CN108359593A - 一种油气藏微宇宙模型及研究油气指示微生物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油气藏微宇宙模型，所述模型包括圆筒形承载物和上密封盖，所述模型自上而下依次排布有上储气室、土壤层、下储气室，土壤层和下储气室之间设有土壤托，所述模型设有进气口和排气口，进气口位于密封盖上，排气口位于下储气室的侧壁上。所述微宇宙模型可以用来准确模拟油气指示微生物种群及数量变化的微宇宙环境，便于研究油气指示微生物种群及数量变化。

Description

一种油气藏微宇宙模型及研究油气指示微生物的方法
技术领域
本发明涉及油气微生物探勘领域，具体地，本发明涉及一种研究油气指示微生物种群及数量变化的模型和方法。
背景技术
目前，检测油气指示微生物的方法主要是依赖于微生物培养为基础的微生物计数法。在常见的油气指示菌中，多数是采用稀释培养计数(MPN)法检测或者平板计数法检测。MPN法是通过大批量检测，然后通过统计学原理加以计数的方法，在土壤微生物的检测过程中存在一定的误差，并且工作量大。平板培养法计数过程中存在以下问题:(1)非气态烃类碳源的干扰，即土壤中其它碳源进入培养基干扰计数结果；(2)不同环境容量容易造成的油气微生物数量的差异。
传统的培养技术只能检测到可培养微生物的数量和特征，但环境中不可培养的微生物几乎占总微生物的85～90％以上，当环境样品中难以培养的微生物含量较多时，检测数目甚至不到1％。因此利用现代分子生物学技术研究油气指示微生物对于评价地下油气藏的分布特征是非常必要的。近年来，随着分子生物学的快速发展，微生物油气勘探技术也正在进行着历史性的变革。基因定量、群落分析、DNA指纹等技术正与传统的微生物培养法相互融合，更有力地解释地下深层油气藏的成因。现代的分子生物学手段的优势在于能够准确地原位分析特征微生物组成和数量的变化规律，在最大程度上反映油气藏形成过程中的微生物群落演替规律，提升了微生物勘探技术的精度。
然而，地下油藏气环境复杂，轻烃组分持续向地表扩散运移，地表土壤中能够降解这类轻烃的特定微生物经长期驯化大量发育繁殖。因此，需要提供一种微宇宙模型，用来准确模拟油气指示微生物种群及数量变化的微宇宙环境，再现微生物数量和群落发生变化的规律，便于研究油气指示微生物种群及数量变化，与分子生物学技术配合使用可最大程度上提高勘探精度。
发明内容
本发明提供了一种研究油气指示微生物种群及数量变化机制的模型，使用该型能够准确模拟不同油气藏类型，为油气微生物勘探理论提供有力的实验依据，为实际的野外勘探提供基础理论支撑。
根据本发明的一个方面，提供了一种油气藏微宇宙模型，所述模型包括一体成型的圆筒形承载物以及密封盖，所述模型自上而下依次排布有上储气室、土壤层、下储气室，土壤层和下储气室之间设有土壤托，所述模型设有进气口和排气口，进气口位于密封盖上，排气口位于下储气室的侧壁上。
根据本发明的优选实施方式，所述微宇宙模型的高为10-50cm，优选为10-30cm，更优选为15-25cm，最优选为18cm；内径为5-30cm，优选为5-25cm，更优选为10-20cm，最优选为14cm。
根据本发明的优选实施方式，所述上储气室的高度为3-20cm，优选为5-15cm，更优选为5cm；所述土壤层的厚度为1-15cm，优选为2-10cm，更优选为3cm，所述下储气室的高度为5-30cm，优选为8-20cm，更优选为10cm。
根据本发明的优选实施方式，所述微宇宙模型的密封盖与圆筒形承载物之间可拆卸连接。
根据本发明的优选实施方式，所述进气口连接所述模拟气，持续或间断向所述微宇宙模型门中供气；优选地，所述进气口与模拟气连接的管路上设有气体流量表和气路阀；优选地，所述模型的上储气室区还设有气压表。
根据本发明的优选实施方式，所述模拟气为：
99％纯度的甲烷气体；或
99％纯度的丁烷气体；或
70％体积的甲烷，10％体积的乙烷，10％体积的丙烷和10％体积的正丁烷气体。
根据本发明的优选实施方式，所述土壤托可拆卸，优选地，土壤托为隔网，孔径为30-40目。
根据本发明的优选实施方式，所述密封盖上设有取样口，优选地，取样方式为用压缩空气吹脱瓶内气体，采集瓶内土壤样品，封装充入培养气体。
根据本发明的另一方面，提供了一种研究油气指示微生物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a土壤采样；
b将采集的土壤样品置于上述的油气藏微宇宙模型中培养；
c检测油气指示微生物的数量变化和群落变化；
根据本发明的优选实施方式，所述步骤b中，土壤样品在油气藏微宇宙模型中的培养方式为：向微宇宙模型中充入模拟气，构建不同烃类组分和浓度的微宇宙环境，然后将所述微宇宙模型维持在常温，湿度保持在一定范围，根据所述微宇宙模型中的轻烃气体被油气指示微生物的消耗情况，以及微宇宙模型中氧气含量的情况，采用定期向微宇宙模型中补充轻烃气体和新鲜空气，所述气体置换周期根据气相色谱测试结果决定，优选地，当烃类浓度低于原始浓度的50％时进行置换；
