油氣儲層中注入液流動的微生物控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在已用水淹沒過的含碳?xì)浠衔锏牡刭|(zhì)地層中構(gòu)建微生物塞的方法，該方法包括：a)將微生物接種體引入該地層中，所述微生物接種體的微生物：(i)孢子或處于休眠狀態(tài)；(ii)能夠形成孢子；(iii)可分解纖維素或者分解半纖維素的；(iv)是嗜熱菌、極度嗜熱菌或者超嗜熱菌；(v)不能利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?；以?vi)不是該含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層固有的；b)同時或者順序地將提供可以被步驟a)引入的微生物利用而不能被原住微生物利用的碳源的生長培養(yǎng)基引入到該地層中；c)將該接種體暴露于能使微生物在該建造的水通道內(nèi)進(jìn)入活性生長期的條件下；以及d)通過注入井將包含如步驟b)中限定的進(jìn)一步生長培養(yǎng)基的注入液引入該地層中；本發(fā)明還涉及維持這種塞的方法，可控地改變構(gòu)建的塞的位置和/或范圍的方法，以及涉及塞本身。
【專利說明】油氣儲層中注入液流動的微生物控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于形成降低或者防止液體在含碳?xì)浠衔锏牡刭|(zhì)地層中的流動的塞的方法。具體而言，本發(fā)明涉及控制在該地層中由生物活性所形成的塞的位置和范圍的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，在所討論的專業(yè)領(lǐng)域中，可以將液體向下注入到油氣儲層中，以增加從這種儲層開采尤其是原油(oil)的開采程度。將注入液從一個或多個注入井(injectionwell)向下泵入儲層中。該注入液將流過該儲層，遠(yuǎn)至一個或多個生產(chǎn)井。在其流向生產(chǎn)井之前，該注入液將形成推動疏水碳?xì)浠衔锾貏e是原油的親水正面。該注入液還有助于維持該地層中的壓力。該注入液將追隨流動阻力最小的路徑，后文中稱為流道。在專業(yè)領(lǐng)域中，這被稱作是“開槽”或者“指進(jìn)”。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用注入液會增加開采程度，但當(dāng)該液體前部到達(dá)生產(chǎn)井時，仍有大量原油留在儲層中。然后該井將伴隨著太多混在原油中的水生產(chǎn)，使得進(jìn)一步生產(chǎn)沒有收益。
[0003]在某種程度上，可以對注入液如何在儲層中流動進(jìn)行計算或者建模。例如，眾所周知，向注入水中加入有相對短的半衰期的低級放射性同位素作為追蹤物。在生產(chǎn)井中將能夠識別到來自同位素的放射。因此可以估計注入液從注入井穿過流道到達(dá)生產(chǎn)井所花費(fèi)的時間。可替換地，特定的化學(xué)物例如硝酸鹽，可以用作追蹤物。
[0004]在本領(lǐng)域中，注入液推動原油向前的能力被稱為注入液的波及系數(shù)。注入液在流道中將有這種波及系數(shù)，但在包圍該流道的區(qū)域中沒有。已知的是，如果在流道中形成塞，可以改善注入液的波及系數(shù)。該塞可以是部分滲透的，但流動阻力增加，以致注入液被迫繞塞流動而因此流進(jìn)儲層目前有最小流動阻力的那些部分。這樣，改善了注入液的波及系數(shù)。通過將形成凝膠的水溶性聚合物混入注入水中可以生成這種塞。該聚合物可以是合成的例如聚丙烯酰胺或者是生物的。例如，黃原膠被用作生物聚合物，并尤其在專利文獻(xiàn)US4716966、US4485020、US4947932 以及 GB2246586 中進(jìn)行了論述。專利文獻(xiàn) US5028344 論述了纖維素和改性纖維素的用途，而專利文件US5010954論述了瓜爾豆膠和羧甲基纖維素的用途。
[0005]將外源微生物加到儲層中在本領(lǐng)域中也是已知的。這被描述為是用于強(qiáng)化采油尤其是微生物強(qiáng)化采油的三代技術(shù)的一部分。其通過將微生物以及用于微生物的營養(yǎng)物混入注入液中實(shí)現(xiàn)。加入的微生物可以在原位形成生物膜。該微生物還可以在原位形成生物聚合物例如黃原膠。細(xì)胞、生物膜以及聚合物可以單獨(dú)地或者組合地形成塞。專利文獻(xiàn)US4799545教導(dǎo)了產(chǎn)孢耐鹽耐熱兼性厭氧細(xì)菌的用`途。將該細(xì)菌以孢子的形式加入到注入液中，并向下引入到儲層中。特別提到的地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)菌株非常適于該目的。其后，將蔗糖和多磷酸鹽作為營養(yǎng)物加入到注入液中，然后可想到的是，地衣芽孢桿菌，由于細(xì)胞生長發(fā)育以及形成的外聚合物，將在流道中生成塞。專利文獻(xiàn)US5174378公開了分離在儲層中天然存在的細(xì)菌。通過其分解選擇的表面活性劑的能力，進(jìn)一步分離這些細(xì)菌。饑餓時，該菌可以形成非常小的細(xì)胞，即所謂的超微細(xì)菌。人們認(rèn)為這種小細(xì)胞能更容易地滲入地層孔隙。將含表面活性劑的泡沫與該細(xì)菌一起注入。細(xì)菌恢復(fù)到它們的活動期，分解該表面活性劑并產(chǎn)生外聚合物，從而封堵該流道。專利文獻(xiàn)US4460043公開了首先將合適的細(xì)菌如明串珠菌(Leuconostoc sp.)加到儲層中。優(yōu)選地當(dāng)其處于良好生長狀態(tài)或指數(shù)生長狀態(tài)時將該細(xì)菌與能維持生長但不會刺激細(xì)菌產(chǎn)生外聚合物的適當(dāng)營養(yǎng)物一起加入。當(dāng)在流道內(nèi)的期望位置構(gòu)建細(xì)菌時，將蔗糖加入到注入液中。對于某些種類的細(xì)菌而言，蔗糖將擔(dān)當(dāng)促進(jìn)外聚合物生產(chǎn)的刺激物。還提出從注入井注入細(xì)菌以及從生產(chǎn)井注入蔗糖溶液。然后在儲層中兩種流相遇處將形成塞。這將提高對在流道中如何形成塞的控制程度。專利文獻(xiàn)US4558739公開了注入用于刺激流道中的內(nèi)源細(xì)菌生長以及形成的包含糖蜜、谷物麥芽糖以及麥芽的營養(yǎng)液，其本身就會增加流動阻力。另外，該內(nèi)源細(xì)菌將能夠形成外聚合物，這將有助于塞的形成。提出將注入停止1-10天，以提高營養(yǎng)供給的效果。該專利文獻(xiàn)還公開了用芽孢桿菌(Bacillus)和假單孢菌(Pseudomonas)的菌株來封堵流道。專利文獻(xiàn)US4475590公開了通過將氮和磷加入到注入水中來刺激含原油儲層中的內(nèi)源細(xì)菌。該細(xì)菌使用原油作為碳源，并且該細(xì)菌生成降低注入水和原油之間的表面張力的脂肪酸和脂肪醇。該細(xì)菌還可以生成外聚合物。作為合適的細(xì)菌種類的實(shí)例，提及的是假單孢菌屬、無色桿菌屬(Acromobacter)、節(jié)桿菌屬(Arthrobacter)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、弧菌屬(Vibrio)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、芽抱桿菌屬、微球菌屬(Micrococcus)以及梭菌屬(Clostridium)的細(xì)菌。專利文獻(xiàn)US4905761表明，人們還知道將細(xì)菌從注入井注入到儲層中可以引起儲層不希望的封堵。該專利文獻(xiàn)公開了，包含芽孢桿菌和梭菌種類的微生物制劑會生成表面活性劑如糖脂、脂蛋白、多糖-脂肪酸復(fù)合物、單甘油酯、雙甘油酯和中性脂質(zhì)以及溶劑如短鏈醇、酮以及酸的混合物。這種混合物有利于從儲層釋放原油以及通過該儲層運(yùn)輸原油。該專利文獻(xiàn)還公開了不動桿菌屬、節(jié)桿菌屬、念珠菌屬(Canida)、棒狀桿菌屬(Corynebacterium)、諾卡氏菌屬(Nocardia)、假單抱菌屬、紅球菌屬(Rhodococcus)以及球擬酵母屬(Toruloosis)種類的細(xì)菌能生成表面活性劑,而醋桿菌屬(Acetobacter)、節(jié)桿菌屬、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、棒狀桿菌屬、葡糖桿菌屬(Gluconobacter)、乳桿菌屬(Lactobacillus)、明串珠菌屬、片球菌屬(Pediococcus)、假單孢菌屬、反會桿菌屬(Ruminobacter)、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)、芽抱乳桿菌屬(Sporolactobacillus)、鏈球菌屬(Streptococcus)以及發(fā)酵單胞菌屬`(Zymomonas)種類的細(xì)菌能生成溶劑。
