CN1988970B - 刺激从地层石油产生甲烷的方法 - Google Patents

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Abstract

刺激含油地层中微生物甲烷产生的方法，所述方法包括：(a)分析地层中的一种或多种组分以确定地层环境的特征；(b)检测地层中包含至少一种产甲烷微生物的微生物聚生体的存在；(c)评估地层微生物当前是否具有活性；(d)确定微生物聚生体是否包含一种或多种甲烷营养微生物；(e)表征聚生体中的一种或多种微生物，所述聚生体中至少一个成员是产甲烷微生物，并将所述聚生体成员与至少一种具有一种或多种已知生理和生态特征的已知微生物进行比较；(f)表聚生体的一种或多种甲烷营养微生物(如果存在的话)，并将所述聚生体成员与至少一种具有一种或多种已知生理或生态特征的已知微生物进行比较；(g)使用从步骤(a)到(e)中获得的信息确定通过聚生体中至少一种产甲烷微生物促进石油的原位微生物降解并促进甲烷的微生物产生的生态环境；(h)如果存在甲烷营养微生物，使用从步骤(a)和(f)中获得的信息来确定降低甲烷被聚生体中至少一种甲烷营养微生物原位微生物降解的生态环境；和(i)如果存在甲烷营养微生物，基于步骤(g)和(h)的确定修饰地层环境，以刺激从石油到甲烷的微生物转化，同时使不利过程对甲烷的破坏最小化。

Description

刺激从地层石油产生甲烷的方法
本发明涉及在地层中使用微生物作用以有经济学意义的速率将石油及其他化石燃料转化为甲烷并回收甲烷的方法。
背景
“石油”指原油，包括任何油藏中的重油和残油、沥青砂中的沥青、天然气、气冷凝物和可通过地上钻孔产生的含碳氢化合物的流体或可从开采沥青砂或任何类型含沥青的油藏回收的固体或流体含碳氢化合物物质。残油当油存在于多孔和可渗透的地下岩层如砂岩、碳酸盐、燧石、页岩或任何类型的断层岩时，一般可以通过钻进含油地层并使存在的压力梯度将油压出油藏并排出孔外来开发。这种方法称为一级回收。
如果压力梯度不足以产生所需速率的油，习惯上实施改良的回收方法以回收额外的油。这一方法称为二级回收。
存在若干种二级回收技术，包括气体注入和水注入。具体二级回收技术的选择取决于石油积累的具体情况。水注入或注水是最通常的二级回收技术。在注水中，将增压水注入含油地层，从临近的石油生产井产生油和/或气。从生产井中首先回收石油，其后是石油和水。石油聚集通常然而，甚至在二级回收后地层中仍残留大部分的石油，一般超过存在的原始油的50％，在一些情况下超过75％。一般对于重油、焦油和复合储油气层中的石油来说不可回收的石油比例是最高的。在许多油田中，常规注水后，可以留下非常大部分的油(40％或者以上)。这些残油中的大部分由于毛细作用力或吸附在矿物表面而截留，并代表不可减少的含油饱和度。其他油作为油藏岩层中的旁路油而被一级或二级回收技术遗漏。可以通过改进的回收技术回收这种剩余的残油。一种改进的油回收技术使用(土著或人工引入的)微生物从岩石中赶出截留或吸附的油。称为微生物增强的油回收(MEOR)的这种技术的目的是提高原始地下石油的回收。MEOR方法一般使用微生物来：(1)通过封堵油藏孔喉将注入的水流转向至仍被油饱和的区域来改变地层的渗透性；(2)产生降低石油/水界面张力并介导湿润性变化并释放油的生物表面活性剂；(3)产生促进提高油藏中石油流动性的聚合物；(4)产生引起岩石溶解并提高渗透性的低分子量酸；和(6)产生提高地层压力并在溶于石油时降低油粘度的气体(主要为CO2)。
已经提出使用多种微生物在地层中实现多种微生物目的。多数MEOR技术涉及将外源微生物种群注入并定居于含油地层中。在用于二级回收的注水中作为添加剂为种群提供生长基质和矿质营养。外源微生物的生长常受限于地层中的优势条件。物理限制如小且多变的地层孔喉直径以及地层中流体的高温、盐度和压力和地层水中的低浓度氧严重限制了可以注入地层并旺盛生长的微生物的种类和数目。营养物生物限制如来自土著油藏微生物的竞争、地下油藏固有的不利环境和环境变化(从表面到油藏)胁迫也限制了外源提供的微生物的成活力。为克服这些问题，已经提出将土著油藏微生物(一般为厌氧生物)用于MEOR技术。
微生物一般存在于低于约80℃的油贮层中(Bernhard和Connan，1992；Magot等，2000；Orphan等，2000；Wilhelms等，2001)。地下石油(原油和天然气)的生物降解是通常过程(Connan，1984；James，1984；Horstad和Larter，1997；Wenger等，2001；Head等，2003及其参考文献)。在合适的环境条件和充分的时间下，土著细菌和古细菌可在长地质时间时期中在地下将石油或其他化石燃料(如煤)转化成甲烷(Scott等，1994；Head等，2003；Roling等，2003及其参考文献)。产甲烷作用——排他性厌氧过程——与生物降解的油贮层通常相关，经常发现含有较轻同位素碳的甲烷与生热甲烷混合(Scott等，1994；Larter等，1999；Sweeney and Taylor，1999；Pallasser，2000；Masterson等，2001；Boreham等，2001；Dessort等，2003)，并且产甲烷菌代表了油贮层微生物区系的通常土著成员(Mueller和Nielsen，1996；Nilsen和Torsvik，1996；Nazina等，1995 a，b；Ng等，1989)。所述产甲烷菌是将二氧化碳还原成甲烷的菌，对于来自油贮层的乙酸分解(acetoclastic)产甲烷菌的报道很少(Obraztsova，1987)。放射性示踪实验表明将二氧化碳还原成甲烷较乙酸分解产甲烷更占优势(Mueller和Nielsen，1996；Rozanova等，1995)，并且油贮层中的高压力有利于净体积减少的反应，如来自二氧化碳还原的产甲烷(Head等，2003)。在多数地质条件下转化过程是缓慢的，已经显示自然生物降解油藏中的油一般需要数百万年(Larter等，2003)。油贮层通常油贮层通常油贮层通常油贮层油贮层此外，已经显示在自然界中这种降解通常是厌氧的，甲烷通常是油降解的天然终产物(Larter等，1999；Head等，2003)，所产生甲烷的大部分与使用二级氢源还原二氧化碳相关(
Figure S05824212220070122D000031
等2003)。最近微生物学的发展也证明存在能在与油藏中发现的类似的条件下将碳氢化合物直接转化成甲烷的微生物聚生体(Zengler等，1999；Anderson和Lovely，2000)。
已经显示天然条件下油贮层中碳氢化合物和非碳氢化合物生物降解的一级动力学速率常数在约10-6至10-7/年之间(Larter等，2003；Head等，2003)，比浅表地下环境(如垃圾场或浅表含水层)中厌氧碳氢化合物降解的速率慢10000至100000倍。为了在现实的时间量程(数月至数年)中使用微生物技术来以甲烷商业回收显著量的油，本发明人已经证明必须将将大部分油层的降解加速至产甲烷的近表面速率。图1显示在整个26m油柱中油生物降解的计算机模拟，其中产甲烷以近表面垃圾场环境中典型的速率发生。在约10年中回收了油藏残油的20％。
因此为了在厌氧条件下在油藏中通过石油的微生物降解产生商业量的甲烷，需要加速甲烷产生速率的技术，而且必须定义实现商业速率的产生所需的增强的程度。
US 6,543,535概述了在含有石油的地下储油气层中刺激微生物活性的方法，其包括：
(a)分析地层中的一种或多种组分以确定地层环境特征；
(b)检测地层中微生物聚生体的存在；
(c)表征聚生体中的一种或多种微生物，所述聚生体中至少一个成员是产甲烷微生物，并将所述聚生体成员与至少一种具有一种或多种已知生理和生态特征的已知微生物进行比较；
