專利名稱：刺激從地層石油產(chǎn)生甲烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在地層中使用微生物作用以有經(jīng)濟(jì)學(xué)意義的速率將石油及其他化石燃料轉(zhuǎn)化為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殘油、瀝青砂中的瀝青、天然氣、氣冷凝物和可通過地上鉆孔產(chǎn)生的含碳?xì)浠衔锏牧黧w或可從開采瀝青砂或任何類型含瀝青的油藏回收的固體或流體含碳?xì)浠衔镂镔|(zhì)。殘油當(dāng)油存在于多孔和可滲透的地下巖層如砂巖、碳酸鹽、燧石、頁巖或任何類型的斷層巖時(shí)，一般可以通過鉆進(jìn)含油地層并使存在的壓力梯度將油壓出油藏并排出孔外來開發(fā)。這種方法稱為一級回收。
如果壓力梯度不足以產(chǎn)生所需速率的油，習(xí)慣上實(shí)施改良的回收方法以回收額外的油。這一方法稱為二級回收。
存在若干種二級回收技術(shù)，包括氣體注入和水注入。具體二級回收技術(shù)的選擇取決于石油積累的具體情況。水注入或注水是最通常的二級回收技術(shù)。在注水中，將增壓水注入含油地層，從臨近的石油生產(chǎn)井產(chǎn)生油和/或氣。從生產(chǎn)井中首先回收石油，其后是石油和水。石油聚集通常然而，甚至在二級回收后地層中仍殘留大部分的石油，一般超過存在的原始油的50％，在一些情況下超過75％。一般對于重油、焦油和復(fù)合儲油氣層中的石油來說不可回收的石油比例是最高的。在許多油田中，常規(guī)注水后，可以留下非常大部分的油(40％或者以上)。這些殘油中的大部分由于毛細(xì)作用力或吸附在礦物表面而截留，并代表不可減少的含油飽和度。其他油作為油藏巖層中的旁路油而被一級或二級回收技術(shù)遺漏?？梢酝ㄟ^改進(jìn)的回收技術(shù)回收這種剩余的殘油。一種改進(jìn)的油回收技術(shù)使用(土著或人工引入的)微生物從巖石中趕出截留或吸附的油。稱為微生物增強(qiáng)的油回收(MEOR)的這種技術(shù)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來(1)通過封堵油藏孔喉將注入的水流轉(zhuǎn)向至仍被油飽和的區(qū)域來改變地層的滲透性；(2)產(chǎn)生降低石油/水界面張力并介導(dǎo)濕潤性變化并釋放油的生物表面活性劑；(3)產(chǎn)生促進(jìn)提高油藏中石油流動性的聚合物；(4)產(chǎn)生引起巖石溶解并提高滲透性的低分子量酸；和(6)產(chǎn)生提高地層壓力并在溶于石油時(shí)降低油粘度的氣體(主要為CO2)。
已經(jīng)提出使用多種微生物在地層中實(shí)現(xiàn)多種微生物目的。多數(shù)MEOR技術(shù)涉及將外源微生物種群注入并定居于含油地層中。在用于二級回收的注水中作為添加劑為種群提供生長基質(zhì)和礦質(zhì)營養(yǎng)。外源微生物的生長常受限于地層中的優(yōu)勢條件。物理限制如小且多變的地層孔喉直徑以及地層中流體的高溫、鹽度和壓力和地層水中的低濃度氧嚴(yán)重限制了可以注入地層并旺盛生長的微生物的種類和數(shù)目。營養(yǎng)物生物限制如來自土著油藏微生物的競爭、地下油藏固有的不利環(huán)境和環(huán)境變化(從表面到油藏)脅迫也限制了外源提供的微生物的成活力。為克服這些問題，已經(jīng)提出將土著油藏微生物(一般為厭氧生物)用于MEOR技術(shù)。
微生物一般存在于低于約80℃的油貯層中(Bernhard和Connan，1992；Magot等，2000；Orphan等，2000；Wilhelms等，2001)。地下石油(原油和天然氣)的生物降解是通常過程(Connan，1984；James，1984；Horstad和Larter，1997；Wenger等，2001；Head等，2003及其參考文獻(xiàn))。在合適的環(huán)境條件和充分的時(shí)間下，土著細(xì)菌和古細(xì)菌可在長地質(zhì)時(shí)間時(shí)期中在地下將石油或其他化石燃料(如煤)轉(zhuǎn)化成甲烷(Scott等，1994；Head等，2003；Roling等，2003及其參考文獻(xiàn))。產(chǎn)甲烷作用——排他性厭氧過程——與生物降解的油貯層通常相關(guān)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)含有較輕同位素碳的甲烷與生熱甲烷混合(Scott等，1994；Larter等，1999；Sweeney and Taylor，1999；Pallasser，2000；Masterson等，2001；Boreham等，2001；Dessort等，2003)，并且產(chǎn)甲烷菌代表了油貯層微生物區(qū)系的通常土著成員(Mueller和Nielsen，1996；Nilsen和Torsvik，1996；Nazina等，1995 a，b；Ng等，1989)。所述產(chǎn)甲烷菌是將二氧化碳還原成甲烷的菌，對于來自油貯層的乙酸分解(acetoclastic)產(chǎn)甲烷菌的報(bào)道很少(Obraztsova，1987)。放射性示蹤實(shí)驗(yàn)表明將二氧化碳還原成甲烷較乙酸分解產(chǎn)甲烷更占優(yōu)勢(Mueller和Nielsen，1996；Rozanova等，1995)，并且油貯層中的高壓力有利于凈體積減少的反應(yīng)，如來自二氧化碳還原的產(chǎn)甲烷(Head等，2003)。在多數(shù)地質(zhì)條件下轉(zhuǎn)化過程是緩慢的，已經(jīng)顯示自然生物降解油藏中的油一般需要數(shù)百萬年(Larter等，2003)。油貯層通常油貯層通常油貯層通常油貯層油貯層此外，已經(jīng)顯示在自然界中這種降解通常是厭氧的，甲烷通常是油降解的天然終產(chǎn)物(Larter等，1999；Head等，2003)，所產(chǎn)生甲烷的大部分與使用二級氫源還原二氧化碳相關(guān)(Rling等2003)。最近微生物學(xué)的發(fā)展也證明存在能在與油藏中發(fā)現(xiàn)的類似的條件下將碳?xì)浠衔镏苯愚D(zhuǎn)化成甲烷的微生物聚生體(Zengler等，1999；Anderson和Lovely，2000)。
已經(jīng)顯示天然條件下油貯層中碳?xì)浠衔锖头翘細(xì)浠衔锷锝到獾囊患墑恿W(xué)速率常數(shù)在約10-6至10-7/年之間(Larter等，2003；Head等，2003)，比淺表地下環(huán)境(如垃圾場或淺表含水層)中厭氧碳?xì)浠衔锝到獾乃俾事?0000至100000倍。為了在現(xiàn)實(shí)的時(shí)間量程(數(shù)月至數(shù)年)中使用微生物技術(shù)來以甲烷商業(yè)回收顯著量的油，本發(fā)明人已經(jīng)證明必須將將大部分油層的降解加速至產(chǎn)甲烷的近表面速率。

圖1顯示在整個(gè)26m油柱中油生物降解的計(jì)算機(jī)模擬，其中產(chǎn)甲烷以近表面垃圾場環(huán)境中典型的速率發(fā)生。在約10年中回收了油藏殘油的20％。
因此為了在厭氧條件下在油藏中通過石油的微生物降解產(chǎn)生商業(yè)量的甲烷，需要加速甲烷產(chǎn)生速率的技術(shù)，而且必須定義實(shí)現(xiàn)商業(yè)速率的產(chǎn)生所需的增強(qiáng)的程度。
US 6,543,535概述了在含有石油的地下儲油氣層中刺激微生物活性的方法，其包括(a)分析地層中的一種或多種組分以確定地層環(huán)境特征；(b)檢測地層中微生物聚生體的存在；(c)表征聚生體中的一種或多種微生物，所述聚生體中至少一個(gè)成員是產(chǎn)甲烷微生物，并將所述聚生體成員與至少一種具有一種或多種已知生理和生態(tài)特征的已知微生物進(jìn)行比較；(d)使用從步驟(a)到(c)中獲得的信息確定通過聚生體中至少一種產(chǎn)甲烷微生物促進(jìn)石油原位微生物降解并促進(jìn)甲烷的微生物產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境；(e)基于步驟(d)的確定修飾地層環(huán)境，以刺激從石油到甲烷的微生物轉(zhuǎn)化。
發(fā)明概述通常本發(fā)明人已經(jīng)鑒定了US 6,543,535所述用于鑒定油藏(其中刺激甲烷的產(chǎn)生是可行的)的步驟以外的額外關(guān)鍵步驟、用于刺激甲烷產(chǎn)生的技術(shù)、用于防止甲烷被通常的油藏微生物破壞所需的特定作用、區(qū)分甲烷氧化古細(xì)菌與相關(guān)產(chǎn)甲烷菌的手段以及對US 6,543,535所述一些步驟的改進(jìn)和有效的甲烷產(chǎn)生所需的新步驟的定義。
他們還鑒定了US 6,543,535中關(guān)于應(yīng)用于此類方法的生物類型和適當(dāng)?shù)拇碳そ槿氲腻e(cuò)誤。
因此，本發(fā)明提供在含油地層中刺激微生物甲烷產(chǎn)生的方法，所述方法包括(a)分析地層中的一種或多種組分以確定地層環(huán)境的特征；(b)檢測地層中含有至少一種產(chǎn)甲烷微生物的微生物聚生體的存在；(c)評估地層微生物當(dāng)前是否具有活性；(d)確定微生物聚生體是否含有一種或多種甲烷營養(yǎng)微生物；(e)表征聚生體中的一種或多種微生物，所述聚生體中至少一個(gè)成員是產(chǎn)甲烷微生物，并將聚生體的該成員與至少一種具有一種或多種已知生理和生態(tài)特征的已知微生物進(jìn)行比較；(f)表征聚生體中一種或多種甲烷營養(yǎng)微生物(如果存在的話)，并將聚生體成員與至少一種具有一種或多種已知生理或生態(tài)特征的已知微生物進(jìn)行比較；
