CN101892825A - 一种改善油藏中的微生物菌群以强化本源微生物提高采油的方法 - Google Patents

一种改善油藏中的微生物菌群以强化本源微生物提高采油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种改善油藏中的微生物菌群以强化油藏本源微生物提高采油的方法，其中，该方法包括：(1)对油藏中的微生物菌群的组成进行分析；(2)根据分析的结果向油藏中引入外源微生物，使引入外源微生物后的油藏含有以下微生物：烃氧化菌(hydrocarbon-oxiding bacteria)、厌氧发酵菌(fermentative bacteria)、异养菌(heterotrophic bacteria)、甲烷菌(methanogenic bacteria)、硫酸盐还原菌(sulphate-reducing bacteria)以及硝酸盐还原菌(nitrate-reducing bacteria)。本发明提供的方法通过向油藏中添加外源微生物，改善了油藏微生物菌群的结构，使油藏微生物菌群功能得到了强化，从而提高驱油效果，扩大微生物采油技术的应用范围。

Description

一种改善油藏中的微生物菌群以强化本源微生物提高采油的方法
技术领域
本发明涉及一种用于改善油藏中的微生物菌群以强化本源微生物提高采油的方法。
背景技术
石油是重要的资源，人们对石油的需求日益增加。然而现有的石油开采技术仅能采出储量的1/3-1/2左右，石油剩余可采储量是巨大的，如何开采出这些石油资源是人们强烈关注的问题。
微生物采油技术(MEOR)是通过利用微生物在油藏中的生命活动及其代谢产物来提高原油产量和采收率的一种生物技术，微生物采油技术具有应用范围广、实施成本低及经济效益显著等特点，越来越受到人们的关注。
根据微生物来源不同MEOR分为外源微生物驱油技术和内源微生物驱油技术。内源微生物驱油技术就是向油层中注入激活剂选择性激活油层中原有的微生物群落，进行有益于驱油的生长代谢活动，提高原油的采收率。其中俄罗斯科学家发明的基于油藏微生物菌群的好氧微生物一厌氧微生物演替降解石油的两阶段生物过程的本源微生物菌群驱油技术，已在现场见到了很好的应用效果(Belyaev S S等Microbiology，1998，67(6)：708-714)。该技术包括多种微生物类群的相互作用，形成利于驱油的微生物食物链，其食物链起动于烃类和好氧的烃氧化菌，在注水井近井含氧地带氧化产生CO2和有机物质，之后被注入水推进到无氧地带而成为各种厌氧菌利用的基质被进一步转化，在这个生物过程中，产生生物表面活性剂、有机酸、有机溶剂、生物气等代谢产物，从而降低界面张力，改善原油的流动性质，提高石油采收率。此技术的前提条件是油藏生态系统中存在多种属微生物，几个种属相互协作，形成一个宜于驱油的完整生物链，完成单种属生物体很难或根本不可能进行的反应，其中每一个种属在其中发挥不同的功能。
但是，由于地质条件的差异，各油藏的环境条件也有所不同，导致油藏中的微生物菌群的结构存在很大的差异，一些油藏环境中往往缺少完整的功能菌群，不能形成完整的生物链，影响了本源微生物功能发挥，从而使本源微生物采油技术的应用受到了很大的限制。
因此，开发出一种能够用于改善油藏中的微生物菌群的方法，以降低由油藏中的微生物菌群的差异而产生的对本源微生物采油技术的应用的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服由油藏中的微生物菌群的差异而产生的对本源微生物采油技术的应用的限制，提供一种改善油藏中的微生物菌群以强化本源微生物提高采油的方法。