(d)使用从步骤(a)到(c)中获得的信息确定通过聚生体中至少一种产甲烷微生物促进石油原位微生物降解并促进甲烷的微生物产生的生态环境；
(e)基于步骤(d)的确定修饰地层环境，以刺激从石油到甲烷的微生物转化。
发明概述
通常本发明人已经鉴定了US 6,543,535所述用于鉴定油藏(其中刺激甲烷的产生是可行的)的步骤以外的额外关键步骤、用于刺激甲烷产生的技术、用于防止甲烷被通常的油藏微生物破坏所需的特定作用、区分甲烷氧化古细菌与相关产甲烷菌的手段以及对US 6,543,535所述一些步骤的改进和有效的甲烷产生所需的新步骤的定义。
他们还鉴定了US 6,543,535中关于应用于此类方法的生物类型和适当的刺激介入的错误。
因此，本发明提供在含油地层中刺激微生物甲烷产生的方法，所述方法包括：
(a)分析地层中的一种或多种组分以确定地层环境的特征；
(b)检测地层中含有至少一种产甲烷微生物的微生物聚生体的存在；
(c)评估地层微生物当前是否具有活性；
(d)确定微生物聚生体是否含有一种或多种甲烷营养微生物；
(e)表征聚生体中的一种或多种微生物，所述聚生体中至少一个成员是产甲烷微生物，并将聚生体的该成员与至少一种具有一种或多种已知生理和生态特征的已知微生物进行比较；
(f)表征聚生体中一种或多种甲烷营养微生物(如果存在的话)，并将聚生体成员与至少一种具有一种或多种已知生理或生态特征的已知微生物进行比较；
(g)使用从步骤(a)到(e)中获得的信息确定通过聚生体中至少一种产甲烷微生物促进石油原位微生物降解并促进甲烷的微生物产生的生态环境；
(h)如果存在甲烷营养微生物，使用从步骤(a)和(f)中获得的信息来确定降低甲烷被聚生体中至少一种甲烷营养微生物原位微生物降解的生态环境；和
(i)如果存在甲烷营养微生物，基于步骤(g)和(h)的确定修饰地层环境，以刺激从石油到甲烷的微生物转化，同时使不利过程对甲烷的破坏最小化。
方法优选包括作为步骤(b)的一部分的检测厌氧油降解细菌存在的步骤。
此方法包括鉴定油层是否能够用土著生物或引入的生物活跃降解、是否存在降解由产甲烷微生物产生的甲烷的甲烷营养微生物，以及如果它们存在，那么修饰地层环境以降低其活性。
本发明的方法刺激并维持含油地层中不同微生物的混合物将石油转化成可生产的甲烷的活性。还降低可能存在的甲烷营养微生物的活性以避免产生的甲烷的降解，并允许避免除了产甲烷作用之外的其他过程，所述过程可以作为替代的电子穴，从而阻止甲烷产生。不希望被理论束缚，相信微生物混合物通过以下多种作用将石油转化成甲烷：
(1)微生物聚生体将多种石油化合物(如饱和和/或芳香碳氢化合物、沥青质和含有氮-硫-氧的有机化合物)降解成多种化合物，其可包括胺、醇、有机酸和气体。
(2)产甲烷菌将多种低分子量化合物(可包括胺、醇、有机酸和气体)转化成甲烷、CO2和水。
本发明人已经在油贮层中鉴定了将甲烷转化成CO2和水的第三组微生物——甲烷营养古细菌。
天然存在于地层中的微生物一般包含微生物的多种混合聚生体，它们经常彼此依赖。例如，在石油的降解中，如果其代谢废物(如有机酸、乙酸和H2)被持续移去并保持低浓度，则产生有机酸和氢的互养微生物可从石油降解中获得能量。产甲烷微生物通过将至少一些废物(如乙酸、CO2和H2)转化成甲烷来部分实现这种废物移去功能。甲烷营养古细菌一般与能利用厌氧甲烷氧化中间体的细菌一起存在，能破坏产生的任何甲烷。这可以靠近甲烷形成部位或在较远位置发生。了解这种甲烷营养古细菌的分布、丰度和活性对于预测作为刺激产甲烷的介入结果的甲烷产生的净产率和速率是至关重要的。
对本发明一个实施方案的说明着眼于在常规含油地层中将石油转化成甲烷。然而，本发明的方法可应用于任何含油地层，其中可以修饰环境条件以刺激至少一种石油降解微生物的生长和至少一种能够将降解产物转化成甲烷的微生物的生长。本发明的方法可用于在油页岩沉积物、新近开采的和废弃的煤层、沥青砂和其他化石燃料沉积物刺激微生物活性以将其中含有的石油转化成甲烷。本说明书中所使用的术语“化石燃料”以其广义使用，包括固体含碳沉积物如油母质、泥炭、褐煤和煤；液体含碳沉积物如油；含有除了甲烷之外的组分的气体碳氢化合物混合物和高粘稠含碳沉积物如沥青和焦油。
本发明的此方法还可应用于再生计划，其中可以处理被石油污染的土壤和含水层以增强从石油到可回收甲烷的微生物转化。
在本说明书中，鉴定并接着刺激了将石油转化成甲烷的土著微生物，同时鉴定并接着抑制了降解甲烷或与产甲烷菌竞争电子供体的土著微生物。
术语“微生物”旨在包括细菌和古细菌，它们的酶和其他产物以及相关真核生物。应该理解，细菌和古细菌代表在缺氧条件下能降解石油和/或将得到的产物转化成甲烷的一般生物。
附图简述
图1显示对整个油柱中生物降解和甲烷产生程度的计算机模拟。
图2显示与从石油产生甲烷相关的过程。
图3显示以甲烷回收残油和可生产油的油气田的理想构造；且
图4显示本发明实施例的图示。
分析流体/岩石化学和微生物学
在本发明方法的实践中，第一步是分析待刺激微生物活性的含油地层中流体(水、油和气)和岩石的一个或多个样品。虽然一个样品足以实践本发明，但可以获得多个样品。
采集样品
可以通过本领域技术人员已知的采样方法获得样品。一般通过套筒中穿孔或从无套管钻孔测试从地层取得流体(液体或者气体)样品。流体可以用电缆地层流体测试仪(wireline formation fluid tester)或流体采样器向下打眼采样或从地下测试(如钻杆测试、生产测试或正常生产)在表面井口采样。地层水和石油(油和气)样品均可用于评估地层环境。可以从岩心、钻屑、产生的沉积物和/或露头位置寻找岩石样品，或者可以通过解读钻井日志或者其他技术获得岩石数据。
环境分析
对地层环境的分析提供了关于确定适当的微生物生长刺激物或微生物活性原位环境条件的关键信息。此分析优选包括确定地层的温度和压力，这可以任何适当的方式获得。尽管许多油藏含有生物降解的油，但是不是所有的油藏都含有当前有活性的微生物种群。该方法的关键部分是定义含有相对有活性生物的油藏，其中可以加速所述生物以通过油生物降解回收经济水平的甲烷。
为确定油藏中的环境，可以对地层的一种或多种流体(如地层水和石油)和/或地层的一种或多种固体进行地球化学分析，所述分析是本领域技术人员所熟悉的。优选对得自地层的流体和/或岩石样品进行分析。流体分析可包括测量状态值(如温度和压力)以及对地层水的地球化学分析，它可包括对主要阴离子和阳离子、pH、氧化电位(Eh)、氯化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、铵离子、盐度、硒、钼、钴、铜、镍和其他微量金属的测定。
地球化学分析优选还鉴定已知由土著微生物活性产生的副产物。例如甲烷、CO2、RNA、DNA、酶和羧酸的存在可以指示微生物活性。经常在发生天然产甲烷作用的油田中发现碳13同位素相对耗竭的甲烷。特别是厌氧碳氢化合物降解代谢物如烷基和芳基取代的琥珀酸或还原的萘甲酸是发生碳氢化合物厌氧降解的系统的关键标记。鉴定这些标记可以用作确定活性厌氧石油降解微生物聚生体的存在的第一步。
许多使用脂肪、芳族和多环芳族碳氢化合物作为多种硫酸盐还原、脱氮和产甲烷培养的底物的实验室研究已经将通过烷烃亚末端碳或芳族碳氢化合物烷基取代基的延胡索酸加成而形成的烷基或芳基琥珀酸鉴定为降解过程中最初相对稳定的代谢物(Widdel和Rabus，2001；Rabus，等人，2001；Wilkes，等，2002)。已经将琥珀酸报导为石油污染的含水层的缺氧区中饱和的和芳族碳氢化合物的生物降解的代谢物。最近对汽油污染的含水层中缺氧区的研究还将2-萘甲酸和还原的2-萘甲酸鉴定为厌氧降解的证据(Annweiler等，2002)。Aitken等(2002)已经显示发现活跃降解的油田中含有2-萘甲酸，更重要的，还原的2-萘甲酸(如5，6，7，8-四氢-2-萘甲酸)的量是适于甲烷生成的条件下厌氧碳氢化合物降解的专有指示。这些化合物的存在指示适于产甲烷作用的厌氧降解条件。