(g)使用從步驟(a)到(e)中獲得的信息確定通過聚生體中至少一種產(chǎn)甲烷微生物促進(jìn)石油原位微生物降解并促進(jìn)甲烷的微生物產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境；(h)如果存在甲烷營養(yǎng)微生物，使用從步驟(a)和(f)中獲得的信息來確定降低甲烷被聚生體中至少一種甲烷營養(yǎng)微生物原位微生物降解的生態(tài)環(huán)境；和(i)如果存在甲烷營養(yǎng)微生物，基于步驟(g)和(h)的確定修飾地層環(huán)境，以刺激從石油到甲烷的微生物轉(zhuǎn)化，同時(shí)使不利過程對甲烷的破壞最小化。
方法優(yōu)選包括作為步驟(b)的一部分的檢測厭氧油降解細(xì)菌存在的步驟。
此方法包括鑒定油層是否能夠用土著生物或引入的生物活躍降解、是否存在降解由產(chǎn)甲烷微生物產(chǎn)生的甲烷的甲烷營養(yǎng)微生物，以及如果它們存在，那么修飾地層環(huán)境以降低其活性。
本發(fā)明的方法刺激并維持含油地層中不同微生物的混合物將石油轉(zhuǎn)化成可生產(chǎn)的甲烷的活性。還降低可能存在的甲烷營養(yǎng)微生物的活性以避免產(chǎn)生的甲烷的降解，并允許避免除了產(chǎn)甲烷作用之外的其他過程，所述過程可以作為替代的電子穴，從而阻止甲烷產(chǎn)生。不希望被理論束縛，相信微生物混合物通過以下多種作用將石油轉(zhuǎn)化成甲烷(1)微生物聚生體將多種石油化合物(如飽和和/或芳香碳?xì)浠衔?、瀝青質(zhì)和含有氮-硫-氧的有機(jī)化合物)降解成多種化合物，其可包括胺、醇、有機(jī)酸和氣體。
(2)產(chǎn)甲烷菌將多種低分子量化合物(可包括胺、醇、有機(jī)酸和氣體)轉(zhuǎn)化成甲烷、CO2和水。
本發(fā)明人已經(jīng)在油貯層中鑒定了將甲烷轉(zhuǎn)化成CO2和水的第三組微生物——甲烷營養(yǎng)古細(xì)菌。
天然存在于地層中的微生物一般包含微生物的多種混合聚生體，它們經(jīng)常彼此依賴。例如，在石油的降解中，如果其代謝廢物(如有機(jī)酸、乙酸和H2)被持續(xù)移去并保持低濃度，則產(chǎn)生有機(jī)酸和氫的互養(yǎng)微生物可從石油降解中獲得能量。產(chǎn)甲烷微生物通過將至少一些廢物(如乙酸、CO2和H2)轉(zhuǎn)化成甲烷來部分實(shí)現(xiàn)這種廢物移去功能。甲烷營養(yǎng)古細(xì)菌一般與能利用厭氧甲烷氧化中間體的細(xì)菌一起存在，能破壞產(chǎn)生的任何甲烷。這可以靠近甲烷形成部位或在較遠(yuǎn)位置發(fā)生。了解這種甲烷營養(yǎng)古細(xì)菌的分布、豐度和活性對于預(yù)測作為刺激產(chǎn)甲烷的介入結(jié)果的甲烷產(chǎn)生的凈產(chǎn)率和速率是至關(guān)重要的。
對本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的說明著眼于在常規(guī)含油地層中將石油轉(zhuǎn)化成甲烷。然而，本發(fā)明的方法可應(yīng)用于任何含油地層，其中可以修飾環(huán)境條件以刺激至少一種石油降解微生物的生長和至少一種能夠?qū)⒔到猱a(chǎn)物轉(zhuǎn)化成甲烷的微生物的生長。本發(fā)明的方法可用于在油頁巖沉積物、新近開采的和廢棄的煤層、瀝青砂和其他化石燃料沉積物刺激微生物活性以將其中含有的石油轉(zhuǎn)化成甲烷。本說明書中所使用的術(shù)語“化石燃料”以其廣義使用，包括固體含碳沉積物如油母質(zhì)、泥炭、褐煤和煤；液體含碳沉積物如油；含有除了甲烷之外的組分的氣體碳?xì)浠衔锘旌衔锖透哒吵砗汲练e物如瀝青和焦油。
本發(fā)明的此方法還可應(yīng)用于再生計(jì)劃，其中可以處理被石油污染的土壤和含水層以增強(qiáng)從石油到可回收甲烷的微生物轉(zhuǎn)化。
在本說明書中，鑒定并接著刺激了將石油轉(zhuǎn)化成甲烷的土著微生物，同時(shí)鑒定并接著抑制了降解甲烷或與產(chǎn)甲烷菌競爭電子供體的土著微生物。
術(shù)語“微生物”旨在包括細(xì)菌和古細(xì)菌，它們的酶和其他產(chǎn)物以及相關(guān)真核生物。應(yīng)該理解，細(xì)菌和古細(xì)菌代表在缺氧條件下能降解石油和/或?qū)⒌玫降漠a(chǎn)物轉(zhuǎn)化成甲烷的一般生物。
附圖簡述圖1顯示對整個(gè)油柱中生物降解和甲烷產(chǎn)生程度的計(jì)算機(jī)模擬。
圖2顯示與從石油產(chǎn)生甲烷相關(guān)的過程。
圖3顯示以甲烷回收殘油和可生產(chǎn)油的油氣田的理想構(gòu)造；且圖4顯示本發(fā)明實(shí)施例的圖示。
分析流體/巖石化學(xué)和微生物學(xué)在本發(fā)明方法的實(shí)踐中，第一步是分析待刺激微生物活性的含油地層中流體(水、油和氣)和巖石的一個(gè)或多個(gè)樣品。雖然一個(gè)樣品足以實(shí)踐本發(fā)明，但可以獲得多個(gè)樣品。
采集樣品可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的采樣方法獲得樣品。一般通過套筒中穿孔或從無套管鉆孔測試從地層取得流體(液體或者氣體)樣品。流體可以用電纜地層流體測試儀(wireline formation fluid tester)或流體采樣器向下打眼采樣或從地下測試(如鉆桿測試、生產(chǎn)測試或正常生產(chǎn))在表面井口采樣。地層水和石油(油和氣)樣品均可用于評估地層環(huán)境?？梢詮膸r心、鉆屑、產(chǎn)生的沉積物和/或露頭位置尋找?guī)r石樣品，或者可以通過解讀鉆井日志或者其他技術(shù)獲得巖石數(shù)據(jù)。
環(huán)境分析對地層環(huán)境的分析提供了關(guān)于確定適當(dāng)?shù)奈⑸锷L刺激物或微生物活性原位環(huán)境條件的關(guān)鍵信息。此分析優(yōu)選包括確定地層的溫度和壓力，這可以任何適當(dāng)?shù)姆绞将@得。盡管許多油藏含有生物降解的油，但是不是所有的油藏都含有當(dāng)前有活性的微生物種群。該方法的關(guān)鍵部分是定義含有相對有活性生物的油藏，其中可以加速所述生物以通過油生物降解回收經(jīng)濟(jì)水平的甲烷。
為確定油藏中的環(huán)境，可以對地層的一種或多種流體(如地層水和石油)和/或地層的一種或多種固體進(jìn)行地球化學(xué)分析，所述分析是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的。優(yōu)選對得自地層的流體和/或巖石樣品進(jìn)行分析。流體分析可包括測量狀態(tài)值(如溫度和壓力)以及對地層水的地球化學(xué)分析，它可包括對主要陰離子和陽離子、pH、氧化電位(Eh)、氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、銨離子、鹽度、硒、鉬、鈷、銅、鎳和其他微量金屬的測定。
地球化學(xué)分析優(yōu)選還鑒定已知由土著微生物活性產(chǎn)生的副產(chǎn)物。例如甲烷、CO2、RNA、DNA、酶和羧酸的存在可以指示微生物活性。經(jīng)常在發(fā)生天然產(chǎn)甲烷作用的油田中發(fā)現(xiàn)碳13同位素相對耗竭的甲烷。特別是厭氧碳?xì)浠衔锝到獯x物如烷基和芳基取代的琥珀酸或還原的萘甲酸是發(fā)生碳?xì)浠衔飬捬踅到獾南到y(tǒng)的關(guān)鍵標(biāo)記。鑒定這些標(biāo)記可以用作確定活性厭氧石油降解微生物聚生體的存在的第一步。
許多使用脂肪、芳族和多環(huán)芳族碳?xì)浠衔镒鳛槎喾N硫酸鹽還原、脫氮和產(chǎn)甲烷培養(yǎng)的底物的實(shí)驗(yàn)室研究已經(jīng)將通過烷烴亞末端碳或芳族碳?xì)浠衔锿榛〈难雍魉峒映啥纬傻耐榛蚍蓟晁徼b定為降解過程中最初相對穩(wěn)定的代謝物(Widdel和Rabus，2001；Rabus，等人，2001；Wilkes，等，2002)。已經(jīng)將琥珀酸報(bào)導(dǎo)為石油污染的含水層的缺氧區(qū)中飽和的和芳族碳?xì)浠衔锏纳锝到獾拇x物。最近對汽油污染的含水層中缺氧區(qū)的研究還將2-萘甲酸和還原的2-萘甲酸鑒定為厭氧降解的證據(jù)(Annweiler等，2002)。Aitken等(2002)已經(jīng)顯示發(fā)現(xiàn)活躍降解的油田中含有2-萘甲酸，更重要的，還原的2-萘甲酸(如5，6，7，8-四氫-2-萘甲酸)的量是適于甲烷生成的條件下厭氧碳?xì)浠衔锝到獾膶Ｓ兄甘?。這些化合物的存在指示適于產(chǎn)甲烷作用的厭氧降解條件。
指示土著條件下活躍的產(chǎn)甲烷作用的其他化合物是archaeol——古細(xì)菌特征性脂類分子，發(fā)明人已經(jīng)在經(jīng)歷活躍生物降解的油田和煤礦中鑒定了它們。產(chǎn)甲烷菌特征性archaeol指示活躍的產(chǎn)甲烷。產(chǎn)甲烷古細(xì)菌的特征性特定磷脂和微生物DNA還可用于陽性鑒定具有能夠加速至商業(yè)速率的甲烷產(chǎn)生的活躍產(chǎn)甲烷過程的油田。此外，產(chǎn)甲烷菌含有新的輔因子，如F430(與甲基輔酶M還原酶結(jié)合的鎳卟啉)。類似但不同的較高分子量的鎳卟啉與厭氧甲烷氧化古細(xì)菌相關(guān)，對它們的分析可提供關(guān)于產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化古細(xì)菌的相對優(yōu)勢和定位的重要信息(Krüger等，2003)。
