CN103924953A - 一种加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，该方法包括以下步骤：进行稠油烃厌氧降解产烃类气体预培养；检测油藏采出水中铁、钴、镍元素的浓度；向稠油烃厌氧降解体系投加二价铁元素、二价钴元素和二价镍元素，使稠油烃生物厌氧降解体系中铁元素浓度为0.8-1.2mg/L，钴元素浓度为0.6-1.0mg/L，镍元素浓度为0.09-0.13mg/L；收获有机烃类气体。本发明针对具有完整产有机烃类气体微生物群落组成的稠油/超稠油油藏，不添加外源微生物，完全利用油藏内源微生物，降低了成本，在体系中投加微生物代谢所必须的微量元素来加速微生物的代谢速度，实现微生物在短时间内的大量富集，从而加速稠油烃的降解，加速有机烃类气体产生速率。

Description

一种加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法
技术领域
本发明涉及稠油/超稠油油藏气化开采技术领域，具体地说是涉及到以油藏微生物降解稠油/超稠油等难以开采的油藏转化为有机烃类气体方法。 
背景技术
我国稠油/超稠油资源储量巨大，但是采收率不足50%，大量的资源残留在地下得不到利用，如何高效深度开发这部分资源已经成为石油开发领域亟待解决的问题。油藏残余油生物气化开采是一项具有前瞻性的课题，已经受到美国等发达国家的重视和关注。 
油藏微生物气化技术是近几年来国际上正在探索的延长油藏开发寿命的新技术，它是利用厌氧微生物菌群在厌氧环境下将残余原油转化为天然气，然后以天然气形式开采或作为战略性资源就地储备。作为国内外研究热点，石油烃生物气化的可行性已经在实验室条件下得到证实。稠油/超稠油残留地下无法采收的储量巨大，气化潜力巨大，但是不对油藏微生物进行认为干预其降解速度非常慢，在自然状态下无法满足气化采油的要求，因此必须人为干预进行激活，加速产气效率。在微生物气化采油领域，在牟伯中等人的专利（公布号CN102329822A）中发现一种相关激活方法，即通过调节体系硫酸盐和磷酸盐浓度来加速甲烷的产生；但其并不是针对稠油/超稠油，且仅将甲烷作为目的产物。 
稠油相比轻油组分不一样，稠油的生物降解更加困难和缓慢，因为稠油中胶质沥青质含量高，长链烃含量高，在现实中，稠油/超稠油的采收率较低，我国的现状是大量稠油/超稠油得不到有效利用。 
目前还没有针对稠油/超稠油气化开采激活剂的相关报道，而且本发明并不是简单以产甲烷作为激活目的产物。 
发明内容
根据上述不足之处，本发明的目的是提供一种以油藏微生物降解稠油/超稠油等难以开采的油藏转化为有机烃类气体方法。 
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，该方法包括以下步骤：（1）进行稠油烃厌氧降解产烃类气体预培养；（2）检测油藏 采出水中铁、钴、镍元素的浓度；（3）向稠油烃厌氧降解体系投加二价铁元素、二价钴元素和二价镍元素，使稠油烃生物厌氧降解体系中铁元素浓度为0.8-1.2mg/L，钴元素浓度为0.6-1.0mg/L，镍元素浓度为0.09-0.13mg/L；（4）收获有机烃类气体。 
优选的是：在所述步骤（2）和（3）之间增加以下步骤：采用能够降解稠油烃生成有机烃类气体的油井，对其中的微生物进行富集，将富集菌液注入到油井中。 
优选的是：如步骤（3）所述的二价铁元素来自于FeCl2、FeSO4、Fe（NO3）2、Fe3（PO4） 2·8H2O或(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O。 
优选的是：如步骤（3）所述的二价钴元素来自于CoCl2、CoBr2、CoOCo(OH)2、CoCO3、Co(NO3)2或CoSO4。 
优选的是：如步骤（3）所述的二价镍元素来自于NiSO4、NiCl2、NiBr2或NiCO3。 
优选的是：如步骤（3）所述的铁元素浓度为0.9-1.1mg/L，钴元素浓度为0.7-0.9mg/L，镍元素浓度为0.10-0.12mg/L。 