指示土著条件下活跃的产甲烷作用的其他化合物是archaeol——古细菌特征性脂类分子，发明人已经在经历活跃生物降解的油田和煤矿中鉴定了它们。产甲烷菌特征性archaeol指示活跃的产甲烷。产甲烷古细菌的特征性特定磷脂和微生物DNA还可用于阳性鉴定具有能够加速至商业速率的甲烷产生的活跃产甲烷过程的油田。此外，产甲烷菌含有新的辅因子，如F430(与甲基辅酶M还原酶结合的镍卟啉)。类似但不同的较高分子量的镍卟啉与厌氧甲烷氧化古细菌相关，对它们的分析可提供关于产甲烷菌和甲烷氧化古细菌的相对优势和定位的重要信息(Krüger等，2003)。
这些分析的重要特征是它们应该着眼于油藏的油-水过渡带。发明人已经证明活跃降解的特定指示物优先浓缩于靠近石油/水接触点的样品中，采样和表征应该针对此处。
还可以通过若干地球化学替代物鉴定活跃降解的油贮层。这些替代物包括产出气体中二氧化碳水平的上升、富含碳12同位素的同位素不同的甲烷、如上文所述的酸性代谢物标记物，和决定性地通过检测和测量油柱的组成梯度。作者已经在若干油田中检测到油柱的梯度如饱和碳氢化合物含量随油层深度的改变，已经使用这些来评估油藏微生物的碳氢化合物代谢的土著速率。当生物破坏油柱底部的碳氢化合物时产生梯度，油柱的组成谱应答此梯度而发生变化，产生组成参数的垂直和侧向梯度，所述参数包括但不仅限于饱和碳氢化合物含量、正烷分布或含量或多种抗性化合物(如类异戊二烯烷或藿烷)的分布。由于存在梯度的地方生物是活跃的，对这些梯度的检测可用于鉴定可以加速产甲烷作用的油田。可以从梯度计算生物活性率，从而指示降解的天然速率和产甲烷作用需要加速的程度。这可用于评估将产甲烷作用增强至目的速率所需的添加剂处理的程度。
不仅有机地球化学标记可以给出微生物对油的活跃的天然加工的指示。在发生或可能正在发生活跃生物降解的油藏中还通常发现油田柱中水油接触处附近油中高浓度的金属如钴、镍或铁。
石油分析包括主要碳氢化合物类型(如饱和碳氢化合物、芳族碳氢化合物、树脂和沥青质)的定量和特定碳氢化合物级分(如正烷烃、类异戊二烯烃、烃基苯、烃基萘等)的详细分子表征。对油和气的石油分析可辅助鉴定微生物不同碳底物的丰度和组成。尽管原理上原油中许多组分都可用于产甲烷作用，但最具反应性的油和最适于产甲烷转化的油田将仍然含有丰富的正烷烃、类异戊二烯烃和其他较具反应性的组分，如轻烷烃和芳族碳氢化合物。对从产生的流体或钻屑或取自油柱的核心样品中提取的石油的分析使得化学分析可以定义油柱中存在的任何组成梯度的程度。组成梯度的测定可用于确定油柱中生物降解的当前速率，从而确定生物降解速率和产甲烷速率具体需要加速的程度。
岩石分析可包括矿物学、化学和相描述以及测量地层特性如孔隙率、渗透性、毛细管压力和可湿性。
应优选使用地球物理和作图方法进行油藏地质环境分析。发明人已经显示油层和水层的相对体积和空间排布控制生物降解的净速率(Larter等，2003)。与被水饱和的油藏带毗邻或被其包围的油带是最适于刺激的。高含水饱和度的残油带是非常适于刺激的环境。
微生物分析
采集土著微生物
正确的采样是这些分析的决定性部分。深地下环境的微生物种群一般非常少，丰度比近表面沉积物中微生物少5到6个数量级(每立方米深地下约103至104个细胞)。因此为了避免将污染生物误鉴定为土著的，必须采取严格污染对照测量。当进行基于核酸的分析时，用UV处理并用DNase I进行酶处理除扩增引物以外的所有试剂和材料是必要的。核酸分析的样品还应该立即冰冻或通过加入经过滤的50％乙醇固定。应该在无菌条件下从完整核心中心取子样品以避免钻孔过程中污染核心外部的污染物。基于培养的研究的样品应该冷冻或在接近原位温度下储存以减少储存和运输过程中污染微生物的生长。理想的样品应该来自核心材料，以提高所得土著生物不含污染物的可能性，然而如果保持条件以抑制外源污染生物而促使其适应于原位条件，则可以分析地层水和/或钻孔钻屑样品中活性微生物的存在。优选在进行分析前通过过滤和/或离心浓缩水样中的微生物。土著微生物种群的数量一般只是样品体积的一小部分。在典型的含油地层中，每升水可含有少于0.025mg微生物。可以扩增微生物浓缩物以便于使用本领域技术人员所熟悉的常规微生物检测技术进行检测。在尽可能重现原位条件的实验生态系中孵育样品以鉴定促进或抑制特定代谢过程的因素也是鉴定用于成功的微生物刺激的候选石油系统的关键方法。
表征土著微生物
本说明书中使用的微生物表征是指使用一种或多种以下方法鉴定微生物或微生物聚生体的关键特征：生物化学方法、生理学方法、生物地化过程测量、光学方法或遗传学方法。可通过微生物生态学领域成熟的方法将采样的微生物与已知性质的微生物的这些关键特征之间的相似性程度用于建立身份并推断采样的微生物的生理、代谢功能和生态性状(例如参阅Head，等，1998；Head，1999；Gray和Head，2001；
Figure S05824212220070122D000111
& Head，2004；Stahl，1997；Trüper和Schleifer，1992)。
可用于本发明方法的表征方法的非限制性实例包括：
(a)获得微生物隔离群的富集培养技术，可以从所述隔离群确定生物化学、形态学、生理学、生态学和遗传性状并与已知微生物的性状进行比较。
(b)测定土著微生物的磷脂脂肪酸组成(PLFA)并与已知微生物的PLFA分布进行比较。
(c)测定产甲烷或其他古细菌的类异戊二烯甘油醚分布(archaeols)特征并与已知微生物的类异戊二烯甘油醚分布进行比较。
(d)化合物特异性同种型分析以鉴定利用甲烷的生物。
(e)表征特异性镍卟啉以区分产甲烷和甲烷氧化古细菌。
(f)遗传表征方法，其中以下列出了两个非限制性实例：
1.来自样品微生物的遗传片段的序列，包括但不仅限于16S rRNA基因(细菌、古细菌)、来自产甲烷和甲烷氧化古细菌的编码甲基辅酶M还原酶(mcrA)α亚基的基因和编码琥珀酸苄酯合酶(bssA)α亚基的基因和同源物，所述琥珀酸苄酯合酶(bssA)α亚基参与厌氧碳氢化合物降解细菌对碳氢化合物的初始活化。将它们与已知微生物的核酸序列进行比较(例如使用核糖体数据库计划(Ribosomal Database Project)，Michigan State University，East Lansing或位于National Library of Medicine(Building 38A Room8N805)，Bethesda，Md.20894，U.S.A的National Center for BiotechnologyInformation的Genbank数据库)以使用已确立的技术(
Figure S05824212220070122D000112
& Head，2004)建立与最近的已知的亲缘序列的系统发生身份。
特别地，对为了使甲烷回收最大化而必须受到控制的特定生物或过程的这些特征性靶基因进行定量分析(使用实时PCR)是有用的，设计可用于区分和定量分别与产甲烷和甲烷氧化相关的mcrA关键变体以及用于定量潜在初级碳氢化合物降解互养生物的引物也是有用的。
本发明人已经确定了油贮层中特定微生物的存在，其是这些分析的重要靶标。它们包括甲烷氧化古细菌、产甲烷菌和厌氧碳氢化合物降解细菌。已经在生物降解油贮层中鉴定了甲烷氧化古细菌的16S核糖体RNA序列，为使甲烷回收最大化必须对其进行控制。
使用特异性引物从提取自生物降解的油贮层的样品扩增了以下序列。提供了数据库搜索中最匹配的序列以供参考。序列详细描述于附录1。
