活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法，該方法包括如下步驟：(1)分析確定目標(biāo)油藏流體中至少存在互營單胞菌或熱袍菌中的一種菌，同時(shí)存在下列菌中的至少一種：甲烷桿菌，嗜熱甲烷桿菌，甲烷繩菌，甲烷螺菌，甲烷囊菌；(2)向油藏中注入乙酸或乙酸鹽，使油藏水中乙酸或乙酸鹽濃度為5.0～10.0mM；(3)收獲甲烷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以大大提高二氧化碳還原型產(chǎn)甲烷速率，具有經(jīng)濟(jì)、簡便可行等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油藏微生物開發(fā)及利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及利用油藏微生物轉(zhuǎn)化CO2產(chǎn)甲烷的技術(shù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油藏是位于地下幾百米至數(shù)千米、原油在單一圈閉中具有同一壓力系統(tǒng)的基本聚集。這種環(huán)境中孕育的微生物具有物種多、代謝類型多、互相關(guān)聯(lián)、結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定等特點(diǎn)。對于特定油藏，經(jīng)長時(shí)間的演化適應(yīng)，其中的微生物形成了較為穩(wěn)定的群落。目前，水驅(qū)油藏中存在著甲烷生成菌和甲烷生物合成已成為普遍接受的事實(shí)。從未開發(fā)油藏分離到的產(chǎn)甲燒菌Methanobacterium thermaggregans具有的嗜熱和耐鹽等特性與所分離的油藏環(huán)境具有很好的一致性，說明產(chǎn)甲烷菌是油藏中典型的土著菌。
[0003]研究證實(shí)，CO2地質(zhì)埋存是減少CO2排放的有效途徑。CO2埋存對環(huán)境產(chǎn)生的影響小、成本較低，與國際、國內(nèi)相關(guān)政策、法規(guī)具有一致性。研究和實(shí)踐證明，油氣藏，特別是瀕臨枯竭的油氣藏是CO2地質(zhì)埋存最有利的場所。
[0004]研究證實(shí)，油藏中具有將CO2轉(zhuǎn)化為甲烷的潛力。油藏發(fā)育著多種多樣的微生物并形成了相對穩(wěn)定的微生物群落。油田地層水中一般可分離出不同生理群的微生物如好氧的化能異養(yǎng)菌(如烴氧化菌)和厭氧的發(fā)酵菌、硫酸鹽還原菌、硝酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌等。本實(shí)驗(yàn)室用克隆文庫法分析了中國陸上高溫(75°C )水驅(qū)油藏產(chǎn)出水樣中微生物的群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)高溫油藏中存在豐富的微生物，主要為厚壁菌門(Firmicutes)、熱袍菌門(Thermotogae)的細(xì) 菌，氧營養(yǎng)型(Methanomicrobiales, Methanococcale,Methanobacteriales)和乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲燒菌(Methanosarcinales)等古菌。油藏中發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)甲烷菌主要包括甲烷桿菌和甲烷八疊球菌，甲烷桿菌中典型菌為布氏甲烷桿菌(Mbryantii)和甲酸甲燒桿菌(Mformicicum),兩者均能利用CO2 / H2產(chǎn)甲燒。
[0005]油藏中微生物活性低，自然狀態(tài)下CO2生物轉(zhuǎn)化為甲烷的速率較低。由于油藏中營養(yǎng)物質(zhì)匱乏，微生物數(shù)量一般較低。Knapp等對Oklahoma州Payne縣SEVVSU油田單元油藏中的微生物進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其中產(chǎn)甲烷菌數(shù)量僅為2~46cells / ml。同樣，在Romashkino油田302單元地層中發(fā)酵菌濃度約為IO2~104cells / ml,甲烷生成菌濃度約為I~IO2Cells / ml ο Romashkino油田甲燒主要由重碳酸鹽產(chǎn)生，速率為0.0126~0.2786ml CH4.L4.day'西伯利亞Mamontovskoe高溫油田在注水井井底區(qū)域，甲燒通過HCO3-和乙酸鹽合成，速率為0.0327~5.3130mlCH4 -T1.day^1 ;在與生產(chǎn)井相連的區(qū)域，甲烷主要通過乙酸鹽合成，速率為0.0041~0.1291ml CH4.I71.day'由上可見,無論地下油藏條件還是實(shí)驗(yàn)室條件，油藏中微生物均具有將CO2生物轉(zhuǎn)化為甲烷的能力，但由于自然條件下油藏微生物濃度低、代謝活性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可以大大提高二氧化碳還原型產(chǎn)甲烷速率，具有經(jīng)濟(jì)、簡便可行的活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
[0008](I)分析確定目標(biāo)油藏流體中至少存在互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)或熱袍菌(Thermotogaceae)中的一種菌，同時(shí)存在下列菌中的至少一種:甲燒桿菌(Methanobacterium),嗜熱甲燒桿菌(Methanothermobacter),甲燒繩菌(Methanolinea),甲燒螺菌(Methanospirillum),甲燒囊菌(Methanoculleus)；
[0009](2)向油藏中注入乙酸或乙酸鹽，使油藏水中乙酸或乙酸鹽濃度為5.0?
