CN105628677A - 检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置和方法，其中，该装置包括：拉曼光谱仪，用于检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体；温控箱，位于拉曼光谱仪下方，用于提供微生物驱油的温度；石英毛细管，位于温控箱中，用于模拟不同孔隙直径的岩石；注入系统，与石英毛细管相连，用于向石英毛细管中注入水和石油以及微生物和营养液；采出系统，与石英毛细管相连，用于从石英毛细管中采集采出液和石油以及气体。在本发明实施例中，利用拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的拉曼位移来确定所代谢的气体种类及含量，解决了现有技术中无法原位有效检测微生物代谢气体的问题，达到了定性以及定量检测微生物代谢气体的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探技术领域，特别涉及一种检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置和方法。
背景技术
一直以来，模拟油藏温压条件下微生物驱油过程中微生物代谢气体的检测问题一直困扰着科研人员。特别是在模拟油、水、岩石共存的复杂环境下，测定微生物代谢气体种类及其含量都受到了一定的限制。
目前，一般采用色谱法或者依据直观的压力变化实现微生物代谢气体定性以及定量的原位检测。其中，利用色谱法检测微生物代谢气体时，检测结果在时间上有一定的滞后性，并且在取样检测的过程中容易产生误差。当采用压力法检测微生物代谢气体时，检测结果的定量准确度低、可信度差，并且采用压力法检测微生物代谢气体无法对单一气体开展定量研究。
针对上述如何有效地对微生物代谢的气体进行原位检测的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置和方法，以解决现有技术中无法有效检测微生物代谢气体的问题。
本发明实施例提供了一种检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置，包括：拉曼光谱仪，用于检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体；温控箱，位于所述拉曼光谱仪的下方，用于提供微生物驱油所需的温度，其中，所述温控箱对应于拉曼光谱仪投射光处设置有透明石英板；石英毛细管，位于所述温控箱中，用于模拟不同孔隙直径的岩石；注入系统，与所述石英毛细管相连，用于向所述石英毛细管中注入水和石油以及微生物和营养液；采出系统，与所述石英毛细管相连，用于从所述石英毛细管中采集采出液和石油以及气体。
在一个实施例中，所述石英毛细管的内部填充有石油和/或石英砂。
在一个实施例中，所述温控箱设置有加热电阻和控制所述加热电阻的温控组件。
在一个实施例中，上述检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置还包括：压力阀，与所述石英毛细管相连，用于对所述石英毛细管的压力大小进行控制。
在一个实施例中，所述采出液包括水和微生物菌液。
在一个实施例中，上述检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置还包括：计量设备，与所述注入系统以及采出系统相连，用于计量向所述石英毛细管中注入的水和石油的体积以及微生物菌液的浓度，以及从所述石英毛细管中采集的采出液和石油的体积以及微生物菌液的浓度。
本发明实施例还提供了一种检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的方法，包括：通过温控箱提供微生物驱油所需的温度；利用注入系统向位于所述温控箱中的石英毛细管注入水和石油以及微生物和营养液，其中，所述石英毛细管的内部填充有石油和/或石英砂；通过拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体。
在一个实施例中，在利用注入系统向位于所述温控箱中的石英毛细管注入水和石油以及微生物和营养液之前，所述方法还包括：向所述石英毛细管中注入石油和/或石英砂。
在一个实施例中，通过拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体，包括：通过拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体在预定时间内的拉曼位移；根据不同气体在相同时间长度内拉曼位移不同的原理，确定微生物驱油过程中微生物代谢的气体的种类以及含量。
在一个实施例中，按照以下方式确定不同气体在相同时间长度内拉曼位移：通过温控箱提供微生物驱油所需的温度；通过压力阀提供微生物驱油所需的压力；分别向石英毛细管中注入不同浓度的待测气体；利用所述拉曼光谱仪检测出所述待测气体在不同浓度时的拉曼位移。
在本发明实施例中，在检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置中设置了拉曼光谱仪、温控箱、石英毛细管、注入系统以及采出系统。利用拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体的拉曼位移来确定所代谢的气体种类以及含量，解决了现有技术中无法原位有效检测微生物代谢气体的问题，达到了定性以及定量地检测微生物代谢气体的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置的一种结构框图；