這些分析的重要特征是它們應(yīng)該著眼于油藏的油-水過渡帶。發(fā)明人已經(jīng)證明活躍降解的特定指示物優(yōu)先濃縮于靠近石油/水接觸點(diǎn)的樣品中，采樣和表征應(yīng)該針對此處。
還可以通過若干地球化學(xué)替代物鑒定活躍降解的油貯層。這些替代物包括產(chǎn)出氣體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謝物標(biāo)記物，和決定性地通過檢測和測量油柱的組成梯度。作者已經(jīng)在若干油田中檢測到油柱的梯度如飽和碳?xì)浠衔锖侩S油層深度的改變，已經(jīng)使用這些來評估油藏微生物的碳?xì)浠衔锎x的土著速率。當(dāng)生物破壞油柱底部的碳?xì)浠衔飼r(shí)產(chǎn)生梯度，油柱的組成譜應(yīng)答此梯度而發(fā)生變化，產(chǎn)生組成參數(shù)的垂直和側(cè)向梯度，所述參數(shù)包括但不僅限于飽和碳?xì)浠衔锖?、正烷分布或含量或多種抗性化合物(如類異戊二烯烷或藿烷)的分布。由于存在梯度的地方生物是活躍的，對這些梯度的檢測可用于鑒定可以加速產(chǎn)甲烷作用的油田?？梢詮奶荻扔?jì)算生物活性率，從而指示降解的天然速率和產(chǎn)甲烷作用需要加速的程度。這可用于評估將產(chǎn)甲烷作用增強(qiáng)至目的速率所需的添加劑處理的程度。
不僅有機(jī)地球化學(xué)標(biāo)記可以給出微生物對油的活躍的天然加工的指示。在發(fā)生或可能正在發(fā)生活躍生物降解的油藏中還通常發(fā)現(xiàn)油田柱中水油接觸處附近油中高濃度的金屬如鈷、鎳或鐵。
石油分析包括主要碳?xì)浠衔镱愋?如飽和碳?xì)浠衔?、芳族碳?xì)浠衔?、樹脂和瀝青質(zhì))的定量和特定碳?xì)浠衔锛壏?如正烷烴、類異戊二烯烴、烴基苯、烴基萘等)的詳細(xì)分子表征。對油和氣的石油分析可輔助鑒定微生物不同碳底物的豐度和組成。盡管原理上原油中許多組分都可用于產(chǎn)甲烷作用，但最具反應(yīng)性的油和最適于產(chǎn)甲烷轉(zhuǎn)化的油田將仍然含有豐富的正烷烴、類異戊二烯烴和其他較具反應(yīng)性的組分，如輕烷烴和芳族碳?xì)浠衔铩漠a(chǎn)生的流體或鉆屑或取自油柱的核心樣品中提取的石油的分析使得化學(xué)分析可以定義油柱中存在的任何組成梯度的程度。組成梯度的測定可用于確定油柱中生物降解的當(dāng)前速率，從而確定生物降解速率和產(chǎn)甲烷速率具體需要加速的程度。
巖石分析可包括礦物學(xué)、化學(xué)和相描述以及測量地層特性如孔隙率、滲透性、毛細(xì)管壓力和可濕性。
應(yīng)優(yōu)選使用地球物理和作圖方法進(jìn)行油藏地質(zhì)環(huán)境分析。發(fā)明人已經(jīng)顯示油層和水層的相對體積和空間排布控制生物降解的凈速率(Larter等，2003)。與被水飽和的油藏帶毗鄰或被其包圍的油帶是最適于刺激的。高含水飽和度的殘油帶是非常適于刺激的環(huán)境。
微生物分析采集土著微生物正確的采樣是這些分析的決定性部分。深地下環(huán)境的微生物種群一般非常少，豐度比近表面沉積物中微生物少5到6個(gè)數(shù)量級(每立方米深地下約103至104個(gè)細(xì)胞)。因此為了避免將污染生物誤鑒定為土著的，必須采取嚴(yán)格污染對照測量。當(dāng)進(jìn)行基于核酸的分析時(shí)，用UV處理并用DNase I進(jìn)行酶處理除擴(kuò)增引物以外的所有試劑和材料是必要的。核酸分析的樣品還應(yīng)該立即冰凍或通過加入經(jīng)過濾的50％乙醇固定。應(yīng)該在無菌條件下從完整核心中心取子樣品以避免鉆孔過程中污染核心外部的污染物。基于培養(yǎng)的研究的樣品應(yīng)該冷凍或在接近原位溫度下儲存以減少儲存和運(yùn)輸過程中污染微生物的生長。理想的樣品應(yīng)該來自核心材料，以提高所得土著生物不含污染物的可能性，然而如果保持條件以抑制外源污染生物而促使其適應(yīng)于原位條件，則可以分析地層水和/或鉆孔鉆屑樣品中活性微生物的存在。優(yōu)選在進(jìn)行分析前通過過濾和/或離心濃縮水樣中的微生物。土著微生物種群的數(shù)量一般只是樣品體積的一小部分。在典型的含油地層中，每升水可含有少于0.025mg微生物。可以擴(kuò)增微生物濃縮物以便于使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的常規(guī)微生物檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。在盡可能重現(xiàn)原位條件的實(shí)驗(yàn)生態(tài)系中孵育樣品以鑒定促進(jìn)或抑制特定代謝過程的因素也是鑒定用于成功的微生物刺激的候選石油系統(tǒng)的關(guān)鍵方法。
表征土著微生物本說明書中使用的微生物表征是指使用一種或多種以下方法鑒定微生物或微生物聚生體的關(guān)鍵特征生物化學(xué)方法、生理學(xué)方法、生物地化過程測量、光學(xué)方法或遺傳學(xué)方法?？赏ㄟ^微生物生態(tài)學(xué)領(lǐng)域成熟的方法將采樣的微生物與已知性質(zhì)的微生物的這些關(guān)鍵特征之間的相似性程度用于建立身份并推斷采樣的微生物的生理、代謝功能和生態(tài)性狀(例如參閱Head，等，1998；Head，1999；Gray和Head，2001；Rling & Head，2004；Stahl，1997；Trüper和Schleifer，1992)。
可用于本發(fā)明方法的表征方法的非限制性實(shí)例包括(a)獲得微生物隔離群的富集培養(yǎng)技術(shù)，可以從所述隔離群確定生物化學(xué)、形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、生態(tài)學(xué)和遺傳性狀并與已知微生物的性狀進(jìn)行比較。
(b)測定土著微生物的磷脂脂肪酸組成(PLFA)并與已知微生物的PLFA分布進(jìn)行比較。
(c)測定產(chǎn)甲烷或其他古細(xì)菌的類異戊二烯甘油醚分布(archaeols)特征并與已知微生物的類異戊二烯甘油醚分布進(jìn)行比較。
(d)化合物特異性同種型分析以鑒定利用甲烷的生物。
(e)表征特異性鎳卟啉以區(qū)分產(chǎn)甲烷和甲烷氧化古細(xì)菌。
(f)遺傳表征方法，其中以下列出了兩個(gè)非限制性實(shí)例1.來自樣品微生物的遺傳片段的序列，包括但不僅限于16S rRNA基因(細(xì)菌、古細(xì)菌)、來自產(chǎn)甲烷和甲烷氧化古細(xì)菌的編碼甲基輔酶M還原酶(mcrA)α亞基的基因和編碼琥珀酸芐酯合酶(bssA)α亞基的基因和同源物，所述琥珀酸芐酯合酶(bssA)α亞基參與厭氧碳?xì)浠衔锝到饧?xì)菌對碳?xì)浠衔锏某跏蓟罨?。將它們與已知微生物的核酸序列進(jìn)行比較(例如使用核糖體數(shù)據(jù)庫計(jì)劃(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數(shù)據(jù)庫)以使用已確立的技術(shù)(Rling & Head，2004)建立與最近的已知的親緣序列的系統(tǒng)發(fā)生身份。
特別地，對為了使甲烷回收最大化而必須受到控制的特定生物或過程的這些特征性靶基因進(jìn)行定量分析(使用實(shí)時(shí)PCR)是有用的，設(shè)計(jì)可用于區(qū)分和定量分別與產(chǎn)甲烷和甲烷氧化相關(guān)的mcrA關(guān)鍵變體以及用于定量潛在初級碳?xì)浠衔锝到饣ヰB(yǎng)生物的引物也是有用的。
本發(fā)明人已經(jīng)確定了油貯層中特定微生物的存在，其是這些分析的重要靶標(biāo)。它們包括甲烷氧化古細(xì)菌、產(chǎn)甲烷菌和厭氧碳?xì)浠衔锝到饧?xì)菌。已經(jīng)在生物降解油貯層中鑒定了甲烷氧化古細(xì)菌的16S核糖體RNA序列，為使甲烷回收最大化必須對其進(jìn)行控制。
使用特異性引物從提取自生物降解的油貯層的樣品擴(kuò)增了以下序列。提供了數(shù)據(jù)庫搜索中最匹配的序列以供參考。序列詳細(xì)描述于附錄1。
克隆ATS17A和ATS29A具有獨(dú)特的約40bp的插入片段，這說明它們與先前鑒定的生物不同。
2.應(yīng)該在基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的方法中使用設(shè)計(jì)與特定微生物16SrRNA基因和指示關(guān)鍵過程(碳?xì)浠衔锘罨?、甲烷產(chǎn)生、甲烷氧化)的靶基因雜交的寡核苷酸。盡管可以使用，但除非與擴(kuò)增技術(shù)如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)或基于培養(yǎng)的富集或?qū)嶒?yàn)生態(tài)系分析關(guān)聯(lián)，否則用放射性磷、生物素、熒光染料、酶和其他適當(dāng)標(biāo)簽標(biāo)記的這些寡核苷酸探針的使用可能缺乏地下樣品分析所需的靈敏性。