本发明提供了一种改善油藏中的微生物菌群以强化本源微生物提高采油的方法，其中，该方法包括：(1)对油藏中的微生物菌群的组成进行分析；(2)根据分析的结果向油藏中引入外源微生物，使引入外源微生物后的油藏含有以下微生物：烃氧化菌(hydrocarbon-oxiding bacteria)、厌氧发酵菌(fermentative bacteria)、异养菌(heterotrophic bacteria)、甲烷菌(methanogenic bacteria)、硫酸盐还原菌(sulphate-reducing bacteria)以及硝酸盐还原菌(nitrate-reducing bacteria)。
本发明提供的方法通过向油藏中添加外源微生物，改善了油藏微生物菌群的结果，使油藏本源微生物菌群功能得到了强化，从而提高了驱油效果，扩大了本源微生物采油技术的应用范围。
具体实施方式
本发明提供了一种改善油藏中的微生物菌群以强化本源微生物提高采油的方法，其中，该方法包括：(1)对油藏中的微生物菌群的组成进行分析；(2)根据分析的结果向油藏中引入外源微生物，使引入外源微生物后的油藏含有以下微生物：烃氧化菌(hydrocarbon-oxiding bacteria)、厌氧发酵菌(fermentative bacteria)、异养菌(heterotrophic bacteria)、甲烷菌(methanogenic bacteria)、硫酸盐还原菌(sulphate-reducing bacteria)以及硝酸盐还原菌(nitrate-reducing bacteria)。
根据本发明，改善后的微生物菌群中各类微生物能够分别在好氧、兼氧或厌氧环境中生长。另外，改善后的微生物菌群具有利用原油产生包括生物表面活性剂、有机酸、有机溶剂、以及甲烷气等在内的代谢产物的能力。
本发明中，所述对油藏中的微生物菌群的组成进行分析的方法可以为各种能够用于对微生物菌群的组成进行分析的方法，例如，所述方法可以包括：(1)提取油藏样品的总DNA；(2)使用能够特异性地使得到的总DNA中的16SrDNA进行扩增的引物，对总DNA中的16SrDNA进行扩增；(3)对所述扩增的产物进行克隆并测序；(4)将测序结果与已知微生物的16SrDNA的核苷酸序列进行比对，根据对比的结果确定油藏中微生物菌群的组成。
本发明中，提取油藏样品的总DNA的方法可以是各种提取DNA的方法，优选使用DNA提取试剂盒(UltraCleanTM Soil DNA kit)按照试剂盒的使用说明书记载的方法来提取总DNA。
根据本发明，对得到总DNA中的16S rDNA进行扩增的方法为本领域技术人员所公知，例如，可以使用PCR仪(Mastercycler，Eppendorf公司)，根据《分子克隆实验指南》第三版(J.萨姆布鲁克和D.W.拉塞尔著)记载的方法进行扩增，本领域的技术人员可以对《分子克隆实验指南》中记载的扩增方法和扩增条件进行各种适当的改进。
所述油藏中的微生物菌群主要包括细菌和古菌，因此，在对得到的总DNA中的16SrDNA进行扩增时，既可以使用细菌和古菌的通用引物，例如，
530f：5’-GTGCCAGCMGCCGCGG-3’，和
1492r：5’-GGMTACCTTGTTACGACT-3’；
也可以分别使用针对细菌的引物和针对古菌的引物，分别对得到的总DNA中的16SrDNA进行扩增，例如，
Eub27f：5’-AGAGTTTGATC2CTGGCTCAG-3’，和
1495r：5’-CTACGGCTACCTTGTTACG-3’
Arc21f：5’-TCCGGTTGATCCTGCCGGA-3’，和
1495r：5’-CTACGGCTACCTTGTTACG-3’
优选情况下，使用针对细菌的引物和针对古菌的引物，分别以得到的总DNA为模板进行扩增，所述扩增的条件可以为：
Figure B2009100845327D0000041
优选为：
Figure B2009100845327D0000042
