活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法
【專利摘要】本發明涉及一種活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法，該方法包括如下步驟：(1)分析確定目標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。與現有技術相比，本發明可以大大提高二氧化碳還原型產甲烷速率，具有經濟、簡便可行等優點。
【專利說明】活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油藏微生物開發及利用【技術領域】，具體涉及利用油藏微生物轉化CO2產甲烷的技術方法。
【背景技術】
[0002]油藏是位于地下幾百米至數千米、原油在單一圈閉中具有同一壓力系統的基本聚集。這種環境中孕育的微生物具有物種多、代謝類型多、互相關聯、結構相對穩定等特點。對于特定油藏，經長時間的演化適應，其中的微生物形成了較為穩定的群落。目前，水驅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。從未開發油藏分離到的產甲燒菌Methanobacterium thermaggregans具有的嗜熱和耐鹽等特性與所分離的油藏環境具有很好的一致性，說明產甲烷菌是油藏中典型的土著菌。
[0003]研究證實，CO2地質埋存是減少CO2排放的有效途徑。CO2埋存對環境產生的影響小、成本較低，與國際、國內相關政策、法規具有一致性。研究和實踐證明，油氣藏，特別是瀕臨枯竭的油氣藏是CO2地質埋存最有利的場所。
[0004]研究證實，油藏中具有將CO2轉化為甲烷的潛力。油藏發育著多種多樣的微生物并形成了相對穩定的微生物群落。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菌(如烴氧化菌)和厭氧的發酵菌、硫酸鹽還原菌、硝酸鹽還原菌和產甲烷菌等。本實驗室用克隆文庫法分析了中國陸上高溫(75°C )水驅油藏產出水樣中微生物的群落結構，發現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 菌，氧營養型(Methanomicrobiales, Methanococcale,Methanobacteriales)和乙酸營養型產甲燒菌(Methanosarcinales)等古菌。油藏中發現的產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產甲燒。
[0005]油藏中微生物活性低，自然狀態下CO2生物轉化為甲烷的速率較低。由于油藏中營養物質匱乏，微生物數量一般較低。Knapp等對Oklahoma州Payne縣SEVVSU油田單元油藏中的微生物進行了研究，發現其中產甲烷菌數量僅為2~46cells / ml。同樣，在Romashkino油田302單元地層中發酵菌濃度約為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 ;在與生產井相連的區域，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驗室條件，油藏中微生物均具有將CO2生物轉化為甲烷的能力，但由于自然條件下油藏微生物濃度低、代謝活性低。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可以大大提高二氧化碳還原型產甲烷速率，具有經濟、簡便可行的活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法。
[0007]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法，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[International Biodeterioration &Biodegradation]2011年第65期444-450頁報道的16S rDNA方法進行分析鑒定。
[0014]與現有技術相比，本發明利用油藏中的本源微生物將CO2還原成CH4是多生物參與的復雜生物反應過程，需要多種微生物共同作用才能完成，在下游反應過程中，最可能的反應途徑是乙酸被乙酸氧化菌產生H2,氫營養型的產甲烷菌再利用H2和CO2產生甲烷，具有食物鏈結構。研究發現，該反應的限制性步驟主要是共生菌(Syntrophus)氧化產氫過程。本發明通過注入短鏈有機酸鹽，刺激互營單胞菌(Syntrophomonadaceae)或/和熱袍菌(Thermotogaceae)生長代謝,進而激活下游二氧化碳還原型產甲燒菌，由此提高了還原CO2產甲烷的速率。本發明可以大大提高二氧化碳還原型產甲烷速率，具有經濟、簡便可行等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為乙酸鈉對產甲烷上游細菌菌群的影響；
[0016]圖2為乙酸鈉對產甲烷菌組成的影響。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0018]實施例1
[0019]分析大慶油田某區塊產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),以該產出液配制2個培養體系(體系組成見表I?3)，55°C下培養180天，體系都沒有檢測到CH4，表明體系中產甲烷菌活性很低。然后其中一個體系保持不變，另外一個體系加入0.41g(5mM)乙酸鈉，培養12天，在兩體系中均檢測到了 CH4，培養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轉化產CH4過程或與之密切相關的微生物被激活了或豐度增大了，菌群向有利于還原CO2產甲烷方向演變，同時甲烷產率提高近7倍。
[0020]實施例2
[0021]分析華北油田某區塊產出液中含有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),以該產出液配制2個培養體系(體系組成見表1~3)，38°C下培養100天，兩個體系都沒有檢測到CH4，表明體系中產甲烷菌活性很低。然后保持一個體系不變，在另一個體系中加入
0.56g(6.8mM)乙酸鈉，繼續培養33天后在兩體系中檢測到了 CH4，培養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]實施例3
[0023]分析新疆油田某區塊產出液中含有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),以該產出液配制2個培養體系(體系組成見表1~3)，21°C下培養64天，兩個體系都沒有檢測到CH4，表明體系中產甲烷菌活性很低。然后保持一個體系不變，在另一個體系中加入0.98g (IOmM)乙酸鉀，繼續培養23天，在兩體系中均檢測到了 CH4,培養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)變為28.6% (添加乙酸鉀體系)。
[0024]表1培養體系組成
【權利要求】
1.一種活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法，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.根據權利要求1所述的活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法，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.根據權利要求1所述的活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法，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.根據權利要求1所述的活化油藏中產甲烷菌轉化二氧化碳生產甲烷的方法，其特征在于，步驟⑴分析確定目標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[International Biodeterioration &Biodegradation] 2011年第65期444-450頁報道的16S rDNA方法進行分析鑒定。
【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 優先權日:2013年10月14日
【發明者】牟伯中, 劉金峰, 楊世忠, 王立影, 孫曉博 申請人:華東理工大學