优选地，所述步骤a中土壤采样步骤包括：
a1选择样品：样品为气藏背景区样品，样品采集深度为30-60cm之间，优选亚粘土或亚砂土；
a2样品处理：去除肉眼可见的石块和植物残渣等杂物，并通过研钵研磨过筛，优选地，所述土壤样品经20目筛网均一化处理以及灭菌处理；
a3测定含水量，将样品含水量调至20％-50％；
优选地，所述步骤c中采用培养法和分子生物学方法测试油气指示微生物的数量变化；采用高通量测序技术分析油气指示微生物群落变化。
有益效果：
本发明提供了一种微宇宙模型，可以用来准确模拟油气指示微生物种群及数量变化的微宇宙环境，便于研究油气指示微生物种群及数量变化。
通过微宇宙模型的驯化，部分微生物在烃类培养驯化样品中的相对丰度发现了明显的变化，相对于对照实验，其相对丰度都明显增加，表明这些微生物对于烃类都表现出明显的响应，具有很强的油气资源指示意义。
附图说明
图1是本发明油气藏微宇宙模型的结构示意图。
图1中，1上储气室，2土壤层，3下储气室，4排气口，5取样口，6进气口，7密封盖，8土壤托。
图2是不同微宇宙模型培养环境示意图。
图3是微宇宙模型中轻烃气体浓度变化曲线图。
图4是关键油气指示微生物相对丰度随时间变化图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。
实施例1
(1)油气藏微宇宙模型的构建
一种油气藏微宇宙模型，为容积为2.8L的具有密封盖的广口瓶，自上而下依次排布的上储气室1、土壤层2、下储气室3，广口瓶的直径为14cm，广口瓶的高度为18cm，上储气室1的高度为5cm，土壤层2的厚度为3cm，下储气室3的厚度为10cm。密封盖8内置丁基橡胶垫，能够耐高温高压，密封盖8上设有进气口6，在下储气室3的侧壁上设有排气口4，进气口6用于充入轻烃气体，排气口4用于置换装置内气体。微宇宙模型采用透明钢化玻璃制成，耐高温高压。在土壤层2和下储气室3之间设有土壤托，土壤托8为隔网，隔网为不锈钢材质，耐高温高压，与广口瓶可拆卸连接，隔网的孔径为30目-40目。
应用所述模型来研究油气指示微生物种群及数量变化的方法，首先是土壤采样，模拟实验中的土壤样品必须为气藏背景区样品，即土壤中的微生物未经轻烃长期驯化，其中的油气指示微生物没有异常发育。土壤样品需在野外进行采集，样品采集深度大约在30-60cm之间，土壤性质以亚粘土或者亚砂土为宜。采集原位新鲜土壤后，去除肉眼可见的石块和植物残渣等杂物，并通过研钵研磨过筛。随后测定含水量，称取200g样品置于所述模型中，将其含水量均调制40％左右，保证微生物的生长和繁殖需要。
(2)微宇宙模型烃类驯化培养方式
将采集到的土壤样品置于所述模型中密封后，即向所述模型中充入模拟气气体。为了构建不同烃类组分和浓度的微宇宙培养模型，向三组模型中分别充入不同比例的甲烷、乙烷、丙烷和丁烷气体，即99％纯度的甲烷气体；99％纯度的丁烷；70％体积的甲烷，10％体积的乙烷，10％体积的丙烷和10％体积的正丁烷气体。这样创建出不同培养条件的微宇宙环境(图2所示)，不同的轻烃比例一定程度上代表了不同类型的油气藏烃类组分。考虑到微宇宙模型中的轻烃气体被油气指示微生物消耗减少，以及微宇宙模型中氧气含量的不足，因此需定期向微宇宙模型中补充轻烃气体和新鲜空气。气体置换周期根据气相色谱测试结果决定。当烃类浓度低于原始浓度的50％时进行置换。微宇宙模拟实验从始至终都处在常温下，与地表土壤环境温度相符合。土壤样品微宇宙培养过程中，在不同的时间点对微宇宙模型中的土样进行采集，土样采集方法为用压缩空气吹脱瓶内气体，采集5g瓶内土壤样品，封装充入培养气体。采用培养法和分子生物学方法测试油气指示微生物的数量变化；采用高通量测序技术分析油气指示微生物群落变化。
(3)微宇宙模型烃类驯化培养质量评估
在微宇宙模型模拟过程中，土壤样品中的微生物经过一定周期的驯化，是否会降解微宇宙模型中的轻烃气体，以及轻烃气体能否保持一定的压力和浓度来满足微生物生长的需要，与轻烃组分浓度测定紧密相关。据此，在实验初期，设置两组无菌微宇宙模型，每组两个作为重复，第一组微宇宙模型中分别放置一定量的土壤样品，第二组微宇宙模型中不放置任何样品(空白对照)，密封后向微宇宙模型中充入烃类，动态监测微宇宙模型内轻烃组分浓度的变化，检验多次测气是否会显著降低微宇宙模型中的轻烃浓度，保证微宇宙培养实验的可靠性。
根据图3右图可以看出，经过一定周期的培养和动态检测，第二组微宇宙模型内轻烃浓度基本稳定，则表明培养过程中多次测气并不影响轻烃浓度，实验操作技术本身不存在误差，不会导致轻烃浓度具有统计显著差异，对微生物降解轻烃的干扰可以忽略。第一组微宇宙模型中轻烃气体浓度下降，则表明烃气刺激了土壤中油气指示微生物的生长，其自身也被油气指示微生物所降解，同时也证明了微宇宙模型已基本建立。