图2是本发明实施例的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的方法的一种流程图；
图3是本发明实施例的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置的一个具体实例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
微生物驱油技术指的是将特殊的微生物和营养液注入地层，通过微生物在地层中生长代谢，微生物对地层中原油的直接作用和微生物的代谢产物对地层中原油的作用，改善原油在地层中的流动性，最终提高原油的采收率。
本发明实施例提供了检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置，如图1所示，该检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置包括：拉曼光谱仪101、温控箱102、石英毛细管103、注入系统104以及采出系统105。下面结合图1对该系统中的各个组成部分进行具体描述：
1)拉曼光谱仪101，用于检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体；
2)温控箱102，位于所述拉曼光谱仪101的下方，用于提供微生物驱油所需的温度，其中，所述温控箱102对应于拉曼光谱仪101投射光处设置有透明板；
3)石英毛细管103，位于所述温控箱102中，用于模拟不同孔隙直径的岩石；
4)注入系统104，与所述石英毛细管103相连，用于向所述石英毛细管103中注入水和石油以及微生物和营养液；
5)采出系统105，与所述石英毛细管103相连，用于从所述石英毛细管103中采集采出液和石油以及气体。
在上述实施例中，在该检测气体的装置中设置了拉曼光谱仪、温控箱、石英毛细管、注入系统以及采出系统。利用该装置，在油藏温度以及压力条件下开展微生物驱油实验。实验开始的时候，通过拉曼光谱仪，利用气体对拉曼光谱产生不同拉曼位移的原理，针对CO、CO2、H2S以及CH4开展定量气体检测。利用检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置进行实验时，实验结果可重复并且操作简单。
上述拉曼光谱仪可以实时观察并检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体，具体的，可以解决相关技术中采用色谱法检测微生物代谢气体时检测结果在时间上的滞后性以及检测过程中产生的误差，并且利用拉曼光谱仪对微生物驱油过程中微生物代谢的气体的拉曼位移来确定所代谢的气体种类以及含量，可以解决现有技术中采用压力法无法对单一气体开展定量研究的问题；在检测的过程中，仅仅向所述石英毛细管中注入水和石油以及微生物和营养液，可以实现原位检测的目的。
拉曼光谱是散射光谱，它是电磁波谱中出现的一种现象，是一种激光测量技术。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。当激光照射在样品(固体、液体、气体)上时，光子与分子碰撞发生散射。由于分子的转动振动，拉曼散射光的频率较入射光频率发生偏移，这个偏移称为拉曼位移。拉曼位移是分子的特征体现，根据拉曼位移得到的拉曼光谱图可以反映分子的指纹信息。不同的物质具有不同的特征光谱，因此可以通过拉曼光谱对物质进行定性分析；不同的物质对光谱的吸光度不同，因此可以通过拉曼光谱对物质进行定量分析。
下面分别针对微生物在油、水和岩石共存的环境中代谢的CO、CO2、H2S以及CH4的拉曼特性进行具体的理论分析：
(1)一氧化碳，分子式为CO。其中，它的成键方法是：C和O化合时，C的p轨道的2个电子和O的p轨道未成对的2个电子形成2个共用电子对，然后，C的p轨道上还有一个空轨道，O的p轨道上还有一对孤对电子，可以形成第3个共用电子对，因此最终得到的是碳氧三键。C＝O的晶格振动范围是1640cm-1至1820cm-1，具有拉曼活性，拉曼峰为1640cm-1。
(2)二氧化碳的碳与氧反应生成其化学式为CO2，一个二氧化碳分子由两个氧原子与一个碳原子通过共价键构成。在CO2分子中，碳原子采用sp杂化轨道与二氧化碳分子结构氧原子成键。C原子的两个sp杂化轨道分别与两个O原子生成两个σ键。CO2具有拉曼活性的对称伸缩振动的基频是1340，但由于它与变角振动基频667的2倍频1334发生了费米共振，导致频率分裂且两者均具有拉曼活性，所以最后出现两个拉曼峰，分别为1387cm-1和1285cm-1。
(3)硫化氢，化学分子式H2S。中心原子S原子采取sp3杂化，电子对构型为正四面体形，分子构型为V形，H-S-H键角为92.1°，偶极矩0.97D，是极性分子。-H-S晶格振动范围2550cm-1至2600cm-1，拉曼峰为2611cm-1。
(4)甲烷，化学式CH4，由一个碳和四个氢原子通过sp3杂化的方式组成，因此甲烷分子的结构为正四面体结构，四个键的键长相同键角相等。甲烷气体拉曼峰为2864cm-1。
从上述针对微生物在油、水和岩石共存的环境中所代谢的CO、CO2、H2S以及CH4的拉曼特性的分析，可以看出四种不同的气体所对应的拉曼峰值均不同，所以在本发明实施例中，可以通过拉曼光谱仪，利用气体对拉曼光谱产生不同拉曼位移的原理，针对CO、CO2、H2S以及CH4开展定量气体检测。