[0006]因此在本領(lǐng)域中，已知的是，通過向注入液中加入營養(yǎng)物來刺激內(nèi)源微生物在原位生成生物表面活性劑和溶劑以及生成生物聚合物以形成塞，來增加從儲層的原油采收率。當(dāng)供應(yīng)營養(yǎng)物，微生物原位增加它們的細(xì)胞體積時，也可以形成塞，并因此封堵儲層中的孔隙。通過將外源微生物，無論是以孢子的形式還是作為活性細(xì)胞，加入到注入液中也可以達(dá)到同樣的效果。
[0007]然而，已知的封堵系統(tǒng)是有相當(dāng)限制性的，并且沒有廣泛用在工業(yè)中。本
【發(fā)明者】試圖改進(jìn)現(xiàn)有的封堵技術(shù)。改進(jìn)可以包括經(jīng)濟(jì)效益，其包含原料成本以及從給定的在第二或第三采油階段的儲層的強(qiáng)化采油。如果塞是動態(tài)系統(tǒng)，能夠?qū)Ρ砻娴目刂戚斎胍约皟觾?nèi)環(huán)境中的變化都作出反應(yīng)，將是非常理想的。儲層環(huán)境中的變化可以包括環(huán)繞塞的液體流動的變化，例如被迫在水通道中環(huán)繞塞并進(jìn)入到相鄰的含原油區(qū)域的水可以清除那些區(qū)域的油，從而使塞能擴(kuò)大進(jìn)那些區(qū)域并迫使水進(jìn)一步從原來的水通道涌進(jìn)新的含原油區(qū)域。
[0008]在已構(gòu)建微生物塞后，可能需要改變?nèi)趦又械奈恢靡约叭谝粋€或多個注入井和一個或多個生產(chǎn)井之間的方向上的范圍。還可能需要改變?nèi)姆秶员惚仍鞯腊ǜ唷?br> [0009]還需要研制糖蜜和蔗糖的合適替代品，作為在儲層中的微生物的營養(yǎng)物。還需要研制還能增加注入水波及系數(shù)的粘性營養(yǎng)液。
[0010]本發(fā)明的目的是克服或最小化現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)中的至少一種，或者至少為現(xiàn)有技術(shù)提供一種有用的替代品。
[0011]通過在下面的說明書以及所附的權(quán)利要求書中陳述的特征可實(shí)現(xiàn)該目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本
【發(fā)明者】已發(fā)現(xiàn)，通過仔細(xì)選擇用在塞中的微生物以及供應(yīng)給它們的營養(yǎng)物和它們的引入方法，可以提供改進(jìn)的動態(tài)自控可控塞。
[0013]本發(fā)明發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是，可以通過增加或者減少營養(yǎng)有效性來控制微生物生長，以及可以在適合的抗微生物劑的幫助下滅活或者殺死微生物。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是，可以增加、減少或者完全停止含營養(yǎng)物和不含營養(yǎng)物的注入液的流量。本發(fā)明進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是，構(gòu)建的塞會將注入液引導(dǎo)到進(jìn)包圍構(gòu)建塞的流道的地質(zhì)地層中。
[0014]本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是，注入液比含石油(petiOleum)地質(zhì)地層冷。這就是說，注入液隨時間會將該地質(zhì)地層的至少一些部分從阻止微生物生長的溫度冷卻到微生物可以生長的溫度。如果注入液的量還`有流量都足夠時，這尤其適用。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是，可以將PH調(diào)節(jié)劑加入到注入液中。該調(diào)節(jié)劑可以是酸性的或者堿性的，并且該pH調(diào)節(jié)劑可以有緩沖能力。還利用的事實(shí)是，通過與儲層中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以用盡注入液中的PH調(diào)節(jié)劑，使得注入液中的PH值接近儲層的pH值。尤其是，如果停止了注入液流，該pH調(diào)節(jié)劑會擴(kuò)散出注入液，并進(jìn)入儲層的孔隙水中，其效果是PH調(diào)節(jié)劑被稀釋，且該注入液的pH值隨時間接近于該儲層的pH值。還利用的事實(shí)是，該注入液有或者可以有比儲層中的孔隙水低的鹽含量。這意味著，儲層中，至少儲層的一些部分中的鹽含量可以從阻止微生物生長的濃度降至微生物可以生長的鹽含量。
[0015]本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是，微生物可以產(chǎn)生代謝物，其在足夠的濃度時，對生物的生長有抑制作用。這種代謝物可以是外部代謝產(chǎn)物和/或次生代謝產(chǎn)物，這種代謝物的一個實(shí)例是乙醇。還利用的事實(shí)是，氣體例如CO2在某些濃度時對微生物生長有刺激作用。還利用的事實(shí)是，在高濃度的碳?xì)浠衔镉绕涫窃痛嬖诘臈l件下或者在被碳?xì)浠衔锔采w的底物上，許多微生物不能生長，但是當(dāng)碳?xì)浠衔餄舛冉档蜁r，它們可以在那生長。
[0016]本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是，熱纖梭菌(Clostridium thermocellum)在缺氧條件下可以使用纖維素作為碳源。熱纖梭菌有纖維體并且能將纖維素分解為纖維二糖和纖維糊精，以及能將半纖維素分解為木糖、木二糖以及其它戊糖(Barnard，D.etal., 2010, Extremophiles in biofuel synthesis, Environ.Tech.31, 871-888(do1:10.1080/09593331003710236)(生物燃料合成中的極端微生物))。與其它梭菌一樣，熱纖梭菌是產(chǎn)孢細(xì)菌。
[0017]在以下說明書中，控制過程指的是過程的目的在于作用于在含石油地質(zhì)地層中的微生物活性的任何一種過程。在沒有窮舉并且不限制本發(fā)明的情況下，控制過程包括:注入注入液；調(diào)節(jié)注入液的量和流量；向注入液中加入鹽、營養(yǎng)物、pH調(diào)節(jié)劑或者抗微生物劑至預(yù)計的水平；在注入液的幫助下調(diào)節(jié)地質(zhì)地層的溫度；誘導(dǎo)表面微生物建群；誘導(dǎo)微生物活性或者生長增加；誘導(dǎo)產(chǎn)孢微生物產(chǎn)孢；誘導(dǎo)滅活或者細(xì)胞死亡；以及誘導(dǎo)包含生物膜的外源代謝產(chǎn)物或者微生物的外源微生物抑制劑的生產(chǎn)。
[0018]在以下說明書中，在不限制本發(fā)明的情況下，微生物活性指的是以下活性中的至少一種:有氧呼吸、無氧呼吸、表面建群、生長、細(xì)胞分裂、孢子形成、新陳代謝、內(nèi)源初級代謝產(chǎn)物以及外源初級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生、內(nèi)源次生代謝產(chǎn)物以及外源次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生、滅活以及細(xì)胞死亡。通過上下文，正在論述哪種活動，是明確的。
[0019]在以下說明書中，微生物指的是真核細(xì)菌、古細(xì)菌以及真菌。通過上下文，正在論述哪種生物將是顯而易見的。優(yōu)選細(xì)菌和古細(xì)菌。
[0020]在權(quán)利要求書中限定了優(yōu)選的微生物性質(zhì)。另外，微生物優(yōu)選為兼性厭氧菌并且優(yōu)選作為單一培養(yǎng)物存在。雖然優(yōu)選微生物在與正常儲層條件不同但方便由注入液應(yīng)用的pH下生長旺盛,但微生物(本文中的微生物(microbe)與微生物(microorganism)同義使用)一般與PH和鹽度等儲層條件相容。優(yōu)選地，該微生物生成抑制微生物生長的分泌產(chǎn)物，如乙醇。當(dāng)微生物不能使用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚磿r，優(yōu)選地它們可以耐原油，或者更優(yōu)選地，原油不能抑制其生長。優(yōu)選地該微生物可以在高密度下生長，并且有內(nèi)聚力，這意味著塞不需要強(qiáng)生物膜也能耐壓。在例如由向儲層注入而引起的低溫、饑餓以及高濁度下中的一種或多種情況下，該微生物優(yōu)選以孢子的形式存在。
