CN110506095B - 微生物产物及其用于提高石油采收率的用途 - Google Patents

微生物产物及其用于提高石油采收率的用途 Download PDF

Info

Publication number
CN110506095B
CN110506095B CN201880024090.4A CN201880024090A CN110506095B CN 110506095 B CN110506095 B CN 110506095B CN 201880024090 A CN201880024090 A CN 201880024090A CN 110506095 B CN110506095 B CN 110506095B
Authority
CN
China
Prior art keywords
oil
microorganism
microorganisms
yeast
growth
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.)
Active
Application number
CN201880024090.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110506095A (zh
Inventor
肖恩·法默
肯·阿里贝克
夏米萨·马赞德
肯特·安达姆
泰勒·迪克森
陈雅婕
玛雅·米洛凡诺维奇
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.)
Track Plan Ipco LLC
Original Assignee
Track Plan Ipco LLC
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 Track Plan Ipco LLC filed Critical Track Plan Ipco LLC
Publication of CN110506095A publication Critical patent/CN110506095A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110506095B publication Critical patent/CN110506095B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/58—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
    • C09K8/582—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids characterised by the use of bacteria
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/58—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
    • C09K8/584—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids characterised by the use of specific surfactants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/58—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
    • C09K8/588—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids characterised by the use of specific polymers

Abstract

本发明涉及使用产生生化物的微生物的、微生物增强石油采收的组合物和方法。在具体的实施方式中，本发明的方法包括将产生生物表面活性剂的细菌和/或其生长副产物施用至石油生产地点。在优选的实施方式中，细菌是孢子形式的芽孢杆菌菌株。在一些实施方式中，该方法进一步包括将细菌与酵母发酵产物、碱性化合物、聚合物、非生物表面活性剂和/或一种或多种螯合剂一起施用。有利地，本发明可用于促进来自井的油的流动，以及使存在于含油地层中的积垢溶解。