以下段落描述了應(yīng)用DNA探針鑒定實(shí)現(xiàn)最大甲烷回收所必須分別促進(jìn)和抑制的產(chǎn)甲烷菌和甲烷營養(yǎng)古細(xì)菌的存在和身份。
(i)確定產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化古細(xì)菌的存在和身份。
從石油到甲烷的轉(zhuǎn)化需要產(chǎn)甲烷菌的活躍參與。樣品內(nèi)存在產(chǎn)甲烷菌表明原位甲烷形成的高可能性。然而還可能存在甲烷氧化古細(xì)菌，必須區(qū)分它們以設(shè)計(jì)使甲烷產(chǎn)生最大化的最適當(dāng)介入。原則上可以使用16S rRNA基因和編碼甲基輔酶M還原酶α亞基的基因檢測產(chǎn)甲烷古細(xì)菌。U.S.6,543,535錯(cuò)誤地主張“甲基還原酶”(事實(shí)上是甲基輔酶M還原酶)是產(chǎn)甲烷古細(xì)菌所獨(dú)有的。甲基輔酶M還原酶的同源物也可見于厭氧甲烷氧化古細(xì)菌(Krüger等，2003；Hallam等，2003)，因此必須設(shè)計(jì)靶定在產(chǎn)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)中不同的區(qū)域的寡核苷酸引物，以區(qū)分這兩類生物。或者必須在使用寬特異性mcrA引物(如Lueders和Friedrich，2003)后克隆并測序采樣的mcrA基因以確定其起源。
確定刺激石油降解和產(chǎn)甲烷作用并延緩甲烷氧化的生態(tài)環(huán)境從土著微生物的知識及其營養(yǎng)需要、地層油、水和基質(zhì)巖石的化學(xué)組成以及地層的物理特征(壓力、溫度、孔隙度、飽和度等)，可以確定促進(jìn)和延緩微生物聚生體中適當(dāng)成員的活性所需的總體生態(tài)環(huán)境。接著將此信息用于修飾地層的環(huán)境條件，以促進(jìn)從石油到甲烷的微生物轉(zhuǎn)化并阻止甲烷的微生物降解。
改變地下微生物的活性取決于至少一種以下因素
1)加入和/或減去和/或維持通過實(shí)驗(yàn)室和/或原位先導(dǎo)研究確定的微生物生長和/或活性所需的關(guān)鍵組分；2)控制和/或維持地下環(huán)境(如化學(xué)、溫度、鹽度和壓力)；微生物生態(tài)學(xué)為了刺激和/或維持石油降解和甲烷產(chǎn)生的商業(yè)速率并降低甲烷降解的速率，測定了地下環(huán)境和小型生物群的基本組分。油貯層中活躍的基本系統(tǒng)示于圖1。為加速甲烷產(chǎn)生，有必要加速互養(yǎng)生物和產(chǎn)甲烷菌的活性而降低甲烷營養(yǎng)活性。
為將石油轉(zhuǎn)化成甲烷，地層的土著微生物聚生體可以包含與下文列出的一種或多種微生物具有相似遺傳特征的石油降解微生物。如果存在降解碳?xì)浠衔锏蔫F還原、硝酸鹽還原(包括但不僅限于脫氮菌)、硫酸鹽還原細(xì)菌和/或古細(xì)菌，則應(yīng)該采取特定的步驟抑制其活性，否則碳?xì)浠衔飳⒔到獬啥趸己退恍纬杉淄?。此外，所鑒定的好氧碳?xì)浠衔锝到馍锊惶赡苁堑貙油林?。然而，它們對石油碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成甲烷的過程也是有害的。除非提供大量氧氣，否則這些生物最可能是失活的。將石油中的復(fù)雜有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成可被產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化成甲烷的底物的潛在互養(yǎng)生物包括與以下相關(guān)的生物互營桿菌屬(Syntrophobacter spp.)、Syntrophusspp.、共養(yǎng)單胞菌屬(Syntrophomonas spp.)、熱厭氧桿菌屬(Thermoanaerobacter)及其親緣生物、棲熱袍菌屬(Thermotoga)、熱厭氧桿菌屬(Thermoanaerobacterium)、閃爍桿菌屬(Fervidobacterium)、棲熱腔菌屬(Thermosipho)、鹽厭氧菌屬(Haloanaerobium)、厭氧醋菌屬(Acetoanaerobium)、Anaerobaculum、Geotoga、Petrotoga、熱球菌屬(Thermococcus)、熱球菌屬(Pyrococcus)、梭菌屬(Clostridium)及其親緣生物，還必須包括以下一個(gè)或多個(gè)目的產(chǎn)甲烷古細(xì)菌以將降解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成甲烷甲烷桿菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八疊球菌目(Methanosarcinales)及其親緣生物、甲烷火菌目(Methanopyrales)和甲烷球菌目(Methanococcales)。
可能引起較低甲烷產(chǎn)量的生物也可能存在于地層中，并且必須被鑒定。它們主要是厭氧甲烷氧化古細(xì)菌。它們尚未在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)，稱為ANME-1和ANME-2，它們與甲烷八疊球菌目相關(guān)但并不相同。除了這兩個(gè)主要的甲烷氧化古細(xì)菌組以外，可能存在其他組。如果存在，必須控制這些生物的活性以防止甲烷產(chǎn)生的降低。
對地下生態(tài)學(xué)的了解使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以推定能刺激地下活性的可能添加劑。添加劑可包括(以適于分布在整個(gè)地層的形式)但不僅限于·不加速競爭過程(如硝酸鹽或硫酸鹽還原)的含有氮和磷的主要營養(yǎng)物，非限制性實(shí)例可包括通過注水加入的Na2HPO4、K2HPO4、NH4Cl或加入氨氣(NH3)或揮發(fā)磷(PH3、CH3-PH2)化合物，它們能迅速分散至氣頂，便于使?fàn)I養(yǎng)物非常迅速的分散到大面積的油田中。磷酸鹽可能在地層中化學(xué)沉淀，因此反應(yīng)性較低的磷形式如多磷酸鹽和五氧化二磷可能是更合適的添加劑；NaNO3、KNO3、NH4NO3會加速產(chǎn)甲烷聚生體的互養(yǎng)組分。然而，產(chǎn)甲烷菌只使用銨離子作為氮源，加入硝酸鹽會刺激硝酸鹽還原細(xì)菌，它們可通過更有效的競爭電子供體來抑制產(chǎn)甲烷作用。因此加入氮和磷的正確形式以避免意外刺激會抑制產(chǎn)甲烷作用的過程是至關(guān)重要的。
·維生素(非限制性實(shí)例可包括氰鈷胺素(維生素B12)、葉酸、抗壞血酸和核黃素)；·微量元素(非限制性實(shí)例可包括B、Zn、Cu、Co、Mg、Mn、Fe、Mo、W、Ni和Se)；·用于環(huán)境控制的緩沖劑；·不同鹽度和pH值或含有絡(luò)合劑(如有機(jī)酸，如草酸、EDTA或其他多齒配位體有機(jī)化合物(包括但不僅限于羥基酸))的水以促進(jìn)礦物溶解和從長石、粘土或其他硅酸鹽和碳酸鹽中釋放天然營養(yǎng)物(包括但不僅限于鉀、銨或磷酸根離子)。US 6,543,535建議可以加入天然的和人工電子受體(非限制性實(shí)例可包括SO42-、NO32-、Fe+3、腐殖酸、礦物氧化物、醌化合物、CO2、O2及其組合)以刺激微生物活性。盡管這些改良劑可刺激微生物活性，但除了CO2以外其他全部都不利于從石油產(chǎn)生甲烷，如果要實(shí)現(xiàn)從石油到甲烷的轉(zhuǎn)化則不應(yīng)使用這些改良劑。所有這些電子受體都會刺激與產(chǎn)甲烷菌競爭電子供體的生物。
可以使用添加劑加速甲烷產(chǎn)生。例如，如果已知鈷或鎳能刺激最匹配的產(chǎn)甲烷微生物的生長，并且如果鈷或鎳在地層中僅以不易利用形式以有限濃度存在，則在地層中加入易利用可溶形式的這些限制組分也刺激未表征的產(chǎn)甲烷菌。
可以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)生態(tài)系、培養(yǎng)物或原位試驗(yàn)位置使用土著微生物測定其促進(jìn)石油快速降解和產(chǎn)甲烷作用的效率來測試并優(yōu)化合適的刺激劑。然而，選擇的任何刺激劑也將不提高任何甲烷營養(yǎng)或硝酸鹽、鐵或硫酸鹽還原微生物的活性速率，所述微生物通過競爭共同的電子供體抑制產(chǎn)甲烷作用。如果刺激了這些生物，則必須獨(dú)立地阻斷其活性。
使用具有多種pH、鹽度、微量金屬的一系列營養(yǎng)培養(yǎng)基在營養(yǎng)物中培養(yǎng)土著微生物聚生體，以尋找支持與產(chǎn)甲烷作用連接的高速率石油降解和低速率的甲烷降解的條件。這些實(shí)驗(yàn)生態(tài)系和培養(yǎng)物研究一般涉及若干循環(huán)的刺激劑加入和刺激劑組合以及多種環(huán)境條件(如鹽度、溫度、pH，見下文)。由于在給定地層中發(fā)現(xiàn)的土著微生物以及地層流體和地層巖石化學(xué)一般是該地層獨(dú)特的，因此促進(jìn)土著微生物生長的條件在石油聚集之間可能不同，并且在石油聚集的位置之間可能不同。在石油聚集部分中有利于微生物生長的條件可能對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細(xì)菌以使提取過程中的甲烷損失最小化可能是必要的，所述甲烷氧化古細(xì)菌存在于從甲烷產(chǎn)生位置移出的位置。