[0021]本
【發(fā)明者】使用一套新選擇標(biāo)準(zhǔn)來鑒定適合的微生物。特別是，人們發(fā)現(xiàn)，通過選擇那些能降解復(fù)合糖的品種(例如，使用這種底物作為碳源)，可以發(fā)現(xiàn)適合的候選微生物，并且其可以在三角洲中天然存在。同樣，因?yàn)檫@一組代表用于本發(fā)明方法中的微生物的優(yōu)選種類?；蛘邌为?dú)地或者組合，在選擇過程中還可考慮親熱性、氧氣要求、耐PH性、降解碳?xì)浠衔锏哪芰蛯μ細(xì)浠衔锏哪褪苄裕约坝绊懶菝吆彤a(chǎn)孢的因素。
[0022]優(yōu)選地該微生物是分解纖維素`的和/或分解半纖維素的。事實(shí)上，大部分的分解纖維素的生物也是分解半纖維素的。這類生物能利用纖維素或者半纖維素作為唯一碳源。實(shí)際上，它們也可以使用其它的碳源，尤其是這些復(fù)合多糖如可溶性二糖(纖維二糖)的衍生物和降解產(chǎn)物。
[0023]本發(fā)明優(yōu)選的微生物包括熱纖梭菌和解纖維嗜酸菌(Acidothermuscellulolyticus)。不同的儲層有不同的溫度，可相應(yīng)地選擇微生物。與熱纖梭菌比，解纖維嗜酸菌在更高的溫度下生長旺盛，因些其更適合更熱的儲層。
[0024]在以下說明書中，注入液指的是，通過注入井供應(yīng)到地質(zhì)地層的注入的淡水或者注入的鹽水。鹽水可以包括其中加入了鹽的淡水、海水和淡水的混合物、天然咸水以及未稀釋的海水?？梢詫ψ⑷胍哼M(jìn)行脫氣、補(bǔ)充抗微生物劑或者暴露于輻射下來降低注入液中的微生物的數(shù)量。優(yōu)選地該注入液比鹽水的含鹽少，更優(yōu)選地鹽度是3.5-6%。
[0025]在以下說明書中，營養(yǎng)液或生長培養(yǎng)基指的是，已補(bǔ)充微生物營養(yǎng)物的注入溶液。作為碳源或者能源，該營養(yǎng)物可以，例如，包含纖維素、半纖維素、纖維素和半纖維素的衍生物、淀粉、其它多糖、寡糖、二糖和單糖、這些糖的混合物以及含這些糖的營養(yǎng)物。優(yōu)選碳源是可溶性的。優(yōu)選生長培養(yǎng)基包含選自纖維素、半纖維素、羧甲基纖維素、纖維二糖、木糖、木二糖以及木聚糖的碳源。特別優(yōu)選纖維二糖。蔗糖和葡萄糖一般不適合。
[0026]該營養(yǎng)液還可以包含一種或多種合適的氮源、磷源、鉀源以及微量元素源，如同在本領(lǐng)域已知的。營養(yǎng)液是微生物的促生長溶液。在實(shí)施例中描述了生長培養(yǎng)基的合適成分，包括鹽和礦物質(zhì)，尤其是在代表了合適生長培養(yǎng)基的Freier培養(yǎng)基中。通常，在地面上將該生長培養(yǎng)基與注入水混合，并且在注入儲層前優(yōu)化鹽度和PH等。
[0027]在一方面，本發(fā)明提供了在已被水淹沒的含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層中構(gòu)建微生物塞的方法，該方法包括:
[0028]a)將微生物接種體引入該地層中，微生物接種體的微生物:
[0029](i)是孢子或者處于休眠狀態(tài)；
[0030](ii)能夠形成孢子；
[0031](iii)能分解纖維素或者分解半纖維素；
[0032](iv)是嗜熱菌、極度嗜熱菌或者超嗜熱菌；
[0033](V)不能利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?；以?br> [0034](vi)不是該含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層固有的；
[0035]b)同時或者順序地將提供可以被步驟a)引入的微生物利用而不能被原住微生物利用的碳源的生長培養(yǎng)基引入到該地層中；
[0036]c)將該接種體暴露于能使微生物在該地質(zhì)地層中的水通道內(nèi)進(jìn)入活性生長期的條件下；以及
[0037]d)通過注入井將包含步驟b)中限定的另外的生長培養(yǎng)基的注入液引入該地層中。
[0038]“水通道”可以是穿過固體材料的空隙，類似于地下河。可替換地，水通道可以是離散固體層，其擔(dān)當(dāng)水相對于圍繞不同組分的固體區(qū)域流動的管道。因此，水通道可以是巖石或者砂質(zhì)材料的可滲透層。
[0039]優(yōu)選地，該接種體為孢子形式。通過饑餓微生物，可以很方便地引起休眠狀態(tài)。在不愿被理論限制的情況下，似乎通過引入孢子狀態(tài)或者其他休眠狀態(tài)的接種體，它們更容易進(jìn)入到地層中，優(yōu)選地進(jìn)入地層內(nèi)的水通道中。優(yōu)選地將接種體與生長培養(yǎng)基一起沿注入井向下引入到地層中。然后將進(jìn)入地層的液體流動減少或者停止一段時間，以允許該接種體離開孢子狀態(tài)或者休眠狀態(tài)并開始生長。注入液的常規(guī)流量引起的混濁環(huán)境抑制生長。低“流動”或者“無流動”時期通常持續(xù)12-72小時，例如大約24小時，足以允許微生物進(jìn)入活性生長期。該活性生長期將由，例如，細(xì)胞分裂、增加的新陳代謝以及細(xì)胞大小的增加來定義。
[0040]一旦開始了活性細(xì)胞生長，微生物可以忍受增加的液體流動，而且，事實(shí)上，由于需要進(jìn)一步的營養(yǎng)，塞要完全發(fā)展需要液體流動。然后，來自注入井的連續(xù)液體流動優(yōu)選用于塞的生長及維持，從而幫助保持到塞的營養(yǎng)輸入和新陳代謝的所有抑制產(chǎn)物如乙醇的移除之間的平衡。該塞的主要目的是降低其生長的通道中的滲透性，然而，優(yōu)選地其仍是可部分滲透的，從而允許一些液體通過該塞。
[0041]優(yōu)選的地質(zhì)地層是在引入接種體前包含構(gòu)建的水通道的地質(zhì)地層。這可以通過生產(chǎn)井輸出中的高含水量很方便地確定。
[0042]另一方面，本發(fā)明提供了維持含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層中的微生物塞的方法，該塞包括微生物，該微生物:
[0043](i)能夠形成孢子；
[0044](?)能分解纖維素或者分解半纖維素；
[0045](iii)是嗜熱菌、極度嗜熱菌或者超嗜熱菌；
[0046](iv)不能利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?；以?br> [0047](V)不是該含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層固有的；
[0048]其中用通過一個或多個注入井注入到該地層中的且流向一個或多個生產(chǎn)井的液體淹沒該地層，該液體包含提供可以被該塞中的微生物利用而不能被原住微生物利用的碳源的生長培養(yǎng)基。
[0049]之后描述了本發(fā)明的封堵系統(tǒng)如何可控地改變?nèi)?。通常，該方法將合并不需要改變?nèi)奈恢煤头秶募せ畈襟E的維持階段。然而這對監(jiān)控該塞以及其對儲層環(huán)境的影響仍然是有利的。這可通過監(jiān)控生產(chǎn)井的輸出，例如原油、水或輸出的其它化學(xué)成分，以及輸出率和輸出溫度，很方便地完成。由于輸出的組成或者其它性質(zhì)，可以調(diào)節(jié)注入液中的一種或多種成分的濃度或者注入液的一種或多種物理性質(zhì)。例如，可以改變流量，可以改變注入液的溫度。對成分濃度的調(diào)節(jié)包括，加入新的成分或者完全除去成分。通常，變化將是給微生物提供碳源的成分的量、其它需要的營養(yǎng)物的量、注入液的鹽度或者其pH。
[0050]如實(shí)施例中所證明的，本發(fā)明的塞的優(yōu)選特征是，它們是可除去的或者實(shí)質(zhì)上可除去的，例如通過切斷生長培養(yǎng)基的供給。這提供了比例如基于引入的聚合物或者微生物的分泌產(chǎn)物的靜態(tài)塞更大的靈活性。生物質(zhì)本身對根據(jù)本技術(shù)的封堵作用是極為重要的，并且這提供了能響應(yīng)儲層條件和/或外界控制刺激在原位變化的動態(tài)系統(tǒng)。
`[0051]在本發(fā)明的方法中pH是一種有用的工具。特別是，包含生長培養(yǎng)基的注入液的PH，優(yōu)選為在該pH下內(nèi)源微生物受到抑制而引入的微生物可以生長。