Description

微生物产物及其用于提高石油采收率的用途
技术领域
本申请要求获得2017年4月9日提交的美国临时申请序列号62/483,425的权益，该美国临时申请通过引用整体并入本文。
背景技术
对化石燃料的高需求需要高效的石油生产。随着油井的成熟，以经济上可行的速率继续泵送油变得更加困难和昂贵。因此，需要开发改善的石油采收方法。一种这样的机制利用微生物及其副产物。
油存在于地球表面下的储层岩体内的小孔隙和狭窄裂缝中。储层的自然压力使油流到地面，从而提供初级生产；然而，随着石油生产的进行，储层压力被耗尽到这样的地步：需要人工提升或泵送来维持经济的石油生产率。
当需要为储层提供外部能量以实现额外的石油采收(次级采收)时，可以通过注入气体(气体注入)和/或水(水驱(water flooding))来引入额外的能量。在油田操作几年后，注入的流体优先沿高渗透层流动，这导致这些流体绕过储层中的油饱和区域。因此，随着油的增加，水(或气体)的量增加，并且通过降低油对于水的比例，最终继续该过程变得不经济；那时必须放弃这个油田。
初级采收通常导致最初存在于含油地层中的仅一小部分原油的平均水平的采收。次级采收，例如水驱，在继续进行变得不经济时，通常再采收10％。即使在次级采收达到经济极限之后，原始地层中60％至70％的油存留并不罕见。在这种情况下，可以考虑第三阶段的石油采收，即所谓的三级生产。
在该第三阶段，采用技术先进的方法来修改储层流体的性质或储层岩石特性。一般来说，这些方法可分为四大类：热法、化学法、可混溶物或溶剂注入和微生物法。
微生物增强石油采收(MEOR)是合并多学科的领域，尤其包括地质学、化学、微生物学、流体力学、石油工程、环境工程和化学工程。MEOR使用微生物和/或其代谢物来增加石油的采收率。在MEOR中使用的微生物方法可以解决井身清理问题，以去除堵塞油流通道的泥浆和其他碎屑；油井增产(well stimulation)改善从排水区流入井身的油流；并且增加的水驱量通过注入选定的微生物(以及有时有营养物质)增强了微生物的活性。
在MEOR中，营养物和合适的微生物(其优选在厌氧储层条件下生长)被注入储层。微生物副产物可以包括例如生物表面活性剂、生物聚合物、酸、溶剂、气体和酶，微生物副产物可以修改油的性质以及油、水和多孔介质之间的相互作用，可以改变地下地层的渗透性，并最终增加石油的流动性和采收率。
由于微生物表面活性剂的多样性、环境友好性、大规模生产的可能性、选择性、极端条件下的性能以及在环境保护方面的潜在应用，近年来对微生物表面活性剂的兴趣不断增加。微生物产生的表面活性剂，即生物表面活性剂，降低了水和油之间的界面张力，并因此，需要较低的静水压力来移动夹带在孔隙中的液体以克服毛细管效应。其次，生物表面活性剂有助于胶束的形成，为在流动水相中调动(mobilize)油提供了物理机制。
一直需要改善的石油采收方法，尤其是可以长时间维持的方法。这包括对改善的石油采收方法的需求，诸如使用例如微生物和/或其生长副产物的方法。生物表面活性剂增强了碳氢化合物的乳化作用，有可能溶解碳氢化合物污染物并且增加其对微生物降解的可用性。这些化合物也可用于增加石油采收率。
发明内容
在某些实施方式中，本发明提供了微生物，以及衍生自这些微生物和产生它们的发酵培养液(fermentation broth)的物质，诸如生物表面活性剂、溶剂和/或酶。本发明还提供了使用这些微生物及其副产物提高油产量的方法。
具体地，本发明提供了成本有效的、环境友好的方法来增加石油采收率。有利地，这些方法可以在很宽的温度范围内实践，包括20至70℃以及更高。
在一些实施方式中，本发明提供了通过用微生物和/或其生长副产物处理石油生产地点(例如含油地层或油井)来提高油产量的材料和方法。在一个实施方式中，本发明可用于通过例如促进来自井的油的流动的同时将地层中积垢溶解，来增加来自油井的石油采收率。
在一些实施方式中，本发明利用酵母生长副产物，诸如例如生物表面活性剂。生物表面活性剂在石油和天然气工业中由于它们增强石油采收的能力从而是有用的。生物表面活性剂可以修改油的性质以及油、水和多孔介质(石油和天然气发源自其中)之间的相互作用，从而增加油的流动性，并且因此增加油的采收率。因此，本发明的组合物和方法可以通过显著降低地层内物质之间的表面张力和界面张力两者以及通过改变地层的润湿性来增加来自含油和气的地层的原油和天然气的采收率。
在一个实施方式中，本发明提供了用于增加含油地层的石油采收率的酵母发酵产物。在一个实施方式中，通过使用包括从小规模到大规模的工艺来培养产生生物表面活性剂的酵母，以获得酵母发酵产物。培养工艺可以是例如浸没培养、固态发酵(SSF)和/或其组合。在一个实施方式中，使用简化的酵母发酵技术培养酵母产物，该简化的酵母发酵技术将培养时间减少50％并减少碳源补充。
酵母发酵产物可以经由对产生生化物的酵母——例如，异常毕赤酵母(Pichiaanomala)(异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus))的培养来获得。在25-30℃培养7天后的发酵培养液可含有酵母细胞悬浮液，和例如4g/L或更多的糖脂生物表面活性剂。
酵母发酵产物也可以经由产生生物表面活性剂的酵母——球拟假丝酵母(Starmerella bombicola)的培养获得。在25℃培养5天后的发酵培养液可含有酵母细胞悬浮液和例如150g/L或更多的糖脂生物表面活性剂。
酵母发酵产物可包含与酵母细胞分离的发酵培养液(fermentation broth)。在一个实施方式中，培养液(broth)中的生物表面活性剂或其他生长副产物进一步与培养液分离并被纯化。
在一些实施方式中，本发明利用细菌菌株及其副产物。这些副产物可包括例如代谢物、聚合物、生物表面活性剂、酶、有机酸和溶剂。在某些实施方式中，细菌是芽孢杆菌菌株，其在高盐环境诸如在油提取地点经常遇到的那些环境中旺盛生长。在某些实施方式中，细菌是芽孢杆菌的“过量产生表面活性剂的”菌株，这意味着与野生型芽孢杆菌菌株相比，这种菌株的特征在于增加生物表面活性剂的产生。在某些实施方式中，芽孢杆菌菌株具有增加的酶产量。
在一个实施方式中，微生物是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和/或解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)的菌株。在优选的实施方式中，细菌是孢子形式。
在一些实施方式中，芽孢杆菌菌株能够在低氧条件下旺盛生长，从而促进在微需氧和厌氧条件下的生长。在厌氧条件下，可添加硝酸盐以取代氧气作为电子受体以支持微需氧和/或厌氧呼吸。
在一个实施方式中，枯草芽孢杆菌菌株是例如枯草芽孢杆菌位点变种(var.locuses)菌株B1和B2，它们是两亲脂肽活性素的有效生产者。
在一个实施方式中，本发明提供了一种通过将一种或多种能够产生有用的生化副产物的微生物施用至石油生产地点例如含油地层和/或油井来提高石油采收率的方法。该方法任选地包括向该地点添加营养物和/或其他试剂。在某些实施方式中，微生物选自芽孢杆菌菌株，包括但不限于枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的菌株。在优选的实施方式中，细菌是孢子形式。
该方法还可以包括添加酵母发酵产物，诸如由对例如球拟假丝酵母或异常威克汉姆酵母进行培养所产生的发酵培养液。在一个实施方式中，可以从酵母发酵产物中去除酵母细胞，并且仅施用含有生物表面活性剂和其他细胞分泌物的培养液。在一个实施方式中，所述酵母发酵产物包含已与发酵培养液分离并纯化的生物表面活性剂。
该方法还可以包括将微生物和/或微生物生长副产物与一种或多种碱性化合物一起施用。碱性化合物可以是例如氢氧化铵。
在一些实施方式中，该方法还可以包括将微生物和/或微生物生长副产物与一种或多种聚合物化合物一起施用。聚合物化合物可选自生物聚合物，诸如例如水凝胶、多糖、黄原胶(xanthan gum)、瓜尔胶(guar gum)和纤维素聚合物。
在一些实施方式中，该方法还可以包括将微生物和/或微生物生长副产物与一种或多种非生物表面活性剂一起施用。表面活性剂可以是例如阴离子、阳离子、非离子或两性离子。
在一个实施方式中，微生物和/或微生物生长副产物可以与一种或多种螯合剂一起施用，用于减少例如溶解积累在含油地层内的积垢。螯合剂可以是，例如，柠檬酸、EDTA、柠檬酸钠和/或其组合。
在一个实施方式中，微生物可以在含油地层或油井内就地萌芽并生长，并在其中产生生物表面活性剂。因此，可以容易且连续地实现在处理地点(例如油井)处的高浓度生物表面活性剂和产生生物表面活性剂的微生物。
在一些实施方式中，本发明基于微生物的产物和方法可进一步用于石蜡去除，固体沥青质的液化，以及烃污染的水、土壤和其他地点的生物修复。对于此类用途，该方法可以进一步包括将溶剂，诸如异丙醇或乙醇与微生物和/或微生物生物副产物一起添加。
在一个实施方式中，本发明提供通过在适于生长和生物表面活性剂生产的条件下培养本发明的微生物菌株来生产生物表面活性剂；并纯化生物表面活性剂的方法。本发明还提供了通过在适于生长和溶剂、酶或蛋白质表达的条件下培养本发明的微生物菌株来生产溶剂、酶或其他蛋白质；并纯化溶剂、酶或其他蛋白质的方法。
本发明的基于微生物的产物可以用于各种独特的环境中，因为例如能够高效地传送如下列的能力：具有活性代谢物的新鲜发酵培养液；细胞和发酵培养液的混合物；具有高密度细胞的组合物；短期订单的(short-order)基于微生物的产物；和偏远地区的基于微生物的产物。
有利地，可以使用本发明而不将大量无机化合物释放到环境中。另外，要求保护的组合物和方法利用可生物降解且毒理学安全的组分。因此，本发明可作为环境友好的处理用于石油和天然气生产(和其他工业)中。
具体实施方式
在某些实施方式中，本发明提供了微生物，以及衍生自这些微生物和产生它们的发酵培养液的物质，诸如生物表面活性剂、溶剂和/或酶。本发明还提供了使用这些微生物及其副产物提高油产量的方法。
具体地，本发明提供了成本有效的、环境友好的方法来增加石油采收率。有利地，这些方法可以在很宽的温度范围(包括20至70℃以及更高)内实践。
在一些实施方式中，本发明提供了通过用微生物和/或其生长副产物处理石油生产地点，来提高油产量的材料和方法。在一个实施方式中，本发明可用于通过例如促进来自地层或井的油的流动的同时将其中的积垢溶解，来增加来自含油地层或油井的石油采收率。
在一些实施方式中，本发明利用酵母生长副产物，诸如例如生物表面活性剂。生物表面活性剂在石油和天然气工业中由于其增强石油采收的能力因而是有用的。生物表面活性剂可以修改油的性质以及油、水和石油和天然气来源的多孔介质之间的相互作用，从而增加油的流动性，并且因此增加油的采收率。因此，本发明的组合物和方法可以通过显著降低地层内物质之间的表面张力和界面张力两者以及通过改变地层的润湿性来增加来自含油和气的地层的原油和天然气的采收率。
在具体的实施方式中，本文所述的方法和组合物利用微生物来增加油的采收率。微生物可以提高从油储层中采收的油的数量和质量，包括那些被认为是“成熟(mature)”的油储层。此外，微生物可以从石油生产地点去除有毒物质。
在一些实施方式中，本发明提供了通过用微生物和/或其生长副产物处理石油生产地点来提高油产量的材料和方法。在一个实施方式中，本发明可用于通过例如促进来自井或地层的油的流动来增加来自含油地层或油井的石油采收率。
在一个实施方式中，本发明提供了一种通过将一种或多种能够产生有用的生化副产物的微生物施用至石油生产地点例如含油地层和/或油井来提高石油采收率的方法。该方法任选地包括向该地点添加营养物和/或其他试剂。在某些实施方式中，微生物选自芽孢杆菌菌株，包括但不限于枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的菌株。在优选的实施方式中，细菌是孢子形式。
在某些实施方式中，细菌是芽孢杆菌菌株，其在高盐环境诸如在油提取地点经常遇到的那些环境中旺盛生长。在某些实施方式中，细菌是芽孢杆菌的“过量生产表面活性剂的”菌株，这意味着与野生型芽孢杆菌菌株相比，这种菌株的特征在于增加的生物表面活性剂产生。在某些实施方式中，芽孢杆菌菌株具有增加的酶产量。
该方法还可以包括添加酵母发酵产物，诸如由对产生生化物的酵母(biochemical-producing yeast)例如球拟假丝酵母或异常威克汉姆酵母的培养产生的发酵培养液。在一个实施方式中，所述酵母发酵产物包含由这些酵母产生的纯化的生物表面活性剂。
该方法还可包括将微生物与一种或多种碱性化合物、聚合物、表面活性剂和/或螯合剂一起施用。
选定的定义
如本文中使用的，提及“基于微生物的组合物”意指包含作为微生物或其他细胞培养物生长的结果所产生的组分的组合物。因此，基于微生物的组合物可以包含微生物本身和/或微生物生长的副产物。微生物可以处于营养状态、孢子形态、菌丝体形态、任何其他繁殖体形态或这些的混合物。微生物可以为浮游生物或生物膜形式，或者二者的混合物。生长的副产物可以是例如代谢物(例如生物表面活性剂)、细胞膜组分、表达的蛋白和/或其他细胞组分。微生物可以是完整的或裂解的。细胞可能不存在，或者细胞可以例如以每毫升组合物1×104、1×105、1×106、1×107、1×108、1×109、1×1010或1×1011个或以上细胞或繁殖体的浓度存在。如本文中使用的，繁殖体是可以形成新生和/或成熟有机体的微生物的任何部分，包括但不限于细胞、分生孢子、胞囊、孢子(例如，繁殖孢子、内生孢子和外生孢子)、菌丝体、芽孢和种子。
本发明进一步提供“基于微生物的产物”，其是在实践中要被施用以获得所需的结果的产物。基于微生物的产物可以仅仅是从微生物培养过程收获的基于微生物的组合物。可选地，基于微生物的产物可以包含已经添加的另外的成分。这些另外的成分可以包括例如稳定剂、缓冲剂、恰当的载剂(carrier)诸如水、盐溶液，或者任何其他恰当载剂、添加的营养物以支持进一步的微生物生长、非营养物生长促进剂诸如植物激素，和/或有利于微生物和/或已施用其的环境中的组合物的追踪的制剂。基于微生物的产物还可以包含基于微生物的组合物的混合物。基于微生物的产物还可以包含已经以某种方式诸如但不限于过滤、离心、裂解、干燥、纯化等处理的基于微生物的组合物的一种或多种组分。
如本文所用，“收获(harvested)”是指从生长容器中移出一些或全部基于微生物的组合物。
在一些实施方式中，根据本发明使用的微生物是“过量产生表面活性剂的”。例如，菌株可以产生至少0.1-10g/L，例如0.5-1g/L表面活性剂。例如，与其他油采收微生物菌株相比，该菌株产生至少10％、25％、50％、100％、2倍、5倍、7.5倍、10倍、12倍、15倍或更多的表面活性剂。具体地，枯草芽胞杆菌ATCC 39307在本文中用作参考菌株。
如本文所用，“分离的(isolated)”或“纯化的(purified)”核酸分子、多核苷酸、多肽、蛋白质或有机化合物诸如小分子(例如，下文描述的那些)基本上不含其他化合物，诸如在本质上与其相关的细胞材料。在微生物菌株的上下文中提及“分离的(isolated)”是指将菌株从其天然存在的环境中移出。因此，分离的菌株可以作为例如在生物学上纯净的培养物存在，或作为与载体液相关的孢子(或其他形式的菌株)存在。纯化的或分离的多核苷酸(核糖核酸(RNA)或脱氧核糖核酸(DNA))不含在其天然存在状态下位于其侧翼的基因或序列。纯化的或分离的多肽不含在其天然存在状态下位于其侧翼的氨基酸或序列。
在某些实施方式中，纯化的化合物按重量计为目标化合物的至少60％(干重)。优选地，制剂按重量计为目标化合物的至少75％、更优选至少90％、并且最优选至少99％。例如，纯化的化合物按重量计为所需化合物的至少90％、91％、92％、93％、94％、95％、98％、99％或100％(w/w)的化合物。通过任何合适的标准方法测量纯度，例如，通过柱色谱、薄层色谱或高效液相色谱(HPLC)分析。
“代谢物(metabolite)”是指由代谢产生的任何物质或参与特定代谢过程所必需的物质。代谢物可以是有机化合物，其是起始原料(例如葡萄糖)、中间体(例如乙酰-辅酶A)或代谢的终产物(例如正丁醇)。代谢物的实例可包括但不限于酶、毒素、酸、溶剂、醇、蛋白质、碳水化合物、维生素、矿物质、微量元素、氨基酸、聚合物和表面活性剂。
“调节(modulate)”是指改变(例如，增加或减少)。通过诸如本文所描述的那些标准技术已知方法检测这种改变。
本文提供的范围被理解为该范围内的所有值的简写。例如，1至50的范围应理解为包括由1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50，以及上述整数之间的所有中间小数的值诸如例如1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9组成的组中的任何数字、数字组合或子范围。关于子范围，特别考虑从该范围的任一端点延伸的“嵌套子范围(nested sub-range)”。例如，示例性范围1至50的嵌套子范围可以在一个方向上包括1至10、1至20、1至30和1至40，或者在另一个方向上包括50至40、50至30、50至20和是50至10。