10.0mM ；
[0010](3)收獲甲烷。
[0011]步驟(2)所述的乙酸鹽濃度為6.8禮，所述的乙酸鹽包括但不限于乙酸鹽鈉、乙酸鉀。
[0012]步驟(3)所述的收獲甲烷由注入井收獲或從采油井收獲。
[0013]步驟⑴分析確定目標(biāo)油藏流體中互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)或熱袍菌(Thermotogaceae)、甲燒桿菌(Methanobacterium),嗜熱甲燒桿菌(Methanothermobacter),甲燒繩菌(Methanolinea),甲燒螺菌(Methanospirillum),甲燒囊菌(Methanoculleus),米用文獻(xiàn)[International Biodeterioration &Biodegradation]2011年第65期444-450頁報(bào)道的16S rDNA方法進(jìn)行分析鑒定。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用油藏中的本源微生物將CO2還原成CH4是多生物參與的復(fù)雜生物反應(yīng)過程，需要多種微生物共同作用才能完成，在下游反應(yīng)過程中，最可能的反應(yīng)途徑是乙酸被乙酸氧化菌產(chǎn)生H2,氫營養(yǎng)型的產(chǎn)甲烷菌再利用H2和CO2產(chǎn)生甲烷，具有食物鏈結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)的限制性步驟主要是共生菌(Syntrophus)氧化產(chǎn)氫過程。本發(fā)明通過注入短鏈有機(jī)酸鹽，刺激互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)或/和熱袍菌(Thermotogaceae)生長代謝,進(jìn)而激活下游二氧化碳還原型產(chǎn)甲燒菌，由此提高了還原CO2產(chǎn)甲烷的速率。本發(fā)明可以大大提高二氧化碳還原型產(chǎn)甲烷速率，具有經(jīng)濟(jì)、簡便可行等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為乙酸鈉對產(chǎn)甲烷上游細(xì)菌菌群的影響；
[0016]圖2為乙酸鈉對產(chǎn)甲烷菌組成的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]實(shí)施例1
[0019]分析大慶油田某區(qū)塊產(chǎn)出液中含有互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)和熱袍菌(Thermotogaceae)以及嗜熱甲燒桿菌(Methanothermobacter),以該產(chǎn)出液配制2個(gè)培養(yǎng)體系(體系組成見表I?3)，55°C下培養(yǎng)180天，體系都沒有檢測到CH4，表明體系中產(chǎn)甲烷菌活性很低。然后其中一個(gè)體系保持不變，另外一個(gè)體系加入0.41g(5mM)乙酸鈉，培養(yǎng)12天，在兩體系中均檢測到了 CH4，培養(yǎng)120天后兩體系中CH4含量分別為18.3mmol /L(添加乙酸鈉)和2.7mmol / L(未添加乙酸鈉)。2個(gè)體系群落分析見圖1和圖2。由圖1可見，互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)豐度由20% (未添加乙酸鈉體系)提高到57%(添加乙酸鈉體系)。由圖2可見,產(chǎn)甲燒菌Methanothermobacter豐度由52% (未添加乙酸鈉體系)提高到98% (添加乙酸鈉體系)。表明加入乙酸鈉后參與CO2轉(zhuǎn)化產(chǎn)CH4過程或與之密切相關(guān)的微生物被激活了或豐度增大了，菌群向有利于還原CO2產(chǎn)甲烷方向演變，同時(shí)甲烷產(chǎn)率提高近7倍。
[0020]實(shí)施例2
[0021]分析華北油田某區(qū)塊產(chǎn)出液中含有9.5%互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)和以及 18.3% 甲燒桿菌(Methanobacterium)和 10.8% 甲燒繩菌(Methanolinea),以該產(chǎn)出液配制2個(gè)培養(yǎng)體系(體系組成見表1~3)，38°C下培養(yǎng)100天，兩個(gè)體系都沒有檢測到CH4，表明體系中產(chǎn)甲烷菌活性很低。然后保持一個(gè)體系不變，在另一個(gè)體系中加入