[0052]注入儲層的碳源為引入的形成塞的微生物的優(yōu)先生長提供相似的機(jī)會。本文中限定了生長培養(yǎng)基中的碳源，其不能被通常使用碳?xì)浠衔锘蚱咸烟腔蛘崽亲鳛樘荚吹脑∥⑸锖艽蟪潭鹊乩?，即其本身不能支持生長。
[0053]該塞作為地層中的動態(tài)系統(tǒng)存在幾周、幾個月或者甚至更長時間。該塞在包圍構(gòu)建塞的水通道的碳?xì)浠衔飬^(qū)域中產(chǎn)生變化。該塞接收優(yōu)選作為連續(xù)流提供的注入液中的營養(yǎng)物，其促進(jìn)生長。塞的生長受到周圍區(qū)域原油的限制，但因?yàn)樗紫壤萌拇嬖谝鸬膲毫哪切﹨^(qū)域驅(qū)原油，然后能夠流入到那些而后從原油濕潤區(qū)域變?yōu)樗疂駶檯^(qū)域的區(qū)域，所以塞可以擴(kuò)張進(jìn)接收液體流中的營養(yǎng)物的這些區(qū)域。
[0054]溫度是動態(tài)塞響應(yīng)的另一自控特征。朝生產(chǎn)井的方向，溫度會增加，并且依賴于微生物，在一定溫度時，流動方向上的生長會受到抑制。過高的流量也會抑制微生物，并且這提供了自動調(diào)節(jié)和下行控制機(jī)制。通常，如圖中所示，認(rèn)為對于有尾巴的塞，拋物線形狀(或者視為內(nèi)部部分中空的彎漏斗)非常有利并且提供或者加強(qiáng)了本發(fā)明的塞的功能性；優(yōu)選地該塞有這樣的形狀。由于其半滲透性以及微生物產(chǎn)生的抑制性分子，該形狀可以是塞內(nèi)的營養(yǎng)有效性的函數(shù)。
[0055]優(yōu)選的微生物具有有助于塞的滲透性和內(nèi)聚力以及有助于碳源消化的纖維體，。
[0056]在又一方面，本發(fā)明涉及可控地改變含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層中構(gòu)建的微生物塞的位置和/或范圍的方法，通過該地層注入液可以從一個或者多個注入井流向一個或多個生產(chǎn)井，其中該方法包括選擇微生物接種體、注入液以及促生長液，用于形成微生物塞，并且該方法還包括使用選自PH調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、液量調(diào)節(jié)、氣量調(diào)節(jié)、抑制劑調(diào)節(jié)、營養(yǎng)量調(diào)節(jié)、鹽度調(diào)節(jié)、粘度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)以及向所述注入液加入其他微生物中的至少一種控制步驟。
[0057]上述方法可以用于在朝向至少一個生產(chǎn)井的方向上可控地移動構(gòu)建的塞，該塞由至少一種產(chǎn)孢微生物形成，并且該方法可以包括:
[0058]使用控制步驟刺激所述微生物以形成孢子；
[0059]使用控制步驟在所述地質(zhì)地層中移動所述孢子；以及
[0060]使用控制步驟激活所述微生物以使所述孢子萌發(fā)(break out of the spores)并且變?yōu)橛谢钚缘?。用于刺激該微生物形成孢子的所述控制步驟可以包括降低營養(yǎng)供給。在一個替代實(shí)施方案中，用于刺激該微生物形成孢子的所述控制步驟包括注入液的PH調(diào)節(jié)。
[0061]上述方法可以用于在朝向至少一個注入井的方向上可控地延長構(gòu)建的塞,該方法可以包括:
[0062]將新鮮營養(yǎng)物供給到塞前部的控制步驟；以及
[0063]降低注入液的流量或者完全停止其流量的控制步驟，以使微生物可以生長到在塞前部和注入井之間的包含營養(yǎng)物的區(qū)域。
[0064]該方法還可以包括向注入液供應(yīng)氣體的控制步驟，以刺激塞前部的微生物活性。氣體可以是CO2。
[0065]上述方法可以用于在塞的側(cè)面可控`地擴(kuò)大構(gòu)建的塞的散布，其中該方法可以包括:
[0066]將新鮮營養(yǎng)物供應(yīng)到沿著構(gòu)建的塞的側(cè)面流動的注入水的控制步驟；以及
[0067]降低注入液的流量或者完全停止其流量的控制步驟，以使微生物可以生長進(jìn)在塞的側(cè)面的包含營養(yǎng)物的區(qū)域。
[0068]上述方法可以用于在朝向至少一個所述生產(chǎn)井的方向上可控地移動構(gòu)建的塞前部，其中該方法可以包括:
[0069]使用控制步驟將殺生物劑供給到注入水中，至抑制生長或者致死水平。
[0070]在一個可替換實(shí)施方案中，用于在朝向至少一個所述生產(chǎn)井的方向上可控地移動構(gòu)建的塞前部的該方法可以包括:
[0071]使用控制步驟來調(diào)節(jié)注入水的pH至抑制生長或者致死水平，從而使面向注入井的塞前部中的微生物活動停止。
[0072]依照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的各種實(shí)施方案中的上述方法，其中該方法還可以包括:
[0073]在地質(zhì)地層中定位分離的含碳?xì)浠衔锝孛?，其中滲透性比塞的滲透性小且比構(gòu)建的流道的滲透性大；以及
[0074]將塞安置為包圍該含碳?xì)浠衔锝孛?，從而使注入液流過該分離的含碳?xì)浠衔锝孛妗?br> [0075]在另一個實(shí)施方案中，該方法可以包括將選自纖維素、半纖維素、纖維素的衍生物以及半纖維素的衍生物的生物聚合物按所需的濃度加入注入液中。
[0076]上述粘度的調(diào)節(jié)以包括，將選自纖維素、半纖維素、纖維素的衍生物以及半纖維素的衍生物的生物聚合物按所需的濃度加入注入液中。
[0077]上面描述的方法可以進(jìn)一步包括將熱纖梭菌菌株的培養(yǎng)物加入新鮮營養(yǎng)液中。
[0078]上面描述的方法還可以包括通過以下控制步驟中的至少一種來預(yù)處理在塞前部或者在塞的側(cè)面的截面:
[0079]用包含殺生物劑的注入液淹沒該塞前部或者該塞的側(cè)面，以降低活性內(nèi)源微生物的數(shù)量；
[0080]用包含pH調(diào)節(jié)劑的注入液淹沒該塞前部或者該塞的側(cè)面，以改善所需微生物的生長條件；
[0081]用含鹽量低的注入液淹沒該塞前部或者該塞的側(cè)面來降低包圍該塞前部和該塞的側(cè)面的地質(zhì)地層中孔隙水中的鹽度，以改善所需微生物的生長條件；以及
[0082]用注入液淹沒該塞前部或者該塞的側(cè)面來冷卻包圍該塞前部和該塞的側(cè)面的地質(zhì)地層，以改善所需微生物的生長條件。
[0083]上面描述的方法還可以包括，通過用營養(yǎng)液淹沒塞來維持塞前部的形狀、側(cè)面的形狀以及塞尾部的形狀，并因此塞中的微生物形成微生物抑制劑。該微生物抑制劑可以包括乙醇。
[0084]在另一方面，本發(fā)明涉及在含石油地質(zhì)地層中形成的微生物塞，其中該塞包括上面限定的微生物種類，優(yōu)選熱纖梭菌。優(yōu)選地，該地層是水淹沒的。
[0085]在另一方面，本發(fā)明涉及淹沒含石油地質(zhì)地層的注入液，其中該注入液包含選自纖維素、半纖維素、纖維素的衍生物以及半纖維素的衍生物的聚合物。
`[0086]在另一方面，本發(fā)明涉及本文限定的微生物種類、優(yōu)選熱纖梭菌在含石油的地質(zhì)地層中形成微生物塞的用途。優(yōu)選地該地層是水淹沒的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0087]下文通過實(shí)施例對優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，并在附圖中對優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0088]圖1示意性示出，如同本領(lǐng)域所知的，注入液在地質(zhì)地層中的注入井和生產(chǎn)井之間流動的俯視圖；
[0089]圖2示意性示出，如同本領(lǐng)域所知的，在注入井和生產(chǎn)井之間形成流道的含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層的側(cè)視圖；
[0090]圖3A-D示意性示出以及在微觀水平上，如同本領(lǐng)域所知的:A)碳?xì)浠衔镌鯓犹畛涞刭|(zhì)地層中的孔隙空間；B)孔隙空間的微生物建群；C)地層的微生物封堵；以及D)營養(yǎng)物缺少導(dǎo)致的微生物生物質(zhì)的收縮，以及用于直流的孔隙體積的張開；
[0091]圖4以與圖2相同的比例示出，如同本領(lǐng)域所知的，微生物塞在流道中是怎樣形成的；
[0092]圖5以與圖2相同的比例示出，如同本領(lǐng)域所知的，與圖4所示不同的微生物塞在流道中是怎樣形成的；
