微生物采油机理研究及其在大庆油田的应用

论文摘要

微生物驱油技术是一项新兴的提高原油采收率的方法。至今世界上已有三十多个国家开展了相关的研究和现场试验,由于这项技术具有成本低、对油藏适应性强、不污染环境和不伤害地层等优点,因此被认为是“最具有发展前景的提高采收率技术”。根据微生物驱油适合的油藏标准,微生物驱油具有巨大的提高采收率的潜力,特别是适用于高含蜡、原油粘度较高的油田提高原油采收率。本文针对大庆油田油藏的条件,结合微生物驱油的关键问题,建立了以传统的、现代仪器分析和化学分析手段相结合的微生物表征方法和驱油机理研究方法,在此基础上进行了室内实验和现场微生物驱油试验,取得了明显效果。建立了系统的微生物驱油的研究方法,通过该方法可针对一具体油藏条件,获得区块微生物驱油的菌种、营养配方以及工艺参数,实现微生物采油。通过性能评价和生理生化实验和16srDNA的序列分析,确定菌株NG80-2属嗜热脱氮芽孢杆菌（Geobacillus thermodenitrificans）,LJ-1属于诺卡菌型放线菌,DM-2属于芽孢杆菌（Bacillus）,X3属于芽孢杆菌,HT属于短短芽孢杆菌,QF属于地衣芽孢杆菌、DQ8属于铜绿假单胞菌,利用这些菌种开展采油微生物趋油性研究和微生物降解原油机理等研究。建立了细菌涌动平板法、96孔板法、单凹载玻片制片法等适用于微生物趋油性研究的微观实验及分析方法。并研究观察了不同初始菌浓、不同时间相差显微镜下趋向性实验的结果,发现微生物趋油性是具有一定规律。同时利用视频采集系统,摄取了大量反映微生物趋油性特点的视频。认识了微生物对原油具有主动趋油和疏水性粘附等趋向特性,通过调控,改变或促进了微生物的趋油性运动,一是通过分子信号的变化促进微生物的趋油性运动,二是通过载体,使原油向水相扩散,有利于微生物利用。对与趋油性相关的酶和基因进行了初步研究,通过泳动能力及突变基因克隆实验,初步判断两种信号蛋白与微生物趋油性相关。通过中间代谢物鉴定和同位素标记代谢物检测,确定了微生物降解二十二烷和芴的代谢途径。根据中间物结构鉴定得到了正二十二烷代谢的二十二烷酸、十八烷酸和十六烷酸。因此可以判断采油微生物是以末端单加氧的形式代谢正二十二烷生成二十二烷醇,然后进一步氧化成酸,然后进入β-氧化过程。芴的降解存在两条代谢途径:一为9位两步单加氧反应生成9-fluorenone,另一条代谢途径为3,4位双加氧,然后开环生成3-（1-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-2-yl） propanoic acid,该化合物经过连续两步氧化生成2-（1-oxo-2, 3-dihydro -1H-inden-2-yl） acetic acid和1-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2-carboxylic acid,然后氧化脱羧生成1-indanone,1-indanone氧化开环生成（E）-3-（2-hydroxyphenyl） acrylic acid。本研究中2-（1-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-2-yl）acetic acid和1-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2-carboxylicacid,两个化合物的鉴定阐明了多环芳烃氧化开环后产物进一步脱羧降解的过程为α-氧化。利用同位素标记化合物进行了代谢产物鉴定,得到的代谢产物结构和非同位素标记化合物鉴定结果一致,进一步证实了DQ8降解芴的代谢途径。原油中极性含氧化合物的研究结果进一步验证了微生物降解烷烃和芳烃途径的判断。在微生物降解原油机理研究基础上,实验过程中发现,有时微生物作用原油,原油粘度不降反升或烷烃被过度降解,需对降解过程和降解程度进行控制。通过技术手段,对微生物降解原油过程进行了控制,微生物作用原油效果得到进一步改善。