中高温油藏内源微生物好氧激活技术研究

为了掌握中高温油藏内源微生物好氧激活特征,在胜利油田选取12个中高温油藏典型区块开展了好氧激活评价:在所选油藏温度范围分别为55~65℃、65~79℃、79~95℃,通过模拟油藏条件下好氧激活评价发现:在小于79℃油藏区块中,以玉米浆干粉、糖蜜、酵母粉等作为外加营养剂能够有效激活水样中的功能菌株,激活后菌密度最高能够达到3×109个/mL,原油乳化分散作用明显;在大于79℃的油藏区块中,激活效果和原油乳化效果普遍比小于79℃的油藏区块差。各区块中心井激活后的菌密度与乳化效果呈现出一定的正相关性,而表面张力与乳化效果无明显对应关系,好氧激活后的溶液表面张力由65 mN/m降至47 mN/m。好氧激活后形成的优势菌主要以地衣芽胞杆菌(Geobacillus)和热嗜淀粉芽胞杆菌属(Bacillus thermoamylovorans)为主。     

高温高盐油藏内源微生物室内模拟激活

胜利油田永8区块原油黏度高、水驱效果差,而且受该区块高温高盐油藏条件影响,常规化学驱技术难以有效提高水驱效率,针对此类问题,笔者开展内源微生物驱油技术研究。内源菌群分析表明,该区块油藏具备了产生物乳化剂、产甲烷气等几种主要功能菌群的条件。筛选并优化出能有效激活内源菌群的激活剂配方。经过激活后微生物的有效浓度达到10~8个/m L以上,产气压力达到0.088 MPa,最大产气速率达到0.2 L/(g·d)(以1 g激活剂计),柴油乳化指数达到100%,乳化效果48 h内稳定。室内物模驱油评价表明,注入该激活剂配方0.3 PV(孔隙体积)后可提高采收率9%以上,含水率由95.1%下降到81.4%,表现出了良好的应用潜力,为下一步在高温高盐油藏开展微生物驱提供了依据。     

模拟油藏条件下内源微生物群落空间分布规律

【背景】油藏内源微生物群落是开展内源微生物驱油技术的物质基础,由于油藏多孔介质取样技术难度大、成本高,实施内源微生物驱油后从注入端到产出端多孔介质中的内源微生物空间分布规律尚不明确。【目的】通过室内长岩心连续驱替实验模拟油藏内源微生物驱油过程,分析实施后不同空间位点油砂上吸附的内源微生物群落结构,揭示从注入端到产出端内源微生物群落的空间分布规律。【方法】借助高通量测序技术及荧光定量PCR技术解析不同空间位点油砂原位微生物群落信息。【结果】注入端到产出端不同空间位点生态环境的差异及菌属间的相互作用造成油藏内源微生物群落空间分布差异,存在明显的好氧、厌氧空间演替变化规律。岩心前端主要存在一些好氧类的产生物表面活性剂类微生物如假单胞菌属,岩心中部主要存在兼性和厌氧类的微生物如地芽孢杆菌、厌氧杆菌属,岩心末端主要分布严格厌氧类细菌和产甲烷古菌,厌氧类微生物代谢产生的H2、CO2和乙酸分子可以为产甲烷古菌提供代谢底物。【结论】通过室内物模油砂研究,首次明确了内源微生物群落在多孔介质中从注入端到产出端的空间分布规律,证实油藏内源微生物的好氧、厌氧空间接替分布规律,深化了对油藏内源微生物的认识。     

典型煤层水微生物产甲烷潜力及其群落结构研究

内蒙古自治区二连盆地、海拉尔盆地是我国重要的煤层气产区,其中生物成因煤层气是煤层气的重要来源,但复杂物质转化产甲烷相关微生物群落结构及功能尚不清楚。【目的】研究煤层水中的微生物代谢挥发性脂肪酸产甲烷的生理特征及群落特征。【方法】以内蒙古自治区二连盆地和海拉尔盆地的四口煤层气井水作为接种物,分别添加乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠厌氧培养;定期监测挥发性脂肪酸降解过程中甲烷和底物的变化趋势,应用高通量测序技术,分析原始煤层气井水及稳定期产甲烷菌液的微生物群落结构。【结果】除海拉尔盆地H303煤层气井微生物不能代谢丙酸外,其他样品均具备代谢乙酸、丙酸和丁酸产生甲烷的能力,其生理生态参数存在显著差异,产甲烷延滞期依次是乙酸<丁酸<丙酸;最大比产甲烷速率和底物转化效率依次是丙酸<乙酸<丁酸。富集培养后,古菌群落结构与煤层气井水的来源显著相关,二连盆地优势古菌为氢营养型产甲烷古菌Methanocalculus (相对丰度13.5%–63.4%)和复合营养型产甲烷古菌Methanosarcina (7.9%–51.3%),海拉尔盆地的优势古菌为氢营养型产甲烷古菌Methanobact...     