[0093]圖6A-6D示出以及塞的側(cè)視圖和橫截面，其中塞的抑制性代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生導(dǎo)致朝向生產(chǎn)井的塞的截面中的活動或者生物質(zhì)降低；
[0094]圖7示出塞移動后朝向生產(chǎn)井的微生物塞的范圍；[0095]圖8示出朝向塞的側(cè)面的有更大范圍的微生物塞；
[0096]圖9A-9D示出朝向生產(chǎn)井的注入液的流動方向的塞的移動中的階段的高度示意性代表圖；以及
[0097]在圖10A-D中，A-B是朝向與注入的流動方向相反的注入井的塞的延長階段的高度示意性代表圖；以及圖C-D是塞的尾部的縮略圖。
[0098]在圖中，附圖標(biāo)記I表示包圍含碳?xì)浠旌衔飪拥牡刭|(zhì)地層。該儲層I示意性地劃分為多個區(qū):低滲透性區(qū)10、高滲透性區(qū)12以及流道2。在儲層I有高滲透性的區(qū)形成該流道2，并且注入液已流過該流道2。流道2分為中間區(qū)20以及周邊區(qū)22。將注入液以本身已知的方式經(jīng)注入井30引入到儲層I中。從儲層I由生產(chǎn)井32采出碳?xì)浠衔镆约翱赡艿钠渌后w。附圖示出了一個注入井30和一個生產(chǎn)井32。其是示意性的，應(yīng)理解為可以有一個或者多個注入井30以及一個或多個生產(chǎn)井32。注入液流5流過流道2。如圖1所示，注入液可以沿幾個流道流動，并且流經(jīng)流道的注入液的量除了其他方面外還取決于 流動阻力。其在圖1中通過表示注入液流5的不同寬度的箭頭表示。圖4示出在儲層I中的微生物塞4，其中塞4以本身已知的方式形成。
[0099]圖3示出用于碳?xì)浠衔?排出的假設(shè)機(jī)制或者解釋性模型的示意圖，碳?xì)浠衔?位于固體礦物6之間的孔隙體積中，但本發(fā)明并不限于該模型。。圖3A示出碳?xì)浠衔?填充固體礦物6之間的孔隙體積。許多類型的微生物8不能在這樣的碳?xì)浠衔锾畛涞目紫犊臻g生長或者存活。
[0100]圖3B示出，在儲層I已產(chǎn)生碳?xì)浠衔?后，可能在注入液以已知方式流過儲層I后，在礦物6之間仍存在碳?xì)浠衔?的殘余。圖3B還示出在礦物6之間加入微生物8。當(dāng)給其供給營養(yǎng)液流52中的營養(yǎng)物時，微生物8可以形成菌落82。如圖3C所示，微生物8會生長，并且菌落82會封堵礦物6之間的孔隙體積。如圖5-9所示，這將迫使注入液流5繞塞側(cè)面48移動。經(jīng)過儲層I的封堵部分的減少的流動降低了對微生物8的營養(yǎng)有效性。在活性生長期后，微生物8會進(jìn)入終期階段，并且死亡或如果該微生物8是產(chǎn)孢微生物，則產(chǎn)生孢子。如圖3D所示以及例如圖5中指出，生物材料的量減少，并且儲層I的這個部分變得更有滲透性。在溶劑、表面活性劑以及其混合物的幫助下，可以將碳?xì)浠衔?的殘余從礦物6釋放出來，并用注入液將其傳送到生產(chǎn)井32。這增加了從儲層I回收碳?xì)浠衔?的輸程度?？梢詫⑷軇┖?或表面活性劑加到注入液中。通過在儲層I中的微生物8，可以在原位產(chǎn)生溶劑和/或表面活性劑。
[0101]圖4是在流道2中的塞4的示意圖。塞4通過微生物活動形成，并且由微生物8和生物聚合物組成。塞4可以由供應(yīng)到流道2的注入液中的營養(yǎng)物形成。然后將有沿著流道2的一部分存在的營養(yǎng)物。之后，將注入液中的外源微生物8供應(yīng)到流道2。一段時間后停止供應(yīng)注入液，微生物8在孔隙的表面建群以及使儲層I的空間形成空心。如圖4中顯示的，因?yàn)閮覫中的孔隙有一定的過濾效果，在相對于生產(chǎn)井32與注入井30更近的塞的前部44將有更多的接種體細(xì)胞。微生物將隨時間朝著生產(chǎn)井32散布，因?yàn)檫@個區(qū)域有營養(yǎng)物。來自生產(chǎn)井32的生產(chǎn)也將有助于朝著生產(chǎn)井32的儲層I中的流動。其在圖4中以在生產(chǎn)井32方向上的尾部46表示。，微生物8的密度在流道2的中心20比在周邊22的更大。還可以通過同時注入微生物8和營養(yǎng)物來構(gòu)建塞4。還可以通過先注入微生物8然后注入營養(yǎng)物來構(gòu)建塞4。在這種情況下，最靠近注入井30的微生物8會消耗營養(yǎng)物，以致在朝向生產(chǎn)井32的流道2中有更少的可利用的營養(yǎng)物。塞4是部分可滲透的，而注入液中的一些將會沿著塞4的側(cè)面48流向地質(zhì)地層I中的生產(chǎn)井32。因此注入液流5將攜帶碳?xì)浠衔锱c其一起沿塞4的側(cè)面48進(jìn)入流道2的周邊區(qū)域22，并進(jìn)入低滲透性的地質(zhì)地層12。
[0102]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的微生物形成的塞4，其中塞4產(chǎn)生胞外抑制劑，其形成朝向生產(chǎn)井33的方向上的抑制劑液體流54。圖6A是從側(cè)面看這種塞4外部形狀的示意圖，圖6D示出從上面看的這種塞，而圖6B、6C以及6E是示意性描述在塞4的內(nèi)部形狀上的抑制劑液體流54的效果的橫截面。在塞4的側(cè)面48以及尾部46的微生物8，從沿側(cè)面48以及尾部46流動的營養(yǎng)液流52獲得用于維持它們活性的營養(yǎng)物。
[0103]圖9A-D以更簡化的形式更詳細(xì)地示意性示出怎樣能使微生物形成的塞4朝著生產(chǎn)井32移動，如圖7所示。圖9A示出構(gòu)建的塞4和沿塞4的側(cè)面48掃過的注入液流5。圖9B示意性示出形成塞4的產(chǎn)孢微生物8因缺少營養(yǎng)產(chǎn)生孢子。其用點(diǎn)標(biāo)記出。塞4中的滲透性增加，且注入液流5在原流道2中流動。如圖9C所示，注入液流5會向生產(chǎn)井32移動產(chǎn)生孢子的微生物8。將營養(yǎng)物供應(yīng)給注入液，且營養(yǎng)液流52流經(jīng)流道2并且刺激微生物突破孢子階段并變得有活性，以形成塞4，如圖9D所示。
[0104]圖8示出微生物形成的塞4的側(cè)面48依照本發(fā)明方法向更富含碳?xì)浠衔飬^(qū)10、12擴(kuò)大擴(kuò)展。圖10示出如何使微生物形成的塞4的前部44依照本發(fā)明的方法向注入井30移動的示意圖。如圖1OA所示，營養(yǎng)液流52依照本發(fā)明的方法將從注入井30流向構(gòu)建的塞4。營養(yǎng)液流52中的一些將沿塞4的前部44流動，而營養(yǎng)液流52中的一些將流經(jīng)部分可滲透的塞4。營養(yǎng)供給維持塞4的微生物活性。停止?fàn)I養(yǎng)液流52，使得存在與塞4的前部44接觸的營養(yǎng)物，以及從塞4的前部44并在朝向注入井30的方向上伸展的營養(yǎng)物。如圖1OB所示，塞4將形成前部44’，其朝向注入井30散布。圖1OC示出在塞4面向生產(chǎn)井32的部分中的微生物8由于缺少營養(yǎng)隨時間會減少活性，形成孢子或者死亡。圖1OD示出在一段時間后塞4的活動部分的形狀和`位置。因此塞4移動到與注入井4更近的位置。
【具體實(shí)施方式】
[0105]實(shí)施例1
[0106]按本身已知的方式，通過將營養(yǎng)液和細(xì)菌培養(yǎng)物從注入井30注入到地層I中，形成在有流道2的可滲透地質(zhì)地層I中的微生物塞4?？梢栽谝粋€脈沖中將營養(yǎng)液和細(xì)菌培養(yǎng)物作為混合物注入，脈沖之后是不含營養(yǎng)物和細(xì)菌培養(yǎng)物的注入液。該細(xì)菌培養(yǎng)物由一種產(chǎn)孢型細(xì)菌或者多種產(chǎn)孢細(xì)菌的一個或多個菌株組成，該細(xì)菌培養(yǎng)物可以由熱纖梭菌菌株組成。
[0107]以地質(zhì)地層I的已知孔隙度和流道2中的流動特征為基礎(chǔ)，可以計算營養(yǎng)液和細(xì)菌8什么時候會到達(dá)需要構(gòu)建塞4的流道2的部分。停止注入液的注入，這樣細(xì)菌8能夠構(gòu)建它們自己。細(xì)菌8將使用進(jìn)行細(xì)胞分裂和還包括形成外源產(chǎn)物例如生物膜的一般新陳代謝，，以及形成包括醇、醛、酮以及氣體的次生代謝產(chǎn)物。細(xì)菌8將在流道2營養(yǎng)有效的部分生長。兼性厭氧菌8將形成缺氧環(huán)境且不依賴氧氣的存在。
[0108]如本領(lǐng)域所知的以及圖3所示，數(shù)量增長的細(xì)菌8可能與生物膜生產(chǎn)一起會降低流道2的滲透性。當(dāng)認(rèn)為構(gòu)建了塞4時，恢復(fù)注入液的注入。在塞4的前部44，也即塞4面向注入井30的部分，注入液會主要繞塞4的前部44以及沿滲透性比塞4內(nèi)部更大的塞4的側(cè)面48流動。如圖5-9所示，這樣的效果是，注入液攜帶碳?xì)浠衔?進(jìn)入位于原流道2外部的地層I的部分。