發(fā)明人已經(jīng)得出結(jié)論，深地下油貯層環(huán)境中的碳?xì)浠衔锝到饨?jīng)常受到磷、鉀或氮的限制。在關(guān)鍵研究中，Bennett及其同事(概述于Bennett等，2001；Rogers和Bennett，2004及其參考文獻(xiàn))已經(jīng)證明了被石油污染的含水層的地質(zhì)微生物學(xué)、礦物變更和地下水化學(xué)之間的密切關(guān)系。生物活性擾亂一般地下水化學(xué)并因此擾亂礦物質(zhì)-水平衡，在微尺度下，附著的生物局部擾亂礦物質(zhì)-水平衡，釋放限制性營養(yǎng)物。在油污染的含水層中，已經(jīng)顯示在污染煙流的缺氧區(qū)中長石風(fēng)化排他性地接近附著的微生物，并且土著細(xì)菌在含有鉀或痕量磷的長石上建群。許多油貯層和覆蓋沉積物的油藏中的大多數(shù)磷都在長石中，已經(jīng)提出一些油藏(如北海的Gullfaks油田)中天然長石的解與其相關(guān)油的生物降解相關(guān)(Ehrenberg和Jacobsen，2001)。油的磷含量很低(約1ppm或低得多)，而砂巖油藏或覆蓋頁巖的油藏的磷含量高得多(高至1000ppm或更高的氧化物當(dāng)量)。因此磷一般以低水溶性的礦物相存在。事實(shí)上，發(fā)明人相信，不希望被理論束縛，許多情況下油藏或覆蓋油藏的頁巖中來自礦物溶解的限制性營養(yǎng)物的供應(yīng)可能是地下石油生物降解的限速步驟。在注入水中加入可溶形式的磷——磷酸鹽或通過改變pH、鹽度或加入絡(luò)合劑(包括有機(jī)酸或多齒有機(jī)螯合劑)改變油藏水化學(xué)可用于釋放可用的磷或鉀，以加速石油生物降解。磷酸銨或磷酸銨鉀可同時(shí)加入必需的氮和磷以及鉀。
本發(fā)明人已經(jīng)確定地層水中的銨離子(NH4+)濃度對產(chǎn)甲烷作用速率也是關(guān)鍵性的。油貯層中銨離子的天然濃度范圍從幾ppm上至約500ppm，但一般在數(shù)十ppm左右(Manning和Hutcheon，2004)。相反，在近表面缺氧環(huán)境(如垃圾場)中，銨離子濃度范圍高達(dá)1000ppm以上。以銨離子形式提供的氮將加速產(chǎn)甲烷作用，而如果以硝酸鹽提供，則競爭性硝酸鹽異化還原會消除或降低甲烷產(chǎn)生。
在砂巖油藏中，在石油陷入砂巖孔隙系統(tǒng)的油藏中，本發(fā)明人已經(jīng)確定營養(yǎng)物(如磷)的濃度限制了油生物降解的總體速率，從而限制了產(chǎn)甲烷的速率?？梢酝ㄟ^加入外源磷或通過從油藏基質(zhì)釋放磷來提供磷濃度，其中通過修飾油藏水的特征以使油藏中的含磷礦物如粘土或長石溶解釋放其中的磷來實(shí)現(xiàn)所述磷的釋放。例如注入新鮮的低鹽度水或酸性水可輔助長石溶解，釋放營養(yǎng)物。加入有機(jī)酸如草酸、EDTA、檸檬酸或其他多配位體螯合劑(包括羥基化酸和其他多功能螯合劑)可促進(jìn)礦物溶解并從油藏礦物中釋放天然磷和其他必需營養(yǎng)物。這些處理可以刺激所有存在的微生物，而不僅是將石油轉(zhuǎn)化成甲烷所需要的微生物。為阻止與產(chǎn)甲烷菌競爭電子供體的微生物的活性，可能需要某些改良以抑制其活性。它們可包括(但不僅限于)抑制硫酸鹽還原細(xì)菌的鉬酸鈉(或其他六價(jià)陽離子)和抑制硝酸鹽還原細(xì)菌的氯酸鈉。甲烷氧化古細(xì)菌不太可能在產(chǎn)甲烷作用位置活躍，但如果在地層的其他區(qū)域存在，則應(yīng)該對其進(jìn)行抑制。由于已知的厭氧甲烷氧化抑制劑(如溴代乙磺酸)也可以抑制產(chǎn)甲烷菌，因此這些古細(xì)菌組可能在空間上分開這個(gè)事實(shí)非常重要。此外，甲烷氧化古細(xì)菌經(jīng)常與硫酸鹽還原細(xì)菌密切結(jié)合存在，所述硫酸鹽還原細(xì)菌消耗厭氧甲烷氧化的產(chǎn)物，驅(qū)動甲烷氧化的完成。這使得可以用硫酸鹽還原的抑制劑(如鉬酸鈉)抑制厭氧甲烷氧化作用。
地層條件含油地層的環(huán)境條件可能不利于適當(dāng)?shù)耐林⑸锏姆N群繁盛?？赡苄枰碳みm當(dāng)?shù)奈⑸锸蛊涓呋钚?。通過修飾地層環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)來實(shí)施這種刺激。例如，高鹽度環(huán)境可以大幅降低石油降解的速率。引入低鹽度水可以刺激降解和產(chǎn)甲烷活性。
同樣，可以改變環(huán)境以減緩甲烷降解的速率。在理想的情況下，提高石油降解或產(chǎn)甲烷速率所需的改變可同時(shí)降低甲烷降解的速率。
可以在適于微生物生命或可修飾以適于微生物生命的含油地層中實(shí)踐本發(fā)明。一般的，地層流體溫度低于約130℃，壓力低于約10000psig(6895kPa)、地下pH在約3至10之間，鹽濃度低于約300000ppm。低于80℃或可冷卻至低于80℃的油藏是用于處理的最佳油藏。發(fā)明人已經(jīng)表明在溫度高于80℃的油藏或地球化學(xué)和地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)表明曾經(jīng)被加熱至高于80℃的油藏中土著微生物不太可能有活性(Wilhelms等，2001)。在這些條件下注入外源的產(chǎn)甲烷聚生體將是必要的。
與提供最佳石油降解和產(chǎn)甲烷條件相關(guān)的主要地層環(huán)境參數(shù)包括但不僅限于溫度、鹽度、pH、堿度、有機(jī)酸濃度、營養(yǎng)物、維生素、微量元素、末端電子受體的可用性(高水平會抑制甲烷產(chǎn)生)和(抑制競爭性微生物活性的)有毒物質(zhì)。一種或多種這些參數(shù)可能需要調(diào)整或維持在特定范圍內(nèi)，以起始或保持甲烷產(chǎn)生的商業(yè)速率。
促進(jìn)地層中微生物聚生體生長的環(huán)境條件必然涉及許多因素，包括(但不僅限制本發(fā)明的范圍)單獨(dú)或組合的以下因素·地層溫度以及地層中pH、Eh、礦物學(xué)、鹽度和CO2、O2和H2濃度的變化；和·產(chǎn)生、移動和/或維持不同石油降解微生物種群之間和/或微生物產(chǎn)甲烷區(qū)之間的水油界面。
修飾地層環(huán)境(加入刺激劑、抑制劑和/或改變環(huán)境因子)單獨(dú)或組合加入刺激劑、抑制劑或改變環(huán)境因子在本說明書中稱為微生物生長“修飾劑”。適于特定應(yīng)用的具體修飾劑或修飾劑組合取決于待修飾的微生物聚生體和地層環(huán)境條件。由于土著微生物一般處于營養(yǎng)物缺乏狀態(tài)，一種刺激策略一般包括加入營養(yǎng)物。然而，由于刺激甲烷產(chǎn)生也可能刺激甲烷降解，因此修飾劑包將通常含有甲烷降解活性的抑制劑(見上文說明)。確定修飾劑包之后，可以持續(xù)地改變地層環(huán)境，或者在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段后中斷以允許微生物種群發(fā)生變化，這取決于對生產(chǎn)油藏環(huán)境分析的評估。
如上文所提到的，在沒有土著微生物活性的油田中，加入外源微生物將是必要的。這些也稱為術(shù)語“修飾劑”。
注入方法對于涉及將材料注入地層的生長或活性修飾劑，可以將材料加入流體流中，例如以最便利的方法注入地層的水溶液或氣體(如CO2)或溶劑或聚合物，本發(fā)明不受限于引入刺激劑的任何具體方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明經(jīng)常還涉及在注水方案中加入刺激劑包。為簡化以下討論，上文鑒定的注入載體指水。
可以將微生物刺激劑或油藏處理加入水中，通過一個(gè)或多個(gè)注入井注入地層并用泵抽使其流向一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井。經(jīng)常對地下油層注水以提供附加壓力以輔助油回收。微生物刺激劑優(yōu)選作為注水注入方案的部分注入井中。
引入地層的水量和水中含有的微生物修飾劑的量取決于所需的結(jié)果。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠基于此說明書的教導(dǎo)確定提供甲烷產(chǎn)生所需的量。
可以一起或在分開的注入步驟中注入多種修飾劑。例如，可以在帶有一種修飾劑的水導(dǎo)管(slug)或庫(bank)后接著進(jìn)行帶有第二種修飾劑的水導(dǎo)管或庫。另一實(shí)例可以包括注入水庫后的氣體注入步驟。此外可以在一個(gè)位置注入刺激劑以增強(qiáng)產(chǎn)甲烷，而在一些情況下可以在氣體提取流途徑的不同位置注入抑制劑以阻止有害過程如甲烷氧化。在降解油柱以下注入氣體可以促進(jìn)水和營養(yǎng)物循環(huán)至微生物，還可以允許注入可迅速分散到油藏環(huán)境中任何氣相的揮發(fā)性微生物可用的營養(yǎng)物。
分層油藏生物反應(yīng)器是最適于實(shí)現(xiàn)甲烷產(chǎn)生和便于移去甲烷的。在這樣的油藏生物反應(yīng)器中，生物降解油柱和/或殘油區(qū)可以垂直分段，并可以例如按以下方式控制環(huán)境(a)對降解油或注入的反應(yīng)性有機(jī)底物的下層區(qū)進(jìn)行環(huán)境修飾以產(chǎn)生大量游離氣體——通常為甲烷和二氧化碳。
(b)對降解油或注入的反應(yīng)性有機(jī)底物的上層區(qū)進(jìn)行環(huán)境修飾以產(chǎn)生大量游離甲烷。
(c)來自下層的游離氣體利用浮力向上移動通過分層生物反應(yīng)器，游離甲烷或水或油溶液中的甲烷分配到移動的氣相中被帶至氣頂用于生產(chǎn)。