根据本发明，对所述扩增的产物进行克隆并测序的方法为本领域技术人员所公知，例如，可以根据《分子克隆实验指南》第三版(J.萨姆布鲁克和D.W.拉塞尔著)记载的方法进行克隆和测序，本领域的技术人员可以对《分子克隆实验指南》中记载的方法和条件进行各种适当的改进。
根据本发明，所述将测序结果与已知微生物的16SrDNA的核苷酸序列进行比对的方法为本领域技术人员所公知，例如，可以在NCBI的BLAST数据库中与已知微生物的16SrDNA的核苷酸序列进行比对。
实施例1
油藏微生物菌群组成的分子生态学分析
样品取自于油井产出水，使用孔径从大到小的滤膜逐级抽滤，最后一次抽滤用0.22μm滤膜。收集滤膜上的微生物细胞，用DNA提取试剂盒(UltraCleanTM Soil DNA Kit)提取总DNA，提取的总DNA经0.8％琼脂糖凝胶电泳检测后于-20℃保存。
取1μl环境总DNA作为模板进行PCR，引物为：
细菌：
27F：5’AGAGTTTGATC2CTGGCTCAG-3’，
1495R：5’-CTACGGCTACCTTGTTACG-3’)；
古菌：
21F：5’TCCGGTTGATCCTGCCGGA-3’，
1495R：5’-CTACGGCTAC CTTGTTACG-3’)。
扩增条件：94℃4min；94℃30s，50℃30s，72℃60s，30个循环；72℃7min。PCR产物用1％琼脂糖凝胶电泳检测产量和特异性，并用DNA纯化试剂盒纯化。
使用pGEM-T Easy vector System试剂盒，进行PCR产物连接反应，连接体系4℃过夜，50μl感受态细胞于冰浴中融化10min后，加入连接混合物3μl，混匀，冰浴2min，然后将其转入已预冷的电转槽中，电击后迅速加入液体LB培养基950μl，混匀后于37℃摇床，摇速小于225rpm，50min后取100μl涂于含氨苄青霉素(Amp)、X-gal和IPTG的LB平板上，37℃培养14-16h，用蓝白斑方法筛选转化子，测序得到的16S rRNA基因序列，通过Genbank数据库的BLAST比对，得到油藏微生物菌群的组成。
针对胜利油田S12-4样品分析结果显示该油藏微生物群落从总体上包括7大类群，即γ-proteobacteria(γ-变形细菌纲)，α-proteobacteria(α-变形细菌纲)和Flavobacteria(黄杆菌纲)，Thermococci(热球菌纲)Methanococci(甲烷球菌纲)，Methanomicrobia(甲烷微菌纲)和Methanobacteria(甲烷杆菌纲)。
实施例2，微生物功能菌群的培养分析和选育
采用稀释法对油藏样品中不同生理菌群的细菌数量进行分析和富集，所用培养基如下：
烃氧化菌的培养基：
硝酸铵1.5g/l，尿素0.5g/l，磷酸氢二钾1.0g/l，磷酸二氢钾1.0g/l，氯化钙0.01g/l，硫酸镁0.5g/l，硫酸亚铁0.01g/l，2％液蜡，pH7.0；
异养菌的培养基：
蛋白胨10g/l，酵母膏3g/l，葡萄糖10g/l，氯化钠3g/l，pH7.0；
硫酸盐还原菌培养基：
乳酸钠4g/l，硫酸铵4g/l，磷酸氢二钠3.5g/l，磷酸二氢钾1.5g/l，硫酸镁1g/l，氯化钙0.1g/l，酵母膏1.0g/l，半胱氨酸盐酸盐1g/l，Mohr氏盐0.5g/l，pH7.0；
硝酸盐还原菌培养基(g/l)：
NH4Cl 1.0，NaCl 0.8，KCl 0.1，K2HPO4 0.1，MgSO4 0.2，CaCl2 0.02，CaCO30.2，蛋白胨1.0，酵母膏1.0，KNO3 1.0，半胱氨酸盐酸盐0.5g/l，pH7.0。
甲烷菌的培养基：
80mM醋酸盐或H2+CO2为碳源，矿盐溶液(氯化铵0.5g/l，磷酸氢二钠3.5g/l，磷酸二氢钾1.5g/l，氯化钙0.01g/l，氯化镁0.1g/l，碳酸钠0.2-0.5g/l，微量元素1ml)，接种前向培养基中加入无菌硫化钠使其浓度为30mg/l。