[0109]如圖3D、9B以及IOC所示，在不供應(yīng)新鮮營養(yǎng)物的情況下，細(xì)菌8將停止生長并逐漸形成孢子。孢子遠(yuǎn)小于活性細(xì)胞，且不能以同樣的方式封堵在地質(zhì)地層I中的孔隙。如圖9C所示，注入液對塞4的前部44施加的壓力會沿流道2壓擠或沖刷孢子，以使它們滲透進(jìn)地層1，這導(dǎo)致塞4的前部44向生產(chǎn)井32移動。通過注入營養(yǎng)物和微生物的混合物構(gòu)建的塞4，在塞4的全部范圍內(nèi)有大約相同的營養(yǎng)狀況。當(dāng)停止?fàn)I養(yǎng)供給時，在整個塞4內(nèi)幾乎同時發(fā)生孢子形成。塞4的前部44和尾部46流體連通，這樣當(dāng)在塞4的前部44的孢子開始向內(nèi)滲透時，在塞4的尾部46中的孢子也會滲透進(jìn)地層I。將營養(yǎng)物加入到再一次主要流經(jīng)流道2的注入液中，并且該營養(yǎng)物會導(dǎo)致微生物8由孢子萌發(fā)并形成活性細(xì)胞。這樣的效果是，整個塞4向生產(chǎn)井32移動。
[0110]在另一個實(shí)施方案中，作為替換或除通過饑餓誘導(dǎo)孢子形成外，可以向注入液提供酸或堿，其分別將注入液的PH酸化和提高至誘導(dǎo)孢子形成的水平。然后會在塞4的前部44開始形成孢子，且因?yàn)殚_始形成孢子，注入液會進(jìn)一步進(jìn)入到原塞4中，并引起孢子進(jìn)一步形成。同時，塞4包含活性微生物8的部分會使在流道2中的注入液逆流。因此迫使注入液沿側(cè)面48流到到塞4的剩余部分，且還攜帶來自塞的前部44的孢子到達(dá)側(cè)面48。由于稀釋和化學(xué)反應(yīng)，注入液的PH調(diào)節(jié)劑的濃度會減小至不能改變細(xì)胞活性的水平。因此，在塞4的尾部46的細(xì)胞將不會形成孢子。通過將營養(yǎng)物加到注入液中，在塞4的前部44和側(cè)面48的孢子將由孢子萌發(fā)并形成活性細(xì)胞。這樣的效果是，使塞4的前部44而不是尾部46移動至與生產(chǎn)井32更近，且塞4的前部44在周邊方向上擴(kuò)大。
[0111]在用于在從注入井30向生產(chǎn)井32的方向上移動塞4的替換方法中，首先注入營養(yǎng)液，之后立刻注入微生物8，從而使得含營養(yǎng)液的注入液與含微生物的注入液接觸。當(dāng)停止注入時，微生物將散布到`有營養(yǎng)物的流道2內(nèi)。在營養(yǎng)物已被耗盡的注入通道2的那些部分，微生物8會饑餓并形成孢子。這樣的效果是，整個塞4隨時間向生產(chǎn)井32移動。
[0112]在另一種替代方法中，將適合的殺生物劑例如氨以合適的量加入到注入液中。這將首先滅活或殺死塞4的前部44的微生物8。氨的效果隨時間減少，因?yàn)槠渑c儲層中的礦物6反應(yīng)并被稀釋。結(jié)果是，前部44在朝向生產(chǎn)井32的方向上移動。在塞的尾部46的微生物8將繼續(xù)生長，并沿著流道2向生產(chǎn)井32散布。
[0113]實(shí)施例2
[0114]按實(shí)施例1描述的方式構(gòu)建微生物塞4。在構(gòu)建塞4后，注入新鮮營養(yǎng)液，直到塞前部44。當(dāng)營養(yǎng)液與塞前部44接觸時，停止泵入注入液。如圖1OB所示，塞4中的細(xì)菌8會生長到有新鮮營養(yǎng)液的區(qū)域中，并將塞前部44向注入井32移動，從而形成新的塞前部44’。原塞4是部分可滲透的，從而部分新鮮營養(yǎng)液流52將滲透進(jìn)原塞前部44并向前到達(dá)塞的尾部46。然而，如圖1OC以及IOD所示，營養(yǎng)物將在塞中被消耗，從而維持塞4的原前部44，而很少或沒有新鮮的營養(yǎng)物到達(dá)塞的尾部46，尾部46中的微生物8將變得不活躍、形成孢子或者死亡?？商鎿Q地，可以注入微生物8和新鮮營養(yǎng)物的混合物，直到其與塞前部44接觸。然后在靠近注入井30處構(gòu)建新的塞前部44’。當(dāng)構(gòu)建了新的塞前部44’時，注入注入液并將繞塞攜帶碳?xì)浠衔?。由于營養(yǎng)物被消耗完,塞4的面向生產(chǎn)井32的尾部46中的微生物8將變得不活躍、形成孢子或者死亡，并減小了在這個方向上的塞4的范圍。其有樣的效果是，塞4隨時間向注入井30移動。
[0115]在一個可替換實(shí)施方案中，可以將CO2加到注入液中，其向塞4脈沖。CO2將刺激某些種類細(xì)菌例如熱纖梭菌的生長。
[0116]在一個可替換實(shí)施方案中，借助從生產(chǎn)井32向注入井30注入的注入液，逆轉(zhuǎn)注入液的流動方向。之后，該方法與實(shí)施例1中描述的相同。
[0117]實(shí)施例3
[0118]按實(shí)施例1描述的方式構(gòu)建微生物塞4。注入液會沿塞4的側(cè)面48攜帶來自地質(zhì)地層I的碳?xì)浠衔?。當(dāng)包圍塞4的側(cè)面48的這些地層I排掉了碳?xì)浠衔?且變得更有滲透性以及更容易被微生物8建群時，將營養(yǎng)物加到注入液中。當(dāng)含有營養(yǎng)物的注入液包圍塞4的側(cè)面48的至少一部分時(見例如圖10A)，停止注入。來自塞4的微生物8會生長進(jìn)含有新鮮營養(yǎng)液的區(qū)域并沿塞4的側(cè)面48擴(kuò)大塞4的范圍。然后再次開始注入，注入液將被迫進(jìn)入包圍擴(kuò)大的塞以及包含碳?xì)浠衔锏膮^(qū)域，從而使得這些被清除出去，如圖8所示。
[0119]在一個可替換實(shí)施方案中，將微生物8和營養(yǎng)物添加到流過塞4的側(cè)面48的注入液中。當(dāng)含有營養(yǎng)物的注入液包圍塞4的側(cè)面48的至少一部分時，停止注入。這具有塞4的側(cè)面48擴(kuò)大更快的優(yōu)點(diǎn)。在沿著側(cè)面48以及尾部46包圍塞4的注入液中的新鮮營養(yǎng)物，會部分?jǐn)U散到構(gòu)建的塞4中，并有助于之后保持在這些部分中。
[0120]如圖8所示，當(dāng)完全構(gòu)建了塞4時，注入液流5將沿塞側(cè)面48流過塞4并朝著生產(chǎn)井32清掃碳?xì)浠衔?。這意味著擴(kuò)大了流道2。通過將營養(yǎng)物加入到注入液中，且在適當(dāng)時間后停止供應(yīng)注入液，在塞4中的微生物8會生長進(jìn)在原流道2兩側(cè)的區(qū)域10、12。
[0121]實(shí)施例4
[0122]按實(shí)施例1中描述的方式構(gòu)建微生物塞4。注入液沿著塞側(cè)面48以及尾部46流動，并且隨時間會清除包圍塞4的地質(zhì)地層中的碳?xì)浠衔?。注入液還會冷卻在儲層I中的這些周圍的地質(zhì)地層?？紫兜奶?xì)浠衔?的排出與冷卻相結(jié)合，使得當(dāng)將營養(yǎng)物供給到注入液中以及這些營養(yǎng)物向生產(chǎn)井32流過尾部46時，微生物8可以于尾部46的區(qū)域建群以及向生產(chǎn)井32延長尾部46。如同與圖3相關(guān)的上面描述的，借助于經(jīng)歷生長和收縮交替階段的微生物8維持塞4。如圖3C所示，在收縮階段(見圖3D)，可以將營養(yǎng)物供給塞4，且刺激微生物8進(jìn)行新的生長。這樣的效果是，塞前部44保護(hù)不動，而塞4朝向生產(chǎn)井32的范圍延長。
[0123]實(shí)施例5
[0124]按實(shí)施例1中描述的方式構(gòu)建微生物塞4，以及如實(shí)施例3中描述的，塞的前部向注入井移動。另外，如上所述，通過將營養(yǎng)物脈沖進(jìn)塞4維持塞朝向生產(chǎn)井的范圍，以保持在塞4面向生產(chǎn)井32的部分中的微生物活性。因此，如圖1OB示意性所示的，維持了塞4的形狀。
[0125]在圖5-10中，用抑制劑原位產(chǎn)生引起的中空部分示意性示出塞4。熱纖梭菌是產(chǎn)生乙醇的微生物8的一個實(shí)例。乙醇濃度將通過塞增加，并且在給定水平之上會對下游的微生物8有抑制作用。這些微生物將滅活、形成孢子或者死亡。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，在塞4的有效體積與“致密”塞4成比例降低的同時，塞4的外部(前部44、側(cè)面48以及尾部46)將保持其位置。塞4需要的營養(yǎng)也因此減少。作為溶劑，乙醇還有助于清除塞4下游流道2中的碳?xì)浠衔?。其它代謝產(chǎn)物如乙酸鹽以及乳酸鹽，也會有助于提高碳?xì)浠衔?的清除以及增加從儲層I的生產(chǎn)水平。