Figure S05824212220070122D000121
克隆ATS17A和ATS29A具有独特的约40bp的插入片段，这说明它们与先前鉴定的生物不同。
2.应该在基于聚合酶链式反应的方法中使用设计与特定微生物16SrRNA基因和指示关键过程(碳氢化合物活化、甲烷产生、甲烷氧化)的靶基因杂交的寡核苷酸。尽管可以使用，但除非与扩增技术如聚合酶链式反应或基于培养的富集或实验生态系分析关联，否则用放射性磷、生物素、荧光染料、酶和其他适当标签标记的这些寡核苷酸探针的使用可能缺乏地下样品分析所需的灵敏性。
以下段落描述了应用DNA探针鉴定实现最大甲烷回收所必须分别促进和抑制的产甲烷菌和甲烷营养古细菌的存在和身份。
(i)确定产甲烷菌和甲烷氧化古细菌的存在和身份。
从石油到甲烷的转化需要产甲烷菌的活跃参与。样品内存在产甲烷菌表明原位甲烷形成的高可能性。然而还可能存在甲烷氧化古细菌，必须区分它们以设计使甲烷产生最大化的最适当介入。原则上可以使用16S rRNA基因和编码甲基辅酶M还原酶α亚基的基因检测产甲烷古细菌。U.S.6,543,535错误地主张“甲基还原酶”(事实上是甲基辅酶M还原酶)是产甲烷古细菌所独有的。甲基辅酶M还原酶的同源物也可见于厌氧甲烷氧化古细菌(Krüger等，2003；Hallam等，2003)，因此必须设计靶定在产甲烷菌mcrA基因中保守而在甲烷氧化者mcrA基因(Krüger等，2003；Hallam等，2003)中不同的区域的寡核苷酸引物，以区分这两类生物。或者必须在使用宽特异性mcrA引物(如Lueders和Friedrich，2003)后克隆并测序采样的mcrA基因以确定其起源。
确定刺激石油降解和产甲烷作用并延缓甲烷氧化的生态环境
从土著微生物的知识及其营养需要、地层油、水和基质岩石的化学组成以及地层的物理特征(压力、温度、孔隙度、饱和度等)，可以确定促进和延缓微生物聚生体中适当成员的活性所需的总体生态环境。接着将此信息用于修饰地层的环境条件，以促进从石油到甲烷的微生物转化并阻止甲烷的微生物降解。
改变地下微生物的活性取决于至少一种以下因素：
1)加入和/或减去和/或维持通过实验室和/或原位先导研究确定的微生物生长和/或活性所需的关键组分；
2)控制和/或维持地下环境(如化学、温度、盐度和压力)；
微生物生态学
为了刺激和/或维持石油降解和甲烷产生的商业速率并降低甲烷降解的速率，测定了地下环境和小型生物群的基本组分。油贮层中活跃的基本系统示于图1。为加速甲烷产生，有必要加速互养生物和产甲烷菌的活性而降低甲烷营养活性。
为将石油转化成甲烷，地层的土著微生物聚生体可以包含与下文列出的一种或多种微生物具有相似遗传特征的石油降解微生物。如果存在降解碳氢化合物的铁还原、硝酸盐还原(包括但不仅限于脱氮菌)、硫酸盐还原细菌和/或古细菌，则应该采取特定的步骤抑制其活性，否则碳氢化合物将降解成二氧化碳和水而不形成甲烷。此外，所鉴定的好氧碳氢化合物降解生物不太可能是地层土著的。然而，它们对石油碳氢化合物转化成甲烷的过程也是有害的。除非提供大量氧气，否则这些生物最可能是失活的。将石油中的复杂有机碳转化成可被产甲烷菌转化成甲烷的底物的潜在互养生物包括与以下相关的生物：互营杆菌属(Syntrophobacter spp.)、Syntrophusspp.、共养单胞菌属(Syntrophomonas spp.)、热厌氧杆菌属(Thermoanaerobacter)及其亲缘生物、栖热袍菌属(Thermotoga)、热厌氧杆菌属(Thermoanaerobacterium)、闪烁杆菌属(Fervidobacterium)、栖热腔菌属(Thermosipho)、盐厌氧菌属(Haloanaerobium)、厌氧醋菌属(Acetoanaerobium)、Anaerobaculum、Geotoga、Petrotoga、热球菌属(Thermococcus)、热球菌属(Pyrococcus)、梭菌属(Clostridium)及其亲缘生物，还必须包括以下一个或多个目的产甲烷古细菌以将降解产物转化成甲烷：甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)及其亲缘生物、甲烷火菌目(Methanopyrales)和甲烷球菌目(Methanococcales)。
可能引起较低甲烷产量的生物也可能存在于地层中，并且必须被鉴定。它们主要是厌氧甲烷氧化古细菌。它们尚未在实验室中培养，称为ANME-1和ANME-2，它们与甲烷八叠球菌目相关但并不相同。除了这两个主要的甲烷氧化古细菌组以外，可能存在其他组。如果存在，必须控制这些生物的活性以防止甲烷产生的降低。
对地下生态学的了解使本领域技术人员可以推定能刺激地下活性的可能添加剂。添加剂可包括(以适于分布在整个地层的形式)但不仅限于：
·不加速竞争过程(如硝酸盐或硫酸盐还原)的含有氮和磷的主要营养物，非限制性实例可包括通过注水加入的Na2HPO4、K2HPO4、NH4Cl或加入氨气(NH3)或挥发磷(PH3、CH3-PH2)化合物，它们能迅速分散至气顶，便于使营养物非常迅速的分散到大面积的油田中。磷酸盐可能在地层中化学沉淀，因此反应性较低的磷形式如多磷酸盐和五氧化二磷可能是更合适的添加剂；NaNO3、KNO3、NH4NO3会加速产甲烷聚生体的互养组分。然而，产甲烷菌只使用铵离子作为氮源，加入硝酸盐会刺激硝酸盐还原细菌，它们可通过更有效的竞争电子供体来抑制产甲烷作用。因此加入氮和磷的正确形式以避免意外刺激会抑制产甲烷作用的过程是至关重要的。
·维生素(非限制性实例可包括氰钴胺素(维生素B12)、叶酸、抗坏血酸和核黄素)；
·微量元素(非限制性实例可包括B、Zn、Cu、Co、Mg、Mn、Fe、Mo、W、Ni和Se)；
·用于环境控制的缓冲剂；
·不同盐度和pH值或含有络合剂(如有机酸，如草酸、EDTA或其他多齿配位体有机化合物(包括但不仅限于羟基酸))的水以促进矿物溶解和从长石、粘土或其他硅酸盐和碳酸盐中释放天然营养物(包括但不仅限于钾、铵或磷酸根离子)。US 6,543,535建议可以加入天然的和人工电子受体(非限制性实例可包括SO4 2-、NO3 2-、Fe+3、腐殖酸、矿物氧化物、醌化合物、CO2、O2及其组合)以刺激微生物活性。尽管这些改良剂可刺激微生物活性，但除了CO2以外其他全部都不利于从石油产生甲烷，如果要实现从石油到甲烷的转化则不应使用这些改良剂。所有这些电子受体都会刺激与产甲烷菌竞争电子供体的生物。
可以使用添加剂加速甲烷产生。例如，如果已知钴或镍能刺激最匹配的产甲烷微生物的生长，并且如果钴或镍在地层中仅以不易利用形式以有限浓度存在，则在地层中加入易利用可溶形式的这些限制组分也刺激未表征的产甲烷菌。
可以在实验室实验生态系、培养物或原位试验位置使用土著微生物测定其促进石油快速降解和产甲烷作用的效率来测试并优化合适的刺激剂。然而，选择的任何刺激剂也将不提高任何甲烷营养或硝酸盐、铁或硫酸盐还原微生物的活性速率，所述微生物通过竞争共同的电子供体抑制产甲烷作用。如果刺激了这些生物，则必须独立地阻断其活性。
使用具有多种pH、盐度、微量金属的一系列营养培养基在营养物中培养土著微生物聚生体，以寻找支持与产甲烷作用连接的高速率石油降解和低速率的甲烷降解的条件。这些实验生态系和培养物研究一般涉及若干循环的刺激剂加入和刺激剂组合以及多种环境条件(如盐度、温度、pH，见下文)。由于在给定地层中发现的土著微生物以及地层流体和地层岩石化学一般是该地层独特的，因此促进土著微生物生长的条件在石油聚集之间可能不同，并且在石油聚集的位置之间可能不同。在石油聚集部分中有利于微生物生长的条件可能对于石油聚集的另一部分而言不是最佳的。此外抑制甲烷氧化古细菌以使提取过程中的甲烷损失最小化可能是必要的，所述甲烷氧化古细菌存在于从甲烷产生位置移出的位置。