還可以通過注入來自井的氣體或待沖洗區(qū)以下的生物降解油藏層中產(chǎn)生氣體來進(jìn)行降解油柱的氣體沖洗或噴射?？梢栽诮到庥椭韵伦⑷霘庀?甲烷、二氧化碳和空氣)。使用甲烷和二氧化碳可以發(fā)生簡單分配并移出作為游離氣相的甲烷。使用空氣時(shí)，柱底部有機(jī)物質(zhì)的需氧降解可促進(jìn)壓力產(chǎn)生和促進(jìn)大體積的氣體(二氧化碳)升高至發(fā)生甲烷產(chǎn)生的厭氧區(qū)。
降解油或殘油區(qū)的氣體噴射或沖洗還可促進(jìn)作為夾帶的水溶性營養(yǎng)物或通過揮發(fā)性氣體運(yùn)輸?shù)臓I養(yǎng)物引入營養(yǎng)物。這是使氮、磷和其他營養(yǎng)物到達(dá)甲烷產(chǎn)生區(qū)的非常迅速的方式。
氣體噴射或沖洗的油藏或無氣體噴射操作的油藏理想地具有最初油水接觸點(diǎn)(owc)以下的注入井以將營養(yǎng)物、抑制劑和代謝修飾劑注入水中，隨著產(chǎn)生的進(jìn)行，水將向上移動進(jìn)入降解油帶。
可以通過將反應(yīng)性液體有機(jī)物質(zhì)注入生物降解石油柱之內(nèi)或以下來促進(jìn)加速產(chǎn)甲烷作用、營養(yǎng)物供應(yīng)、有機(jī)物質(zhì)降解微生物的注入和氣體(甲烷和二氧化碳)產(chǎn)生。有機(jī)物質(zhì)可以來自污水、廢水、生物量(如廢液)和工業(yè)化學(xué)廢物和農(nóng)業(yè)廢物等等。可以作為正常油藏壓力維持程序的一部分將這些物質(zhì)注入活躍降解的石油柱或注入需要感染有機(jī)物質(zhì)降解生物的無菌油貯層。
為加速用于氣體產(chǎn)生(以二氧化碳的形式)和壓力產(chǎn)生的反應(yīng)性有機(jī)物質(zhì)(如污水)降解，NaNO3、KNO3、NH4NO3將是合適的添加劑，然而，如果需要從這些易于降解的有機(jī)底物產(chǎn)生甲烷，則需要避免這些添加劑。
生物降解界面的產(chǎn)生/維持地層中的微生物傾向于在環(huán)境邊界(如發(fā)酵區(qū)和產(chǎn)甲烷區(qū)之間)處最具活性。因此，可以通過增加作為環(huán)境界面的這些邊界的數(shù)目來提高地層中微生物的活性。US 6543535主張?jiān)黾迎h(huán)境界面數(shù)的一種方法是修飾水流注入速率。第二種方法是交替或改變注入地層的修飾劑，以事實(shí)上產(chǎn)生移動的環(huán)境前線。第三種方法涉及通過在地層中形成石油-水乳液或通過改變粘土化學(xué)來形成小規(guī)模環(huán)境界面。本發(fā)明人認(rèn)為非?？尚械牡谒姆N方法依賴于對油田幾何學(xué)的知識?？杉庸び糜诋a(chǎn)甲烷的最佳油田是已經(jīng)存在的天然水油界面很大的油田。它們包括具有隨著地質(zhì)時(shí)間天然產(chǎn)生或通過初級或增強(qiáng)回收過程產(chǎn)生的殘油柱的任何油田。
以甲烷回收油的最佳油田是在可產(chǎn)出油柱以下具有大殘油柱的油田。油田灌注中的通常方法是通過油田傾斜移動油柱、通過密封使油漏出、在生物降解過程中天然消耗油、油柱向上移動而使殘油帶留下大的水/油界面面積發(fā)明人已經(jīng)確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)經(jīng)常具有厚的天然殘油帶，其具有可理想地通過微生物活性加工成甲烷的高水飽和度(Horstad和Larter，1997；Larter等1999)(圖3)。
圖3顯示油田產(chǎn)生甲烷并以甲烷回收殘油和可生產(chǎn)油的理想構(gòu)造。圖中顯示油產(chǎn)量是北海(Troll油田，Horstad和Larter，1997)中大油氣田深度的函數(shù)。來自氣頂?shù)臍怏w產(chǎn)生可回收部分來自油柱和殘油帶中油向甲烷的微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣。隨著油從油柱中產(chǎn)生，水向上移動至殘油帶和油柱，通過增加油/水表面積和在油柱下加入營養(yǎng)物、代謝修飾劑或生物來促進(jìn)產(chǎn)甲烷和以甲烷回收油。
由于油柱生產(chǎn)留下殘油區(qū)，因此還可以通過正常回收方法產(chǎn)生這些高界面面積區(qū)。這些分散的油區(qū)對于促進(jìn)微生物活性是理想的，因?yàn)樗?油界面很大，從而促進(jìn)營養(yǎng)物、代謝修飾劑或生物容易地運(yùn)輸?shù)接椭械姆磻?yīng)位置。
改變環(huán)境條件可以通過在地層中注入材料實(shí)現(xiàn)改變環(huán)境條件以促進(jìn)地層中微生物聚生體的生長?？梢愿淖兊沫h(huán)境因子包括地層溫度、pH、Eh和鹽度和CO2、O2和H2以及其他電子供體和受體的濃度。如上文所討論的，環(huán)境改變最有可能的方法是注入流體(如水、溶劑和聚合物)或氣體作為二級或三級回收方法的一部分。
注入井的理想位置是當(dāng)前油水接觸點(diǎn)或殘油區(qū)以下，它們在正常油生產(chǎn)或油生物降解的消耗過程中向上移動，使得油區(qū)向上移動，促進(jìn)水移動通過任何剩余的殘油。這使得修飾物質(zhì)和生物可以向上分散進(jìn)入剩余的油中，便于提高降解速率和甲烷產(chǎn)生。
作為改變環(huán)境條件的實(shí)例，油層水經(jīng)常含有低濃度的土著磷酸鹽離子，發(fā)明人認(rèn)為它是多數(shù)生物降解油藏中的速率控制營養(yǎng)物。注入極低鹽度或pH與地層pH不同的水或含有有機(jī)酸(如草酸或檸檬酸)或其他絡(luò)合劑的水可輔助從礦物(如長石或粘土)中溶解和釋放關(guān)鍵營養(yǎng)物如磷、氮、鉀、鈷或鎳?；蛘呖梢砸粤姿猁}、多磷酸鹽或五氧化二磷加入磷，以銨離子或尿素加入氮，以水溶性鹽加入鉀、鈷或鎳。
過程的監(jiān)控在刺激從石油到甲烷的微生物轉(zhuǎn)化和抑制甲烷的微生物降解的注射過程中，優(yōu)選監(jiān)控地層條件和微生物動力學(xué)(生態(tài)學(xué))。可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)這種監(jiān)控。正常情況下通過與地層連通的一個(gè)或多個(gè)井從地層中獲得流體(如油、氣和水)樣品。分析樣品以確定流體中微生物的濃度和類型以及流體中修飾劑和微生物產(chǎn)物的濃度。還可以進(jìn)行其他地球化學(xué)分析以評估刺激劑對地層環(huán)境的有效性并確認(rèn)目的待注入組分與地下流體和固體的化學(xué)相容性。如果基于此地球化學(xué)監(jiān)控，修飾劑對地層的效應(yīng)在所需范圍之外，則可以調(diào)整水流中修飾劑的濃度以將修飾劑濃度恢復(fù)到可接受的范圍內(nèi)。
生產(chǎn)可以通過任何合適的氣體產(chǎn)生技術(shù)回收通過微生物活性產(chǎn)生的甲烷，包括已經(jīng)置于油田中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。所述方法不以任何方式受到二級或三級油回收的限制。如果發(fā)現(xiàn)注水是可行的，則可以在二級油回收中、在二級回收結(jié)束時(shí)或在油田生產(chǎn)開始時(shí)與水注入同時(shí)使用該方法。將刺激劑包引入地層中之后，可以關(guān)閉地層足夠的時(shí)間段以允許微生物產(chǎn)生甲烷或者自始至終維持產(chǎn)生。甲烷可以在氣帶或氣頂、覆蓋油帶的游離氣相中累積或者在原始石油相中作為提高的甲烷濃度累積?？梢酝ㄟ^與氣帶或氣頂連通的常規(guī)氣生產(chǎn)井抽出這些氣。在其他地層中，氣可以作為產(chǎn)出油和水中夾帶的產(chǎn)物而產(chǎn)生。在其他地層中，可以通過先前用于從該地層中生產(chǎn)液體石油的井的不同區(qū)域產(chǎn)生氣。為增強(qiáng)微生物氣從不可回收油中外溶(釋放)和其后的氣產(chǎn)生，通過水井生產(chǎn)或通過隨石油從油藏中生產(chǎn)的天然壓力消耗降低總體地層壓力可能是有利的。本發(fā)明不受限于回收甲烷或任何伴隨油、氣或濃縮物所使用的技術(shù)。
生物降解油藏允許新形式的氣回收。上文討論了分層油藏生物反應(yīng)器。
盡管可以將微生物注入油藏地層，但仍優(yōu)選地層中天然存在的微生物，因?yàn)橐阎鼈兡軌蛟诘貙迎h(huán)境中存活并繁盛。事實(shí)上發(fā)明人認(rèn)為最適于以甲烷回收石油的油田是當(dāng)前存在活躍生物降解的油田。然而，本發(fā)明不僅限于使用土著微生物。可以通過已知的注入技術(shù)在實(shí)行本發(fā)明方法之前、其中或之后將適于在地層中生長的外源微生物引入地層。
以下油田實(shí)施例闡明了本發(fā)明具體的實(shí)際實(shí)施方案。
假想實(shí)施方案參考圖4做出，圖4圖解了油田中的水平生產(chǎn)或注入井5，所述油田具有移動的可生產(chǎn)油柱2及其下方的殘油帶3。水柱(water leg)位于油柱下面。可生產(chǎn)氣頂1覆蓋油柱2。油藏顯示了活躍的土著微生物的指示(如甲烷中的同位素輕碳、二氧化碳中的同位素重碳、油或水柱的組成梯度、特定微生物的檢測)。水平注入井6在石油聚集的下方。最初從上層生產(chǎn)井5發(fā)生油生產(chǎn)，使水向上移動通過油柱2下方的殘油帶3。為通過加速土著微生物來促進(jìn)油柱2和殘油帶3中的甲烷產(chǎn)生，可以將含有一種或多種刺激劑或不利過程抑制劑的水通過上層井5周期性注入或通過下層注入井6注入水柱4或殘油帶3。