“减少(reduce)”是指至少1％、5％、10％、25％、50％、75％或100％的负改变。
“参考(reference)”是指标准或对照条件。
“耐盐(salt-tolerant)”是指能够在百分之十五(15％)或更高的氯化钠浓度中生长的微生物菌株。在具体的实施方式中，“耐盐”是指在150g/L或更多的NaCl中生长的能力。
如本文所用，“生物膜(biofilm)”是微生物诸如细菌的复杂聚集体，其中细胞彼此粘附。生物膜中的细胞在生理上不同于同一有机体的浮游细胞，该浮游细胞是可在培养液中漂浮或游浮的单细胞。
如本文所用，“表面活性剂(surfactant)”是指降低两种液体之间或液体和固体之间的表面张力(或界面张力)的化合物。表面活性剂用作洗涤剂、润湿剂、乳化剂、发泡剂和/或分散剂。由微生物生产的表面活性剂是指“生物表面活性剂(biosurfactant)”。
如本文所用，“石油生产(oil production)”是指从地层中提取碳氢化合物诸如原油或天然气，通过其最终加工和消费者使用，所涉及的任何和所有操作。石油生产可包括但不限于钻井、泵送、采收、传输、加工、精炼、运输和储存碳氢化合物。
“石油生产地点(oil-producing site)”是指任何环境或结构，无论是天然存在的还是人造的，其中出现采集碳氢化合物、石油和/或天然气的一个或多个方面，包括但不限于，地下地层、含有油和气的地层、井和井筒。
如本文所用，“积垢(scale)”是指由例如沉淀的矿物盐的沉积物形成的积聚，其可以由于例如原油的压力、组成和/或温度的变化的结果而产生。积垢可以由例如硫酸钡、碳酸钙、硫酸锶、硫酸钙、氯化钠、二氧化硅、硫化铁、氧化铁、碳酸铁、硅酸盐、磷酸盐和氧化物的沉淀物或任何一种不溶于水或微溶于水的化合物产生。
如本文所用，“提高石油采收率(improving oil recovery)”包括增强油和烃的采收，并且意指例如通过促进来自井的油的流动，来增加产生的烃的量和/或增加它们的产生速率。
与“包含(including)”或“含有(containing)”同义的过渡术语“包括(comprising)”是包含性的或开放性的，并且不排除另外的、未列举的要素或方法步骤。相反，过渡短语“由......组成(consisting of)”排除了权利要求中未指定的任何要素、步骤或成分。过渡短语“基本上由......组成(consisting essentially of)”将权利要求的范围限制于指定的材料或步骤“和那些不会对要求保护的发明的基本和新颖特征(一个或多个)产生实质影响的材料或步骤”。
除非特别说明或从上下文中显而易见，否则如本文所用，术语“或(or)”应理解为包括在内。除非特别说明或从上下文中显而易见，否则如本文所用，术语“一个(a，an)”和“该(the)”应理解为单数或复数。
除非特别说明或从上下文中显而易见，否则如本文所用，术语“约(about)”应理解为在本领域的正常容差范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。
本文中对变量的任何定义中的化学基团列表的叙述包括该变量作为任何单个基团或所列基团的组合的定义。本文对变量或方面的实施方式的叙述包括作为任何单个实施方式或与任何其他实施方式或其部分组合的实施方式。
本文提供的任何组合物或方法可以与本文提供的任何其他组合物和方法中的一种或多种组合。
本发明的其他特征和优点将从以下对其优选实施方式的描述和权利要求中变得显而易见。本文引用的所有参考文献均通过引用并入本文。
根据本发明的微生物生长副产物
在优选的实施方式中，提供组合物用于提高和/或增加石油生产地点的石油采收率，其中该组合物包含一种或多种微生物和/或其生长副产物。在具体的实施方式中，微生物能够并用于产生一种或多种生物表面活性剂。
生物表面活性剂是由微生物产生的一组结构上多样化的表面活性物质。生物表面活性剂是可生物降解的，并且可以使用选定的有机体在可再生基质上容易且廉价地生产。大多数产生生物表面活性剂的有机体响应于生长培养基中存在的烃源(例如油、糖、甘油等)而产生生物表面活性剂。其他介质成分诸如铁的浓度也会显著地影响生物表面活性剂的产生。
所有生物表面活性剂都是两亲物。它们由两部分组成：极性(亲水)部分和非极性(疏水)基团。由于它们的两亲结构，生物表面活性剂增加了疏水性水不溶性物质的表面积，增加了这种物质的水生物利用度，并改变了细菌细胞表面的性质。
生物表面活性剂在界面处积聚，因此降低了界面张力并导致在溶液中形成聚集的微孔结构。生物表面活性剂的形成孔隙并使生物膜不稳定的能力允许它们用作抗菌剂、抗真菌剂和溶血剂。结合低毒性和生物降解性的特征，生物表面活性剂有利于在石油和天然气工业中用于各种应用。这些应用包括但不限于增加原油采收率；降低油粘度；从杆、管道、套管和泵中去除石蜡；石油设备防腐蚀；压裂液；降低提取的原油中的H2S浓度；以及罐、出油管和管线清洁。
安全、有效的微生物生物表面活性剂降低液体、固体和气体的分子之间的表面和界面张力。如本文所讨论的，该活性在石油采收的背景下可以是非常有利的。
根据本发明生产的生物表面活性剂可用于其它非油采收目的，包括例如清洁管、反应器和其他机械或表面。
生物表面活性剂包括低分子量糖脂(GL)、脂肽(LP)、黄素脂(flavolipid)(FL)、磷脂和高分子量聚合物，诸如脂蛋白、脂多糖-蛋白质复合物和多糖-蛋白质-脂肪酸复合物。脂肪酸的烃链充当生物表面活性剂分子的共同亲脂部分，而亲水部分由中性脂质的酯或醇基团形成，由脂肪酸或氨基酸(或肽)的羧酸基团形成，有机酸在黄素脂的情况下，或者在糖脂的情况下，由碳水化合物形成。
在一个实施方式中，根据本发明的微生物生物表面活性剂包括糖脂，诸如鼠李糖脂(RLP)、槐糖脂(SLP)、海藻糖脂或甘露糖赤藓糖醇脂(MEL)。
在一个实施方式中，微生物生物表面活性剂是脂肽，诸如例如活性素或伊枯草菌素A.
微生物生物表面活性剂由多种微生物产生，诸如细菌、真菌和酵母。示例性产生生物表面活性剂的微生物包括假单胞菌属某些种(Pseudomonas species)(绿脓假单胞菌(P.aeruginosa)、恶臭假单胞菌(P.putida)、荧光假单胞菌(P.florescens)、草莓假单胞菌(P.fragi)、丁香假单胞菌(P.syringae))；拟酵母属(蚜虫拟酵母(P.aphidis))；黄杆菌属某些种(Flavobacterium spp.)；毕赤酵母属某些种(Pichia spp.)(异常毕赤酵母(P.anomala)、林菲迪伊毕赤酵母(P.lynferdii))、季也蒙毕赤酵母(P.guilliermondii)、赛道威毕赤酵母(P.sydowiorum)，芽孢杆菌属某些种(Bacillus spp.)(枯草芽孢杆菌(B.subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(B.amyloliquefaciens)、短小芽孢杆菌(B.Pumillus)、蜡样芽孢杆菌(B.cereus)、地衣芽孢杆菌(B.licheniformis))；威克汉姆酵母菌属某些种(Wickerhamomyces spp.)(异常威克汉姆酵母(W.anomalus))；球拟酵母属某些种(Starmerella spp.)(球拟假丝酵母S.bombicola)；念珠菌属某些种(Candida spp.)(白色念珠菌(C.albicans)、皱落念珠菌(C.rugosa)、热带念珠菌(C.tropicalis)、解脂念珠菌(C.lipolytica)、球拟念珠菌(C.torulopsis))；红球菌属某些种(Rhodococcus spp.)；节杆菌属某些种(Arthrobacter spp.)；曲杆菌属某些种(Campylobacter spp.)；玉米叶杆菌属某些种(Cornybacterium spp.)等。生物表面活性剂可以通过本领域已知的发酵方法获得。
根据本发明的微生物的生长
本发明利用微生物培养和微生物代谢物的生产和/或微生物生长的其他副产物的方法。本发明进一步利用适用于微生物培养和所需规模微生物代谢物的生产的培养方法。微生物培养系统通常使用浸没培养物发酵；然而，也可以使用表面培养物和混合系统。如本文所用，“发酵(fermentation)”是指在受控条件下细胞的生长。生长可能是有氧的或厌氧的。
在一个实施方式中，本发明提供用于生产生物质(例如，活细胞材料)、细胞外代谢物(例如小分子和排泄蛋白)、残留营养物和/或细胞内组分(例如酶和其他蛋白质)的材料和方法。
根据本发明使用的微生物生长容器可以是用于工业用途的任何发酵罐或培养反应器。在一个实施方式中，该容器可具有功能控制器/传感器或可连接至功能控制器/传感器以测量培养过程中的重要参数，诸如pH、氧气、压力、温度、搅拌轴功率、湿度、粘度、和/或微生物密度和/或代谢物浓度。
在进一步的实施方式中，所述容器还能够监测容器内微生物的生长(例如细胞数和生长期的测定)。可选地，可以从容器中取出每日样品，并通过本领域已知的技术诸如稀释涂布技术进行计数。稀释涂布是一种简单的用于估算样品中细菌数量的技术。该技术还可以提供用以比较不同环境或处理的指标。
在一个实施方式中，所述方法包括给培养补充氮源。例如，氮源可以是硝酸钾、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、氨、尿素和/或氯化铵。这些氮源可以单独使用，或可以两种或以上组合使用。
所述培养方法可为生长培养物提供氧合作用。一个实施方式利用空气的慢速运动来去除低氧含量的空气并引入含氧空气。含氧空气可以是每天通过机械补充的环境空气，所述机械包括用于机械搅动液体的叶轮以及用于将气体的气泡供应到液体中以将氧气溶解到液体中的空气喷布器(air sparger)。
该方法可进一步包括给培养补充碳源。所述碳源通常是碳水化合物诸如葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、海藻糖、甘露糖、甘露醇和/或麦芽糖；有机酸，诸如乙酸、富马酸、柠檬酸、丙酸、苹果酸、丙二酸和/或丙酮酸；醇诸如乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、异丁醇和/或丙三醇；脂肪和油类诸如大豆油、米糠油、橄榄油、菜籽油、椰子油、玉米油、芝麻油和/或亚麻籽油。这些碳源可单独使用或两种或以上组合使用。
在一个实施方式中，培养基包括微生物的生长因子和痕量营养物。当生长的微生物不能产生它们所需要的所有维生素时，这是尤其优选的。培养基也可含有无机营养物，其包括诸如铁、锌、铜、锰、钼和/或钴的痕量元素。此外，维生素、必需氨基酸和微量元素的来源可以包括，例如，面粉或膳食，诸如玉米粉的形式，或提取物的形式，诸如酵母提取物、马铃薯提取物、牛肉提取物、大豆提取物、香蕉皮提取物等，或纯化形式。还可以包括氨基酸，诸如例如，可用于蛋白质生物合成的氨基酸，例如L-丙氨酸。
在一个实施方式中，亦可包括无机盐。可用无机盐可以是磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、硫酸镁、氯化镁、硫酸铁、氯化铁、硫酸锰、氯化锰、硫酸锌、氯化铅、硫酸铜、氯化钙、碳酸钙和/或碳酸钠。这些无机盐可单独使用或以两种或以上的组合使用。
在一些实施方式中，培养方法可以进一步包括在培养过程之前和/或在培养过程期间在培养液中添加另外的酸和/或抗菌剂。抗菌剂或抗生素可用于保护培养物免受污染。此外，还可以添加消泡剂，以防止在培养期间产生气体时泡沫的形成和/或积聚。
混合物的PH值应适合目标微生物。缓冲剂和pH调节剂(诸如碳酸盐和磷酸盐)可用于将pH值稳定在优选值附近。当金属离子以高浓度存在时，可能需要在培养液中使用螯合剂。
用于培养微生物和产生微生物的副产物的方法和设备能够以分批的、准连续的或连续的过程进行。
微生物可以以浮游生物形式或作为生物膜生长。在生物膜的情况下，所述容器内可具有基质，微生物可以在基质上以生物膜状态生长。该系统还可具有例如施用促进因素(诸如剪切应力)的能力，其促进和/或改善生物膜生长特征。
在一个实施方式中，微生物培养方法是在约5℃至约100℃下执行，优选在15至60℃下执行，更优选在25至50℃下执行。在进一步的实施方式中，培养可以在恒定温度下连续执行。在另一个实施方式中，培养可以经受变化的温度。
在一个实施方式中，该方法和培养过程中使用的设备是无菌的。诸如反应器/容器的培养设备可与消毒单元例如高压釜分离但与消毒单元相连。培养设备还可具有在接种开始之前就地消毒的消毒单元。可以通过本领域已知的方法对空气进行消毒。例如，可使环境空气在被引入容器之前通过至少一个过滤器。在其他实施方式中，可以对培养基进行巴氏消毒，或者任选地完全不加热，以利用低水活性和低pH来控制细菌生长。
发酵培养液的生物质含量可以是例如5g/L至180g/L或更高。在一个实施方式中，培养液的固体含量为10g/L至150g/L。
在一个实施方式中，本发明进一步提供了用于生产微生物代谢物的方法，所述微生物代谢物诸如乙醇、乳酸、β-葡聚糖、蛋白质、肽、代谢中间体、多不饱和脂肪酸和脂质。通过该方法产生的代谢物含量可以是，例如，至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。
由目标微生物产生的微生物生长副产物可保留在微生物中或分泌到培养液中。在另一个实施方式中，用于产生微生物生长副产物的方法可以进一步包括浓缩和纯化目标微生物生长副产物的步骤。在进一步的实施方式中，培养液可含有稳定微生物生长副产物活性的化合物。
在一个实施方式中，在培养完成后(例如在达到培养液中所需细胞密度或特定代谢物密度后)去除所有微生物培养成分。在该批次程序中，收获第一批产物后开始一个全新的批次。
在另一个实施方式中，在任何一次仅去除发酵产物的一部分。在本实施方式中，具有活细胞的生物质作为新培养批次的接种剂保持在容器中。去除的成分可以是无细胞培养液或含有细胞。以这种方式就形成了一个准连续系统。
有利地，该方法不需要复杂的设备或高能耗。目标微生物可以以小规模或大规模地在现场培养和被利用，甚至可以与它们的培养基混合。类似地，微生物代谢物也可以在需要的地点大量生产。
有利地，基于微生物的产物可以在偏远地区生产。微生物生长设施可以通过利用例如太阳能、风能和/或水力发电而在电网外运行。
根据本发明的系统和方法有用的微生物可以是例如细菌、酵母和/或真菌。这些微生物可以是天然的或遗传修改的微生物。例如，微生物可以用特定基因转化以展现特定特征。微生物也可以是所需菌株的突变体。如本文所用，“突变体(mutant)”意指参考微生物的菌株、遗传变体或亚型，其中该突变体与参考微生物相比具有一种或多种遗传变异(例如，点突变、错义突变、无义突变、缺失、复制、移码突变或重复扩展(repeat expansion))。制备突变体的方法在微生物学领域中是众所周知的。例如，为此目的广泛使用紫外突变作用(UVmutagenesis)和亚硝基胍。
在一个实施方式中，微生物是包括革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的细菌。细菌可以是内生孢子或外生孢子形成细菌。细菌可以是例如放射形土壤杆菌(Agrobacteriumradiobacter)、泊库岛食烷菌(Alcanivora borkumensis)、固氮菌(Azobacter)(定氮菌(A.vinelandii)、褐色球形固氮菌(A.chroococcum))、巴西固氮螺菌(Azospirillumbrasiliensis)、芽孢杆菌(例如，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌(B.firmus)、侧孢芽孢杆菌(B.laterosporus)、巨大芽孢杆菌(B.megaterium)、解淀粉芽孢杆菌),梭菌(Clostridium)(丁酸梭菌(C.butyricum)、酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)、醋酪酸杆菌(C.acetobutyricum)、梭菌NIPER 7和拜氏梭菌(C.beijerinckii))、发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)、奴卡菌的某个种(Norcardia sp.)、假单胞菌(Pseudomonas)(金色绿针假单胞菌亚种(克吕沃尔氏菌属)(P.chlororaphis subsp.aureofaciens(Kluyver)、绿脓假单胞菌(P.aeruginosa))、根瘤菌属(Rhizobium)、深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)、少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas paucimobilis)、真氧产碱杆菌(Ralstonia eulropha)、粘质沙雷菌(Serratia marcescens)和/或冢村氏菌属的某个种(Tsukamurella sp.)。