优选的是：如步骤（3）所述的铁元素浓度为1.0mg/L，钴元素浓度为0.80mg/L，镍元素浓度为0.11mg/L。 
本发明的有益效果在于：本发明对加速稠油厌氧降解产有机烃类气体速率提供了一种可行性方法，为稠油/超稠油的气化开采提供了可行的技术手段。针对具有完整产有机烃类气体微生物群落组成的稠油/超稠油油藏，不添加外源微生物，完全利用油藏内源微生物，降低了成本，在体系中投加微生物代谢所必须的微量元素来加速微生物的代谢速度，实现微生物在短时间内的大量富集，从而加速稠油烃的降解，加速有机烃类气体产生速率。目的产物包括甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷异、正丁烷、异戊烷、正戊烷、2.2-二甲基丁烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、甲基环戊烷、苯、正己烷、C1.2-二甲基环戊烷等有机气体，经过研究，本发明可以有效激活油藏内源微生物加速有机烃类气体的产生，其中甲烷含量75-95%，其他烃类气体含量5-25%，大大提高了各种烃类气体产量。 
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。 
一种加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，首先，进行稠油烃厌氧降解产烃类气体预培养。使用血清瓶，配制无机盐培养基：KCl1.0g；NaCl1.0g；NH4Cl1.0g；K2HPO4·3H2O0.42g；KH2PO40.3g；MgCl2·6H2O0.6g；CaCl2·2H2O0.12g；维生素液10ml；L-半胱氨酸盐酸盐0.5g；蒸馏水1000ml；调节pH7.0-7.5。以稠油为唯一碳源，采出水为接种 物，取上述培养基，每升培养基加入1.0mg刃天青，煮沸约10分钟，分装培养基60ml于120ml血清瓶中，通N2直到培养基溶液粉红色退去。121℃20min高温灭菌，灭菌后补加NaS·9H2O（终浓度0.03%）和NaHCO3（终浓度0.2%），接种油田采出水20ml，加入1g稠油作为碳源，避光恒温培养箱中培养，进行降解实验。维生素溶液配方见下表： 
表1维生素溶液 
整个预培养过程保证厌氧状态，可以定期检测生成气体的成份，用注射器或进样器从血清瓶上面密封胶塞抽取瓶内气体进行分析，也可以不进行，因为本发明只需要验证会不会产生气体即可，也就是说，培养150d后直接测定血清瓶中气体成份即可。培养温度与所采样的油井地层温度一致。 
其次，检测油藏采出水中铁、钴、镍元素的浓度。 
再次，向稠油烃厌氧降解体系投加二价铁元素、二价钴元素和二价镍元素，使稠油烃生物厌氧降解体系中铁元素浓度为0.8-1.2mg/L，钴元素浓度为0.6-1.0mg/L，镍元素浓度为0.09-0.13mg/L。铁元素浓度优选为0.9-1.1mg/L，钴元素浓度优选为0.7-0.9mg/L，镍元素浓度优选为0.10-0.12mg/L。更优的选择是，铁元素浓度为1.0mg/L，钴元素浓度为0.80mg/L，镍元素浓度为0.11mg/L。 
其中，二价铁元素来自于FeCl2、FeSO4、Fe（NO3）2、Fe3（PO4）2·8H2O或(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O。二价钴元素来自于CoCl2、CoBr2、CoOCo(OH)2、CoCO3、Co(NO3)2或CoSO4。二价镍元素来自于NiSO4、NiCl2、NiBr2或NiCO3。 
将营养物质注入油井，封井即可。经过一定时间后，一般为270天，收集气体。 
另一方面，如果实验室预培养不能产气的话，可以采用能够降解稠油烃生成有机烃类气体的油井，对其中的微生物进行富集，将富集菌液注入到不能产气的油井中进行降解。 