利用机理研究成果指导了微生物采油室内研究和矿场试验。先后在大庆朝阳沟特低渗透油田、葡北油田、杏南油田和高台子油田开展了93口微生物吞吐矿场试验;在大庆朝阳沟油田朝50区块开展了2注10采微生物驱矿场试验。微生物吞吐总成功率为74.3%,单井平均增油143吨,累计增油1.25万吨。微生物驱矿场试验10口油井中有8口见效。试验区月产液由见效前的957t最高上升到1456t,含水由46.8%下降到40.3%,月产油由361t最高上升到843t。考虑递减因素,累计增油1.4万吨。论文所得到的成果为大庆油田微生物提高采收率技术的发展和应用提供了理论与技术支持,对我国其它油田类似区块的应用微生物采油技术和产业化的发展均有一定的指导意义,其中驱油用微生物的筛选及研究方法的建立为进一步的微生物驱研究打下了良好的基础,对微生物代谢产物的分析和代谢规律的认识以及它们对驱油机理的作用也进一步丰富和发展了微生物驱油理论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的目的意义
• 1.2 微生物采油发展概况
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 微生物采油机理
• 1.3.1 微生物本身的作用
• 1.3.2 微生物代谢产物的作用
• 1.4 采油微生物趋化性研究
• 1.4.1 微生物趋油性机制
• 1.4.2 微生物趋油性行为
• 1.4.3 微生物群体的趋油性研究及其实验方法
• 1.4.4 多孔介质中微生物的趋油性
• 1.5 采油微生物降解原油机理研究
• 第二章 微生物微生物的评价及鉴定
• 2.1 材料
• 2.1.1 菌株
• 2.1.2 培养基
• 2.2 方法
• 2.2.1 形态观察
• 2.2.2 生理生化实验
• 2.2.3 序列分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 形态观察
• 2.3.2 微生物的生理生化特性分析
• 2.3.3 16sr DNA 的序列分析
• 2.4 小结
• 第三章 采油微生物趋油性研究
• 3.1 微生物趋油性过程研究
• 3.1.1 趋油性研究用菌株的筛选
• 3.1.2 微观微生物趋油性运动及其局部富集实验
• 3.2 微生物趋油性参数及特征
• 3.2.1 趋油性系数的测定
• 3.2.2 微生物趋油过程中代谢产物分析
• 3.2.3 不同的油藏条件对趋油性的影响
• 3.3 微生物趋油性的生物学机理及调控研究
• 3.3.1 微生物趋油性分类解析
• 3.3.2 微生物表面物质对趋油性的影响
• 3.3.3 微生物的趋油性调控
• 3.3.4 微生物趋油性调控的效果评价
• 3.3.5 趋油机理的分子生物学探索
• 3.4 小结
• 第四章 采油微生物降解原油机理及途径研究
• 4.1 菌株对原油的降解分析
• 4.1.1 空白原油极性组分分析
• 4.1.2 微生物作用后原油极性组分分析
• 4.1.3 微生物作用前后原油中脂肪酸类化合物的对比分析
• 4.1.4 微生物作用前后原油中醇类化合物对比分析
• 4.2 菌株作用原油后油相和水相组分分析
• 4.3 石油化合物的降解及代谢途径分析
• 4.3.1 降解正二十二烷产物鉴定及代谢途径推测
• 4.3.2 采油微生物降解芳香烃（芴）中间产物鉴定及代谢途径推测
• 4.3.3 NSO 杂环化合物降解产物鉴定及代谢途径推测
• 4.4 微生物作用原油过程控制研究
• 4.4.1 原油流变性的测定分析
• 4.4.2 外加物质对降解原油组分的影响
• 4.5 小结
• 第五章 微生物采油矿场试验
• 5.1 微生物吞吐矿场试验
• 5.1.1 区块特点
• 5.1.2 试验方案
• 5.1.3 试验效果
• 5.2 微生物驱矿场试验
• 5.2.1 区块特点
• 5.2.2 试验方案
• 5.2.3 矿场试验效果评价
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要