在优选的实施方式中，微生物是选自枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的芽孢杆菌属菌株。甚至更优选地，芽孢杆菌属菌株是孢子形式。
在某些实施方式中，与野生型枯草芽孢杆菌相比以及与石油采收中使用的其他微生物相比，本发明利用具有增强的生物表面活性剂生产能力的枯草芽孢杆菌菌株。在某些实施方式中，枯草芽孢杆菌菌株的生物聚合物、溶剂和/或酶的产生增加。此类枯草芽孢杆菌已被称为B系列成员，包括但不限于B1、B2和B3。
在一个实施方式中，微生物是枯草芽孢杆菌位点B1或B2变种，它们是例如活性素和其他生物表面活性剂以及生物聚合物的有效生产者。在与本文公开的教导相一致的程度上，该说明书通过引用并入国际公开序列号WO 2017/044953A1。
枯草芽孢杆菌B1微生物的培养物已保藏在American Type Culture Collection(ATCC),10801University Blvd.,Manassas,Va.20110-2209USA。该保藏中心已为该保藏指定了登记号ATCC序列号PTA-123459，并于2016年8月30日保藏。
枯草芽孢杆菌菌株B1的营养细胞是杆状，其宽为0.7至0.9μm，长为1.6至3.3μm，并单独出现。它是能动的、革兰氏阳性的，并且可在营养琼脂和马铃薯葡萄糖琼脂上产生生物聚合物。在未膨大的孢子囊中，它还可以在中心或中心点附近产生椭圆形的孢子。成熟孢子的尺寸为0.8至1.0μm宽，1.6至1.9μm长。在营养琼脂板上于40℃放置16小时后，琼脂菌落为奶油色/米色，呈凸起的、粘液的、圆形的、完整的、光滑的、发亮的，并且直径为3.0至7.0mm。它是兼性好氧菌，生长温度范围为25-55℃，最佳生长温度为35℃。它水解淀粉，在Voges-Proskauer试验中呈阳性，可以利用柠檬酸盐，并可以与15％NaCl混合生长。
在某些实施方式中，枯草芽孢杆菌菌株是耐盐的。耐盐性可以针对多种盐中的任何一种或多种。例如，该盐可以是一价盐，诸如钠盐或钾盐，例如NaCl或KCl，或二价盐，诸如镁盐或钙盐，例如MgCl2或CaCl2，或三价盐。给定要处理的地理地点，组合物或地点中存在锌、溴、铁或锂盐。在优选的实施方式中，本文所述的细菌对NaCl以及上述盐中的其他盐具有耐受性，并因此将其广泛用于石油采收。
在某些实施方式中，枯草芽孢杆菌菌株能够在低氧条件下茁壮生长。在一些实施方式中，枯草芽孢杆菌菌株在微需氧或厌氧条件下生长。在微需氧和/或厌氧条件下，可以添加硝酸盐代替氧作为电子受体，以支持厌氧呼吸。
与枯草芽孢杆菌的参考菌株相比，枯草芽孢杆菌的B菌株系列产生更多的生物表面活性剂。此外，枯草芽孢杆菌菌株在高盐和厌氧条件下的存活比其他众所周知的菌株更好。该菌株还能够在厌氧条件下生长。枯草芽孢杆菌B系列菌株还可以用于产生降解或代谢石油或其他石油产品的酶。
在一个实施方式中，本发明的方法可以利用酵母或真菌的发酵产物。根据本发明适合使用的酵母和真菌种类包括，例如，念珠菌、酵母属(Saccharomyces)(酿酒酵母(S.cerevisiae)、布拉迪酵母(S.boulardii sequela)、圆酵母(S.torula))、克鲁斯酵母(Issatchenkia)、克鲁维氏酵母(Kluyveromyces)、毕赤酵母、威克汉姆酵母(例如，异常威克汉姆酵母)、球拟酵母属(例如，球拟假丝酵母(S.bombicola))、红酵母(Rhodotorula)(例如，粘红酵母(R.glutinous)和麦二红酵母(R.graminus))、菌根(Mycorrhiza)、被孢霉(Mortierella)、须霉(Phycomyces)、布拉氏霉(Blakeslea)、破囊壶菌(Thraustochytrium)、腐霉(Phythium)、虫霉(Entomophthora)、出芽短梗霉菌(Aureobasidium pullulans)、蚜虫拟酵母(Pseudozyma aphidis)、曲霉菌(Aspergillus)和/或根霉属的某些种(Rhizopus spp.)。
在一个实施方式中，酵母是嗜杀酵母。如本文所用，“嗜杀酵母(killer yeast)”是指特征在于通过分泌毒性蛋白或糖蛋白而毒性蛋白或糖蛋白对菌株自身免疫的酵母菌株。嗜杀酵母分泌的外毒素能够杀死酵母、真菌或细菌的其他菌株。例如，可以被嗜杀酵母控制的微生物包括镰孢霉属(Fusarium)和其他丝状真菌。此类酵母可包括但不限于威克汉姆酵母(例如，异常威克汉姆酵母)、毕赤酵母(例如，异常毕赤酵母(p.anomala)、季也蒙毕赤酵母(P.guielliermondii)、香柏毕赤酵母(P.occidentalis)、库德毕赤酵母(P.kudriavzevii))、汉逊酵母(Hansenula)、酿酒酵母(Saccharomyces)、孢汉逊酵母(Hanseniaspora)(例如、葡萄有孢汉逊酵母(H.uvarum)、黑穗病菌(Ustilago)(例如，玉米黑穗病菌(U.maydis))、汉斯德巴氏酵母(Debaryomyces hansenii)、念珠菌、隐球酵母(Cryptococcus)、克鲁维氏酵母、球拟酵母(Torulopsis)、拟威尔酵母(Williopsis)、接合酵母(Zygosaccharomyces)(例如拜氏接合酵母(Z.bailii))等。
在一个实施方式中，可通过培养产生生化物的酵母诸如例如异常毕赤酵母(异常威克汉姆酵母)来获得酵母发酵产物。异常威克汉姆酵母经常与食品和谷物生产相关，并且是各种溶剂、酶、毒素以及糖脂生物表面活性剂诸如SLP的有效生产者。在25-30℃下培养7天后的发酵培养液可包含酵母细胞悬浮液和例如4g/L或更多的糖脂生物表面活性剂。
在一个实施方式中，还可以通过培养产生生物表面活性剂的酵母球拟假丝酵母来获得酵母发酵产物。该种是糖脂生物表面活性剂诸如SLP的有效生产者。在25℃下培养5天后的发酵培养液可以包含酵母细胞悬浮液和例如150g/L或更多的糖脂生物表面活性剂。
在一个实施方式中，酵母发酵产物可以包括与酵母细胞分离的发酵培养液。在一个实施方式中，将培养液中的生物表面活性剂或其他生长副产物进一步与培养液分离并纯化。
根据本发明，可以使用其他微生物菌株，包括例如能够积累大量例如糖脂或脂肽生物表面活性剂或其他代谢物的其他真菌菌株。根据本发明有用的其他代谢物包括甘露糖蛋白、β-葡聚糖和其他具有生物乳化作用和降低表面/界面张力性质的物质。
基于微生物的产物的制备
本发明的一种基于微生物的产物仅仅是包含微生物和/或由微生物产生的微生物代谢物和/或任何残留营养物发酵培养液。发酵产物可以直接使用而无需提取或纯化。如果需要，可以使用本领域技术人员已知的标准提取方法或技术容易地实现提取和纯化。
基于微生物的产物中的微生物可以是活性或非活性形式。可以使用基于微生物的产物而无需进一步稳定化、保存和储存。有利地，直接使用这些基于微生物的产物可以保存微生物的高存活率，减少外来试剂和不期望的微生物的污染的可能性，并保持微生物生长副产物的活性。
可以将由微生物生长产生的微生物和/或培养液从生长容器中移出，并经由例如管道输送转移用于立即使用。
有利地，根据本发明，基于微生物的产品可以包括其中生长有微生物的培养液。该产物可以是例如至少按重量计培养液的1％、5％、10％、25％、50％、75％或100％。产物中生物质的量按重量计可以为例如0％至100％的任何数，包括其间所有百分比。
在其他实施方式中，可以将组合物(微生物、培养液或微生物和培养液)置于适当大小的容器中，并考虑例如预期的用途、预期的应用方法、发酵罐的尺寸以及从微生物生长设施到使用地方的任何运输方式。因此，放置基于微生物的组合物的容器可以是例如1加仑至1,000加仑或更多。在某些实施方式中，容器是2加仑、5加仑、25加仑或更大。
当从生长容器中收获基于微生物的组合物时，当将收获的产物放入容器和/或通过管道输送(或以其他方式运输使用)时，可以添加其他成分。添加剂可以是，例如，缓冲剂、载体、在相同或不同设施中生产的其他基于微生物的组合物、粘度调节剂、防腐剂、用于微生物生长的营养物、跟踪剂、农药和其他特定于预期用途的成分。
可以根据需要添加高达例如50重量％或更多的添加剂用于特别应用，诸如例如改变VOC水平、增加混合物的渗透性、降低混合物的粘度，作为在混合物中的溶剂不溶物的偶联剂以及提供溶剂。所有添加剂的闪点均应大于100°F，优选大于150°F，并且更优选195°FTCC，以实现最终产品闪点大于200°F。
任选地，产物可在使用前储存。储存时间优选短。因此，储存时间可以少于60天、45天、30天、20天、15天、10天、7天、5天、3天、2天、1天或12小时。在优选的实施方式中，如果产物中存在活细胞，则将产物储存在较冷的温度下，诸如例如低于20℃、15℃、10℃或5℃。另一方面，生物表面活性剂组合物通常可以在环境温度下储存。
基于微生物的产物的本地生产
在本发明优选的实施方式中，微生物生长设施以所需的规模生产新鲜的、高密度的目标微生物和/或微生物生长副产物。微生物生长设施可位于应用地点处或在应用地点附近。该设施以分批地、准连续或连续培养方式生产高密度基于微生物的组合物。
本发明利用包括从小规模(例如，实验室装置)到大规模(例如工业装置)的培养过程。这些培养过程包括但不限于浸没培养/发酵、固态发酵(SSF)及其组合。
本发明的微生物生长设施产生新鲜的基于微生物的组合物，其包括微生物本身、微生物代谢物和/或其中生长微生物的培养液的其他成分。该组合物可根据需要具有高密度的营养细胞或营养细胞、孢子、菌丝体、分生孢子和/或其他微生物繁殖体的混合物。
有利地，可以定制本发明基于微生物的产物用于在指定位置使用。在一个实施方式中，微生物生长设施位于将使用基于微生物的产物的地点处或在使用基于微生物的产物的地点附近。例如，微生物生长设施可以距离使用的地方小于300、250、200、150、100、75、50、25、15、10、5、3或1英里。
因为基于微生物的产物是在本地、现场或应用地点附近产生的，而无需借助传统微生物生产中的微生物稳定化、保存、储存和运输过程，所以可以产生密度高得多的活微生物。因此，要求更小体积的基于微生物的产物用于现场应用。此外，在实现所需功效的必要条件下，这允许密度高得多的微生物应用。
有利地，这允许按比例缩小的生物反应器(例如，较小的发酵罐，以及较少的起始原料、营养物、pH控制剂和消泡剂等的供应)，这使系统高效并便于产物携带。基于微生物的产物的本地产生也促进了生长培养液包括在产物中，因此，消除了稳定细胞或将其与培养液分离的要求。该培养液可以包含发酵过程中产生的特别适合本地使用的试剂。
本地生产的高密度、健硕的微生物培养物在现场比已经经历细胞稳定化或已经处于供应链中一段时间的那些微生物更有效。与传统产物——其中细胞、孢子、菌丝体、分生孢子或其他微生物繁殖体已经与发酵生长培养基中存在的代谢物和营养物分离——相比，本发明的基于微生物的产物是特别有利的。减少的运输时间允许按照当地需求所要求的时间和量生产和交付新批次的微生物和/或其代谢物。
有利地，这些微生物生长设施提供解决当前问题的方案，该问题是依赖于广泛的工业规模的生产者，其产物质量因上游处理延迟、供应链瓶颈、不适当的储存以及其他妨碍及时交付和应用的突发事件而受到影响，例如，有存活力的高细胞计数产物和相关的其中细胞最初生长的培养液和代谢物。
微生物生长设施通过定制基于微生物的产物以提高与目的地地理位置的协同作用的能力，提供制造的多功能性。有利地，在优选的实施方式中，本发明的系统利用自然存在的本地微生物及其代谢副产物的能力来提高石油产量。可以基于例如耐盐性或在高温下生长的能力来鉴定本地微生物。
各个容器的培养时间可以是例如1至7天或更长。培养产物可以以多种不同方式中的任何一种来收获。
本地生产和交付在例如24小时的发酵产生纯的、高细胞密度组合物和基本上更低的运输成本。鉴于开发更有效和更强大的微生物接种剂的快速发展的前景，消费者将从这种快速交付基于微生物的产物的能力中极大受益。
提高石油采收率的方法
在一些实施方式中，本发明提供了通过用微生物和/或其生长副产物处理石油生产地点，例如含油地层或油井来提高油产量的材料和方法。在一个实施方式中，本发明可用于通过例如促进来自井的油的流动的同时将地层中积垢溶解，来增加来自油井的石油采收率。
如本文所使用的，“施用(applying)”组合物或产物指的是将组合物或产物与目标或地点接触，从而该组合物或产物可对目标或地点产生影响。这种影响可以归因于例如微生物生长和/或生物表面活性剂或其它生长副产物的作用。例如，可以将基于微生物的组合物或产物注入到油井和/或与石油生产地点和含油地层相关的管道、套管、环带(annulus)、泵、罐等中。
在一个实施方式中，本发明提供了一种通过将一种或多种能够产生有用的生化副产物的微生物施用至石油产生地点例如含油地层和/或油井来提高石油采油率的方法。该方法任选地包括将营养物和/或其他试剂添加到该地点。在优选的实施方式中，微生物是产生生物表面活性剂的细菌的种。
在某些实施方式中，所述微生物选自芽孢杆菌属的菌株，包括但不限于枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的菌株。在优选的实施方式中，细菌是孢子形式。
在一个实施方式中，该方法进一步包括添加营养物和/或萌芽增强剂以促进微生物的萌芽和生长。例如，可以添加营养物，诸如碳、氮、镁、磷和蛋白质的来源。也可以添加萌芽促进剂，诸如L-丙氨酸和锰。
该方法还可以包括添加酵母发酵产物，诸如通过培养例如球拟假丝酵母或异常威克汉姆酵母而产生的发酵培养液。在一个实施方式中，酵母是产生生物表面活性剂的酵母。在一个实施方式中，发酵培养液包含酵母生长的副产物，诸如例如糖脂生物表面活性剂和其他代谢物。
在一个实施方式中，可以从酵母发酵产物中去除酵母细胞，并且仅施用含有生物表面活性剂和其他代谢物的培养液。在一个实施方式中，酵母发酵产物包含已经与发酵培养液分离并纯化的生物表面活性剂。
在某些实施方式中，本发明的酵母发酵产物比例如单独的生物表面活性剂具有优势，所述生物表面活性剂包括以下一种或多种：作为酵母细胞壁外表面的一部分的高浓度的甘露糖蛋白；酵母细胞壁中存在β-葡聚糖；以及培养物中存在的生物表面活性剂和其他代谢物(例如乳酸、乙醇、乙酸乙酯等)。
该方法还可以包括将微生物和/或微生物生长副产物与一种或多种碱性化合物一起施用。该碱性化合物可以是例如氢氧化铵。
在一些实施方式中，该方法还可以包括将微生物和/或微生物生长副产物与一种或多种聚合物化合物一起施用。聚合物化合物可选自生物聚合物，诸如例如水凝胶、多糖、黄原胶、瓜尔胶和纤维素聚合物。
在一些实施方式中，该方法还可以包括将微生物和/或微生物生长副产物与一种或多种非生物表面活性剂一起施用。表面活性剂可以是例如阴离子、阳离子、非离子或两性离子。
在一个实施方式中，微生物和/或微生物生长副产物可以与一种或多种螯合剂一起施用，用于减少例如溶解积累在含油地层内的积垢。螯合剂可以是，例如，柠檬酸、EDTA、和/或柠檬酸钠。
在一些实施方式中，本发明基于微生物的产物和方法可进一步用于石蜡去除，固体沥青质的液化，以及烃污染的水、土壤和其他地点的生物修复。
在一个实施方式中，将基于微生物的产物施用至工作井，包括周围地层。在这种实施方式中，可以将产品倒入或注入井的套管侧(壁衬(back lines))，并使其与井中已经存在的流体混合。当存在足够的流体时，然后可以任选地通过例如泵使组合物流通(circulate)24-72小时，优选48-72小时。例如，在流通之前，可以使组合物放置(set)8至24小时。放置时间、流通时间和剂量取决于井的深度和尺寸。基本的初始剂量可以是但不限于基于定期地例如，每两周一次、每月一次、每两月一次每井20加仑的组合物，并且至少约5加仑的组合物。
在一个实施方式中，微生物可以在石油生产地点就地萌芽并生长并产生生物表面活性剂。因此，可以容易且连续地实现在处理地点处(例如油井)中高浓度的生物表面活性剂和产生生物表面活性剂的微生物。
在一个实施方式中，期望通过套管中的穿孔将组合物引入周围的含油地层中。可以通过施加压力将组合物压入周围的地层中，或者，如果允许将组合物放置在套管的底部，则组合物可以在没有附加压力的情况下渗入地层中。该组合物渗透到地层中，溶解了地层中的堵塞，以提供更高效的石油和天然气采收。
在另外的实施方式中，本发明的组合物可以直接施用至设备。例如，在将杆和套管放入气井和/或油井之前，可以将这些零件喷洒组合物或浸泡在该组合物中。该零件也可以浸入填充组合物的罐中。
可以通过注入泵将组合物引入海上天然气或油井中以增强石油采收。为了处理管线，例如可以以例如每分钟1至20加仑或每分钟1到20桶的注入速率将1-500加仑多达1000桶、10,000桶或更多的组合物施用至该组合物(the composition)。
本发明的处理可以在一系列不同的地质地层中有效。例如，本发明可用于深至约7,000英尺或更深的地层，以及浅至约1,500英尺或更浅的地层中。另外，本发明可用于具有一定范围的孔隙率和/或渗透率例如约0.1％至约20％或更高的地层中。本发明还可用于具有宽范围的温度、pH和盐度的地层中。
