CN106544369A - 促进油藏微生物转化co2产甲烷的方法 - Google Patents

促进油藏微生物转化co2产甲烷的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106544369A
CN106544369A CN201610887340.XA CN201610887340A CN106544369A CN 106544369 A CN106544369 A CN 106544369A CN 201610887340 A CN201610887340 A CN 201610887340A CN 106544369 A CN106544369 A CN 106544369A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
methane
electron donor
oil pool
convert
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610887340.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106544369B (zh
Inventor
牟伯中
杨世忠
刘金峰
周蕾
马蕾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN201610887340.XA priority Critical patent/CN106544369B/zh
Publication of CN106544369A publication Critical patent/CN106544369A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106544369B publication Critical patent/CN106544369B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，包括以下步骤：(1)分析确定目标油藏地层水中至少存在一种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌；(2)筛选目标油藏地层水pH为6.0～8.0；(3)向目标油藏地层水中注入电子供体，电子供体与目标油藏地层水的质量体积比(w/v)为2～40g/L；(4)收获甲烷气体。与现有技术相比，本发明充分利用油藏内源微生物，显著提高CO2生物转化为甲烷的速率，具有简单方便、适用油藏范围广等优点。

Description

促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法
技术领域
本发明属于油藏封存CO2的资源化利用以及油藏微生物开发利用的技术领域，尤其是涉及一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法。
背景技术
随着工业化生产的加速，各种能源燃烧等释放CO2的速度不断增长，CO2作为大气中主要的温室气体，直接导致全球升温、气候异常等特殊天气现象发生，如任其发展则会对人类正常的生产生活造成严重影响。因此，将CO2封存于低品位/枯竭油藏等地质构造已成为减少碳排放的新举措之一，受到世界多国政府和科研机构的高度重视。
油藏是典型的高温、高压、高矿化度、集油/气/水共存为一体的多孔介质环境，其中孕育着丰富的微生物及基因资源。其中，CO2还原型产甲烷菌可以直接利用油藏中的CO2与氢气发生还原反应进而产生甲烷(4H2+CO2→CH4+2H2O)，反应的标准吉布斯自由能变化小于0，属于自发进行的反应。目前，在油藏样品中检测到能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌类型，在目的水平主要包括：甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)和部分甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)。由此，油藏具有转化CO2为甲烷的生物学基础。
然而目前，针对油藏封存CO2生物转化技术的实际应用还鲜有报道。同时，在自然状态下，油藏微生物转化CO2产甲烷的速率较低。Romashkino油田甲烷主要由重碳酸盐产生，速率为0.0126～0.2786ml/L/day。
公开号为CN103670347A的中国专利公布了一种活化油藏中产甲烷菌转化二氧化碳生产甲烷的方法，该方法包括如下步骤：(1)分析确定目标油藏流体中至少存在互营单胞菌或热袍菌中的一种菌，同时存在下列菌中的至少一种：甲烷杆菌、嗜热甲烷杆菌、甲烷绳菌、甲烷螺菌、甲烷囊菌；(2)向油藏中注入乙酸或乙酸盐，使油藏水中乙酸或乙酸盐浓度为5.0～10.0mM；(3)收获甲烷。该专利技术通过注入短链有机酸盐，刺激互营单胞菌(Syntrophomonadaceae)或/和热袍菌(Thermotogaceae)生长代谢，进而激活下游二氧化碳还原型产甲烷菌，由此提高还原CO2产甲烷的速率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服CO2转化为甲烷速率低的问题而提供一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，本发明通过引入电子供体进而刺激提高油藏微生物转化CO2产甲烷的速率。
电子供体在微生物活动中发挥着重要的作用，是进行氧化还原反应的必需物质。本研究发现，零价铁、铝、锌等作为电子供体时极大地促进了氢气的产生(例如：Fe+2H2O→H2+Fe2++2OH-)，进一步模拟实验表明，在基质中加入上述电子供体显著提高了微生物还原CO2产甲烷的速率和产率；同时，作为生命活动的重要物质，这些电子供体氧化产生的离子可以提高微生物的代谢活性。为了加大电子供体的输送距离，将电子供体悬浮于高浓度聚合物溶液中注入，可有效地降低电子供体的沉降速度，保障其输送到油藏深处。基于上述认识，结合油藏中CO2还原产甲烷速率低以及电子供体向油藏注入的问题提出了本发明。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，包括以下步骤：