[0126]實(shí)施例6依照本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)以示出砂層封堵
[0127]材料和方法
[0128]細(xì)菌
[0129]熱纖梭菌(CT)JW20;ATCC31549
[0130]牛長培養(yǎng)某
[0131]根據(jù)Freier 等在 Applied and Environmental Microbiology, [1988]vol54, N0.1,p204-211)中描述的方法培養(yǎng)CT。
[0132]具體而言，培養(yǎng)基(每升去離子水)包含
[0133]1.5g KH2PO4
[0134]4.2g Na2HPO4.12H20
[0135]0.5g NH4Cl
[0136]0.5g (NH4) 2S04
[0137]0.09g MgCl2.6H20`[0138]0.03g CaCl2
[0139]0.5g NaHCO3
[0140]2g酵母膏
[0141]0.5ml維生素溶液。該維生素溶液(每升蒸餾水)包含40mg生物素、IOOmg p-氨基苯甲酸、40mg葉酸、IOOmg泛酸鈣鹽、IOOmg煙酸、2mg維生素B12、IOOmg鹽酸硫胺素、200mg鹽酸吡哆醇、IOOmg硫辛酸以及IOmg核黃素。
[0142]5ml礦物溶液。該礦物溶液(每升蒸餾水)包含1.5g次氮基乙酸、3g MgSO4.7Η20、0.5g MnSO4.H2OUg NaCl、0.1g FeSO4.7Η20、0.IgCo (NO3) 2.6Η20、0.Ig CaCl2 (無水)、
0.1g ZnSO4.7H20、50mg NiCl2UOmg CuSO4.5H20、IOmg AlK2(SO4)3 (無水)、10mg 硼酸、IOmgNa2MoO4.2H20、10mg Na2WO4.2H20 以及 Img Na2SeO3 (無水)。
[0143]1%纖維二糖
[0144]測試設(shè)置
[0145]將裝置設(shè)為能夠使生長培養(yǎng)基流過砂巖大小為0〗2 mra的砂層。需要一個在最高水頭以及最小或零流量時提供達(dá)20Bar (巴)壓力的泵。
[0146]該砂層由塞滿了砂-主要化學(xué)成分SiO2的直徑為I英寸的3m鋼管組成。在泵的上游，裝有一個盛有溶解的生長培養(yǎng)基的槽，能保持75°C及至煮沸。在泵與到管的入口之間是回到槽的回流管，其能通過管降低流量。在管端后方的另一閥還可以用來調(diào)節(jié)流量以及模擬儲層條件如壓力。
[0147]水源:煮沸I小時的礦泉水。該水的詳細(xì)的化學(xué)成分未知，但該水的特點(diǎn)是硬，即包含鈣。分離從槽到管輸出的部分。
[0148]測試系統(tǒng)的準(zhǔn)備
[0149]用在系統(tǒng)中循環(huán)3小時并通過N2鼓泡除氧的沸水清洗該系統(tǒng)。將槽中的溫度降至75°C并再循環(huán)一周。該系統(tǒng)目前被認(rèn)為相對于任何微生物污染保持穩(wěn)定狀態(tài)。將生長培養(yǎng)基循環(huán)另外3周，以在充滿砂的截面尋找生長培養(yǎng)基引起的物理行為或變化。
[0150]引入細(xì)菌前的觀察報告:
[0151]隨時間沒有發(fā)現(xiàn)通過系統(tǒng)淹沒生長培養(yǎng)基引起的壓力升高或者變化。
[0152]細(xì)菌的加入:
[0153]在上文所述的生長培養(yǎng)基中接種CT菌培小培養(yǎng)物，其開始在如上Freire等描述的燒瓶中生長。然后通過將靠近泵端的管打開以及感染一個小區(qū)域?qū)⒓?xì)菌插入到砂層中。用于打開的系統(tǒng)是法蘭系統(tǒng)。
[0154]
[0155]基于目測以及經(jīng)過管的水的蒸餾進(jìn)行評價，以確定每水單位乙醇的濃度。通過測試H2的可燃性以及檢測CO2濃度來進(jìn)行氣體的目測。進(jìn)行氣體測試來確認(rèn)追隨的是正確的路徑。用乙醇的濃度表征細(xì)菌(CT)分解代謝過程的效率。
[0156]測試實(shí)例I
[0157]在測試開始壓力計讀數(shù)為IOBar。
[0158]將活性菌引入在生長培養(yǎng)基內(nèi)的砂層中。讓培養(yǎng)基生長24小時，以最大20X10_6m/s的流量引入水，并淹沒砂層。保持低流量并在2周內(nèi)調(diào)整。
[0159]觀察報告:
[0160]24小時后，降低流量`。通過用回流管(排出閥)降低流量建立IOX 10_6m/s的流量。
[0161]排出閥關(guān)閉時(沒有使用回流管的水)的壓力計讀數(shù)數(shù)顯示為20Bar。
[0162]滲透砂層的水顯著減少大約85-95%，以及乙醇濃度增加2倍。
[0163]明確的跡象是已淹沒的砂層被封堵。乙醇產(chǎn)生以及氣體產(chǎn)生表明活性纖維體途徑。
[0164]測試實(shí)例2
[0165]將測試實(shí)例I描述的同樣的測試持續(xù)一個月。
[0166]過程處于穩(wěn)定狀態(tài):沒有觀察到壓力的變化，其保持在大約20Bar，并且沒有流量或者乙醇產(chǎn)生的變化。這些結(jié)果表明塞得以保持。
[0167]測試實(shí)例3
[0168]從生長培養(yǎng)基以及已淹沒7天的系統(tǒng)除去纖維二糖。
[0169]壓力降低，以及經(jīng)過砂層的流量增加。壓力降至大約16Bar。變化主要發(fā)生在從變化達(dá)到平衡時到新的穩(wěn)定狀態(tài)的前24小時。因此，塞的滲透性增加而某些塞結(jié)構(gòu)保持不變。
[0170]測試實(shí)例4
[0171]移除完全生長培養(yǎng)基，且只用水淹沒該系統(tǒng)。
[0172]壓力用5天多的時間向ll_12Bar下降。這說明塞被除去或沒有了，或者至少可滲透水平幾乎回到塞前水平。
[0173]測試實(shí)例5
[0174]用直徑16英寸的管重復(fù)測試實(shí)例I。
[0175]重復(fù)了測試I的結(jié)果。在這個測試中，當(dāng)打開砂層時,在砂中跟蹤到拋物線形狀。
[0176]測試實(shí)例6
[0177]重復(fù)測試1，并構(gòu)建塞。除去生長培養(yǎng)基，并引入增加的流量，直到認(rèn)為已經(jīng)構(gòu)建了有孢子條件。將最大的流量引入管中，以沖走流動方向上的孢子。孢子之后開始生長，進(jìn)一步觀察到塞的中心安直在系統(tǒng)中。
[0178]用高度堿性液體沖洗該系統(tǒng)2天并除去生長培養(yǎng)基以結(jié)束該測試。通過這個處理除去塞。
[0179]測試實(shí)例7
[0180]在兩種不同的設(shè)置中進(jìn)行測試。一種測試包含被含油殘物污染的砂，一種測試只有砂，以研究在固體環(huán)境中的細(xì)菌生長。
[0181]測丨試I
[0182]只設(shè)有砂的。該砂與在實(shí)施例6中描述的是同一類型。生物輸入以實(shí)施例6中引用的Freier測試為基礎(chǔ)。使用的水來自同一來源，并用相同方式處理，煮沸以及去氧。CT細(xì)菌在瓶中生長并被注入到了I升容器中。
[0183]用生長培養(yǎng)基以及均勻分布在培養(yǎng)基中的細(xì)菌完全裝滿該容器。然后停止流動。將溫度保持在大約60°C。
[0184]微生物生長并代謝。我們可以清楚地看到，微生物在砂中旺盛生長，并且該測試通過測量乙醇含量確定新陳代謝活動。
[0185]恒化器測試變?yōu)?天的靜態(tài)測試。7天后，我們看到密度變化，并注意到顏色變深了一點(diǎn)。我們推測，營養(yǎng)物被消耗完且微生物正處于饑餓狀態(tài)。通過將生長培養(yǎng)基沖過砂層系統(tǒng)，我們能夠使其變回淡黃色并檢測到乙醇。
[0186]測試2`[0187]該測試要構(gòu)建與空油儲層相似的環(huán)境。也即包含9-16%的含油殘物的砂層，其中該殘物主要位于砂子顆粒相對于淹沒方向的一側(cè)。
[0188]根據(jù)測試1，設(shè)置具有砂的柱。該柱充滿來自國家灣地區(qū)(Statfjord field)的原油并用海水淹沒。淹沒的結(jié)果是，大約88%的油被替換了，且該系統(tǒng)變?yōu)槌錆M水。用生長培養(yǎng)基在將該系統(tǒng)淹沒5次，在測試設(shè)置中均勻地引入預(yù)生長的CT培養(yǎng)物。
[0189]該測試設(shè)為生長I周。測量生長培養(yǎng)基體積對應(yīng)的乙醇濃度。
[0190]原油污染的棲息地沒有限制培養(yǎng)物的生長和分解代謝活動。似乎含原油部分只取代生長。因此，在微尺度系統(tǒng)中，可以用油性環(huán)境一起維持生長和新陳代謝活動。
[0191]實(shí)施例8