在一个实施方式中，通过选择性堵塞(plug)实现了增强的石油采收，其中通过储层的流体流从储层的高渗透率区域转移到中等或低渗透率区域。例如，可以通过迫使注入的水通过储层的先前被旁路的油区域来提高扫油效率(Sweep efficiency)。流动模式的变化可以通过增加储层中微生物细胞的数量来实现，例如，通过将微生物与营养物一起注入。注入的营养物和微生物优先流入储层的高渗透性区域，并且作为细胞生长的结果，生物质选择性地堵塞这些区域的程度比中等或低渗透性区域更大。在一种实施方式中，将微生物以孢子的形式注入到容器内并在容器内萌芽。
通过碱性表面活性剂聚合物(ASP)的方法提高石油采收率
在一个实施方式中，提供了用于提高石油采收率的方法，其中将本发明的基于微生物的产物与一种或多种碱性化合物、聚合物、表面活性剂或其组合，施用至油生产地点。
在表面活性剂驱(surfactant flooding)中，通过降低油与驱替水(displacingwater)之间的界面张力以及油与岩石界面之间的界面张力，可以驱替并回收残余油。
在苛性驱(caustic flooding)中，石油中的有机酸与碱性化物的反应就地形成降低油水界面张力的天然表面活性剂。
除表面活性剂驱和碱驱(alkaline flooding)外，聚合物还可用于提高驱替水的粘度，以提高扫油效率。
ASP驱是将碱、表面活性剂和聚合物注入的组合方法。ASP涉及将含有聚合物、碱和表面活性剂的溶液注入枯竭或成熟的油田，目的是以最小的成本在大注入量下获得最佳的化学性质。碱性表面活性剂混合物与油形成乳液，然后使用聚合物驱油剂将其扫掠并从储层中排出。ASP驱通过向水中添加表面活性剂来降低油水界面张力(IFT)，同时通过添加聚合物来匹配油和水流动性，从而提高微观驱油效率。此外，还向水中添加碱，以减少表面活性剂在井壁上的吸附，并控制局部盐度，以确保最小的IFT和改变岩石的润湿性。
微生物与表面活性剂在石油采收率中的应用
在某些实施方式中，本文所述的采收油的方法利用一种或多种微生物和/或微生物生长副产物(例如生物表面活性剂)与其他成分组合起来。在一个实施方式中，其他成分为非生物表面活性剂。
表面活性剂(表面活性试剂)分子有两个官能团，即亲水性(水溶性)或极性基团和疏水性(油溶性)或非极性基团。疏水基团通常是长烃链(C8-C18)，其可以或不可以是支链的，而亲水基团是由诸如羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐(阴离子)、醇、聚氧乙基化链(非离子)和季铵盐(阳离子)等部分形成的。
表面活性剂在ASP驱中的作用是降低捕获油和盐水之间的界面张力(IFT)，以帮助可动化和促进油库的形成。降低IFT减少毛管力，并允许油库更自由地流动，而不重新被捕获。用于EOR目的的合适表面活性剂的选择基于降低原油和盐水之间的IFT的能力、热稳定性、对盐水盐度和硬度的耐受性、在盐水中的溶解度、相行为参数、静态和动态条件下的吸附试验和储层条件下的驱替研究。
根据本发明方法的表面活性剂包括但不限于：阴离子表面活性剂、月桂醇硫酸胺、月桂醇硫酸钠(也称为SDS、十二烷基硫酸钠)、月桂酸烷基醚硫酸钠(alkyl-ethersulfates sodium laureth sulfate)(也称为月桂基醚硫酸钠(sodium lauryl ethersulfate)(SLES))、肉豆蔻醇聚醚硫酸钠(sodium myreth sulfate)；多库酯(docusates)、磺基琥珀酸钠二辛酯(dioctyl sodium sulfosuccinate)、全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctanesulfonate)(PFOS)、全氟丁烷磺酸盐(perfluorobutanesulfonate)、直链烷基苯磺酸盐(linear alkylbenzene sulfonates)(LABs)、烷基芳基醚磷酸盐、烷基醚磷酸盐；羧酸盐、烷基羧酸盐(皂)、硬脂酸钠、月桂酰肌氨酸钠(sodium lauroylsarcosinate)、羧酸盐基含氟表面活性剂(carboxylate-based fluorosurfactants)、全氟壬酸盐、全氟辛酸盐；阳离子表面活性剂、pH依赖性伯、仲或叔胺、奥替尼啶二盐酸盐(octenidine dihydrochloride)、永久带电荷的季铵阳离子、烷基三甲基铵盐、溴化十六烷基三甲基铵(CTAB)(又名十六烷基三甲基溴化铵)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、氯化十六烷基吡啶(CPC)、苯扎氯铵(benzalkonium chloride)(BAC)、苄索氯铵(benzethoniumchloride)(BZT)、5-溴-5-硝基-1,3-二恶烷、氯化双十八烷基二甲基铵、西曲溴铵(cetrimonium bromide)、溴化双十八烷基二甲基铵(DODAB)；两性离子(兼性的)表面活性剂、磺基甜菜碱(sultaines)CHAPS(3-[(3-胆酰氨基丙基)二甲基氨基]-1-丙磺酸盐)、椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱(cocamidopropyl hydroxysultaine)、甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱(cocamidopropyl betaine)、磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)、磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine)、鞘磷脂(sphingomyelins)、乙氧基化物、长链醇、脂肪醇、鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇(cetostearyl alcohol)、油醇、聚氧乙二醇烷基醚(Brij):CH3–(CH2)10–16–(O-C2H4)1–25–OH(八甘醇单十二烷基醚、五甘醇单十二烷基醚)、聚氧化亚丙基二醇烷基醚：CH3–(CH2)10–16–(O-C3H6)1–25–OH、糖苷烷基醚：CH3-(CH2)10-16-(O-葡萄糖苷)1-3-OH(癸基葡糖苷、十二烷基葡糖苷、辛基葡糖苷)、聚氧化亚乙基二醇辛基酚醚：C8H17–(C6H4)–(O-C2H4)1–25–OH(Triton X-100)、聚氧化亚乙基二醇烷基酚醚：C9H19–(C6H4)–(O-C2H4)1–25–OH(壬苯醇醚-9)、甘油烷基酯(月桂酸甘油酯)、聚氧化亚乙基二醇脱水山梨糖醇烷基酯(聚山梨醇酯)、脱水山梨糖醇烷基酯(spans)、椰油酰胺MEA、椰油酰胺DEA十二烷基二甲基氧化胺、聚乙二醇和聚丙二醇的共聚物(泊洛沙姆(poloxamers))和聚氧化乙烯牛脂胺(polyethoxylated tallow amine)(POEA)。
阴离子表面活性剂的头部含有阴离子官能团，诸如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐。显著的烷基硫酸盐包括月桂醇硫酸胺、月桂醇硫酸钠(也称为SDS、十二烷基硫酸钠)和相关的月桂酸烷基醚硫酸钠(alkyl-ether sulfates sodium laureth sulfate)，也称为月桂基醚硫酸钠(SLES)和肉豆蔻醇聚醚硫酸钠。羧酸盐是最常见的表面活性剂，并包含烷基羧酸盐(皂)，诸如硬脂酸钠。
具有阳离子头基的表面活性剂包括：pH依赖性伯、仲或叔胺；奥替尼啶二盐酸盐；永久带电荷的季铵阳离子诸如烷基三甲基铵盐：溴化十六烷基三甲基铵(CTAB)——又名十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)；氯化十六烷基吡啶(CPC)；苯扎氯铵(BAC)；苄索氯铵(BZT)；5-溴-5-硝基-1,3-二恶烷；氯化双十八烷基二甲基铵；西曲溴铵；和溴化双十八烷基二甲基铵(DODAB)。
两性离子(兼性的)表面活性剂具有连接在同一分子上的阳离子和阴离子中心。阳离子部分基于伯、仲或叔胺或季铵阳离子。阴离子部分可以更多地变化并且包括磺酸盐。最常见的生物两性离子表面活性剂具有与胺或铵的磷酸根阴离子，诸如磷脂，磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱和鞘磷脂。
具有不带电亲水部分例如乙氧基化物的表面活性剂，是非离子性的。许多长链醇表现出一些表面活性剂性质。
微生物与聚合物在石油采收中的应用
本发明提供使用一种或多种微生物和/或微生物生长副产物与一种或多种聚合物化合物组合来增强石油采收的方法。与本发明的微生物组合用于采收油的聚合物化合物包括但不限于：水凝胶、丙烯酸、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺(PAM)、水解聚丙烯酰胺(HPAM)、多糖、黄原胶、瓜尔胶和纤维素聚合物。在优选的实施方式中，聚合物是选自例如水凝胶、黄原胶、瓜尔胶、纤维素聚合物、多糖等的生物聚合物。
缔合水溶性聚合物是相对较新的一类聚合物，最近已被引入油田应用。这些聚合物由亲水性长链主链组成，少量疏水基团随机分布在链中或链端。当这些聚合物溶解在水中时，疏水基团聚集以最小化它们的水暴露。结合的基团由于分子内疏水相互作用和分子间疏水相互作用而缔合(associate)。与聚丙烯酰胺相比，这些聚合物上的官能团对盐水盐度的敏感性较低，聚丙烯酰胺的粘度会随着盐度的增加而显著下降。
聚合物驱可涉及将聚合物添加到注水的水中以降低其流动性。聚合物由于机械截留(entrapment)而增加水相的粘度并降低水的渗透性，因此导致更有利的迁移率。在更稠密的阶段(phase)，收集到的油层(oil bank)可以更容易地穿过储层，并且最终进入生产井。
一旦不再需要根据这些实施方式的聚合物在井中的功能，则也可以使用本发明的基于微生物的组合物去除和/或降解根据这些实施方式的聚合物。
在一个实施方式中，本发明提供了一种方法，该方法通过将包含一种或多种微生物菌株的基于微生物的组合物施用至钻孔地点，用于提高从压裂井的烃采收。在某些实施方式中，聚合物在井内完成其期望的功能之后在井内堆积。
基于微生物的组合物的微生物和/或其生长副产物可以快速消化聚合物，诸如聚乳酸(PLA)；因此，一旦压裂井的裂缝和井筒内的PLA和其他树脂的效用已经耗尽，该方法通过减少它们的积累，从而提高了烃资源的开采能力。所述方法任选地包括将营养物和/或其他试剂添加到所述地点以促进微生物生长。该方法可以进一步包括将聚合物降解酶添加到该地点以增强聚合物降解。
在一个实施方式中，本发明提供了在保留在井(包括压裂井)中的聚合物质的效用已经耗尽之后回收它们的方法。例如，通过本发明的方法和微生物生产的生物表面活性剂可以降低流体的界面张力，该流体用于提升聚合物物质，诸如PAM凝胶减摩剂。在另一个实施方式中，生物表面活性剂可用于在提升PAM凝胶之前裂解PAM凝胶。
含碱性化合物的微生物在石油采收中的应用
本发明提供了使用一种或多种微生物和/或微生物生长副产物与一种或多种碱性化合物组合来增强石油采收的方法。与本发明的微生物结合用于回收油的碱性化合物包括但不限于氢氧化铵。
碱是碱金属或碱土金属元素的碱性离子盐。在化学驱油(chemical flood)中使用碱具有许多好处，包括促进原油乳化、提高水相离子强度，使得调节注入的表面活性剂的相行为，以及在存在表面活性剂的情况下将IFT降低至超低值。
碱还可以通过两种方式限制所需表面活性剂的用量来降低成本。首先，碱通过增加岩石表面的负电荷密度来减少表面活性剂的吸附，从而使其优先被水润湿。其次，碱与原油中的酸反应就地生成皂(Soap)，其进而扩大了最佳盐度范围。生成的皂会形成微乳液相，其可以与油和水共存，因此扩展了三相区域(或超低IFT区域)。
碱的选择取决于地层类型、粘土类型和二价阳离子。常见的碱性试剂包括氢氧化钠(NaOH或苛性钠)、碳酸钠(Na2CO3或苏打灰)、碳酸氢钠(NaHCO3)和偏硼酸钠(NaBO2)。据报道，氢氧化钠溶液在高温(185°F)下会与砂岩发生强烈相互作用，从而导致砂岩失重并增加孔隙度。在油田应用期间，由NaOH溶解硅酸盐矿物质引起的苛性碱消耗可能是一个显著且有害的因素。与NaOH相比，在Na2CO3存在下，阴离子表面活性剂的吸附要小得多。氢氧化物不是碳酸盐表面的潜在测定离子。除非使用软盐水，否则钙和其他二价阳离子会引起诸如Na2CO3之类的碱沉淀。这是Na2CO3的局限性。已经报道了使用NaBO2代替Na2CO3。该碱在1wt％的碱浓度下的pH值约为11，并生成用于酸性原油的皂。NaBO2(偏硼酸钠)的另一个主要优点是它们对二价阳离子的耐受性。在碳酸盐储层中，用偏硼酸钠代替其他碱。如果储层包含粘土，则优选NaHCO3。Na2CO3是最常用的碱，因为它价格便宜并且在多孔介质中的运输更好。
碱性驱油的优选油层是砂岩储层，而不是含有硬石膏(硫酸钙)(CaSO4)或煅石膏(无水硫酸钙)(CaSO4.2H2O)的碳酸盐地层，这会消耗大量的碱性化学物质。同样，在碳酸盐储层中，当添加Na2CO3或NaOH时，会发生碳酸钙(CaCO3)或氢氧化钙(Ca(OH)2)沉淀。碳酸盐储层还含有较高浓度的二价盐水，并可能引起沉淀。为了克服这个问题，建议使用NaHCO3和硫酸钠(Na2SO4)。NaHCO3的碳酸根离子浓度要低得多，并且另外的硫酸根离子可以降低溶液中的钙离子浓度。这些化学物质也被粘土、矿物或二氧化硅消耗，并且储层的温度越高，碱的消耗就越高。苛性驱过程中的另一个常见问题是生产井中的积垢形成。在碱性驱油期间，注入顺序通常包括：(1)在注入初级段塞(slug)之前进行预冲洗，以调节储层；(2)初级段塞(碱性化学物质)；(3)用作迁移缓冲剂的聚合物以置换初级段塞。碱性驱油可以修改为AP(碱聚合物)、AS(碱表面活性剂)和碱-表面活性剂-聚合物(ASP)工艺。原油的酸性成分与注入的碱之间的反应产生的皂(soap)是碱性驱油中石油采收的主要机理。
含螯合剂的微生物的应用
在一些实施方式中，微生物和/或其生长副产物可以与螯合剂或螯合试剂一起施用。有利的是，使用螯合剂有助于通过将在地层中的积垢溶解来增强石油采收。积垢会阻塞含油地层的孔隙和其他流动路径，因此减慢和/或阻塞地层中的油流。
如本文所用，“螯合剂(chelator)”或“螯合试剂(chelating agent)”是指能够通过形成络合物而从系统中除去金属离子的活性剂，使得该金属离子例如不能轻易地参与或催化氧自由基的形成。
适用于本发明的螯合试剂的实例包括但不限于二巯基琥珀酸(DMSA)、2,3-二巯基丙烷磺酸(DMPS)、α-硫辛酸(ALA)、硫胺四氢糠基二硫醚(thiamine tetrahydrofurfuryldisulfide)(TTFD)、青霉胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙酸钠、柠檬酸钠和柠檬酸。
在优选的实施方式中，螯合剂是柠檬酸钠、柠檬酸、EDTA或其组合。
实施例
从以下通过说明的方式给出的实施例可以更好地理解本发明及其许多优点。以下实施例说明了本发明的一些方法、应用、实施方式和变异体。它们不应被视为限制本发明。可以对本发明进行许多改变和修饰。
实施例1：枯草芽孢杆菌的生产
枯草芽孢杆菌位点变种的发酵可以在具有350L营养物培养基的500L反应器中进行，所述营养物培养基含有：
葡萄醣 18
糖蜜粉末(Powder molasses) 2
蔗糖 1
KH2PO4 0.5
Na2HPO4·7H2O 2.1
KCl 0.1
MgSO4 0.5
CaCl2 0.05
尿素 2.5
NH4Cl 1.24
酵母抽提物 2
玉米蛋白胨(Corn peptone) 0.5
TekNova痕量元素(mL) 1
培养温度为40℃，pH稳定在6.8-7.0，并且DO稳定在20-30％(设空气中氧浓度为100％)。培养时间为24-36小时，或直到至少95％的细菌达到芽孢形成。细菌培养物的最终浓度不低于1×109CFU/ml。通过一次发酵周期生产的培养物的量可生产2000桶以上的最终含有106该芽胞杆菌菌株的CFU的处理配方。
实例2：发酵球拟假丝酵母用于生产生物表面活性剂
发酵罐是一种可高压灭菌的不锈钢容器，其专为培养酵母和生产生物表面活性剂而设计。发酵罐配有微型喷布器和叶轮，以及关于溶解氧、pH、温度和泡沫的探针。它具有一个集成的控制站，该控制站具有彩色触摸屏界面、用于增强培养液混合的内置泵、气体流量控制器和PH/DO泡沫/液位控制器。550加仑反应器的工作容积是500加仑。
营养物培养基含有碳、蛋白质、氮和不饱和油或脂肪酸的来源。用一天龄(one-dayold)的球拟假丝酵母(60-70L)的培养物来接种反应器。培养物的初始pH值为5.0-6.0，直到微生物生长发生并且pH值开始下降。在25℃下培养时间和现成产物收集持续5天，并且pH稳定在3.5。最终槐糖脂含量可达到每个周期至少40％的工作容积，或150g/L或更高。