发明人已经得出结论，深地下油贮层环境中的碳氢化合物降解经常受到磷、钾或氮的限制。在关键研究中，Bennett及其同事(概述于Bennett等，2001；Rogers和Bennett，2004及其参考文献)已经证明了被石油污染的含水层的地质微生物学、矿物变更和地下水化学之间的密切关系。生物活性扰乱一般地下水化学并因此扰乱矿物质-水平衡，在微尺度下，附着的生物局部扰乱矿物质-水平衡，释放限制性营养物。在油污染的含水层中，已经显示在污染烟流的缺氧区中长石风化排他性地接近附着的微生物，并且土著细菌在含有钾或痕量磷的长石上建群。许多油贮层和覆盖沉积物的油藏中的大多数磷都在长石中，已经提出一些油藏(如北海的Gullfaks油田)中天然长石的解与其相关油的生物降解相关(Ehrenberg和Jacobsen，2001)。油的磷含量很低(约1ppm或低得多)，而砂岩油藏或覆盖页岩的油藏的磷含量高得多(高至1000ppm或更高的氧化物当量)。因此磷一般以低水溶性的矿物相存在。事实上，发明人相信，不希望被理论束缚，许多情况下油藏或覆盖油藏的页岩中来自矿物溶解的限制性营养物的供应可能是地下石油生物降解的限速步骤。在注入水中加入可溶形式的磷——磷酸盐或通过改变pH、盐度或加入络合剂(包括有机酸或多齿有机螯合剂)改变油藏水化学可用于释放可用的磷或钾，以加速石油生物降解。磷酸铵或磷酸铵钾可同时加入必需的氮和磷以及钾。
本发明人已经确定地层水中的铵离子(NH4 +)浓度对产甲烷作用速率也是关键性的。油贮层中铵离子的天然浓度范围从几ppm上至约500ppm，但一般在数十ppm左右(Manning和Hutcheon，2004)。相反，在近表面缺氧环境(如垃圾场)中，铵离子浓度范围高达1000ppm以上。以铵离子形式提供的氮将加速产甲烷作用，而如果以硝酸盐提供，则竞争性硝酸盐异化还原会消除或降低甲烷产生。
在砂岩油藏中，在石油陷入砂岩孔隙系统的油藏中，本发明人已经确定营养物(如磷)的浓度限制了油生物降解的总体速率，从而限制了产甲烷的速率。可以通过加入外源磷或通过从油藏基质释放磷来提供磷浓度，其中通过修饰油藏水的特征以使油藏中的含磷矿物如粘土或长石溶解释放其中的磷来实现所述磷的释放。例如注入新鲜的低盐度水或酸性水可辅助长石溶解，释放营养物。加入有机酸如草酸、EDTA、柠檬酸或其他多配位体螯合剂(包括羟基化酸和其他多功能螯合剂)可促进矿物溶解并从油藏矿物中释放天然磷和其他必需营养物。这些处理可以刺激所有存在的微生物，而不仅是将石油转化成甲烷所需要的微生物。为阻止与产甲烷菌竞争电子供体的微生物的活性，可能需要某些改良以抑制其活性。它们可包括(但不仅限于)抑制硫酸盐还原细菌的钼酸钠(或其他六价阳离子)和抑制硝酸盐还原细菌的氯酸钠。甲烷氧化古细菌不太可能在产甲烷作用位置活跃，但如果在地层的其他区域存在，则应该对其进行抑制。由于已知的厌氧甲烷氧化抑制剂(如溴代乙磺酸)也可以抑制产甲烷菌，因此这些古细菌组可能在空间上分开这个事实非常重要。此外，甲烷氧化古细菌经常与硫酸盐还原细菌密切结合存在，所述硫酸盐还原细菌消耗厌氧甲烷氧化的产物，驱动甲烷氧化的完成。这使得可以用硫酸盐还原的抑制剂(如钼酸钠)抑制厌氧甲烷氧化作用。
地层条件
含油地层的环境条件可能不利于适当的土著微生物的种群繁盛。可能需要刺激适当的微生物使其更具活性。通过修饰地层环境的一个或多个参数来实施这种刺激。例如，高盐度环境可以大幅降低石油降解的速率。引入低盐度水可以刺激降解和产甲烷活性。
同样，可以改变环境以减缓甲烷降解的速率。在理想的情况下，提高石油降解或产甲烷速率所需的改变可同时降低甲烷降解的速率。
可以在适于微生物生命或可修饰以适于微生物生命的含油地层中实践本发明。一般的，地层流体温度低于约130℃，压力低于约10000psig(6895kPa)、地下pH在约3至10之间，盐浓度低于约300000ppm。低于80℃或可冷却至低于80℃的油藏是用于处理的最佳油藏。发明人已经表明在温度高于80℃的油藏或地球化学和地质学数据表明曾经被加热至高于80℃的油藏中土著微生物不太可能有活性(Wilhelms等，2001)。在这些条件下注入外源的产甲烷聚生体将是必要的。
与提供最佳石油降解和产甲烷条件相关的主要地层环境参数包括但不仅限于温度、盐度、pH、碱度、有机酸浓度、营养物、维生素、微量元素、末端电子受体的可用性(高水平会抑制甲烷产生)和(抑制竞争性微生物活性的)有毒物质。一种或多种这些参数可能需要调整或维持在特定范围内，以起始或保持甲烷产生的商业速率。
促进地层中微生物聚生体生长的环境条件必然涉及许多因素，包括(但不仅限制本发明的范围)单独或组合的以下因素：
●地层温度以及地层中pH、Eh、矿物学、盐度和CO2、O2和H2浓度的变化；和
●产生、移动和/或维持不同石油降解微生物种群之间和/或微生物产甲烷区之间的水油界面。
修饰地层环境(加入刺激剂、抑制剂和/或改变环境因子)
单独或组合加入刺激剂、抑制剂或改变环境因子在本说明书中称为微生物生长“修饰剂”。适于特定应用的具体修饰剂或修饰剂组合取决于待修饰的微生物聚生体和地层环境条件。由于土著微生物一般处于营养物缺乏状态，一种刺激策略一般包括加入营养物。然而，由于刺激甲烷产生也可能刺激甲烷降解，因此修饰剂包将通常含有甲烷降解活性的抑制剂(见上文说明)。确定修饰剂包之后，可以持续地改变地层环境，或者在适当的时间段后中断以允许微生物种群发生变化，
这取决于对生产油藏环境分析的评估。
如上文所提到的，在没有土著微生物活性的油田中，加入外源微生物将是必要的。这些也称为术语“修饰剂”。
注入方法
对于涉及将材料注入地层的生长或活性修饰剂，可以将材料加入流体流中，例如以最便利的方法注入地层的水溶液或气体(如CO2)或溶剂或聚合物，本发明不受限于引入刺激剂的任何具体方法。实现本发明经常还涉及在注水方案中加入刺激剂包。为简化以下讨论，上文鉴定的注入载体指水。
可以将微生物刺激剂或油藏处理加入水中，通过一个或多个注入井注入地层并用泵抽使其流向一个或多个生产井。经常对地下油层注水以提供附加压力以辅助油回收。微生物刺激剂优选作为注水注入方案的部分注入井中。
引入地层的水量和水中含有的微生物修饰剂的量取决于所需的结果。本领域技术人员能够基于此说明书的教导确定提供甲烷产生所需的量。
可以一起或在分开的注入步骤中注入多种修饰剂。例如，可以在带有一种修饰剂的水导管(slug)或库(bank)后接着进行带有第二种修饰剂的水导管或库。另一实例可以包括注入水库后的气体注入步骤。此外可以在一个位置注入刺激剂以增强产甲烷，而在一些情况下可以在气体提取流途径的不同位置注入抑制剂以阻止有害过程如甲烷氧化。在降解油柱以下注入气体可以促进水和营养物循环至微生物，还可以允许注入可迅速分散到油藏环境中任何气相的挥发性微生物可用的营养物。
分层油藏生物反应器是最适于实现甲烷产生和便于移去甲烷的。在这样的油藏生物反应器中，生物降解油柱和/或残油区可以垂直分段，并可以例如按以下方式控制环境：
(a)对降解油或注入的反应性有机底物的下层区进行环境修饰以产生大量游离气体——通常为甲烷和二氧化碳。
(b)对降解油或注入的反应性有机底物的上层区进行环境修饰以产生大量游离甲烷。
(c)来自下层的游离气体利用浮力向上移动通过分层生物反应器，游离甲烷或水或油溶液中的甲烷分配到移动的气相中被带至气顶用于生产。
还可以通过注入来自井的气体或待冲洗区以下的生物降解油藏层中产生气体来进行降解油柱的气体冲洗或喷射。可以在降解油柱以下注入气相(甲烷、二氧化碳和空气)。使用甲烷和二氧化碳可以发生简单分配并移出作为游离气相的甲烷。使用空气时，柱底部有机物质的需氧降解可促进压力产生和促进大体积的气体(二氧化碳)升高至发生甲烷产生的厌氧区。