(1)分析确定目标油藏地层水中至少存在一种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌；
(2)筛选目标油藏地层水pH为6.0～8.0；
(3)向目标油藏中注入电子供体，电子供体与地层水的质量体积比(w/v)为2～40g/L；
(4)收获甲烷气体。
步骤(1)中所述的产甲烷菌，在目的水平上包括但不仅限于：甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)和甲烷胞菌目(Methanocellales)。
步骤(2)中，通过返排地层水样的方法，分析筛选目标油藏地层水pH为6.0～8.0。
步骤(3)中，电子供体与目标油藏地层水的质量体积比(w/v)为2～40g/L。
步骤(3)中，将电子供体悬浮于高浓度聚合物溶液中，再将高浓度聚合物溶液注入目标油藏地层水中。
所述的高浓度聚合物溶液优选为分子量1900万的聚丙烯酰胺溶液。
步骤(3)所述的电子供体包括但不仅限于零价铁、铝、锌等。
所述的电子供体粒径≤20μm。
步骤(4)所述的收获甲烷气体由产油井采出或者就地储存。
与现有技术相比，本发明为提高CO2生物转化产甲烷速率提供了一种有效方法，为油藏封存CO2的生物转化提供了可行性技术手段。针对具有利用氢气还原CO2产甲烷菌的油藏，充分利用了油藏内源微生物实现转化。电子供体转化产生的氢气是产甲烷的重要前体，同时，产生的离子也可作为微生物生长代谢等活动的重要元素之一。转化产生的甲烷，既可以采出使用，又可以作为能源储备。本发明可以显著提高CO2生物转化为甲烷的速率，具有简单方便、适用油藏范围广等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
分析胜利油田某区块地层水中的产甲烷菌组成，其中存在着两种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌：属于甲烷杆菌目(Methanobacteriales)的甲烷嗜热杆菌(Methanothermobacter)和属于甲烷微菌目(Methanomicrobiales)的甲烷囊菌(Methanoculleus)。测定该油藏地层水pH为8.0。向50mL该地层水中添加电子供体零价铁(5～20μm)，零价铁与地层水的质量体积比(w/v)为40g/L，在55℃进行厌氧培养。经过16天的培养，添加电子供体体系的甲烷产量为176.0μmol，产甲烷速率为220.0μmol/L/day；而未添加电子供体的对照样品仅有1.7μmol甲烷产生，产甲烷速率为2.1μmol/L/day。
实施例2：
分析江苏油田某区块地层水中的产甲烷菌组成，其中存在着多种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌：属于甲烷杆菌目(Methanobacteriales)的甲烷嗜热杆菌(Methanothermobacter)和属于甲烷微菌目(Methanomicrobiales)的甲烷囊菌(Methanoculleus)、甲烷石状菌(Methanocalculus)和甲烷袋菌(Methanofollis)。测定该油藏地层水pH为6.0。向50mL该地层水中添加电子供体铁片，铁片与地层水的质量体积比(w/v)为2g/L，在55℃进行厌氧培养。经过32天的培养，添加电子供体体系的甲烷产量为149.8μmol，产甲烷速率为93.6μmol/L/day；而未添加电子供体的对照样品仅有8.6μmol甲烷产生，产甲烷速率为5.4μmol/L/day。
实施例3：
分析胜利油田某区块地层水中的产甲烷菌组成，其中存在着一种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌，为属于甲烷杆菌目(Methanobacteriales)的甲烷嗜热杆菌(Methanothermobacter)。测定该油藏地层水pH为6.7。向50mL该地层水中添加电子供体零价铁(5～20μm)，零价铁与地层水的质量体积比(w/v)为10g/L，在55℃进行厌氧培养。经过12天的培养，添加电子供体体系的甲烷产量为309.0μmol，产甲烷速率为515.0μmol/L/day；而未添加电子供体的对照样品仅有7.6μmol甲烷产生，产甲烷速率为12.7μmol/L/day。
实施例4：
分析华北油田某区块地层水中的产甲烷菌组成，其中存在着多种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌：属于甲烷杆菌目(Methanobacteriales)的甲烷嗜热杆菌(Methanothermobacter)和甲烷杆菌(Methanobacterium)、属于甲烷微菌目(Methanomicrobiales)的甲烷螺菌(Methanospirillum)、属于甲烷球菌目(Methanococcales)的甲烷球菌(Methanococcaceae)。测定该油藏地层水pH为7.1。向50mL该地层水中添加电子供体铝粉(10～20μm)，铝粉与地层水的质量体积比(w/v)为15g/L，在55℃进行厌氧培养。经过30天的培养，添加电子供体体系的甲烷产量为198.0μmol，产甲烷速率为132.0μmol/L/day；而未添加电子供体的对照样品仅有5.7μmol甲烷产生，产甲烷速率为3.8μmol/L/day。
实施例5：
分析华北油田某区块地层水中的产甲烷菌组成，其中存在着两种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌：属于甲烷微菌目(Methanomicrobiales)的甲烷螺菌(Methanospirillum)和甲烷绳菌(Methanolinea)。测定该油藏地层水pH为6.7。向50mL该地层水中添加电子供体锌粉(6～20μm)，锌粉与地层水的质量体积比(w/v)为5g/L，在55℃进行厌氧培养。经过21天的培养，添加电子供体体系的甲烷产量为105.7μmol，产甲烷速率为100.7μmol/L/day；而未添加电子供体的对照样品仅有5.8μmol甲烷产生，产甲烷速率为5.5μmol/L/day。
实施例6：
