CN1988971A - 刺激从地层石油产生氢的方法 - Google Patents

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Abstract

刺激含油地层中微生物氢产生的方法，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特征；(b)检测地层中包含至少一种发酵互养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发酵互养微生物；(e)表征聚生体的一种或多种发酵互养微生物，并将一种或多种已表征的微生物与具有一种或多种已知生理和生态特征的至少一种已表征的已知微生物进行比较；(f)表征聚生体中一种或多种消耗氢的微生物，例如(但不仅限于)产甲烷菌和硫酸盐还原者，并将一种或多种已表征的微生物与至少一种已表征的、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发酵互养微生物促进石油原位微生物降解并促进氢的微生物产生的生态环境；(h)如果存在产甲烷、硫酸盐还原或其他氢消耗微生物，那么使用从步骤(a)和(f)中获得的信息确定抑制聚生体中至少一种氢－氧化微生物对氢的原位微生物降解的生态环境；(i)如果存在产甲烷、硫酸盐还原或其他氢消耗微生物，那么基于步骤(g)和(h)的确定修饰地层环境，以刺激石油向氢的微生物转化；和(j)将产生的氢从产生位置移出，从而维持石油向氢的能量上可行的微生物转化。

Description

刺激从地层石油产生氢的方法
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氢并回收氢的方法。
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。
氢是重要的燃料和具有重要经济意义的化学加工底物。不管能否成为未来的流体运输燃料，氢已经成为世界化工业的重要部分，在2002年美国运送了超过92亿CuM氢，价值超过七千五百亿美元。氢作为燃料不产生显著的温室气体排放，从而与碳基燃料相比具有环保优势。目前氢主要用于化学加工，超过50％来自天然气的蒸汽转化。21世纪前期将需要氢来加工重油，因为加工非常重的沥青砂沥青比常规轻油需要多至80％的氢。不考虑其作为运输燃料的用途，氢工业已经每年增长12-17％。从天然气产生氢非常浪费而且昂贵，而替代来源如电解或核化学方法也很昂贵或具有其各自的环境问题。在油贮层内直接产生氢可产生具有降低的碳排放的环境中性燃料和化学原料，并提供具有真正绿色证书的第三代石油工业的基础。
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。水注入或注水是最普遍的二级回收技术。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气。从生产井中首先回收石油，其后是石油和水。
然而，甚至在二级回收后地层中仍残留大部分的石油。对于油而言这一般超过存在原始油的40％，在一些情况下超过75％。一般对于重油、焦油和复合储油层中的石油来说不可回收的石油比例是最高的。这些残油中的大部分由于毛细作用力或吸着力而截留，并代表不可减少的含油饱和度。其他油作为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油(或残油)。一种改进的油回收技术使用(土著或引入的)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油回收。MEOR方法一般使用微生物来：(1)通过封堵孔喉将水流转向至仍被油饱和的区域来改变地层的渗透性；(2)产生降低表面张力和石油/水界面张力并介导湿润性变化的生物表面活性剂；(3)产生促进提高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大小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。生物限制如来自土著油藏微生物的竞争和环境变化(从表面到地下)胁迫也限制了外源提供的微生物的生存力。为克服这些问题，已经提出将土著微生物(一般为厌氧微生物)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)的生物降解是普遍过程(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普遍相关，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普遍土著成员(Mueller和Nielsen，1996；Nilsen和Torsvik，1996；Nazina等，1995a，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)。最近微生物学的发展也证明存在能在与油藏中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)。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)，所产生甲烷的显著部分与使用次级氢源还原二氧化碳相关(Rling等2003；Head等，2003)。氢作为总体生物降解过程的部分由微生物产生，这种氢代表石油到甲烷的总体转化中的中间反应物。本发明人认为氢是厌氧条件下油和气的天然生物降解中正常且必要的中间体。
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)，为浅表地下环境(如填埋场或浅表含水层)中厌氧碳氢化合物降解的速率的1/100000至1/10000。本发明人认为石油生物降解的限速步骤与微生物对碳氢化合物和其他分子的最初攻击相关，在此期间通过互养菌的发酵作用产生氢以及其他中间代谢物。为了在现实的时间量程(数月至数年)中使用微生物技术以氢来商业回收大量的油，将大部分油层的生物降解加快至石油生物降解天然速率的10000倍或更高，并且必须阻止其后硫酸盐还原或产甲烷微生物及其他氢氧化者对氢的消耗。另外，为了维持氢产生，必须将氢从氢产生的地点移出，否则反应将成为热力学上不利的。为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氢，需要加速氢产生速率的技术，而且必须定义实现商业速率的生产所需的增强程度。还需要将氢从反应位置移出的技术。