Claims (9)

1.一种用于增加从含油地层中可采收的石油量的方法，其中所述方法包括将以下组合物施用到地层，所述组合物包括：
包含酵母发酵产生的培养液的酵母发酵产物，所述酵母选自异常威克汉姆酵母和球拟假丝酵母；
乙氧基化表面活性剂；
选自异丙醇或乙醇的溶剂；
螯合剂，包括柠檬酸以及柠檬酸钠；
水；
其中，所述酵母发酵产物不包含活性酵母细胞。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将一种或多种聚合物化合物施加至所述地层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一种或多种聚合物化合物选自黄原胶、瓜尔胶、水凝胶、多糖和纤维素聚合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将一种或多种另外的非生物辅助表面活性剂施加至所述地层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述酵母发酵产物包含糖脂生物表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述生物表面活性剂是槐糖脂。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述酵母发酵产物在距所述地层300英里或更近的位置处产生。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将一种或多种纯化的生物表面活性剂施用至所述地层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述一种或多种纯化的生物表面活性剂是糖脂和/或磷脂。
CN201880024090.4A 2017-04-09 2018-04-09 微生物产物及其用于提高石油采收率的用途 Active CN110506095B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762483425P 2017-04-09 2017-04-09
US62/483,425 2017-04-09
PCT/US2018/026724 WO2018191172A1 (en) 2017-04-09 2018-04-09 Microbial products and uses thereof to improve oil recovery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110506095A CN110506095A (zh) 2019-11-26
CN110506095B true CN110506095B (zh) 2023-05-19