降解油或残油区的气体喷射或冲洗还可促进作为夹带的水溶性营养物或通过挥发性气体运输的营养物引入营养物。这是使氮、磷和其他营养物到达甲烷产生区的非常迅速的方式。
气体喷射或冲洗的油藏或无气体喷射操作的油藏理想地具有最初油水接触点(owc)以下的注入井以将营养物、抑制剂和代谢修饰剂注入水中，随着产生的进行，水将向上移动进入降解油带。
可以通过将反应性液体有机物质注入生物降解石油柱之内或以下来促进加速产甲烷作用、营养物供应、有机物质降解微生物的注入和气体(甲烷和二氧化碳)产生。有机物质可以来自污水、废水、生物量(如废液)和工业化学废物和农业废物等等。可以作为正常油藏压力维持程序的一部分将这些物质注入活跃降解的石油柱或注入需要感染有机物质降解生物的无菌油贮层。
为加速用于气体产生(以二氧化碳的形式)和压力产生的反应性有机物质(如污水)降解，NaNO3、KNO3、NH4NO3将是合适的添加剂，然而，如果需要从这些易于降解的有机底物产生甲烷，则需要避免这些添加剂。
生物降解界面的产生/维持
地层中的微生物倾向于在环境边界(如发酵区和产甲烷区之间)处最具活性。因此，可以通过增加作为环境界面的这些边界的数目来提高地层中微生物的活性。US 6543535主张增加环境界面数的一种方法是修饰水流注入速率。第二种方法是交替或改变注入地层的修饰剂，以事实上产生移动的环境前线。第三种方法涉及通过在地层中形成石油-水乳液或通过改变粘土化学来形成小规模环境界面。本发明人认为非常可行的第四种方法依赖于对油田几何学的知识。可加工用于产甲烷的最佳油田是已经存在的天然水油界面很大的油田。它们包括具有随着地质时间天然产生或通过初级或增强回收过程产生的残油柱的任何油田。
以甲烷回收油的最佳油田是在可产出油柱以下具有大残油柱的油田。油田灌注中的通常方法是通过油田倾斜移动油柱、通过密封使油漏出、在生物降解过程中天然消耗油、油柱向上移动而使残油带留下大的水/油界面面积发明人已经确定用于以甲烷回收油的最佳油田(如北海的Troll油田和Frigg油田)经常具有厚的天然残油带，其具有可理想地通过微生物活性加工成甲烷的高水饱和度(Horstad和Larter，1997；Larter等1999)(图3)。
图3显示油田产生甲烷并以甲烷回收残油和可生产油的理想构造。图中显示油产量是北海(Troll油田，Horstad和Larter，1997)中大油气田深度的函数。来自气顶的气体产生可回收部分来自油柱和残油带中油向甲烷的微生物转化产生的气。随着油从油柱中产生，水向上移动至残油带和油柱，通过增加油/水表面积和在油柱下加入营养物、代谢修饰剂或生物来促进产甲烷和以甲烷回收油。
由于油柱生产留下残油区，因此还可以通过正常回收方法产生这些高界面面积区。这些分散的油区对于促进微生物活性是理想的，因为水/油界面很大，从而促进营养物、代谢修饰剂或生物容易地运输到油柱中的反应位置。
改变环境条件
可以通过在地层中注入材料实现改变环境条件以促进地层中微生物聚生体的生长。可以改变的环境因子包括地层温度、pH、Eh和盐度和CO2、O2和H2以及其他电子供体和受体的浓度。如上文所讨论的，环境改变最有可能的方法是注入流体(如水、溶剂和聚合物)或气体作为二级或三级回收方法的一部分。
注入井的理想位置是当前油水接触点或残油区以下，它们在正常油生产或油生物降解的消耗过程中向上移动，使得油区向上移动，促进水移动通过任何剩余的残油。这使得修饰物质和生物可以向上分散进入剩余的油中，便于提高降解速率和甲烷产生。
作为改变环境条件的实例，油层水经常含有低浓度的土著磷酸盐离子，发明人认为它是多数生物降解油藏中的速率控制营养物。注入极低盐度或pH与地层pH不同的水或含有有机酸(如草酸或柠檬酸)或其他络合剂的水可辅助从矿物(如长石或粘土)中溶解和释放关键营养物如磷、氮、钾、钴或镍。或者可以以磷酸盐、多磷酸盐或五氧化二磷加入磷，以铵离子或尿素加入氮，以水溶性盐加入钾、钴或镍。
过程的监控
在刺激从石油到甲烷的微生物转化和抑制甲烷的微生物降解的注射过程中，优选监控地层条件和微生物动力学(生态学)。可以以任何适当的方式实现这种监控。正常情况下通过与地层连通的一个或多个井从地层中获得流体(如油、气和水)样品。分析样品以确定流体中微生物的浓度和类型以及流体中修饰剂和微生物产物的浓度。还可以进行其他地球化学分析以评估刺激剂对地层环境的有效性并确认目的待注入组分与地下流体和固体的化学相容性。如果基于此地球化学监控，修饰剂对地层的效应在所需范围之外，则可以调整水流中修饰剂的浓度以将修饰剂浓度恢复到可接受的范围内。
生产
可以通过任何合适的气体产生技术回收通过微生物活性产生的甲烷，包括已经置于油田中的基础结构。所述方法不以任何方式受到二级或三级油回收的限制。如果发现注水是可行的，则可以在二级油回收中、在二级回收结束时或在油田生产开始时与水注入同时使用该方法。将刺激剂包引入地层中之后，可以关闭地层足够的时间段以允许微生物产生甲烷或者自始至终维持产生。甲烷可以在气带或气顶、覆盖油带的游离气相中累积或者在原始石油相中作为提高的甲烷浓度累积。可以通过与气带或气顶连通的常规气生产井抽出这些气。在其他地层中，气可以作为产出油和水中夹带的产物而产生。在其他地层中，可以通过先前用于从该地层中生产液体石油的井的不同区域产生气。为增强微生物气从不可回收油中外溶(释放)和其后的气产生，通过水井生产或通过随石油从油藏中生产的天然压力消耗降低总体地层压力可能是有利的。本发明不受限于回收甲烷或任何伴随油、气或浓缩物所使用的技术。
生物降解油藏允许新形式的气回收。上文讨论了分层油藏生物反应器。
尽管可以将微生物注入油藏地层，但仍优选地层中天然存在的微生物，因为已知它们能够在地层环境中存活并繁盛。事实上发明人认为最适于以甲烷回收石油的油田是当前存在活跃生物降解的油田。然而，本发明不仅限于使用土著微生物。可以通过已知的注入技术在实行本发明方法之前、其中或之后将适于在地层中生长的外源微生物引入地层。
以下油田实施例阐明了本发明具体的实际实施方案。
假想实施方案参考图4做出，图4图解了油田中的水平生产或注入井5，所述油田具有移动的可生产油柱2及其下方的残油带3。水柱(water leg)位于油柱下面。可生产气顶1覆盖油柱2。油藏显示了活跃的土著微生物的指示(如甲烷中的同位素轻碳、二氧化碳中的同位素重碳、油或水柱的组成梯度、特定微生物的检测)。水平注入井6在石油聚集的下方。最初从上层生产井5发生油生产，使水向上移动通过油柱2下方的残油带3。为通过加速土著微生物来促进油柱2和残油带3中的甲烷产生，可以将含有一种或多种刺激剂或不利过程抑制剂的水通过上层井5周期性注入或通过下层注入井6注入水柱4或残油带3。
由于地下微生物提高孔隙中的油向甲烷的转化，因此流体相(水和油)中的氢浓度增加(未显示)。最终甲烷浓度可以超过流体中的饱和水平并形成甲烷气泡。产生的甲烷移动至地层顶部加入生产井7下方的现有气顶1，或者在油生产井5中产出的油中以溶解气流动。例如，甲烷可以溶于移动油带的油中或者溶于产出的水中。甲烷还可以以分开的气相随产出油和水流动。在生产井与产出油和水一起回收甲烷。随着油气的生产，含有任何注入的刺激剂或抑制剂的水升高通过残油带，进一步促进油向甲烷的转化。将流体有机废物(如污水)注入石油柱下方的注入井或者注入残留的油区可以引入微生物、营养物和反应性有机物质，它们可以产生大量气体(甲烷和二氧化碳)、提高地层压力而改善油回收并产生气泡，气泡可以辅助水移动通过油区从而转运营养物并帮助运输甲烷通过气顶或油柱，从而可以在常规生产井中生产甲烷。溶解在油中的气体会降低其粘度，它和压力的提高一起促进除了甲烷产生以外的油回收。