发明概述
本发明鉴定了用于鉴定能刺激产生氢的油藏的关键步骤、用于刺激氢产生的技术、用于防止普通油藏微生物对氢的破坏所需的具体行动以及将氢从产生位置移出以保持油贮层中活跃的氢产生的技术。
因此，本发明提供在含油地层中刺激微生物氢产生的方法，所述方法包括：
分析地层中的一种或多种组分以确定地层环境特征；
检测地层中含有至少一种发酵互养微生物的微生物聚生体的存在；
评估地层微生物当前是否具有活性；
确定微生物聚生体是否含有一种或多种发酵互养微生物；
表征聚生体中的一种或多种发酵互养微生物，并将已表征的一种或多种微生物与至少一种具有一种或多种已知生理和生态特征的已表征的已知微生物进行比较；
表征聚生体中一种或多种消耗氢的微生物，例如(但不仅限于)产甲烷菌和硫酸盐还原者，并将一种或多种已表征微生物与至少一种具有一种或多种已知生理或生态特征的已表征的已知微生物进行比较；
使用从步骤(a)到(e)中获得的信息确定促进聚生体中至少一种发酵互养微生物的石油原位微生物降解并促进氢的微生物产生的生态环境；
如果存在产甲烷、硫酸盐还原或其他氢消耗微生物，使用从步骤(a)和(f)中获得的信息确定抑制聚生体中至少一种氢-氧化微生物对氢的原位微生物降解的生态环境；
如果存在产甲烷、硫酸盐还原或其他氢-氧化微生物，那么基于步骤(g)和(h)的确定修饰地层环境，以刺激从石油到氢的微生物转化；和
将产生的氢从产生位置移出，从而维持从石油到氢的能量上可行的微生物转化。
氢的除去可以通过多种方法完成，所述方法包括但不限于使用产生的吹扫或者冲洗气体或者注射到油藏中。例如，设计生产系统使得二氧化碳或者甲烷的活性气体产生在产氢区下面发生以将氢从产氢层冲洗到生产井中，在井中，所产生的氢与从油藏产生的甲烷和其他气体混合。
方法优选包括检测厌氧碳氢化合物降解细菌的存在的步骤，其作为步骤(b)的一部分。
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、是否存在产生氢的发酵互养生物和修饰地层环境以提高其活性以及是否存在产甲醛的、硫酸盐还原或氢-氧化微生物，其降解由发酵互养微生物产生的氢，以及如果它们存在，修饰地层环境以降低它们的活性。
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氢的活性。还降低可能存在的产甲烷、硫酸盐还原或其他氢-氧化微生物的活性以避免所产生的氢的降解。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，并且在此过程中产生作为中间体的氢：
(1)微生物聚生体通过单一作用或一系列作用将多种石油化合物(如饱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，包括氢和二氧化碳。
(2)产甲烷菌将多种低分子量化合物(可包括胺、醇、有机酸、氢和二氧化碳)转化成甲烷、CO2和水。
本发明人已经在油藏中鉴定了两类将氢转化成水和甲烷或硫化氢的生物。它们是产甲烷菌和硫酸还原细菌。除此以外，还可以存在其他氢-氧化生物。
天然存在于地层中的微生物一般包括微生物的混合聚生体，它们通常彼此依赖。例如，在石油的降解中，如果其代谢废物(如有机酸、乙酸和H2)能被持续移去并保持相对低的浓度，则互养产氢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)转化成甲烷部分实现这种废物移去功能。
对本发明一个实施方案的说明集中于在常规含油地层中将石油转化成氢。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能将原始石油或降解产物转化成氢的石油降解微生物的生长。本发明的方法可用于在油页岩沉积物、新近开采和废弃的煤层、沥青砂和其他化石燃料沉积物中刺激微生物活性以将其中含有的有机化合物转化成氢。此外，该技术可用于处理有机废物如化学废物或污水并在过程中辅助从石油或直接从油藏的有机废物中产生燃气，包括氢和甲烷。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、气体碳氢化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将石油或化学制品微生物转化成可回收的氢和其他燃气。
在本说明书中，鉴定并接着刺激了将石油转化成氢的土著微生物，同时鉴定并抑制了降解氢的土著微生物。
术语“微生物”旨在包括细菌和古细菌生物、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/或消耗得到的产物的一般微生物。
附图简述
图1显示油贮层中将石油转化成氢所涉及的过程以及竞争过程；
图2显示油气田产生氢和以氢回收残油和可产出油的理想构造；
图3显示本发明实例的图示。
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或生产测试从地层取得流体或者气体样品。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(包括捞出的样品)和/或露头位置寻找岩石样品，或者可以通过解读钻井日志获得岩石数据。还可以使用来自向下打眼的化学传感器的分析。
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，其中可以刺激所述生物以通过油生物降解回收经济水平的氢。
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、硫酸盐、盐度、硒、钼、钴、铜、镍和其他微量元素的测定。