中高温油藏内源微生物驱油现场试验

针对胜利油田中高温油藏地质、开发情况及内源微生物群落特点,从中高温(55~85℃)油藏605个单元中选定沾3块为目标油藏区块,采用现场分阶段、逐步推进的方式实施微生物驱油试验。现场试验跟踪分析效果表明,对应油井产量从38.9 t/d升高到86.9 t/d,含水率从93.8%下降到89.1%;截至2016年3月,累计增油3.76万t,阶段提高采收率1.73%。沾3块油藏内源微生物被有效激活,油藏微生物多样性显著降低,与现场动态变化吻合。     

内源微生物驱油功能菌定量化分析技术

为了解决培养法无法对油藏内驱油功能菌进行定量检测的难题,利用荧光定量PCR技术,通过对功能基因进行定量实现了油藏内产脂肽菌、产甲烷菌的定量化检测,其中产脂肽菌选择srfA基因、产甲烷菌选择mcr A基因。结果发现,该方法具有很好的特异性和重复性,标准曲线的相关系数达到0.99以上,扩增效率达到100%。在检测未知样品时,证实该方法的检测下限可以达到10拷贝/μL。利用该技术监测了胜利油田沾三区块驱油一口油井(Z3-X24)在内源微生物驱油过程中2种功能菌的定量化变化,数据表明:内源激活前期,产脂肽菌密度快速升高到10~4拷贝/μL,内源激活后期,厌氧的产甲烷古菌密度升高到104拷贝/μL,该数据表明微生物驱油过程中存在好、厌氧菌的演替规律,将2种菌的定量检测结果与现场油井的产量进行对比,发现油井日油水平的动态变化与这2种菌的动态变化存在明显对应关系。该研究建立的功能菌定量化检测技术为内源微生物驱油现场实施效果的准确预测及驱油机理分析提供了一个有效的分析手段,可以进一步提高微生物驱油工艺措施的针对性和有效性。     

寺河矿煤地质产甲烷微生物菌群的保藏和产甲烷性能

【背景】煤地质产甲烷微生物菌群可以代谢煤基质产生甲烷,对于实现煤层气资源的再利用具有重要意义。【目的】检测产甲烷菌群在保藏过程中群落结构的动态变化以及在产气实验中甲烷气的生成情况,以验证保藏方法的可行性,同时为煤层气的微生物增产奠定基础。【方法】分别于不同温度条件下比较3种菌种保藏方法,即甘油/L-半胱氨酸法、富营养法和煤基-基础盐法。通过产气实验检测不同保藏条件下产甲烷菌群的活力。同时,采用454高通量测序技术测定16S r RNA基因序列,分析25°C条件下煤基-基础盐菌种保藏过程中微生物群落结构的变化。【结果】比较了9组菌种保藏方法,发现菌种最佳保藏条件为25°C的煤基-基础盐保藏。在该条件下保藏的产甲烷菌群活性最高,甲烷生成量最大。以无烟煤为碳源进行产气实验时甲烷生成量为12%-25%,而以褐煤为碳源时甲烷生成量可达24%-73%。在25°C的煤基-基础盐菌种保藏条件下,保藏初期细菌的主要优势菌为假单胞菌属(Pseudomonas),而古菌的主要优势菌为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)。随着保藏时间的增加,细菌的群落结构变化显著,发酵细菌及产氢产乙酸细菌成为优势细菌,古菌的群落结构则相对稳定。【结论】菌种保藏的最佳条件为25°C的煤基-基础盐,保藏的产甲烷菌群能长期维持在较高的活性状态,具有较好的产甲烷能力。     