Family

ID=63793550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880024090.4A Active CN110506095B (zh) 2017-04-09 2018-04-09 微生物产物及其用于提高石油采收率的用途

Country Status (14)

Country Link
US (2) US11414591B2 (zh)
EP (2) EP4342960A2 (zh)
CN (1) CN110506095B (zh)
AU (1) AU2018251675B2 (zh)
BR (1) BR122023006222B1 (zh)
CA (1) CA3058761A1 (zh)
CL (1) CL2019002863A1 (zh)
CO (1) CO2019010273A2 (zh)
DK (1) DK3609975T3 (zh)
EA (1) EA201992274A1 (zh)
MX (1) MX2019012055A (zh)
MY (1) MY201508A (zh)
SA (1) SA519410257B1 (zh)
WO (1) WO2018191172A1 (zh)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11549052B2 (en) 2017-11-08 2023-01-10 Locus Solutions Ipco, Llc Multifunctional composition for enhanced oil recovery, improved oil quality and prevention of corrosion
AR114608A1 (es) 2018-03-27 2020-09-23 Locus Oil Ip Company Llc Composiciones para la eliminación de incrustaciones y recuperación de petróleo bioquímicamente mejorado
CA3098893A1 (en) 2018-04-30 2019-11-07 Locus Oil Ip Company, Llc Compositions and methods for paraffin liquefaction and enhanced oil recovery in oil wells and associated equipment
WO2020028253A1 (en) 2018-07-30 2020-02-06 Locus Oil Ip Company, Llc Compositions and methods for enhanced oil recovery from low permeability formations
WO2020041258A1 (en) 2018-08-20 2020-02-27 Locus Oil Ip Company, Llc Methods for paraffin removal and extended post-primary oil recovery
CN109897621A (zh) * 2019-03-25 2019-06-18 大庆华理生物技术有限公司 一种二元生物驱油剂及其应用
CN111763240B (zh) * 2019-04-02 2022-05-10 中国石油天然气股份有限公司 月桂酰肌氨酸钠-双苷肽化合物及复合驱油剂
IT201900012309A1 (it) * 2019-07-18 2021-01-18 Soil Remediation G P T Sagl Composizione e metodo per la rimozione ed il recupero di idrocarburi da una fase solida
CA3144950A1 (en) * 2019-06-26 2020-12-30 Locus Oil Ip Company, Llc Compositions and methods for paraffin liquefaction and enhanced oil recovery using concentrated acids
BR112021026532A2 (pt) 2019-06-26 2022-05-24 Locus Oil Ip Company Llc Composições multifuncionais compreendendo ácidos concentrados para recuperação melhorada de petróleo e gás
CN110566168A (zh) * 2019-08-28 2019-12-13 北京大学 一种通过注入迪茨菌属激活内源微生物生物强化采油或污染治理的方法
WO2021064131A1 (en) * 2019-10-03 2021-04-08 Clariant International Ltd Biopolymers for enhanced hydrocarbon recovery
CN110699408A (zh) * 2019-10-21 2020-01-17 天津大学 利用混菌发酵提高表面活性素产量的方法
CN112708406B (zh) * 2019-10-24 2023-01-24 中国石油化工股份有限公司 生物化学复合解堵剂及其制备方法和应用
CN112745855B (zh) * 2019-10-29 2022-10-21 中国石油化工股份有限公司 一种石油污染土壤微生物修复过程中的增效剂及其制备方法
BR112022018566A2 (pt) * 2020-03-20 2022-10-25 Locus Ip Co Llc Materiais e métodos para a dispersão eficiente de nanopartículas
CN111608623B (zh) * 2020-04-27 2022-06-28 夏文杰 一种应用于油气资源开采的生物纳米制剂
CN111394284B (zh) * 2020-04-28 2021-10-15 河北萌帮水溶肥料股份有限公司 粘质沙雷氏菌mb21及其应用
CN112159649B (zh) * 2020-08-07 2023-02-24 长江大学 稠油生物化学降粘剂及其制备方法
CN112195115B (zh) * 2020-08-13 2023-03-17 长江大学 波茨坦短芽胞杆菌与制剂及产生表面活性剂的方法及应用
CN114426833A (zh) * 2020-10-14 2022-05-03 中国石油化工股份有限公司 一种氮气辅助微生物体系及其制备方法与应用
CN114437692B (zh) * 2020-11-06 2023-06-20 中国石油化工股份有限公司 一种碱性溶垢剂及其制备方法
CN112625668A (zh) * 2020-11-26 2021-04-09 天津大港油田滨港集团博弘石油化工有限公司 一种低成本环保型表面活性剂及其制备方法
CN112852395B (zh) * 2021-01-19 2022-10-28 中海油田服务股份有限公司 一种增注液及其制备方法和应用
CN112725207B (zh) * 2021-03-01 2022-11-11 河北省农林科学院农业资源环境研究所 异常威克汉姆酵母、利用其制备的微生物菌剂及应用
CN113652217B (zh) * 2021-09-03 2023-04-11 扬州工业职业技术学院 一种石油开采用降粘剂及其制备方法
WO2023084214A1 (en) * 2021-11-09 2023-05-19 Swellfix Uk Limited Materials and methods to enhance mineral scale dissolution rates
CN113881423B (zh) * 2021-11-10 2022-10-04 南京工业大学 一种温敏型杂多糖聚合物在提高石油采收率中的应用
CN114457135A (zh) * 2022-03-22 2022-05-10 南开大学 一种糖蛋白类型生物乳化剂及其应用
US20230332036A1 (en) * 2022-04-19 2023-10-19 Saudi Arabian Oil Company Scale inhibitor fluid and method for inhibiting scale formation
CN114836188B (zh) * 2022-04-21 2023-11-07 大庆华理生物技术股份有限公司 一种生物复合驱油体系及其应用
EP4269530A1 (en) 2022-04-28 2023-11-01 Evonik Operations GmbH Multifunctional wax dispersant for subterranean chemical applications
EP4269531A1 (en) 2022-04-28 2023-11-01 Evonik Operations GmbH Multifunctional wax dispersant for subterranean chemical applications