[0192]用包含3種不同油級分的瓶子改進(jìn)對CT培養(yǎng)的Freier方法。一組瓶子包含90%的原油，一組瓶子包含50%的原油，以及最后一組瓶子包含10%的原油。剩下的液體包含具有1%纖維二糖的Freier培養(yǎng)基。包含100%的具有1%纖維二糖的Freier培養(yǎng)基的瓶子作為對照。一天中，每3小時搖動瓶子。I周后打開瓶子。
[0193]產(chǎn)生的乙醇濃度與生長培養(yǎng)基的體積和濃度相對應(yīng)。
[0194]原油對菌種沒有抑制效果。培養(yǎng)物在含油級分內(nèi)不會生長和新陳代謝。我們的結(jié)論是，由于油與水不溶這個事實(shí)，在高濃度的原油中生長培養(yǎng)基被有效地除去。我們還得出的結(jié)論是，所述培養(yǎng)物不能利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚础?br> 【權(quán)利要求】
1.在已被水淹沒的含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層中構(gòu)建微生物塞的方法，所述方法包括: a)將微生物接種體引入所述地層中，所述微生物接種體的微生物: (i)是孢子或者處于休眠狀態(tài)； (?)能夠形成孢子； (iii)能分解纖維素或者分解半纖維素； (iv)是嗜熱菌、極度嗜熱菌或者超嗜熱菌； (v)不能利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?；以? (vi)不是所述含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層固有的； b)同時或者順序地將提供能被步驟a)引入的微生物利用而不能被原住微生物利用的碳源的生長培養(yǎng)基引入到所述地層中； c)將所述接種體暴露在能使微生物在所述地質(zhì)地層中的水通道內(nèi)進(jìn)入活性生長期的條件下；以及 d)通過注入井將包含如步驟b)中限定的進(jìn)一步生長培養(yǎng)基的注入液引入所述地層中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述菌劑為孢子形式。
3.在含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層中維持微生物塞的方法，所述塞包含微生物，所述微生物: (i)能夠形成孢子； (?)能分解纖維素或者分解半纖維素； (iii)是嗜熱菌、極度嗜熱菌或者超嗜熱菌； (iv)不能利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?；以? (v)不是所述含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層固有的； 其中用通過一個或多個注入井注入到所述地層中且流向一個或多個生產(chǎn)井的液體淹沒所述地層，所述液體包含提供可以被所述塞中的微生物利用而不能被原住微生物利用的碳源的生長培養(yǎng)基。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括監(jiān)控生產(chǎn)井的輸出的步驟，以及按照所述輸出的性質(zhì)，調(diào)節(jié)所述注入液中一種或多種成分的濃度或者所述注入液的一種或多種物理性質(zhì)。
5.可控地改變含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層中構(gòu)建的微生物塞的位置和/或范圍的方法,通過所述地層注入液可以從一個或者多個注入井流向一個或多個生產(chǎn)井，其中所述方法包括選擇微生物接種體、注入液以及提供可以被所述微生物塞的微生物利用而不能被原住微生物利用的碳源的生長培養(yǎng)基，用于形成微生物塞，所述微生物接種體的微生物: (i)能夠形成孢子； (?)能分解纖維素或者分解半纖維素； (iii)是嗜熱菌、極度嗜熱菌或者超嗜熱菌； (iv)不能利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?；以? (v)不是所述含碳?xì)浠衔锏刭|(zhì)地層固有的； 以及所述方法還包括使用選自PH調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、液量調(diào)節(jié)、氣量調(diào)節(jié)、抑制劑調(diào)節(jié)、營養(yǎng)量調(diào)節(jié)、鹽度調(diào)節(jié)、粘度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)以及向所述注入液加入其他微生物中的至少一種控制步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法,用于在朝向至少一個生產(chǎn)井的方向上可控地移動所述構(gòu)建的塞，其中所述塞由如權(quán)利要求3所限定的至少一種產(chǎn)孢微生物形成，并且所述方法包括: 使用控制步驟刺激所述微生物以形成孢子； 使用控制步驟在所述地質(zhì)地層中移動所述孢子；以及 使用控制步驟激活所述微生物以由孢子萌發(fā)并且變?yōu)橛谢钚缘摹?br> 7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中用于刺激所述微生物以形成孢子的所述控制步驟包括降低營養(yǎng)供給。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，用于在朝向至少一個注入井的方向上可控地延長所述構(gòu)建的塞，所述方法包括: 將新鮮營養(yǎng)物供給到塞前部的控制步驟，從而使得所述微生物可以生長進(jìn)在所述塞前部和所述注入井之間的包含營養(yǎng)物的區(qū)域。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，用于在所述塞的側(cè)面可控地擴(kuò)大所述構(gòu)建的塞的散布，所述方法包括: 將新鮮營養(yǎng)物添加到沿著所述構(gòu)建的塞的側(cè)面流動的注入水中的控制步驟，從而使得所述微生物可以生長進(jìn)在所述塞的側(cè)面的包含營養(yǎng)物的區(qū)域。
10.如權(quán)利要求5所述的方法,用于在朝向至少一個所述生產(chǎn)井的方向上可控地移動所述構(gòu)建的塞前部，所述方法包括:` 使用控制步驟將殺生物劑或其它毒劑供給到所述注入水中，至抑制生長或者致死水平。
11.如權(quán)利要求8或9所述的方法，所述方法還包括用以下控制步驟中的至少一種來預(yù)處理在所述塞前部或者在所述塞的側(cè)面的截面: 用包含殺生物劑的注入液淹沒所述塞前部或者所述塞的側(cè)面，以降低活性內(nèi)源微生物的數(shù)量； 用包含PH調(diào)節(jié)劑的注入液淹沒所述塞前部或者所述塞的側(cè)面，以改善所需微生物的生長條件； 用含鹽量低的注入液淹沒所述塞前部或者所述塞的側(cè)面來降低包圍所述塞前部和所述塞的側(cè)面的地質(zhì)地層中孔隙水中的鹽度，以改善所需微生物的生長條件；以及 用注入液淹沒所述塞前部或者所述塞的側(cè)面來冷卻包圍所述塞前部和所述塞的側(cè)面的地質(zhì)地層，以改善所需微生物的生長條件。
12.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述微生物能分解纖維素。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述微生物是細(xì)菌或者古細(xì)菌。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述微生物是熱纖梭菌(Clostridiumthermocellum)。
15.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述生長培養(yǎng)基包含選自纖維素、半纖維素、羧甲基纖維素、纖維二糖、木糖、木二糖以及木聚糖的碳源。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述生長培養(yǎng)基包含纖維二糖。
17.在水淹沒的含石油地質(zhì)地層中形成的微生物塞，其特征在于所述塞包含如權(quán)利要求3所限定的微生物。
18.熱纖梭菌型微生物在水淹沒的含石油地質(zhì)地層中形成微生物塞的用途。
【文檔編號】C12P7/10GK103562340SQ201280026136
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日
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