分析胜利油田某区块地层水中的产甲烷菌组成，其中存在着两种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌：属于甲烷微菌目(Methanomicrobiales)的甲烷囊菌(Methanoculleus)和属于甲烷杆菌目(Methanobacteriales)的甲烷嗜热杆菌(Methanothermobacter)。测定该油藏地层水pH为7.2。采用岩芯进行物理模拟实验，岩芯长30cm，厚度1.5cm，孔隙度27％，渗透率365mD，饱和地层水(含重碳酸盐1.1g/L)，将电子供体零价铁(10～20μm，中值为15μm)悬浮于分子量1900万的聚丙烯酰胺溶液(2.0g/L)中注入，零价铁与地层水的质量体积比(w/v)为10g/L，封闭岩芯。20天后检测，产甲烷速率为100.7μmol/L/day，比油藏自然状态下产甲烷速率高出8倍以上。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分析确定目标油藏地层水中至少存在一种能够利用氢气还原CO2的产甲烷菌；
(2)筛选目标油藏地层水pH为6.0～8.0；
(3)向目标油藏地层水中注入电子供体；
(4)收获甲烷气体。
2.根据权利要求1所述的一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的产甲烷菌，在目的水平上包括但不仅限于：甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)和甲烷胞菌目(Methanocellales)。
3.根据权利要求1所述的一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，步骤(2)中，通过返排地层水样的方法，分析筛选目标油藏地层水pH为6.0～8.0。
4.根据权利要求1所述的一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)中，电子供体与目标油藏地层水的质量体积比为2～40g/L。
5.根据权利要求1或4所述的一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)中，将电子供体悬浮于高浓度聚合物溶液中，再将高浓度聚合物溶液注入目标油藏地层水中。
6.根据权利要求5所述的一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，所述的高浓度聚合物溶液优选为分子量1900万的聚丙烯酰胺溶液。
7.根据权利要求1所述的一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)所述的电子供体包括但不仅限于零价铁、铝、锌。
8.根据权利要求1或7所述的一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，所述的电子供体粒径≤20μm。
9.根据权利要求1所述的一种促进油藏微生物转化CO2产甲烷的方法，其特征在于，步骤(4)所述的收获甲烷气体由产油井采出或者就地储存。
CN201610887340.XA 2016-10-11 2016-10-11 促进油藏微生物转化co2产甲烷的方法 Active CN106544369B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610887340.XA CN106544369B (zh) 2016-10-11 2016-10-11 促进油藏微生物转化co2产甲烷的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610887340.XA CN106544369B (zh) 2016-10-11 2016-10-11 促进油藏微生物转化co2产甲烷的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106544369A true CN106544369A (zh) 2017-03-29
CN106544369B CN106544369B (zh) 2020-03-17

Family

ID=58368546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610887340.XA Active CN106544369B (zh) 2016-10-11 2016-10-11 促进油藏微生物转化co2产甲烷的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106544369B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108424947A (zh) * 2018-03-15 2018-08-21 华东理工大学 一种利用微生物还原co2同时产甲烷和乙酸的方法
CN108517337A (zh) * 2018-05-17 2018-09-11 华东理工大学 一种促进二氧化碳生物转化为甲烷的方法
CN108641944A (zh) * 2018-05-17 2018-10-12 华东理工大学 一种co2生物转化为甲烷的装置及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102435720A (zh) * 2011-09-09 2012-05-02 南开大学 油藏内源微生物高效激活剂筛选方法
CN103670347A (zh) * 2013-10-14 2014-03-26 华东理工大学 活化油藏中产甲烷菌转化二氧化碳生产甲烷的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102435720A (zh) * 2011-09-09 2012-05-02 南开大学 油藏内源微生物高效激活剂筛选方法
CN103670347A (zh) * 2013-10-14 2014-03-26 华东理工大学 活化油藏中产甲烷菌转化二氧化碳生产甲烷的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张丽萍: "《精细化工品生产技术》", 31 December 2011, 石油工业技术出版社 *
李永峰: "《环境微生物技术：典型厌氧环境微生物过程》", 31 August 2014, 哈尔滨工业大学出版社 *