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1272587A (zh) * 1999-04-30 2000-11-08 大庆石油管理局 碱－活性剂－聚合物组成的三元复合驱体系及在三次采油中的应用
CN101131081A (zh) * 2006-08-25 2008-02-27 上海中油企业集团有限公司 一种地面法微生物采油方法
CN102762688A (zh) * 2009-09-10 2012-10-31 得克萨斯大学体系董事会 使用高碱度硬盐水用于提高采收率应用的方法
CN103555308A (zh) * 2013-11-05 2014-02-05 河南省科学院高新技术研究中心 槐糖脂在油田采出水用生物缓蚀剂中的应用
CN105154050A (zh) * 2015-07-29 2015-12-16 中国石油化工股份有限公司 一种耐温耐盐稠油生物降粘剂及其制备方法
CN105201471A (zh) * 2015-09-28 2015-12-30 中国石油化工股份有限公司 一种微生物采油的方法

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3871956A (en) 1970-06-03 1975-03-18 Bioteknika International Microbial degradation of petroleum
US4522261A (en) * 1983-04-05 1985-06-11 The Board Of Regents For The University Of Oklahoma Biosurfactant and enhanced oil recovery
US4905761A (en) 1988-07-29 1990-03-06 Iit Research Institute Microbial enhanced oil recovery and compositions therefor
US5165477A (en) 1990-12-21 1992-11-24 Phillips Petroleum Company Enzymatic decomposition of drilling mud
EP0540074A1 (en) 1991-10-09 1993-05-05 ENIRICERCHE S.p.A. Cloning and sequencing of that chromosomal DNA region of bacillus subtilis comprising the SRFA operon which encodes the multienzymatic complex surfactin synthetase
MX2008014137A (es) 2006-05-05 2009-03-30 Halliburton Energy Serv Inc Composiciones y metodos para elminiar asfaltenos de una porcion de una perforacion del pozo o formacion subterranea.
WO2008086221A2 (en) * 2007-01-04 2008-07-17 Advanced Biocatalytics Corporation Enhanced oil recovery compositions comprising proteins and surfactants and methods of using the same
US20080302531A1 (en) * 2007-06-09 2008-12-11 Oil Chem Technologies Process for recovering oil from subterranean reservoirs
US7681638B2 (en) 2007-06-15 2010-03-23 Glori Oil Limited Wellbore treatment for reducing wax deposits
WO2009009382A2 (en) * 2007-07-12 2009-01-15 Glori Oil Limited Process for enhanced oil recovery using a microbial consortium
AU2009204650B8 (en) 2008-01-18 2014-10-23 Bio Processing Australia Pty Ltd Process for preparing nutritional, therapeutic or organoleptic products from crude glycerol
US7740063B2 (en) 2008-08-20 2010-06-22 E.I. Du Pont De Nemours And Company Method for identification of novel anaerobic denitrifying bacteria utilizing petroleum components as sole carbon source
US8517100B2 (en) * 2010-05-12 2013-08-27 Schlumberger Technology Corporation Compositions and methods for cleaning a wellbore prior to cementing
MX2010012349A (es) 2010-11-12 2012-05-15 Mexicano Inst Petrol Proceso para la recuperacion de hidrocarburos pesados, utilizando microorganismos anaerobios extremofilos autoctonos.
US20120292022A1 (en) 2010-11-22 2012-11-22 E. I. Du Pont De Nemours And Company Composition for improving oil recovery including n-lauroyl amino acid-based compounds and microbes
US9290688B2 (en) * 2011-02-25 2016-03-22 Geo Fossil Fuels, Llc Alkaline microbial enhanced oil recovery
CN102352227A (zh) 2011-08-08 2012-02-15 中国海洋石油总公司 脂肽生物表面活性剂及其制备方法与应用
US9422470B2 (en) 2011-09-15 2016-08-23 Multi-Chem Group, Llc Method for selection of surfactants in well stimulation
FR2980802B1 (fr) 2011-10-03 2014-12-26 Univ Lille 1 Sciences Et Technologies Ustl Procede de production de biosurfactants et dispositif de mise en œuvre
LT2766489T (lt) 2011-10-13 2024-04-25 Tenfold Technologies, LLC Mikrobų produkcijos gavimo būdas
US20150037307A1 (en) 2012-01-27 2015-02-05 Gfs Corporation Aus Pty Ltd. Poultry farm practices
US9725640B2 (en) 2012-04-12 2017-08-08 Chemeor, Inc. Submicron particles surfactant method for improved oil recovery from subterranean reservoirs
US9139458B2 (en) 2013-03-15 2015-09-22 Janet Angel Compositions and methods of use
US9670395B2 (en) 2013-04-22 2017-06-06 Halliburton Energy Services, Inc. Treatment of a subterranean formation with composition including a microorganism or compound generated by the same
US20160145487A1 (en) 2013-09-11 2016-05-26 Halliburton Energy Services, Inc. Asphaltene-dissolving oil-external emulsion for acidization and methods of using the same
WO2015038820A1 (en) * 2013-09-12 2015-03-19 Geo Fossil Fuels, Llc Microbial enhanced oil recovery method
WO2015068688A1 (ja) 2013-11-05 2015-05-14 株式会社カネカ 富炭化水素流体含有頁岩からの炭化水素流体の製造方法
US10005950B2 (en) 2013-12-13 2018-06-26 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and systems for removing geothermal scale
US9884986B2 (en) 2014-04-21 2018-02-06 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Method of using biosurfactants as acid corrosion inhibitors in well treatment operations
US9683164B2 (en) 2014-04-21 2017-06-20 Baker Hughes Incorporated Method of using sophorolipids or mannosylerythritol lipids as acid corrosion inhibitors in well treatment operations
US10190038B2 (en) 2014-04-21 2019-01-29 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Method of using sophorolipids in well treatment operations
US9550937B2 (en) 2014-07-31 2017-01-24 Baker Hughes Incorporated Methods and compositions for decreasing the viscosity of hydrocarbon-based fluids during refining
US9725986B2 (en) 2014-08-01 2017-08-08 Multi-Chem Group, Llc Multi-functional surfactant complexes for use in subterranean formations
WO2016089408A1 (en) 2014-12-04 2016-06-09 Halliburton Energy Services, Inc. Surfactant selection methods for fluid recovery in subterranean formations
US10337303B2 (en) 2015-09-02 2019-07-02 Chevron U.S.A. Inc. Enhanced oil recovery compositions and methods thereof
WO2017044953A1 (en) 2015-09-10 2017-03-16 Locus Solutions, Llc Enhanced microbial production of biosurfactants and other products, and uses thereof
CN105753283A (zh) 2016-03-14 2016-07-13 北京华纳斯科技有限公司 一种利用生物表面活性剂及微生物菌剂处理含油泥砂的方法
GB201610932D0 (en) 2016-06-22 2016-08-03 Univ Of Manchester The Improvements in and relating to lipid production
JP7164516B2 (ja) 2016-09-08 2022-11-01 ローカス アイピー カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー 微生物に基づく組成物の効率的な生産および使用のための分配型システム
US11834705B2 (en) 2016-12-11 2023-12-05 Locus Solutions Ipco, Llc Microbial products and their use in bioremediation and to remove paraffin and other contaminating substances from oil and gas production and processing equipment

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1272587A (zh) * 1999-04-30 2000-11-08 大庆石油管理局 碱－活性剂－聚合物组成的三元复合驱体系及在三次采油中的应用
CN101131081A (zh) * 2006-08-25 2008-02-27 上海中油企业集团有限公司 一种地面法微生物采油方法
CN102762688A (zh) * 2009-09-10 2012-10-31 得克萨斯大学体系董事会 使用高碱度硬盐水用于提高采收率应用的方法
CN103555308A (zh) * 2013-11-05 2014-02-05 河南省科学院高新技术研究中心 槐糖脂在油田采出水用生物缓蚀剂中的应用
CN105154050A (zh) * 2015-07-29 2015-12-16 中国石油化工股份有限公司 一种耐温耐盐稠油生物降粘剂及其制备方法
CN105201471A (zh) * 2015-09-28 2015-12-30 中国石油化工股份有限公司 一种微生物采油的方法

Also Published As

Publication number Publication date
AU2018251675A1 (en) 2019-10-10
BR122023006222B1 (pt) 2023-11-21
AU2018251675A2 (en) 2019-10-31
BR112019020271A2 (pt) 2020-04-22
CA3058761A1 (en) 2018-10-18
AU2018251675B2 (en) 2023-01-05
EP4342960A2 (en) 2024-03-27
SA519410257B1 (ar) 2023-01-31
DK3609975T3 (da) 2024-02-05
MY201508A (en) 2024-02-27
US11414591B2 (en) 2022-08-16
US20220389303A1 (en) 2022-12-08
EA201992274A1 (ru) 2020-02-19
US20200071600A1 (en) 2020-03-05
WO2018191172A1 (en) 2018-10-18
EP3609975A4 (en) 2021-01-13
CL2019002863A1 (es) 2020-04-03
CN110506095A (zh) 2019-11-26
EP3609975A1 (en) 2020-02-19
MX2019012055A (es) 2019-11-11
CO2019010273A2 (es) 2019-10-09
EP3609975B1 (en) 2023-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110506095B (zh) 微生物产物及其用于提高石油采收率的用途
US11473007B2 (en) Compositions and methods for microbial enhanced digestion of polymers in fracking wells
US11555142B2 (en) Two-step process for microbial enhanced oil recovery
US10227853B2 (en) Microbial enhanced oil recovery method
Ghojavand et al. Enhanced oil recovery from low permeability dolomite cores using biosurfactant produced by a Bacillus mojavensis (PTCC 1696) isolated from Masjed-I Soleyman field
US20230159814A1 (en) Multifunctional Composition for Enhanced Oil Recovery, Improved Oil Quality and Prevention of Corrosion
Zhao et al. Biosurfactant production under diverse conditions by two kinds of biosurfactant-producing bacteria for microbial enhanced oil recovery
US11279965B2 (en) Symbiotic fermentation of Acinetobacter and Bacillus and applications thereof
Park et al. Modification of interfacial tension and wettability in oil–brine–quartz system by in situ bacterial biosurfactant production at reservoir conditions: implications for microbial enhanced oil recovery
US20210179925A1 (en) Methods for Paraffin Removal and Extended Post-Primary Oil Recovery
CN102391847A (zh) 一种复合微生物驱油剂及其用途
Agarry et al. Biosurfactant production by indigeneous Pseudomonas and Bacillus species isolated from auto-mechanic soil environment towards microbial enhanced oil recovery
EA041808B1 (ru) Продукты микроорганизмов и их применение для улучшения добычи нефти
BR112019020271B1 (pt) Método para aprimorar a quantidade de petróleo recuperável a partir de uma formação contendo petróleo e dissolver depósitos de incrustações presentes na formação e composição
EA042203B1 (ru) Композиции и способы для микробиологически повышенного расщепления полимеров в скважинах с гидроразрывом пласта
Mehta¹ et al. Microbial enhanced oil recovery
Li et al. Use of Biosurfactants in Oil Recovery 37

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
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20230506

Address after: Ohio, USA

Applicant after: Track Plan IPCO LLC

Address before: Ohio, USA

Applicant before: LOCUS OIL IP Co.,LLC

TA01 Transfer of patent application right