地球化学分析优选还鉴定已知由土著微生物活性产生的产物。例如甲烷、CO2、RNA、DNA、酶以及特定脂类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，并且是作为该降解过程的中间体的氢产生的良好指示。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；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)的量是适于氢产生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氢产生和其后的产甲烷作用的厌氧降解条件。指示本地条件下活跃的氢产生和产甲烷作用的其他化合物是互养细菌特征性的磷脂和发明人在经历活跃生物降解的化石燃料沉积物中鉴定的氢营养产甲烷古细菌特征性的特定archaeols。互养细菌或产甲烷古细菌的特定磷脂和微生物DNA特征还可用于阳性鉴定具有活跃产甲烷过程的油田，所述活跃产甲烷过程能够控制并加速至商业速率的氢生产。
这些分析的重要特征是它们应该集中于油藏的油-水过渡带。已经显示活跃石油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，采样和表征应该定向于此处。
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，因此我们主张对这些梯度的检测可用于鉴定可以加速氢产生的油田。可以从梯度计算生物活性率，从而指示降解的天然速率需要加速的程度。这可用于评估将氢产生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。对油和气的化学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氢产生，但最具反应性的油和最适于氢产生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。
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。或者，可以首先使用本领域技术人员所熟悉的技术在实验室中培养土著微生物，然后浓缩并收集。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；Rling & 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)遗传表征方法，以下列出了该方法的两个非限制性实例：
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A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 StateUniversity，East Lansing或位于National Library of Medicine(Building38A Room 8N805)，Bethesda，Md.20894，U.S.A的National Center forBiotechnology Information的Genbank数据库)以使用已确立的技术(Rling & Head，2004)建立与最近的已知的亲缘序列的系统发生身份。
特别是对为了使氢回收最大化而必须受到控制的特定生物或过程的这些靶基因特征进行定量分析(使用实时PCR)是有用的，包括但不仅限于异化的亚硫酸盐还原酶(dsrAB)、亚硝酸盐还原酶(如nirS和nirK)和氢化酶，并用于定量可能的初级碳氢化合物降解发酵互养群。
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和指示关键过程(碳氢化合物活化、甲烷产生、氢氧化，参阅下文详细描述的实施例)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连接，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用途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探针鉴定获得最大氢回收所必须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、硫酸盐还原者和其他氢-氧化生物的存在和身份。从石油到有机酸和氢的转化是石油互养代谢的关键步骤。在不同条件下互养石油降解生物将伴随不同的氢氧化者。必须区分它们以设计使氢产生最大化的最合适的干预。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。甲基辅酶M还原酶可见于产甲烷古细菌中。甲基辅酶M还原酶的同源物还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mcrA基因中不同的区域(Krüger等，2003；Hallam等，2003)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)，然后克隆并测序采样的mcrA基因以确定其来源。对于如上述不同组的氢氧化微生物的不同基因靶标特征可以使用相同的原理。
确定刺激石油降解和氢产生并延缓氢氧化的生态环境
从土著微生物的知识及其营养需要、地层油和水和基质岩石的化学组成以及地层的物理特征(压力、温度、孔隙率、饱和度等)，可以确定促进或延缓微生物聚生体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参数，以促进从石油到氢的微生物转化并延缓氢的微生物降解。
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)；和
3)化学或物理特异性灭活消耗氢的微生物。
微生物生态学
为了刺激和/或维持石油降解和氢产生的商业速率并降低氢降解的速率，确定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。为加速氢产生，有必要加速发酵互养群而降低产甲烷菌、硫酸盐还原者和其他氢-氧化生物的活性，所述生物将除去所产生的氢的其他方式偶联至生产系统。