上述温控箱对应于拉曼光谱仪投射光处设置有透明板，并且该透明板为石英材质。温控箱设置有加热电阻和控制所述加热电阻的温控组件。其中，加热电阻可以是热电偶等电热元件，控制所述加热电阻的温控组件可以是传感器等温控元器件。当所设定的温度高于现有温度的时候，可以通过温控组件对加热电阻进行控制升高温控箱的现有温度，当达到现有温度时停止加热；当所设定的温度低于现有温度的时候，可以通过温控组件对加热电阻进行控制从而降低温控箱的现有温度，当达到现有温度时停止加热。其中，温控箱可以控制的温度范围是室温至95℃，温控精度为±1℃。可以发现，当采用上述空气浴温控箱对微生物驱油过程进行控制时，对于运用拉曼光谱仪来检测微生物代谢气体的种类以及含量实验的影响最小，提高了检测气体实验结果的准确性。
上述石英毛细管的内部填充有石油和/或石英砂，可以达到最大管径为300μm，满足微生物微米级别的要求，可以模拟不同孔隙直径条件的岩石。在进行微生物驱油实验时，可以根据具体要求选择具体管径的石英毛细管。
上述注入系统用于向石英毛细管中注入水和石油以及微生物和营养液，并且与用于计量向石英毛细管中注入的水和石油的体积以及微生物菌液浓度的计量设备相连，其中，上述微生物菌液指的是微生物和营养液；上述采出系统用于从石英毛细管中采集采出液和石油，并且与用于计量从石英毛细管中采集的采出液和石油体积以及微生物菌液的浓度的计量设备相连，其中，上述采出液指的是水和微生物菌液。在实验的过程中，需要从采出系统中采集采出液和石油以及气体，并手动定期检测采出液中微生物菌液的浓度以监控微生物的作用。当菌液浓度较低时需要通过注入系统向石英毛细管中添加微生物或营养液以增加菌液浓度，从而保证驱油实验中的微生物可以处于最佳状态。在实验过程中，还需要定期计量采出液和石油的体积以计算提高驱油实验中的石油采收率。
在实际操作的过程中，当进行检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的实验时，上述注入系统可以在实验前期先向石英毛细管中注入石油，之后再根据具体的实验要求向石英毛细管中注入水以及微生物和营养液；当进行微生物菌液注入实验时，上述注入系统可以根据具体的实验要求向石英毛细管中注入水以及微生物和营养液。
压力阀，与石英毛细管相连，可以用于对石英毛细管的压力大小进行控制，具体的，压力阀可以控制的压力范围是0MPa至70MPa。
在本实施例中还提供了一种微生物驱油方法，如图2所示，可以包括以下步骤：
步骤201：通过温控箱提供微生物驱油所需的温度；
步骤202：利用注入系统向位于所述温控箱中的石英毛细管注入水和石油以及微生物和营养液，其中，所述石英毛细管的内部填充有石油和/或石英砂；
步骤203：通过拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体。
采用上述检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置对微生物代谢的气体进行观察的过程中，在通过温控箱得到微生物驱油实验所需温度之后，可以通过上述压力阀对所述石英毛细管的压力大小进行控制。在达到微生物驱油实验所需要的温度以及压力的情况下，进一步的，根据实际要求，选取相应孔隙直径的石英毛细管，并通过注入系统向石英毛细管中注入石油，之后根据实验要求分别向毛细管中注入水和微生物以及营养液，最后通过拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体在预定时间内的拉曼位移，并根据不同气体在相同时间长度内拉曼位移不同的原理，确定微生物驱油过程中微生物代谢的气体的种类以及含量。
具体的，可以按照以下方式确定不同气体在相同时间长度内拉曼位移：
S1：通过温控箱提供微生物驱油所需的温度；
S2：通过压力阀提供微生物驱油所需的压力；
S3：分别向石英毛细管中注入不同浓度的待测气体；
S4：利用所述拉曼光谱仪检测出所述待测气体在不同浓度时的拉曼位移。
下面举一具体实施详细说明本发明实施例的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置和方法。然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在本例中，可以观察在没有注入石油的情况下，石英毛细管中微生物代谢气体的种类以及产量。通过对比没有注入石油的情况下即仅存在水和岩石的情况下，微生物代谢气体的种类以及产量，以及注入石油的情况下，相同孔隙直径的石英毛细管中微生物代谢气体的种类以及产量，探索石油对微生物的影响。具体的，在本实施例中，通过温控箱设定油藏温度为37℃，通过压力阀控制油藏压力为8MPa，选取孔隙直径为25μm的石英毛细管，此时可以先将纳米级石英砂预先附着在石英毛细管壁上。通过注入系统向石英毛细管中注入水、微生物和营养液，利用拉曼光谱仪检测在没有石油注入的情况下微生物代谢气体的种类以及产量。
在本例中，可以检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体。具体的，在本实施例中，通过温控箱设定油藏温度为50℃，通过压力阀控制油藏压力为10MPa，选取孔隙直径为25μm的石英毛细管，此时可以先将纳米级石英砂预先附着在石英毛细管壁上。向毛细管中注入石油，老化3天，从而可以模拟实际油藏中剩余油的状态。进一步的，老化3天后，向毛细管中注入水、微生物和营养液，从而可以模拟油藏中原始微生物菌落的分布状态，利用拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的种类以及产量。
如图3所示，是本例的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置的一个具体实例，其中，1表示石英毛细管(相当于图1中的103)，2表示拉曼光谱仪(相当于图1中的101)，3表示温控箱(相当于图1中的102)，4表示压力阀，5表示压力表，6表示单向阀。