微量元素不仅能够提高挥发性脂肪酸转化效率，消除挥发性脂肪酸的累积现象，提高甲烷产气量，而且能够拮抗钠离子、氨氮等的抑制作用，进一步维持厌氧发酵的稳定运行，铁、钴、镍均是微生物生长必须的微量元素，在微生物微量元素组成中占比重最大的三种微量元素，也是需求量最大的三种微量元素，经过试验站位采出水分析发现，这三种物质含量较低，而铁、钴、镍等微量元素在微生物代谢过程中具有特殊的作用，例如酶的合成，对微生物来说必不可少，加上在其他领域，比如沼气发酵、垃圾厌氧处理等领域经过研究发现这三种物质对微生物的影响较大，因此选用铁、钴、镍作为激活物质。 
其他金属元素对微生物来说也是必须的，但是在地层中钠、钾镁等金属元素比较丰富，一般情况下均能够满足微生物需求，微生物对其余微量元素的需求量较低，采出水中的含量基本可以满足微生物的需要。 
经试验发现，过低的浓度，激活效果并不明显，同样，过高的浓度反而效果并不是最好的，同时，微量元素对微生物的作用存在过高浓度抑制其生长的现象，因此选用上述浓度范围，以达到最佳的效果。 
采用二价铁元素单独激活的效果试验见表2。 
表2二价铁元素单独激活产气量 
采用二价钴元素单独激活的效果试验见表3。 
表3二价钴元素单独激活产气量 
采用二价镍元素单独激活的效果试验见表3。 
表4二价镍元素单独激活产气量 
经试验发现，投加二价铁元素、二价钴元素和二价镍元素效果优于其他营养元素，具体试验数据如下： 
1、投加硫化钠，调节体系硫化物浓度为2mmol/L，经过270d培养，产气量为72.63umol，空白试验产气量为18.74umol； 
2、投加硫酸铵，调节体系硫酸盐浓度1.8mmol/L，经过270d培养，产气量为97.08umol，空白实验产气18.74unol； 
3、投加磷酸钾，调节体系磷酸盐浓度为35mmol/L，经过270d培养，产气量为103.56umol，空白试验产气18.74umol； 
4、投加磷酸钠，调节体系磷酸盐浓度为40umol/L，经过270d培养，产气量为83.56umol，空白试验产气18.74umol； 
5、投加硫酸钠和磷酸钾联合激活，调节硫酸盐浓度为1.8umol/L。磷酸盐浓度38umol/L，经过270d培养，产气量为113.56umol，空白试验产气18.74umol； 
6、投加硫酸钾和磷酸钙联合激活，调节硫酸盐浓度为2.0umol/L。磷酸盐浓度40umol/L，经过270d培养，产气量为117.56umol，空白试验产气18.74umol； 
实施例1：胜利油田某区块稠油油井产出液为菌种来源，降解其采出稠油，经过预培养实验发现有烃类气体产生，证明该区块拥有完整的厌氧降解产烃类气体的内源微生物菌群。通过原子吸收光谱检测，测得采出水中铁元素为8.83mg/L，钴元素浓度为0.0046mg/L，镍元素浓度为0.0008mg/L，投加FeCl2、CoCl2、NiCl2，调节降解体系中铁元素浓度为1.1mg/L，钴元素浓度为0.86mg/L，镍元素浓度为0.10mg/L，经过270天培养，产生气241.57umol，而未加营养物质激活的产气18.74umol，本发明体系是原体系产量的12.9倍。 
实施例2：胜利油田某区块稠油油井产出液为菌种来源，降解其采出稠油，经过预培养实验发现有烃类气体产生，证明该区块拥有完整的厌氧降解产烃类气体的内源微生物菌群。 通过原子吸收光谱检测，测得采出水中铁元素为8.83mg/L，钴元素浓度为0.0046mg/L，镍元素浓度为0.0008mg/L，投加FeSO4、Co(NO3)2、NiSO4，调节降解体系中铁元素浓度为1.1mg/L，钴元素浓度为0.86mg/L，镍元素浓度为0.10mg/L，经过270天培养，产生气220.7umol，而未加营养物质激活的产气18.74umol，本发明体系是原体系产量的11.8倍。 
实施例3：新疆克拉玛依油田某区块稠油油井产出液为菌种来源，降解其采出稠油，经过预培养实验发现有烃类气体产生，证明该区块拥有完整的厌氧降解产烃类气体的内源微生物菌群。通过原子吸收光谱检测，测得采出水中铁元素为0.2mg/L，钴元素浓度为0.0097mg/L，镍元素未检出，投加Fe（NO3）2、CoBr2、NiSO4调节降解体系中铁元素浓度为0.8mg/L，钴元素浓度为0.6mg/L，镍元素浓度为0.07mg/L，经过270天培养，产气196.54umol，而未加营养物质激活的产气19.93umol，本发明体系是原体系产量的9.86倍。 