为将石油转化成氢，地层的土著微生物聚生体可以含有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。注意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)、硫酸还原细菌和/或古细菌，则必须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(或甲烷)而不累积作为中间体的氢。任何已鉴定的需氧碳氢化合物降解生物都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氢的过程也是有害的。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氢和其他发酵产物的潜在发酵互养生物包括与以下相关的生物：互营杆菌属(Syntrophobacter spp.)、Syntrophus spp.、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。地层中还存在可能引起较低的氢产量的生物，必须鉴定它们以设计适当的抑制策略。它们主要是厌氧氢-氧化细菌和古细菌，包括但不仅限于产甲烷菌和硫酸盐还原者。
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的添加剂。添加剂可包括(以适于分布在整个地层的形式)但不仅限于：
·含有不加速竞争过程(如硝酸盐或硫酸盐还原)的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。磷酸盐可以在地层中化学沉淀，因此反应性较低形式的磷如多磷酸盐和五氧化二磷可以是更合适的添加剂；NaNO3、KNO3、NH4NO3会加速互养氢产生。然而，加入硝酸盐将刺激硝酸盐还原细菌，其将消耗氢。铵盐可支持地下微生物活性并且不促进不利过程如硝酸盐还原。因此加入实验确定的氮和磷的正确形式以避免意外刺激会抑制氢产生的过程是至关重要的。
·维生素(非限制性实例可包括叶酸、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；和
·可以加入人工电子受体(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。然而，尽管这些改良剂可刺激微生物活性，但全部都不利于从石油产生氢。所有这些电子受体都会刺激高效消耗氢的生物并因而改变石油降解途径，从而使氢不是积累中间体。
·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化酸))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的溶解中释放天然营养物(包括但不仅限于铵或钾或磷酸根离子)。
例如，如果已知钾刺激最匹配的互养发酵微生物的生长，并且如果钾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钾将也刺激未表征的发酵微生物。
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快速石油降解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可能提高任何产甲烷、硫酸盐还原或其他氢-氧化微生物的活性率。因此必须采取步骤以灭活或抑制这些生物。
使用具有不同的pH、盐度、微量金属和电子受体的一系列营养培养基在营养物中培养土著微生物聚生体，以寻找支持高速率互养石油降解的条件。发酵细菌的互养石油降解必须与末端氢-氧化生物的氢去除连接。应该使用这些实验生态系和培养物研究鉴定主要的末端氧化过程并采取步骤来适当抑制它(见下文)以允许氢积累。这些培养物研究一般涉及若干循环的刺激剂/抑制剂加入和刺激剂/抑制剂组合以及修饰的环境条件(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的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。
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，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 +)浓度对生物降解速率也是关键性的。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生物降解，而如果以硝酸盐提供，则硝酸盐还原会消除或降低氢产生。
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，从而限制了氢产生的速率。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硅酸盐或碳酸盐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氢所需要的微生物。为阻止可能消耗所产生氢的生物的活性，可能需要某些改良或物理处理以抑制其活性。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。可以用溴代乙磺酸、对-氨基苯甲酸的N-取代的衍生物和若干其他化合物抑制产甲烷菌。
此外，许多发酵互养微生物形成孢子，而多数末端氢-氧化生物则不然，并因而对温度更敏感。选择先前已经暴露于较高温度(旧式巴斯德灭菌(palaeopasteurize)，Wilhelms等，2001)的低温油藏或通过如注入蒸汽对低温油藏人工巴斯德灭菌并接着刺激互养活性可用于促进发酵反应，而同时灭活存在的微生物聚生体中的氢-氧化组分。可以用产生氢的外源发酵互养生物接种无菌油藏。
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氢的形成。
同样，可以改变环境以减缓氢降解的速率。在理想的情况下，提高石油降解或氢产生速率所需的改变可同时降低氢降解的速率。
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135℃，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氢聚生体将是必要的。