厌氧发酵菌培养基为(g/l)：
NH4Cl 1.0，NaCl 0.8，KCl 0.1，K2HPO4 0.1，MgSO4 0.2，CaCl2 0.02，CaCO30.2，蛋白胨10，酵母膏5，葡萄糖10，半胱氨酸盐酸盐0.5g/l，pH7.0。
油藏样品分析结果见表1。
  样品编号   烃细菌   发酵菌   异养菌   甲烷菌   SO4 2还原菌   NO2 1还原菌
  站3-X27   0   1.5×102   ～10   ～10   ～10   0
  单12-4   4.0×102   2.0×103   3.0×103   ～10   ～10   0
由上表的数据并结合实施例1的分析结果，单12-4样品存在相对较完整的微生物菌群结构，而站3-X27则缺少烃氧化菌类群。
实施例3
油藏样品微生物菌群的代谢特性分析
250ml血清瓶中加入地层水样100ml，并加入原油和其它营养元素进行培养。实验过程中检测原油乳化、pH及表面张力和甲烷气变化等指标同时对烃氧化菌、发酵菌、腐生菌、甲烷菌和硫酸盐还原菌进行计数。
结果显示，S12-4的原油发生明显的乳化，表面张力和pH值下降，且有一定量的气体产生，这些特性可利于原油从储层中释出。而站3-X27效果相对较差。
实施例4
强化功能菌群的构建及代谢功能
油藏样品的微生物组成和代谢功能成分析显示，缺少部分微生物类群的样品其代谢能力和代谢多样性较差，这也是限制其增加采油效果的重要因素。本发明采用向油藏样品中加入一定比例的外源微生物及营养液的方式，以与原有菌群形成具有完整食物链的功能菌群强化系统，来增加其代谢功能。鉴于站3-X27样品缺乏烃氧化菌，而烃氧化菌是激活整个代谢流的关键和重要步骤，因此向站3-X27水样100ml/瓶，加入富集的烃氧化菌以及原油和各种营养物，经过一段时间培养后检测其代谢产物，显示该系统利用原油产生生物表面活性剂、有机酸、有机溶剂、甲烷气等代谢能力明显提高，相应地其中的各类功能菌的数量也有增加：烃氧化菌(6X102/毫升)、硝酸盐还原菌(102/毫升)，发酵菌(105/毫升)，甲烷菌(102/毫升)和硫酸盐还原菌(101/毫升)。这将有利于提高采油效果。

Claims (4)

1.一种改善油藏中的微生物菌群以强化本源微生物提高采油的方法，其特征在于，该方法包括：(1)对油藏中的微生物菌群的组成进行分析；(2)根据分析的结果向油藏中引入外源微生物，使引入外源微生物后的油藏含有以下微生物：烃氧化菌(hydrocarbon-oxiding bacteria)、厌氧发酵菌(fermentative bacteria)、异养菌(heterotrophic bacteria)、甲烷菌(methanogenic bacteria)、硫酸盐还原菌(sulphate-reducing bacteria)以及硝酸盐还原菌(nitrate-reducing bacteria)。
2.根据权利要求1所述的方法，改善后的微生物菌群中各类微生物能够分别在好氧、兼氧或厌氧环境中生长。
3.根据权利要求1所述的方法，改善后的微生物菌群具有利用原油产生包括生物表面活性剂、有机酸、有机溶剂、以及甲烷气在内的代谢产物的能力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对油藏中的微生物菌群的组成进行分析的方法包括：(1)提取油藏样品的总DNA；(2)使用能够特异性地使得到的总DNA中的16SrDNA进行扩增的引物，对总DNA中的16SrDNA进行扩增；(3)对所述扩增的产物进行克隆并测序；(4)将测序结果与已知微生物的16SrDNA的核苷酸序列进行比对，根据对比的结果确定油藏中微生物菌群的组成。
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