高效降解纤维素产甲烷菌群的富集及其性质研究

以获得1组高效降解纤维素的产甲烷菌群为目的,以蔬菜厌氧消化液、糖蜜厌氧消化液和池塘沉积物底泥为菌株来源,55℃条件下,以滤纸为碳源进行继代培养,检测其甲烷含量,最终获得1组有效分解纤维素的产甲烷菌群。该菌群能够有效分解滤纸,相对分解率可达67.3%,培养7 d甲烷累积产量可达46.5%(体积分数),培养第3天羧甲基纤维素酶(CMC)活性最高值为26.3 U/mL。有机酸中乙酸产量最高,7 d累积量为2.7 g/L。基于16S rRNA基因扩增子高通量测序分析结果表明,细菌的多样性高于古菌。细菌菌群主要由Lutispora、好氧芽胞杆菌属(Aeribacillus)、解硫胺素杆菌属(Aneurinibacillus)、共生小杆菌属(Symbiobacterium)、梭菌属(Clostridium)等组成,其中Lutispora为优势菌群,占细菌总丰度的11.04%。古菌菌群主要包括甲烷嗜热杆菌属(Methanothermobacter)、甲烷丝状菌属(Methanothrix)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷螺菌(Methanospirillum)等,其中甲烷嗜热杆菌属为优势古菌菌群,占古菌总丰度的99.82%。这组高效降解纤维素的产甲烷菌群可通过多种微生物协同作用实现纤维素的降解和甲烷的产生。     

T-RFLP技术分析油藏微生物多样性

应用T-RFLP(末端限制性片段长度多态性)技术分析和比较了胜利油田单12区块的一口注水井(S12-zhu)和三口采油井(S12-4、S12-5和S12-19)的油藏微生物多样性。基于T-RFLP图谱的多样性指数表明注入水样品具有更丰富的细菌和古菌多样性。相似性指数表明,样品间细菌群落结构的相似性介于22.4%～30.8%之间,古菌群落结构的相似性介于20.8%～34.5%之间。查询RDP数据库推测这4个油藏样品所共有的优势微生物可能为Pseudomonas属,Marinobacter属和产甲烷微生物。T-RFLP技术能方便快捷的分析微生物多样性,其在油藏微生物多样性研究上的应用可以为MEOR提供有用的信息。     

内源微生物驱油及其对油藏微生物活动的影响

【目的】新疆油田六中区为典型水驱普通稠油油藏，水驱效果较差，油藏具有丰富的内源微生物，本研究通过分析内源微生物驱油对油藏微生物活动的影响，确定内源微生物驱油技术在该类油藏的应用潜力。【方法】采用高通量测序及分析化学技术，系统研究实施内源微生物驱油技术后油藏细菌群落结构组成、细菌总数和功能菌群的浓度以及采出液的流体性质，总结内源微生物驱油对油藏微生物活动的影响。【结果】现场试验注入激活剂和空气后，内源微生物被显著激活，细菌群落结构发生明显变化，细菌总数及功能菌群浓度普遍提高了2–3个数量级；各种内源微生物代谢活动显著增强，与地层流体相互作用后，原油明显被乳化，最终石油采收率提高5.2%。【结论】对于内源微生物较为丰富的水驱普通稠油油藏，内源微生物驱油技术对油藏微生物活动的影响显著，具有显著的技术优势和较大的应用潜力，微生物群落结构、功能菌群浓度及其相关代谢产物可以作为评价内源微生物驱油现场激活效果的重要指标，为其他内源微生物驱油现场试验提供技术参考。     

氢营养型产甲烷代谢途径研究进展

产甲烷古菌是一类极端厌氧的古菌域微生物,可以利用CO_2、甲醇、乙酸等简单化合物产甲烷并获得能量。目前能够培养的氢营养型(CO_2/H_2)产甲烷古菌的种类较多,而且在三类产甲烷代谢类型中,氢营养型产甲烷途径的产能效率最高,并具有多种模式的特殊能量利用系统。近年来,随着质谱、光谱和晶体技术的发展与运用,人们对产甲烷代谢途径的研究进一步深入,尤其是对氢营养型产甲烷途径的生化机制有了新的认识,揭示了产甲烷古菌在能量极限条件下独特、高效的能量利用模式。本文从能量储存、代谢途径、蛋白功能与催化机制等方面概述产甲烷古菌利用CO_2/H_2产甲烷的详细过程,并对产甲烷古菌代谢途径的研究方向与技术发展进行展望。     

一种产甲烷优势菌群的筛选方法

目的:用简便易行的产甲烷优势菌群的筛选方法,筛选出能够人工培养的且高效产甲烷的复合微生物.方法:用乙酸钠除氧培养基驯化富含产甲烷菌的厌氧活性污泥,逐渐增加驯化体系中培养基和菌液的比率,使驯化体系中微生物菌群适应人工培养条件.结果:筛选出4个产甲烷优势菌群.筛选出的1号、2号、3号、5号菌群在培养7d后均产甲烷量分别达到46mL、38mL、51mL、38mL,在短时间内4个菌群产甲烷量能持续稳定上升.结论:验证表明建立的方法筛选高效产甲烷菌群简便易行,为沼气工作者提供了一定的参考.     