与提供最佳石油降解和氢产生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(高水平会抑制氢产生)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，以起始或保持氢产生的商业速率。
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/或微生物氢产生区之间的边界(有时称为“环境界面”)。
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。由于某些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，由于刺激氢产生也可能刺激氢降解，因此修饰剂包将通常含有氢-氧化生物的抑制剂(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。
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。
可以将地层刺激剂加入水中，通过一个或多个注入井注入地层并加压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确定提供氢产生所需的量。
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包的水导管或库。另一实例可以包括在注入水库之后的气体注入步骤，有时称为WAG方法。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的可溶或挥发性的微生物可用的营养物。
分层油藏生物反应器是最适于实现氢产生和便于移去氢的。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，但也可能为甲烷和二氧化碳。
(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的游离氢。
(c)来自下层的游离气体或含气水利用浮力向上移动通过分层的油藏生物反应器，游离氢或水或油溶液中的氢分配到移动的流体中并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喷射或冲洗。可以在降解油柱以下注入气相(甲烷、二氧化碳、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氢。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)升高至发生氢产生的厌氧区。
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氢产生区的非常迅速的方式。
喷射气体的油藏或无气体喷射运行的油藏理想地具有最初油水接触点(owc)以下的注入井以注入营养物、抑制剂和代谢修饰剂。
气体产生可来自产生游离气体或溶于流体(水或油)的气体的常规生产井。可以通过多种分离方案(包括膜或其他物理分离系统)将氢与产出的气体分离。可以将对环境不利的气体(如二氧化碳)重新注入下面的地层。
可以通过使用能模拟油藏中气体产生和油迁移的油藏模拟器设计生产计划来辅助氢产生。
环境界面的产生/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和对天然分布的油和水层之间关系的知识。可加工用于氢产生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。
以氢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。
尽管不受油田构造的限制，但用于以氢回收油的最佳油田是在可产出油柱下具有大残油柱的油田。油田灌注中的常用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区留下大的水/油界面面积(Horstad和Larter，1997；Larter等，1999)。(图2)这些油田理想地使用其他方案(如气顶膨胀或天然消耗)产生而无需注入溶于海水中的硫酸盐。
图2显示油田产生氢并以氢回收残油和可产出油的理想构造。图中显示油产量是北海(Horstad和Larter之后的Troll油田，1997)中大油和气田油藏深度的函数。从气顶产生气将回收部分来自油柱和残油区中油向氢的微生物转化的气。随着油从油柱中产生，水向上移动至残油区和油柱，通过增加油/水表面积和在油柱下加入营养物、代谢修饰剂或生物促进石油的生物降解和油作为氢的回收，所述营养物、代谢修饰剂或生物可向上移动通过反应石油柱，以加速氢产生过程并延缓氢破坏过程。
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。这使得修饰物质可以向上分散进入剩余的油中，便于提高降解速率和氢产生。
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(包括多齿螯合剂)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
在刺激从石油到氢的微生物转化和抑制氢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注入物与地下流体和固体的化学相容性。如果基于此监控，修饰剂对地层的效应在所需范围之外，则可以依此调整水流中修饰剂的浓度以将修饰剂效应恢复到可接受的范围内，从而优化氢产生。
生产
可以通过任何合适的气体生产技术回收通过微生物活性产生的氢。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氢或者自始至终维持生产。氢可以在气区或气顶、覆盖石油区的游离气相中累积或者在原始石油相中作为提高的氢浓度累积。可以通过与气区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地区产生气。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，通过水井生产降低总体地层压力可以是有利的。本发明不受限于回收氢所使用的技术。