由于地下微生物提高孔隙中的油向甲烷的轉(zhuǎn)化，因此流體相(水和油)中的氫濃度增加(未顯示)。最終甲烷濃度可以超過流體中的飽和水平并形成甲烷氣泡。產(chǎn)生的甲烷移動至地層頂部加入生產(chǎn)井7下方的現(xiàn)有氣頂1，或者在油生產(chǎn)井5中產(chǎn)出的油中以溶解氣流動。例如，甲烷可以溶于移動油帶的油中或者溶于產(chǎn)出的水中。甲烷還可以以分開的氣相隨產(chǎn)出油和水流動。在生產(chǎn)井與產(chǎn)出油和水一起回收甲烷。隨著油氣的生產(chǎn)，含有任何注入的刺激劑或抑制劑的水升高通過殘油帶，進(jìn)一步促進(jìn)油向甲烷的轉(zhuǎn)化。將流體有機(jī)廢物(如污水)注入石油柱下方的注入井或者注入殘留的油區(qū)可以引入微生物、營養(yǎng)物和反應(yīng)性有機(jī)物質(zhì)，它們可以產(chǎn)生大量氣體(甲烷和二氧化碳)、提高地層壓力而改善油回收并產(chǎn)生氣泡，氣泡可以輔助水移動通過油區(qū)從而轉(zhuǎn)運(yùn)營養(yǎng)物并幫助運(yùn)輸甲烷通過氣頂或油柱，從而可以在常規(guī)生產(chǎn)井中生產(chǎn)甲烷。溶解在油中的氣體會降低其粘度，它和壓力的提高一起促進(jìn)除了甲烷產(chǎn)生以外的油回收。
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附錄1ATS10CGCTCATTAACATGTGGACAATCTACCCTTGGGTAGGGGATAACCTTGGGAAACTGAGGATAAAACCCTATAGGCATAGAATGCTGGAATGCTTCTATGTTAAAAGGCAACGCCCAAGGATGAGTCTGCAACCTATTAGGCTGTAGCAGGTGTAATGCACTTGTTAACCTATGATGGGTACGGGCCATGAAAGTGGTTGCCCGGAGATGGACTCTGAGACATGAGTCCAGGCCCTACGGGGCGCAGCAGGCGCGAAAACTTCGCAATGTGCGCAAGCACGACGGGGGAATCCTAAGTGCCTATGCTTTGCATAGGCTGTTCTCCTGTCTAAAAAATAGGGGAAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTGCCAGCCGCCGCGGTAATACCCGCAGCCCAAGTGGTGATCGTTATTATTGGGTCTAAAACGTCCGTAGCTGGTTTGGTAAATTCCTGGGTAAATCGAGCTGCCTAACAGTTCGAATTCTGGGGAGACTGCCAGACTTGGGACCGGGAGGAGTCAGAAGTACTTTCGGGGTAGGGGTAAAATCCTGCAATCCTGAAAGGACTATCAGCGGCGAAGGCGTCTGACCAGAACGGATCCGACAGTAAGGGACGAAGCCCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTAGGCTTGGTGCTGGGGGTTCTACGAGGACACACAGTGCCGGAGAGAAGTTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACGGTCGCAAGACTGAAACTTAAAGGAATTGGCGGGGGAGCACCGCAACGGGTGGAGCGTGCGGTTTAATTGGATTCAACGCCGGAAAACTCACCGGGAGCGACGGTTACATGAAGGCCAGGCTAATS29aCACGTGGACAATCTACCCTTCGGTGGGGGATAATCTTGGGAAACTGAGAATAATACCCCATAGGCCTAGGATGCTGGAATGCTTCTAAGCTGAAAGTTCCGACGCCGAAGGATGAGTCTGCGGCCTATCAGGTTGTAGCAAGTGTAATGCACTTGTTAGCCTACAACGGGTACGGGCCATGAGAGTGGTTGCCCGGAGATGGACTCTGAGACATGAGTCCAGGCCCTACGGGGCGCAGCAGGCGCGAAAACTTCGCAATGTGCGCAAGCACGACGAGGGAATCCTAAGTGCCTATGCTTTGCATAGGCTGTTCTCCTGTCTAAAAAACAGGGGGAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTGCCAGCCGCCGCGGTAATACCCGCAGCCCAAGTGGTGATCGTTATTATTGGGTTTAAAATGTCCGTAGCTGGTCTAGTAAATTCCTGGGTAAATCGAATTGCTTAACAATTCGAATTCCGGGTAGACTGCTAGACTTGGGACCGGAAGAAGTCAGAAGTACTTCTGGGGTAGGGGTAAAATCCTGTAATCCTGGAGGGACTATCAATGGCGAAATTTCGGAAGCAAATCTTcCTCATTTATCGTTGCTTCCGCAACGCTAAGGCGTCTGACTAGAACGGATCCGACAGTAAGGGACGAAGCCCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTAGGCTTGGTGTTGGGGGTCCTATGAGGACATCCAGTGCCGGAGAGAAATTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACGGTCGCAGGACTGAAACTTAAAGGAATTGGCGGGGGAGCACCGCAACGGGTGGAGCGTGCGGTTTAATTGGATTCAACGCCGGAAACCTCACCGGGGGCGACGGTTATATGAAGATS29CCATGTGGACAATCTACCCTTGGGTAGGGGATAACCTTGGGAAACTGAGGATAAAACCCTATAGGCATAGAATGCTGGAATGCTTCTATGTTAAAAGGCAACGCCCAAGGATGAGTCTGCAACCTATTAGGCTGTAGCAAGTGTAATGCACTTGTTAACCTATGATGGGTACGGGCCATGAAAGTGGTTGCCCGGAGGTGGACTCTGAGACATGAGTCCAGGCCCTACGGGGCGCAGCAGGCGCGAAAACTTCGCAATGTGCGCAAGCACGACGAGGGAATCCTAAGTGCCTATGCTTTGCATAGGCTGTTCTCCTGTCTAAAAAATAGGGGAAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTGCCAGCCGCCGCGGTAATACCCGCAGCCCAAGTGGTGATCGTTATTATTGGGTCTAAAACGTCCGTAGCTGGTTTGGTAAATTCCTGGGTAAATCGAGCTGCCTAACAGTTCGAATTCTGGGGAGACTGCCAGACTTGGGACCGGGAGGAGTCAGAAGTACTTTCGGGGTAGGGGTAAAATCCTGTAATCCTGAAAGGACTATCAGCGGCGAAGGCGTCTGACCAGAACGGATCCGACAGTAAGGGACGAAGCCCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTAGGCTTGGTGCTGGGGGTTCTACGAGGACACACAGTGCCGGAGAGAAGTTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACGGTCGCAAGACTGAAACCTAAAGGAATTGGCGGGGGAGCACCGCAACGGGTGGAGCGTGCGGTTTAATTGGATTCAACGCCGGAAAACTCACCGGGAGCGACGGTTACATGAAGATS13BTCTGAGTGCCTCCTAAGGAGGCTGTTCAGATGTTTAAAAAGCATCTGGAGGAAGGGCTGGGCAAGACCGGTGCCAGCCGCCGCGGTAACACCGGCAGCCCAAGTGGTAGTCCTGCTTACTGGGTCTAAAGCGTCCGTAGCCGGCCGGGTAAGTTCCTTGGGAAATTTGATCGCTTAACGATCAAGCTACCTGGGAATACTACTTGGCTTGGGACCGGGAGAGGTCAGAGGTACTTCAAGGGTAGGGGTGAAATCCGTTAATCCTTGGGGGACCACCAGTAGCGAAGGCGTCTGATCAGACCGGATCCGACGGTGAGGGACNAAGGCTAGGGGAGCGAAGCGGATTAGATACCCGCGTAGTCCTGGCTGTAAACGATGCGGGCTAGGTATTGGCATTACTGCNAGTGATGCCAGTGCTGAANGGAATCCGTTAAGCCCGCCATCTGGGGAATACGGTCGCAAGGCTGAAACTTAAAGGAATTGNCGGGGGA