0.56g(6.8mM)乙酸鈉，繼續(xù)培養(yǎng)33天后在兩體系中檢測到了 CH4，培養(yǎng)75天后兩體系中CH4含量分別為4.7mmol / L(未添加乙酸鈉)和22.4mmol / L(添加乙酸鈉)。體系中互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)豐度由20% (未添加乙酸鈉體系)提高到57% (添加乙酸鈉體系)。甲燒桿菌(Methanobacterium)和甲燒繩菌(Methanolinea)分別由未添加乙酸鈉體系的18.3%和10.8%提高至添加乙酸鈉體系的33.7%和12.2%。
[0022]實(shí)施例3
[0023]分析新疆油田某區(qū)塊產(chǎn)出液中含有15.7%的互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)和 9.6% 的熱袍菌(Thermotogaceae)以及 23.2 % 的嗜熱甲燒桿菌(Methanobacterium),
13.7%的甲燒囊菌(Methanoculleus),以該產(chǎn)出液配制2個(gè)培養(yǎng)體系(體系組成見表1~3)，21°C下培養(yǎng)64天，兩個(gè)體系都沒有檢測到CH4，表明體系中產(chǎn)甲烷菌活性很低。然后保持一個(gè)體系不變，在另一個(gè)體系中加入0.98g (IOmM)乙酸鉀，繼續(xù)培養(yǎng)23天，在兩體系中均檢測到了 CH4,培養(yǎng)143天后兩體系中CH4含`量分別為3.2mmol / L (未添加乙酸鉀體系)和37.2mmol / L(添加乙酸鉀體系)。體系中互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)豐度由
15.7% (未添加乙酸鉀體系)提高到37.6% (添加乙酸鉀體系)，熱袍菌(Thermotogaceae)由9.6% (未添加乙酸鉀體系)變至10.2% (添加乙酸鉀體系))。嗜熱甲烷桿菌(Methanobacterium) ^ 23.2% (未添加乙酸鉀體系)變至45.0% (添加乙酸鉀體系)，甲烷囊菌(Methanoculleus) 13.7% (未添加乙酸鉀體系)變?yōu)?8.6% (添加乙酸鉀體系)。
[0024]表1培養(yǎng)體系組成
【權(quán)利要求】
1.一種活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)分析確定目標(biāo)油藏流體中至少存在互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)或熱袍菌(Thermotogaceae)中的一種菌，同時(shí)存在下列菌中的至少一種:甲燒桿菌(Methanobacterium),嗜熱甲燒桿菌(Methanothermobacter),甲燒繩菌(Methanolinea),甲燒螺菌(Methanospirillum),甲燒囊菌(Methanoculleus)； (2)向油藏中注入乙酸或乙酸鹽，使油藏水中乙酸或乙酸鹽濃度為5.0?10.0mM ； (3)收獲甲烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，步驟(2)所述的乙酸鹽濃度為6.8禮，所述的乙酸鹽包括但不限于乙酸鹽鈉、乙酸鉀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，步驟(3)所述的收獲甲烷由注入井收獲或從采油井收獲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化油藏中產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化二氧化碳生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，步驟⑴分析確定目標(biāo)油藏流體中互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)或熱袍菌(Thermotogaceae)、甲燒桿菌(Methanobacterium),嗜熱甲燒桿菌(Methanothermobacter),甲燒繩菌(Methanolinea),甲燒螺菌(Methanospirillum),甲燒囊菌(Methanoculleus),米用文獻(xiàn)[International Biodeterioration &Biodegradation] 2011年第65期444-450頁報(bào)道的16S rDNA方法進(jìn)行分析鑒定。
【文檔編號】E21B43/16GK103670347SQ201310479743
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】牟伯中, 劉金峰, 楊世忠, 王立影, 孫曉博 申請人:華東理工大學(xué)