生物之间形成团聚体，并黏附于砂粒表面，从而堵塞孔隙通道，导致介质的渗透性快速降低。
渗流144h 后，生物集聚已使孔隙严重堵塞，渗流量明显降低，渗透系数下降趋缓。
由此表明，微生物经过短暂的适应期，快速进入生长、繁殖阶段，含水介质微生物堵塞迅速形成。
3.2生物堵塞机理分析3.2.1造成堵塞的微生物优势菌群渗流216h 后，砂柱进水段（0~6cm ）渗透系数降低为初始值的10%，认为已完全发生生物堵塞［17］。
拆除砂柱，提取砂样上的附着微生物DNA ，进行PCR 扩增，并对扩增产物进行DGGE 分析，结果如图4所示。