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附录1
ATS10C
GCTCATTAACATGTGGACAATCTACCCTTGGGTAGGGGATAACCTTGGGAAACTGAGGATAAAACCCTATAGGCAT
AGAATGCTGGAATGCTTCTATGTTAAAAGGCAACGCCCAAGGATGAGTCTGCAACCTATTAGGCTGTAGCAGGTGT
AATGCACTTGTTAACCTATGATGGGTACGGGCCATGAAAGTGGTTGCCCGGAGATGGACTCTGAGACATGAGTCCA
GGCCCTACGGGGCGCAGCAGGCGCGAAAACTTCGCAATGTGCGCAAGCACGACGGGGGAATCCTAAGTGCCTATGC
TTTGCATAGGCTGTTCTCCTGTCTAAAAAATAGGGGAAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTGCCAGCCGCCGCGGTA
ATACCCGCAGCCCAAGTGGTGATCGTTATTATTGGGTCTAAAACGTCCGTAGCTGGTTTGGTAAATTCCTGGGTAA
ATCGAGCTGCCTAACAGTTCGAATTCTGGGGAGACTGCCAGACTTGGGACCGGGAGGAGTCAGAAGTACTTTCGGG
GTAGGGGTAAAATCCTGCAATCCTGAAAGGACTATCAGCGGCGAAGGCGTCTGACCAGAACGGATCCGACAGTAAG
GGACGAAGCCCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTAGGCTTGGTGCTGG
GGGTTCTACGAGGACACACAGTGCCGGAGAGAAGTTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACGGTCGCAAGACTGAA
ACTTAAAGGAATTGGCGGGGGAGCACCGCAACGGGTGGAGCGTGCGGTTTAATTGGATTCAACGCCGGAAAACTCA
CCGGGAGCGACGGTTACATGAAGGCCAGGCTA
ATS29a
CACGTGGACAATCTACCCTTCGGTGGGGGATAATCTTGGGAAACTGAGAATAATACCCCATAGGCCTAGGATGCTG
GAATGCTTCTAAGCTGAAAGTTCCGACGCCGAAGGATGAGTCTGCGGCCTATCAGGTTGTAGCAAGTGTAATGCAC
TTGTTAGCCTACAACGGGTACGGGCCATGAGAGTGGTTGCCCGGAGATGGACTCTGAGACATGAGTCCAGGCCCTA
CGGGGCGCAGCAGGCGCGAAAACTTCGCAATGTGCGCAAGCACGACGAGGGAATCCTAAGTGCCTATGCTTTGCAT
AGGCTGTTCTCCTGTCTAAAAAACAGGGGGAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTGCCAGCCGCCGCGGTAATACCCG
CAGCCCAAGTGGTGATCGTTATTATTGGGTTTAAAATGTCCGTAGCTGGTCTAGTAAATTCCTGGGTAAATCGAAT
TGCTTAACAATTCGAATTCCGGGTAGACTGCTAGACTTGGGACCGGAAGAAGTCAGAAGTACTTCTGGGGTAGGGG
TAAAATCCTGTAATCCTGGAGGGACTATCAATGGCGAAATTTCGGAAGCAAATCTTCCTCATTTATCGTTGCTTCC
GCAACGCTAAGGCGTCTGACTAGAACGGATCCGACAGTAAGGGACGAAGCCCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATAC
CCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTAGGCTTGGTGTTGGGGGTCCTATGAGGACATCCAGTGCCGGAGAGAAAT
TGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACGGTCGCAGGACTGAAACTTAAAGGAATTGGCGGGGGAGCACCGCAACGGG
TGGAGCGTGCGGTTTAATTGGATTCAACGCCGGAAACCTCACCGGGGGCGACGGTTATATGAAG
ATS29C
CATGTGGACAATCTACCCTTGGGTAGGGGATAACCTTGGGAAACTGAGGATAAAACCCTATAGGCATAGAATGCTG
GAATGCTTCTATGTTAAAAGGCAACGCCCAAGGATGAGTCTGCAACCTATTAGGCTGTAGCAAGTGTAATGCACTT
GTTAACCTATGATGGGTACGGGCCATGAAAGTGGTTGCCCGGAGGTGGACTCTGAGACATGAGTCCAGGCCCTACG
GGGCGCAGCAGGCGCGAAAACTTCGCAATGTGCGCAAGCACGACGAGGGAATCCTAAGTGCCTATGCTTTGCATAG
GCTGTTCTCCTGTCTAAAAAATAGGGGAAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTGCCAGCCGCCGCGGTAATACCCGCA
GCCCAAGTGGTGATCGTTATTATTGGGTCTAAAACGTCCGTAGCTGGTTTGGTAAATTCCTGGGTAAATCGAGCTG
CCTAACAGTTCGAATTCTGGGGAGACTGCCAGACTTGGGACCGGGAGGAGTCAGAAGTACTTTCGGGGTAGGGGTA
AAATCCTGTAATCCTGAAAGGACTATCAGCGGCGAAGGCGTCTGACCAGAACGGATCCGACAGTAAGGGACGAAGC
CCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTAGGCTTGGTGCTGGGGGTTCTAC
GAGGACACACAGTGCCGGAGAGAAGTTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACGGTCGCAAGACTGAAACCTAAAGG
AATTGGCGGGGGAGCACCGCAACGGGTGGAGCGTGCGGTTTAATTGGATTCAACGCCGGAAAACTCACCGGGAGCG
ACGGTTACATGAAG
ATS13B
TCTGAGTGCCTCCTAAGGAGGCTGTTCAGATGTTTAAAAAGCATCTGGAGGAAGGGCTGGGCAAGACCGGTGCCAG
CCGCCGCGGTAACACCGGCAGCCCAAGTGGTAGTCCTGCTTACTGGGTCTAAAGCGTCCGTAGCCGGCCGGGTAAG
TTCCTTGGGAAATTTGATCGCTTAACGATCAAGCTACCTGGGAATACTACTTGGCTTGGGACCGGGAGAGGTCAGA