培养法和免培养法联合检测油藏环境烃降解菌和产甲烷菌群多样性

烃降解菌和产甲烷菌是油藏环境微生物生态系统中重要的功能菌群, 采用DGGE和FISH方法分析了不同油藏样品中两类菌群的多样性和产甲烷活性。DGGE结果表明, 不同水样的alkB基因多样性相差较大, 而且注水井条带明显多于采油井。FISH结果表明, 油藏水样中产甲烷菌含量明显高于烃降解菌, 且两者空间分布的位置较近; 说明油藏环境中烃降解菌和产甲烷菌结成一定的相互关系。富集培养表明, 胜利油田产出液接种物培养130 d后, 石油烃降解率达到50%以上, 产甲烷的最大速率达到1.57×10^?2 mmol/(L?d)。利用分子生物学方法分析油藏环境功能菌群的多样性, 可以为开展微生物采油技术的应用提供有用信息。     

油藏铁还原微生物的研究进展

地下深部油藏通常为高温、高压以及高盐的极端环境,含有非常丰富的本源嗜热厌氧微生物,按代谢类群可分为发酵细菌、硫酸盐还原菌、产甲烷古菌和铁还原菌。从油田环境已经分离出90株铁还原微生物,如热袍菌目、热厌氧杆菌目、脱铁杆菌目、δ-变形菌纲脱硫单胞菌目、γ-变形菌纲希瓦氏菌属和广古菌门栖热球菌属等,这些菌株生长温度范围为4-85°C,生长盐度范围为0.1%-10.0%NaCl,还未见到文献报道油藏铁还原菌的耐压性研究。在油藏环境中存在微生物、矿物和流体(油/水)三者之间的相互作用,油藏中的粘土矿物能够作为微生物生命活动的载体,也能为微生物代谢作用提供电子受体。本文综述了油藏铁还原菌分离和表征的研究进展,简述了油藏铁还原菌的环境适用性,并展望了铁还原菌在提高原油采收率方面的应用前景。     

佛斯特拉古菌门（Verstraetearchaeota）研究进展

产甲烷古菌广泛分布在缺氧环境中,是有机质厌氧降解产甲烷过程中的关键功能微生物。它们在全球碳元素循环、气候变化等方面发挥着十分重要的作用。传统观念认为产甲烷古菌仅分布在广古菌门（Euryarchaeota）中,最新研究发现一系列新的非广古菌门（non-Euryarchaeota）产甲烷古菌,推测其不仅具有产甲烷能力,可能还具有发酵复杂有机物的代谢潜力。本文围绕佛斯特拉古菌门（Verstraetearchaeota）产甲烷古菌,系统阐述了它的系统分类、碳代谢机制和生态学分布等方面的研究进展,并展望了未来发展趋势。     

高温油藏内源微生物及其提高采收率潜力研究

大港孔店油田油藏特征、流体和微生物性质分析结果表明, 属于高温生态环境, 地层水矿化度较低, 氮、磷浓度低, 而且缺乏电子受体, 主要的有机物来源是油气。油田采用经过除油处理的油藏产出水回注方式开发, 油层中存在的微生物类型主要是厌氧嗜热菌, 包括发酵菌(102个/mL~105个/mL), 产甲烷菌(103个/mL); 好氧菌主要存在于注水井周围。硫酸盐还原菌(SRB)还原速率0.002 mg S2-/(L·d) ~18.9 mg S2-/(L·d), 产甲烷菌产甲烷速率0.012 mgCH4/(L·d)~16.2 mgCH4/(L·d)。好氧菌能够氧化油形成生物质, 部分氧化产物为挥发性脂肪酸和表面活性剂。产甲烷菌在油氧化菌液体培养基中产生CH4, CO2为好氧微生物和厌氧微生物的共同代谢产物。这些产物具有提高原油流动性的作用。用示踪剂研究了注入水渗流方向。通过综合分析, 油藏微生物具有较大的潜力, 基于激活油层菌的提高采收率方法在该油田是可行的。     