ATS17ACCTAAGTGCCTATGCTTTGCATAGGCTGTTCTCCTGTCTAAAAAACAGGGGGAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTGCCAGCCGCCGCGGTAATACCCGCAGCCCAAGTGGTGATCATTATTATTGGGTTTAAAATGTCCGTAGCTGGTCTAGTAAATTCCTGGGTAAATCGAATTGCTTAACAATTCGAATTCCGGGTAGACTGCTAGACTTGGGACCGGAAGAGGTCAGAAGTACTTCTGGGGTAGGGGTAAAATCCTGTAATCCTGGAGGGACTATCAGTGGCGAAATTTCGGAAGCAAATCTTCCTCATTTATCGTTGCTTCCGCAACGCTAAGGCGTCTGACTAGAACGGATCCGACAGTAAGGGACGAAGCCCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTAAGCTTGGTGTTGGGGGTCCTATGANGACATCCAATGCCGGAGAAAAATTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACNGTCCGCAAGACTGAAACTTAAAGGAATTGGCGGGGGAATS21CCTTAATGCCTATGCTTTTGCATAGGCTGTTCCCCTGTCTAAAAAATANGGGAAGTAAGGGCTGGGTAAGACGGGTGCCANCCGCCGCGGTAATACCCGCAGCCCAAGTGGTGATCGTTATTATTGGGTCTAAAACGTCCGTAGCTGGTCTGGTAAATTCCTGGGTAAATCGAGCTGCCTAACAGTTCGAATTCTGAGGAGACTGCCAGACTTGGGACCGGGAGGAGTCAGAAGTACTTTCGGGGTAGGGGTAAAATCCTGTAATCCTGAAAGGACGATCAGCGGCGAANGCGTCTGACCAGAACGGATCCGACAGTAAGGGACGAAGCCCTGGGGCGCAAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTCCAGGGTGTAAACGCTGTANGCTTGGTGCTGGGAGTTCTACNANGACACCCANTGCCGGANAGAAGTTGTTAAGCCTACTACCTGGGGAGTACGGTCGCAAGACTGAAACTTAAAGGAATTGGCGGGGGAATS23ACTGAAGTGCCTCCTAAGGAGGCTGTTCAGATGTTTAAAAAGCATCTGGAGGAAGGGCTGGGCAAGACCGGTGCCAGCCGCCGCGGTAACACCGGCAGCCCAAGTGGTAGTCATGCTTACTGGGTCTAAAGCGTCCGTAGCCGGCCGGGTAAGTTCCTTGGGAAATTTGATCGCTTAACGATCAAGCTACCTGGGAATACTACTTGGCTTGGGACCGGGAGAGGTCAGAGGTACTTCAAGGGTAGGGGTGAAATCCGTTAATCCTTGGGGGACCACCAGTAGCGAAGGCGTCTGATCAGACCGGATCCGACGGTGAGGGACGAAGGCTANGGGAGCNAAGCGGATTAGATACCCGCGTAGTCCTAGCTGTAAACGATGCGGGCTAGGTATTGGCATTACTGCGAGTGATGCCAGTGCCGAANGGAAGCCGNTAAGCCCGCCATCTGGGGAATACGGTCGCAANGCTTAAACTTAAAGGAATTGGCGGGGGA
權(quán)利要求
1.刺激含油地層中微生物甲烷產(chǎn)生的方法，所述方法包括(a)分析地層中的一種或多種組分以確定地層環(huán)境的特征；(b)檢測地層中包含至少一種產(chǎn)甲烷微生物的微生物聚生體的存在；(c)評估地層微生物當(dāng)前是否具有活性；(d)確定微生物聚生體是否包含一種或多種甲烷營養(yǎng)微生物；(e)表征聚生體中的一種或多種微生物，所述聚生體中至少一個(gè)成員是產(chǎn)甲烷微生物，并將所述聚生體成員與至少一種具有一種或多種已知生理和生態(tài)特征的已知微生物進(jìn)行比較；(f)表征聚生體的一種或多種甲烷營養(yǎng)微生物(如果存在的話)，并將所述聚生體成員與至少一種具有一種或多種已知生理或生態(tài)特征的已知微生物進(jìn)行比較；(g)使用從步驟(a)到(e)中獲得的信息確定通過聚生體中至少一種產(chǎn)甲烷微生物促進(jìn)石油的原位微生物降解并促進(jìn)甲烷的微生物產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境；(h)如果存在甲烷營養(yǎng)微生物，使用從步驟(a)和(f)中獲得的信息來確定降低甲烷被聚生體中至少一種甲烷營養(yǎng)微生物原位微生物降解的生態(tài)環(huán)境；和(i)如果存在甲烷營養(yǎng)微生物，基于步驟(g)和(h)的確定修飾地層環(huán)境，以刺激從石油到甲烷的微生物轉(zhuǎn)化，同時(shí)使不利過程對甲烷的破壞最小化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中檢測厭氧油降解細(xì)菌的步驟是步驟(b)的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其包括鑒定土著微生物活性的產(chǎn)物的嘗試。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中嘗試鑒定的產(chǎn)物包括厭氧碳?xì)浠衔锝到獯x物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其包括鑒定archaeol的嘗試。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的方法，其中步驟(a)中的分析集中于地層中的油-水過渡帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用地球化學(xué)替代物評估地層是否活躍降解。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的方法，其中如果存在甲烷營養(yǎng)微生物，那么使用遺傳表征方法表征步驟(e)和步驟(f)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中遺傳表征方法包括將取樣自微生物的遺傳片段的序列與已知生物的序列進(jìn)行比較。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中來自已知微生物的序列包括附錄1中的序列。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)的方法，其中修飾地層環(huán)境的步驟包括引入選自以下的添加劑(a)主要營養(yǎng)物；(b)維生素；(c)微量元素；(d)緩沖劑；(e)(i)不同鹽度；(ii)不同pH值；(iii)含有絡(luò)合劑的水。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中提高了磷濃度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中提高了銨離子濃度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中提高了鉀濃度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)的方法，其中修飾地層環(huán)境的步驟包括氣體噴射或沖洗。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)的方法，其中修飾地層環(huán)境的步驟包括向地層中注入反應(yīng)性液體有機(jī)物質(zhì)。
全文摘要
刺激含油地層中微生物甲烷產(chǎn)生的方法，所述方法包括(a)分析地層中的一種或多種組分以確定地層環(huán)境的特征；(b)檢測地層中包含至少一種產(chǎn)甲烷微生物的微生物聚生體的存在；(c)評估地層微生物當(dāng)前是否具有活性；(d)確定微生物聚生體是否包含一種或多種甲烷營養(yǎng)微生物；(e)表征聚生體中的一種或多種微生物，所述聚生體中至少一個(gè)成員是產(chǎn)甲烷微生物，并將所述聚生體成員與至少一種具有一種或多種已知生理和生態(tài)特征的已知微生物進(jìn)行比較；(f)表征聚生體的一種或多種甲烷營養(yǎng)微生物(如果存在的話)，并將所述聚生體成員與至少一種具有一種或多種已知生理或生態(tài)特征的已知微生物進(jìn)行比較；(g)使用從步驟(a)到(e)中獲得的信息確定通過聚生體中至少一種產(chǎn)甲烷微生物促進(jìn)石油的原位微生物降解并促進(jìn)甲烷的微生物產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境；(h)如果存在甲烷營養(yǎng)微生物，使用從步驟(a)和(f)中獲得的信息來確定降低甲烷被聚生體中至少一種甲烷營養(yǎng)微生物原位微生物降解的生態(tài)環(huán)境；和(i)如果存在甲烷營養(yǎng)微生物，基于步驟(g)和(h)的確定修飾地層環(huán)境，以刺激從石油到甲烷的微生物轉(zhuǎn)化，同時(shí)使不利過程對甲烷的破壞最小化。
文檔編號E21B43/22GK1988970SQ200580024212
公開日2007年6月27日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者S·R·拉特爾, I·M·海得, D·M·瓊斯, M·埃德曼, A·威廉姆斯 申請人:紐卡斯?fàn)柎髮W(xué), 挪威海德魯公司