GGTACTTCAAGGGTAGGGGTGAAATCCGTTAATCCTTGGGGGACCACCAGTAGCGAAGGCGTCTGATCAGACCGGA
TCCGACGGTGAGGGACNAAGGCTAGGGGAGCGAAGCGGATTAGATACCCGCGTAGTCCTGGCTGTAAACGATGCGG
GCTAGGTATTGGCATTACTGCNAGTGATGCCAGTGCTGAANGGAATCCGTTAAGCCCGCCATCTGGGGAATACGGT
CGCAAGGCTGAAACTTAAAGGAATTGNCGGGGGA
ATS17A
CCTAAGTGCCTATGCTTTGCATAGGCTGTTCTCCTGTCTAAAAAACAGGGGGAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTG
CCAGCCGCCGCGGTAATACCCGCAGCCCAAGTGGTGATCATTATTATTGGGTTTAAAATGTCCGTAGCTGGTCTAG
TAAATTCCTGGGTAAATCGAATTGCTTAACAATTCGAATTCCGGGTAGACTGCTAGACTTGGGACCGGAAGAGGTC
AGAAGTACTTCTGGGGTAGGGGTAAAATCCTGTAATCCTGGAGGGACTATCAGTGGCGAAATTTCGGAAGCAAATC
TTCCTCATTTATCGTTGCTTCCGCAACGCTAAGGCGTCTGACTAGAACGGATCCGACAGTAAGGGACGAAGCCCTG
GGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTAAGCTTGGTGTTGGGGGTCCTATGANG
ACATCCAATGCCGGAGAAAAATTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACNGTCCGCAAGACTGAAACTTAAAGGAAT
TGGCGGGGGA
ATS21C
CTTAATGCCTATGCTTTTGCATAGGCTGTTCCCCTGTCTAAAAAATANGGGAAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTG
CCANCCGCCGCGGTAATACCCGCAGCCCAAGTGGTGATCGTTATTATTGGGTCTAAAACGTCCGTAGCTGGTCTGG
TAAATTCCTGGGTAAATCGAGCTGCCTAACAGTTCGAATTCTGAGGAGACTGCCAGACTTGGGACCGGGAGGAGTC
AGAAGTACTTTCGGGGTAGGGGTAAAATCCTGTAATCCTGAAAGGACGATCAGCGGCGAANGCGTCTGACCAGAAC
GGATCCGACAGTAAGGGACGAAGCCCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTG
TANGCTTGGTGCTGGGAGTTCTACNANGACACCCANTGCCGGANAGAAGTTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTAC
GGTCGCAAGACTGAAACTTAAAGGAATTGGCGGGGGA
ATS23A
CTGAAGTGCCTCCTAAGGAGGCTGTTCAGATGTTTAAAAAGCATCTGGAGGAAGGGCTGGGCAAGACCGGTGCCAG
CCGCCGCGGTAACACCGGCAGCCCAAGTGGTAGTCATGCTTACTGGGTCTAAAGCGTCCGTAGCCGGCCGGGTAAG
TTCCTTGGGAAATTTGATCGCTTAACGATCAAGCTACCTGGGAATACTACTTGGCTTGGGACCGGGAGAGGTCAGA
GGTACTTCAAGGGTAGGGGTGAAATCCGTTAATCCTTGGGGGACCACCAGTAGCGAAGGCGTCTGATCAGACCGGA
TCCGACGGTGAGGGACGAAGGCTANGGGAGCNAAGCGGATTAGATACCCGCGTAGTCCTAGCTGTAAACGATGCGG
GCTAGGTATTGGCATTACTGCGAGTGATGCCAGTGCCGAANGGAAGCCGNTAAGCCCGCCATCTGGGGAATACGGT
CGCAANGCTTAAACTTAAAGGAATTGGCGGGGGA

Claims (15)

1.刺激含油地层中微生物甲烷产生的方法，所述方法包括：
(a)分析地层中的一种或多种组分以确定地层环境的特征；
(b)检测地层中包含至少一种产甲烷微生物的微生物聚生体的存在；
(c)评估地层微生物当前是否具有活性；
(d)确定微生物聚生体是否包含一种或多种甲烷营养微生物；
(e)表征聚生体中的一种或多种微生物，所述聚生体中至少一个成员是产甲烷微生物，并将所述聚生体成员与至少一种具有一种或多种已知生理和生态特征的已知微生物进行比较；
(f)表征聚生体的一种或多种甲烷营养微生物(如果存在的话)，并将所述聚生体成员与至少一种具有一种或多种已知生理或生态特征的已知微生物进行比较；
(g)使用从步骤(a)到(e)中获得的信息确定通过聚生体中至少一种产甲烷微生物促进石油的原位微生物降解并促进甲烷的微生物产生的生态环境；
(h)如果存在甲烷营养微生物，使用从步骤(a)和(f)中获得的信息来确定降低甲烷被聚生体中至少一种甲烷营养微生物原位微生物降解的生态环境；和
(i)如果存在甲烷营养微生物，基于步骤(g)和(h)的确定修饰地层环境，以刺激从石油到甲烷的微生物转化，同时使不利过程对甲烷的破坏最小化。
2.根据权利要求1的方法，其中检测厌氧油降解细菌的步骤是步骤(b)的部分。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其包括鉴定土著微生物活性的产物。
4.根据权利要求3的方法，其中鉴定的产物包括厌氧碳氢化合物降解代谢物。
5.根据权利要求1或权利要求2的方法，其包括鉴定archaeol。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其中步骤(a)中的分析集中于地层中的油-水过渡带。
7.根据权利要求1的方法，其中使用地球化学替代物评估地层是否活跃降解。
8.根据权利要求1至7中任一项的方法，其中如果存在甲烷营养微生物，那么使用遗传表征方法表征步骤(e)和步骤(f)。
9.根据权利要求8的方法，其中遗传表征方法包括将取样自微生物的遗传片段的序列与已知生物的序列进行比较。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法，其中修饰地层环境的步骤包括引入选自以下的添加剂：
(a)主要营养物；
(b)维生素；
(c)微量元素；
(d)缓冲剂；
(e)(i)不同盐度；
(ii)不同pH值；
(iii)含有络合剂的水；
(f)甲烷降解活性的抑制剂。
11.根据权利要求10的方法，其中提高了地层环境中的磷浓度。
12.根据权利要求10的方法，其中提高了地层环境中的铵离子浓度。
13.根据权利要求10的方法，其中提高了地层环境中的钾浓度。
14.根据权利要求1至13中任一项的方法，其中修饰地层环境的步骤包括气体喷射或冲洗。
15.根据权利要求1至14中任一项的方法，其中修饰地层环境的步骤包括向地层中注入反应性液体有机物质。
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