秸秆蓝藻混合发酵产沼气过程中微生物群落分析

采用实验室自制秸秆蓝藻混合厌氧反应装置进行沼气发酵实验,利用16S rRNA基因克隆文库的方法,对不同产气阶段的细菌和古菌的优势菌群进行多样性研究。结果表明:(1)不同产气阶段细菌优势种类存在差异,供试秸秆沼气反应器阶段细菌种类较为丰富,分属于6个门:产气初始阶段优势菌群为变形菌门(Proteobacteria),相对丰度为51.76%;产气高峰阶段优势菌群为厚壁菌门(Firmicutes),相对丰度为47.13%;产气结束阶段优势菌群为厚壁菌门(Firmicutes),相对丰度为28.89%;此外,还包括绿弯菌门、螺旋体门、绿菌门的细菌。(2)古菌种类明显少于细菌,均属于甲烷微菌纲(Methanomicrobia)、甲烷杆菌纲(Methanobacteria)和热原体纲(Thermoplasmata)。秸秆蓝藻沼气系统微生物群落结构的阐明具有一定的意义,可为秸秆沼气工程调控提供科学依据。     

不同激活剂对油藏内源微生物群落结构的影响

目的筛选大庆油田聚驱后油藏内源微生物采油激活剂的类型。方法在动态物理模拟实验模型基础上,利用基于16S rDNA的基因克隆文库方法,分析了两组激活剂配方激活的微生物群落结构。结果配方1激活的微生物菌群主要有假单胞菌属(75%)、深海弯曲菌属(18%)、陶厄菌属(6%);配方2激活的微生物菌群主要有陶厄菌属(50%)、假单胞菌属(26%)、螺杆菌属(15%)、梭菌属(9%)。结论激活剂配方2更适合大庆油田聚驱后油藏内源微生物采油。     

油藏样本潜在核心功能微生物群的宏基因组挖掘

【背景】识别出具有驱油功能的内源性微生物群是当前设计高效微生物采油技术的迫切需求。【目的】通过宏基因组分析找出原位油藏微生物中具有产酸/产气功能的潜在核心微生物群。【方法】利用室内模拟体系,对原位油藏微生物进行有机营养(从有氧到无氧)的激活,运用生物信息、多元统计分析以及网络分析等方法,寻找潜在内源性核心功能微生物群。【结果】有机营养激活了原位油藏样本中以Bacillus licheniformis为核心的产酸菌群(包括Coprothermobacter proteolyticus、Marinobacterspp.、Anaerobaculumhydrogeniformans和Petrotogamobilis),该菌群具有以丙酮酸/乙酰辅酶A为原料发酵乳酸、乙酸以及甲酸的功能;激活了以Enterococcus faecium为核心的产气菌群(包括Shinella zoogloeoides、Paracoccus denitrificans、Paracoccus spp.和Enterobacter cloacae),该菌群具备以(亚)硝酸盐、(亚)硫酸盐、石油烃为原料生产含氮/硫/碳等气体的能力。2个核心菌群内部分菌同时具有产酸和产气通路基因,激活过程中2个菌群的丰度变化呈负相关关系。【结论】利用有机营养激活体系及宏基因组测序分析技术,筛选出了油藏样本中具备产酸、产气能力的核心功能菌群,为后续进一步的功能菌株研究提供了潜在靶标及功能指向。     

丁酸氧化菌群对抗生素及活性炭协同作用响应

本研究构建了以丁酸为唯一碳源的厌氧消化反应器,利用16S rRNA基因测序技术分析氯四环素(Chlortetracycline,CTC)单独抑制及CTC与颗粒活性炭(Granular active carbon,GAC)协同作用下,互营丁酸氧化微生物群落结构的动态变化,探究环境胁迫下微生物之间的相互作用及其对CTC及CTC和GAC协同作用的响应。结果表明,原始反应器群落中,已知的互营丁酸氧化菌Syntrophomonas(11.6%)和乙酸营养型产甲烷古菌Methanosaeta(48.5%)分别在细菌和古菌群落中占主导优势。添加40mg/L和50 mg/L CTC条件下,甲烷产量分别降低40.4%和49.3%。Syntrophomonas对CTC表现出耐受性,但与其呈正相关联系的细菌(如unclassified Firmicutes和unclassified Comamonadaceae)以及乙酸氧化菌Tepidanaerobacter活性被CTC明显抑制,从而影响丁酸降解率,同时造成代谢产物积累,导致产甲烷量降低。单独添加GAC以及在40 mg/L和50 mg/L CTC抑制下添加GAC,甲烷产量分别降低2.9%、48.5%和64.7%。共现网络分析结果显示,添加GAC明显增强了Geobacter以及与其呈正相关联系的细菌(Azonexus等)的活性。而产甲烷古菌Methanosaeta和Methanoculleus与Azonexus等大部分细菌呈负相关,因此,添加GAC可能间接影响了产甲烷古菌的活性。