实施例4：新疆克拉玛依油田某区块稠油油井产出液为菌种来源，降解其采出稠油，经过预培养实验发现有烃类气体产生，证明该区块拥有完整的厌氧降解产烃类气体的内源微生物菌群。通过原子吸收光谱检测，测得采出水中铁元素为0.2mg/L，钴元素浓度为0.0097mg/L，镍元素未检出，投加Fe3（PO4）2·8H2O、CoSO4、NiBr2调节降解体系中铁元素浓度为0.8mg/L，钴元素浓度为0.6mg/L，镍元素浓度为0.07mg/L，经过270天培养，产气176.14umol，而未加营养物质激活的产气19.93umol，本发明体系是原体系产量的8.84倍。 
实施例5：胜利油田某区块稠油油井产出液为菌种来源，降解其采出稠油，经过预培养实验发现有烃类气体产生，证明该区块拥有完整的厌氧降解产烃类气体的内源微生物菌群。通过原子吸收光谱检测，测得采出水中铁元素为0.22mg/L，钴元素浓度为0.20mg/L，镍元素浓度为0.034mg/L投加(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O、CoCl2、NiSO4，调节降解体系中铁元素浓度为1.2mg/L，钴元素浓度为1.0mg/L，镍元素浓度为0.11mg/L，经过270天培养，产生气239.8umol，而未加营养物质激活的产气20.29umol，本发明体系是原体系产量的11.8倍。 

Claims (7)

1.一种加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：（1）进行稠油烃厌氧降解产烃类气体预培养；（2）检测油藏采出水中铁、钴、镍元素的浓度；（3）向稠油烃厌氧降解体系投加二价铁元素、二价钴元素和二价镍元素，使稠油烃生物厌氧降解体系中铁元素浓度为0.8-1.2mg/L，钴元素浓度为0.6-1.0mg/L，镍元素浓度为0.09-0.13mg/L；（4）收获有机烃类气体。 
2.按照权利要求1所述的加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，其特征在于：在所述步骤（2）和（3）之间增加以下步骤：采用能够降解稠油烃生成有机烃类气体的油井，对其中的微生物进行富集，将富集菌液注入到油井中。 
3.按照权利要求1所述的加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，其特征在于：如步骤（3）所述的二价铁元素来自于FeCl2、FeSO4、Fe（NO3）2、Fe3（PO4）2·8H2O或(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O。 
4.按照权利要求1所述的加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，其特征在于：如步骤（3）所述的二价钴元素来自于CoCl2、CoBr2、CoOCo(OH)2、CoCO3、Co(NO3)2或CoSO4。 
5.按照权利要求1所述的加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，其特征在于：如步骤（3）所述的二价镍元素来自于NiSO4、NiCl2、NiBr2或NiCO3。 
6.按照权利要求1所述的加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，其特征在于：如步骤（3）所述的铁元素浓度为0.9-1.1mg/L，钴元素浓度为0.7-0.9mg/L，镍元素浓度为0.10-0.12mg/L。 
7.按照权利要求1所述的加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的方法，其特征在于：如步骤（3）所述的铁元素浓度为1.0mg/L，钴元素浓度为0.80mg/L，镍元素浓度为0.11mg/L。 
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