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。
可以通过将反应性有机物质注入生物降解石油柱之内或以下来促进加速氢产生、营养物供应、有机物质降解性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材料注入活跃降解的石油柱或注入需要接种有机物质降解生物的无菌柱。
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氢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。
此假想实例参考图3做出，图3阐明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及其下方的残油区3以及残油区3下方的水柱(water leg)4。可生产的气顶1覆盖油柱2。油藏显示了活跃的土著微生物的指示。水平注入井6在水柱4中石油聚集的下方。最初在上层生产井5发生的油生产使水向上移动通过油柱2下方的残油区3。为通过加速残油区和油柱上层部分的土著微生物促进氢产生，可以将含有一种或多种刺激剂或不利的过程抑制剂的水通过上层井5注入或通过下层注入井6注入。
由于地下微生物提高孔隙中的油向氢的转化，因此流体相(水和油)中的氢浓度升高(未显示)。最终氢浓度可以超过流体中的饱和水平并形成氢气泡。产生的氢气移动至地层顶部，加入生产井7下方已存在的气顶1，或者在油生产井5中产出的油中以溶解的气体流动。例如氢可以溶于移动油区的油中或者溶于产出的水中。氢还可以以分开的气相随产出的油和水流动。在生产井随产出的油和水一起回收氢。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区，进一步加速油向氢的转化。将流体或流体有机废物(如污水)注入石油柱下方的注入井将引入微生物、营养物和反应性有机物质，它们将产生大量气体(甲烷、二氧化碳，还可能有一些氢)、提高地层压力而改善油回收并产生气泡，气泡可以帮助水向上移动通过油区，运输营养物并帮助运输氢通过气顶或油柱，从而可以在常规生产井中生产氢。溶解在油中的气体会降低其粘度，它和升高的压力一起有利于除了氢产生以外的任何持续的油回收方法。
在所示实施例中，通过用来自氢产生区下方下层残油区中的降解区的甲烷和二氧化碳进行冲洗或者用来自注入下层注入井6的气体冲洗，促进氢从上层残油区和油柱中增强的互养细菌活性区域的输出。这种氢移出促进氢产生程度和速率的增加。
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Claims (16)

1.刺激含油地层中微生物氢产生的方法，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特征；
(b)检测地层中包含至少一种发酵互养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发酵互养微生物；
(e)表征聚生体的一种或多种发酵互养微生物，并将一种或多种已表征的微生物与具有一种或多种已知生理和生态特征的至少一种已知表征的已知微生物进行比较；
(f)表征聚生体中一种或多种消耗氢的微生物，例如(但不仅限于)产甲烷菌和硫酸盐还原者，并将一种或多种已表征的微生物与至少一种已知表征的、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发酵互养微生物促进石油原位微生物降解并促进氢的微生物产生的生态环境；
(h)如果存在产甲烷、硫酸盐还原或其他氢消耗微生物，那么使用从步骤(a)和(f)中获得的信息确定抑制聚生体中至少一种氢-氧化微生物对氢的原位微生物降解的生态环境；
(i)如果存在产甲烷、硫酸盐还原或其他氢-氧化微生物，那么基于步骤(g)和(h)的确定修饰地层环境，以刺激石油向氢的微生物转化；和
(j)将产生的氢从产生位置移出，从而维持石油向氢的能量上可行的微生物转化。
2.根据权利要求1的方法，其中可以通过使用产生的或注入油藏的吹扫气体或喷射气体实现氢的移出。
3.根据权利要求1或2的方法，其中检测厌氧碳氢化合物降解细菌的步骤是步骤(b)的部分。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其包括鉴定土著微生物活性的副产物的尝试。
5.根据权利要求4的方法，其中尝试鉴定的产物包括厌氧碳氢化合物降解代谢物。
6.根据权利要求1至3中任一项的方法，其包括鉴定archaeols的尝试。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其中步骤(a)的分析集中于地层中的油-水过渡区。
8.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。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法，其中步骤(e)和(f)包括使用遗传表征方法表征微生物。
10.根据权利要求9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微生物的序列进行比较。
11.根据权利要求1至10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。
12.根据权利要求11的方法，其中提高了磷浓度。
13.根据权利要求11的方法，其中提高了铵离子浓度。
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。
15.根据权利要求1至14中任一项的方法，其中通过使用分层油藏构造促进氢气产生，其中通过使用产生的或注入下层油藏层的气体移出氢来维持和促进上层油藏层中的氢气产生。
16.根据权利要求1至15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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