在进行检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体的实验时，可以根据实际要求，通过温控箱3调节温度至微生物驱油实验所需温度、通过压力阀4调节压力至至压力表5显示为微生物驱油实验所需压力后，选取相应孔隙直径的石英毛细管1，并通过注入系统向石英毛细管1中注入石油，经过一段时间的老化后，再向石英毛细管1中注入水、微生物以及营养液，利用拉曼光谱仪2检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体。至此，一次检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体的实验就完成了。如果需要再次观察，重复上述操作即可。图3所示的结构具有结构合理、操作简单、测量精度高、可原位检测、实验结果可视化、并且实验信息丰富的特点。
从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：在检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置中设置了拉曼光谱仪、温控箱、石英毛细管、注入系统以及采出系统。利用拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体的拉曼位移来确定所代谢的气体种类以及含量，解决了现有技术中无法原位有效检测微生物代谢气体的问题，达到了定性以及定量地检测微生物代谢气体的目的。通过检测微生物驱油过程中微生物所代谢的气体来恢复油藏压力、提高残余油的饱和度，最终可以提高石油的采收率。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置，其特征在于，包括：
拉曼光谱仪，用于检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体；
温控箱，位于所述拉曼光谱仪的下方，用于提供微生物驱油所需的温度，其中，所述温控箱对应于拉曼光谱仪投射光处设置有透明石英板；
石英毛细管，位于所述温控箱中，用于模拟不同孔隙直径的岩石；
注入系统，与所述石英毛细管相连，用于向所述石英毛细管中注入水和石油以及微生物和营养液；
采出系统，与所述石英毛细管相连，用于从所述石英毛细管中采集采出液和石油以及气体。
2.如权利要求1所述的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置，其特征在于，所述石英毛细管的内部填充有石油和/或石英砂。
3.如权利要求1所述的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置，其特征在于，所述温控箱设置有加热电阻和控制所述加热电阻的温控组件。
4.如权利要求1所述的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置，其特征在于，还包括：压力阀，与所述石英毛细管相连，用于对所述石英毛细管的压力大小进行控制。
5.如权利要求1所述的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置，其特征在于，所述采出液包括水和微生物菌液。
6.如权利要求5所述的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置，其特征在于，还包括：计量设备，与所述注入系统以及采出系统相连，用于计量向所述石英毛细管中注入的水和石油的体积以及微生物菌液的浓度，以及从所述石英毛细管中采集的采出液和石油的体积以及微生物菌液的浓度。
7.一种利用权利要求1至6中任一项所述的检测微生物驱油过程中微生物代谢气体的装置进行微生物代谢气体检测的方法，其特征在于，包括：
通过温控箱提供微生物驱油所需的温度；
利用注入系统向位于所述温控箱中的石英毛细管注入水和石油以及微生物和营养液，其中，所述石英毛细管的内部填充有石油和/或石英砂；
通过拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体。
8.如权利要求7所述的检测微生物代谢气体的方法，其特征在于，在利用注入系统向位于所述温控箱中的石英毛细管注入水和石油以及微生物和营养液之前，所述方法还包括：
向所述石英毛细管中注入石油和/或石英砂。
9.如权利要求7所述的检测微生物代谢气体的方法，其特征在于，通过拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体，包括：
通过拉曼光谱仪检测微生物驱油过程中微生物代谢的气体在预定时间内的拉曼位移；
根据不同气体在相同时间长度内拉曼位移不同的原理，确定微生物驱油过程中微生物代谢的气体的种类以及含量。
10.如权利要求9所述的检测微生物代谢气体的方法，其特征在于，按照以下方式确定不同气体在相同时间长度内拉曼位移：
通过温控箱提供微生物驱油所需的温度；
通过压力阀提供微生物驱油所需的压力；
分别向石英毛细管中注入不同浓度的待测气体；
利用所述拉曼光谱仪检测出所述待测气体在不同浓度时的拉曼位移。
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| CN105628677B (zh) | 2019-06-11 |
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