通过图4可以看出，通过70天微宇宙模型的驯化，部分微生物在烃类培养驯化样品中的相对丰度发现了明显的变化，相较于于对照实验(在微宇宙模型中仅通入空气)，其相对丰度都明显增加，表明这些微生物对于烃类都表现出明显的响应，说明具有很强的油气资源指示意义，如醋杆菌(Lacibacter cauensis)、甲基杆菌(Methylobacter)、甲基球菌(Methylococcaceae)、嗜甲基菌(Methylophilaceae)、红螺菌(Rhodospirillacea)和一些未培养的硫氧化微生物等。其中，甲基杆菌和甲基球菌已被证明具有气态烃氧化功能，在科技部项目中沾化实验区块已知油气藏上方也发现了上述两类细菌的大量分布。嗜甲基菌(Methylophilaceae)已在巴西陆上油气藏上方被确认为油气敏感菌，同时也是生物强化采油的常见菌株，常常在在溢油污染点和输油管线周围土壤中被检测到。红螺菌则与石油污染土壤、含有废水和污泥有关。
虽然在上文中已经参考了一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发范围的情况下，可以对其进行各种改进，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是落入权利要求的范围的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种油气藏微宇宙模型，所述模型包括圆筒形承载物和上密封盖，所述模型自上而下依次排布有上储气室、土壤层和下储气室，土壤层和下储气室之间设有土壤托，所述模型设有进气口和排气口，进气口位于密封盖上，排气口位于下储气室的侧壁上，进气口连接模拟气。
2.根据权利要求1所述的微宇宙模型，其特征在于，所述微宇宙模型的高为10-50cm，优选为15-25cm，更优选为18cm；内径为5-30cm，优选为10-20cm，更优选为14cm。
3.根据权利要求1或2所述的微宇宙模型，其特征在于，所述上储气室的高度为3-20cm，优选为5-15cm，更优选为5cm；所述土壤层的厚度为1-15cm，优选为2-10cm，更优选为3cm，所述下储气室的高度为5-30cm，优选为8-20cm，更优选为10cm。
4.根据权利要求3所述的微宇宙模型，其特征在于，所述微宇宙模型的密封盖与圆筒形承载物之间可拆卸连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的微宇宙模型，其特征在于，所述进气口与模拟气连接的管路上设有气体流量表和气路阀门；优选地，所述模型的上储气室区还设有气压表。
6.根据权利要求1-5任一项所述的微宇宙模型，其特征在于，所述模拟气为
99％纯度的甲烷气体、
99％纯度的丁烷气体或
由70％体积的甲烷、10％体积的乙烷、10％体积的丙烷和10％体积的正丁烷气体组成的混合轻烃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的微宇宙模型，其特征在于，所述土壤托可拆卸，优选地，土壤托为隔网，孔径为30-40目。
8.根据权利要求1-7任一项所述的微宇宙模型，其特征在于，所述密封盖上设有取样口。
9.一种研究油气指示微生物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a土壤采样；
b将采集的土壤样品置于权利要求1-8任一项所述的油气藏微宇宙模型中培养；
c检测油气指示微生物的数量变化和群落变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤b中，土壤样品在油气藏微宇宙模型中的培养方式为：向微宇宙模型中充入模拟气，构建不同烃类组分和浓度的微宇宙环境，然后将所述微宇宙模型维持在常温，湿度保持在一定范围，根据所述微宇宙模型中的轻烃气体被油气指示微生物的消耗情况，以及微宇宙模型中氧气含量的情况，采用定期向微宇宙模型中补充轻烃气体和新鲜空气，所述气体置换周期根据气相色谱测试结果决定，优选地，当烃类浓度低于原始浓度的50％时进行置换；
优选地，所述步骤a中土壤采样步骤包括：
a1选择样品：样品为气藏背景区样品，样品采集深度为30-60cm之间，优选亚粘土或亚砂土；
a2样品处理：去除肉眼可见的石块和植物残渣等杂物，并通过研钵研磨过筛，优选地，所述土壤样品经20目筛网均一化处理以及灭菌处理；
a3测定含水量，将样品含水量调至20％-50％；
优选地，所述步骤c中采用培养法和分子生物学方法测试油气指示微生物的数量变化；采用高通量测序技术分析油气指示微生物群落变化。
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