牟伯中: "油藏环境中CO2生物固定与转化及资源化利用", 《微生物学杂志》 *
郭广寨: "环境工程学报", 《环境工程学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108424947A (zh) * 2018-03-15 2018-08-21 华东理工大学 一种利用微生物还原co2同时产甲烷和乙酸的方法
WO2019174194A1 (zh) * 2018-03-15 2019-09-19 华东理工大学 一种利用微生物还原co2同时产甲烷和乙酸的方法
CN108517337A (zh) * 2018-05-17 2018-09-11 华东理工大学 一种促进二氧化碳生物转化为甲烷的方法
CN108641944A (zh) * 2018-05-17 2018-10-12 华东理工大学 一种co2生物转化为甲烷的装置及方法
CN108641944B (zh) * 2018-05-17 2022-06-03 华东理工大学 一种co2生物转化为甲烷的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106544369B (zh) 2020-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Strobel et al. Underground bio-methanation: Concept and potential
Sato et al. Bio-electrochemical conversion of carbon dioxide to methane in geological storage reservoirs
US9434872B2 (en) Biogenic fuel gas generation in geologic hydrocarbon deposits
Morita Is H 2 the universal energy source for long-term survival?
Pham et al. Applying MICP by denitrification in soils: a process analysis
Kotelnikova Microbial production and oxidation of methane in deep subsurface
Sousa et al. Sulfate reduction in a hydrogen fed bioreactor operated at haloalkaline conditions
CN107488445B (zh) 驱油剂、FeS纳米颗粒及其原位生物制备方法以及一种驱油方法
CN106544369A (zh) 促进油藏微生物转化co2产甲烷的方法
Xiong et al. Microbial-mediated CO2 methanation and renewable natural gas storage in depleted petroleum reservoirs: A review of biogeochemical mechanism and perspective
CN107387044A (zh) 一种利用煤层本源真菌提高生物煤层气产量的方法
Vítězová et al. In situ field experiment shows the potential of methanogenic archaea for biomethane production from underground gas storage in natural rock environment
Jin et al. Organic carbon cycling and black shale deposition: an Earth System Science perspective
WO2015055072A1 (zh) 活化油藏中产甲烷菌转化二氧化碳生产甲烷的方法
Han et al. Experiments on the gas production of brown coal degraded by exogenous methanogens
Dopffel et al. Microbiology of underground hydrogen storage
Fan et al. Revisiting the engineering roadmap of nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidation
Nazina et al. Radiotracer assay of microbial processes in petroleum reservoirs
US8573300B2 (en) Reducing sulfide in oil reservoir production fluids
CN104561615A (zh) 一种碳纳米材料固载矿化菌胶结铀尾矿渣的方法
CN116903150A (zh) 利用土著微生物还原矿化处理中性地浸采铀地下水的方法
Yu et al. Characteristics of microbial communities and their correlation with environmental substrates and sediment type in the gas-bearing formation of Hangzhou Bay, China
CA2868283A1 (en) Methods of stimulating acetoclastic methanogenesis in subterranean deposits of carbonaceous material
JP6666424B2 (ja) Ｈ２及びｃｏ２のｃｈ４への水素資化性メタン生成方法
Brown Microbial mediation of iron mobilization and deposition in iron formations since the early Precambrian

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant