本發明涉及co2驅油后期的進一步提高油田采收率和ccus，具體地涉及原油產甲烷的方法。

背景技術：

1、根據國際能源署(iea)研究，2050年全球仍有76×108t碳排放需完全依靠co2利用與埋存等負碳技術實現徹底封存，其中，中國占(5-15)×108t。ccus是指將co2從工業排放源中捕集分離后加以利用的同時，實現co2減排的工業過程。co2作為優良的驅油介質是油藏開發利用的寶貴資源，將co2驅油與ccus結合起來，可實現co2資源化利用，具有社會效益與經濟效益“雙贏”特性。co2驅油后，仍有30-40％的殘余油在地下油藏中難以動用。油藏環境中，普遍存在本源烴降解菌、解乙酸菌、產氫菌、產甲烷菌等微生物，co2埋存地下油藏，給油藏微生物發揮生物地球化學作用提供了重要條件。產甲烷菌可以利用co2和原油產生甲烷。mayumi?et?al.等報道(nature?communication,2013,doi:10.1038/ncomms2998|www.nature.com/naturecommu?nications)，高濃度co2激活解乙酸產甲烷途徑，使得添加co2后產甲烷的速率是不加co2的近兩倍。ma?et?al.等(ibb,2021,https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2017.12.002)報道，將13co2注入后，經油藏微生物作用，46％的甲烷來自注入的，54％的甲烷來自殘余油的降解。tyne?et?al.等(nature，2021,http://doi.org/10.1038/s41586-o21-o4153-3)報道，對于1983年-1986年在美國路易斯安娜洲進行co2-eor的olla油田，經29年后發現，注入油藏的co2中13-19％在微生物作用下轉化為了甲烷。由此可見，利用co2激發了油藏生物地球化學作用再生甲烷。

2、厭氧微生物將co2轉化為甲烷通常以co2、h2、甲酸、乙酸、甲基化合物等小分子作為底物，這些小分子來自于原油的降解形成大分子有機物，再分解為小分子。在室內的大量研究中，為了提高甲烷的產量，延胡索酸作為了主要的激活劑(ji?et?al.,aem,2019,https://doi.org/10.1128/aem.00985-19)。延胡索酸催化作用下促進碳鏈的打開，最后再經過碳骨架重構再生延胡索酸。此外，產甲烷培養基中加入無機鹽培養基、微量元素、維生素(cn?109022495b，cn?114958643?a，cn114958696?a)、零價鐵(cn?108424947?a)、二氧化鈦(cn?107557395?b)等通過補充微生物生長代謝需要的元素、輔酶因子、電子穿梭體，以提高產甲烷的效率。

技術實現思路

1、本技術的申請人研究發現，目前采用的技術都是利用非生物因子促進產甲烷的效率，忽略油藏微生物之前相互作用提高產率的問題，微生物通過種間相互作用的提高效率方式還未有報道。為進一步接近油藏環境微生物相互作用以提高甲烷的產量，有必要進行將外源微生物作用協同本源微生物形成利用co2和原油產甲烷的采油體系研究，生物因子結合非生物因子整體提高co2轉化為甲烷的效率。

2、需要說明的是，本發明中本源微生物指的是研究的油藏區塊(原油取樣區塊)中取樣的微生物；外源微生物指的是非主要研究的油藏區塊的其他油田獲得的微生物，或者是來自其他環境(比如土壤、水圈、海洋、陸地等)的微生物，本發明中種子液指的是具有產生物表面活性物質(例如產脂肽、糖脂類)的孢子懸液。

3、本發明公開一種原油產甲烷的方法，該方法包括：

4、s1.在生物表面活性物質的存在下，使原油采出液樣品中的原油降解，生成包含甲烷的第一產物。

5、為使得通過生物因子提高產甲烷的方法能夠在室內實施，達到室內模擬的目的，在本發明的一些實施例中，s1中，原油采出液樣品中包括：經過飽和地層水、飽和原油、水驅后的巖心；具體地，生物表面活性物質將原油從巖心孔隙中剝離出來，并進行乳化，擴大油水界面，有利于微生物群落在油水界面附近進行生物化學代謝過程，生成第一產物。

6、在本發明的一些實施例中，s1中，0.1-1g/l的生物表面活性物質：原油采出液樣品的體積比為0.1-0.2pv：1pv。

7、在本發明的一些實施例中，本發明的生物表面活性物質包括鼠李糖脂、脂肽、表面活性素、生物乳化劑和海藻糖脂中的一種或多種。

8、在本發明的一些實施例中，s1中，生物表面活性物質來自產表活微生物，產表活微生物包括pseudomonas屬、dietzia屬、thauera屬、acinetobacter屬、gordonia屬、rhodococcus屬和geobacillus屬中的一種或多種菌株。

9、在本發明的一些實施例中，生物表面活性物質的制備方法包括：采用現有技術常規方式培養產表活微生物，例如從原油采出液中分離、純化內源微生物，篩選具有原油乳化能力的菌株，并通過單菌培養基成分的優化提高菌株產生生物表活性物質的能力；或從菌種保藏中心購買具有高產生物表活物質的菌株，例如保藏號cgmcc?no.24711、no.16105、no.24606。

10、本發明通過好氧培養具有降解原油功能的微生物，利用微生物產生的表面活性物質，注入到產甲烷體系中促進原油的降解，以利于群落體系中其他油藏微生物對原油的進一步降解，形成“鏈式反應”，實現產甲烷代謝效率的提高。

11、在本發明的一些實施例中，當s1中甲烷生成量穩定時，進行s2；

12、s2.在生物表面活性物質和定向馴化微生物的存在下，使第一產物進一步降解，并轉化生成甲烷。

13、在本發明的一些實施例中，s2中降解體系中定向馴化微生物的接種量為od600終濃度>0.2。

14、在本發明的一些實施例中，s2中定向馴化微生物包括降解菌、嗜酸菌、發酵菌、互營菌或產甲烷菌中的至少一種。

15、在本發明的一些實施例中，當甲烷生成量的增量為0.01％時，判定為甲烷生成量穩定。

16、在本發明的一些實施例中，采用現有技術制備定向馴化微生物，例如包括：培養液為油水混合液并注入n2，在厭氧條件下，在原油的原位油藏環境的溫度和壓力條件下，加入延胡索酸和nahco3水溶液，將微生物馴化培養形成具有適應油藏溫度、壓力的魯棒性群落，并強化嗜氫產甲烷菌的生成，適應油藏溫度、壓力的魯棒性群落，再注入巖心中與原油中的本源微生物進行相互作用形成協同體系，以實現co2和原油轉化甲烷效率的提高。

17、在本發明的一些實施例中，原油來自水驅或co2驅油后的油藏，優選來自ccus中co2驅油后期的油藏。如此能夠解決地下油藏co2驅油后，通過微生物使co2和原油轉化甲烷的效率問題，本發明能夠利用微生物的物種間相互作用提高殘余油利用率和甲烷的代謝產率。

18、在本發明的一些實施例中，本發明的方法在模擬油藏環境中進行，模擬油藏環境模擬的是原油的原位油藏環境；具體地，模擬油藏環境模擬參數包括：原油的原位油藏的溫度、壓力和多孔介質環境；更優選模擬的油藏環境的溫度為20-70℃，壓力為5-50mpa，多孔介質環境的空氣滲透率大于50md。

19、在本發明的一些實施例中，構建油藏環境的步驟包括：

20、選取巖心，飽和水后放入巖心夾持器1中，在模擬油藏壓力下飽和原油，并在油藏溫度下水驅后，繼續維持≥7天后進行液驅后，形成具有前述油藏環境的原油采出液樣品；

21、其中，液驅的驅替劑為前述產生生物表面活性物質的菌液或代謝產物(可以理解的是，如果是代謝產物，可以在注入口增加0.2μm的濾膜過濾菌體)和馴化定向微生物后的培養液。

22、在本發明的一些實施例中，巖心夾持器包括夾持段11和設置于夾持段11的兩端的固定件12，其中，夾持段11包括內外嵌套的內筒體111和外筒體112，巖心置于內筒體111中，以模擬油藏多孔介質的環境；固定件12用于固定且使得內筒體111和外筒體112間隔設置。

23、在本發明的一些實施例中，內筒體111中位于巖心的兩端安裝有活塞113，活塞113能夠沿內筒體長度方向移動以實現對巖心的壓力控制。

24、在本發明的一些實施例中，固定件12的材料包括耐高壓(50mpa)耐co2腐蝕的鈦合金；如此，區別于采用不銹鋼的傳統材質，避免微生物代謝產生的酸與含鐵物質發生反應，本發明對鈦合金的具體成分無特殊要求，只要能夠耐co2腐蝕、避免與微生物菌液發生反應即可，例如寶雞鈦業品牌、材料編號為tc4(ti-6al-4v?grade?5)的鈦合金，本發明對此不再贅述。

25、為能夠通過掃描呈像系統獲取油、氣、水的賦存狀態和含油飽和度等信息，對原位環境模擬效果進行可視化解析，在本發明的一些實施例中，夾持段11的材料能夠被x射線穿透，優選外筒體112的材料包括聚醚醚酮(peek)，需要說明的是，本發明對外筒體112的材料無特殊要求，只要能夠滿足被x射線穿透即可，例如君華特塑品牌、編號為peek5600cf30(黑色)的聚醚醚酮可用于本發明。

26、在本發明的一些實施例中，內筒體采用橡膠材料，本發明對內筒體的材料橡膠無特殊要求，例如旭隆品牌的ffkm全氟醚橡膠材料(耐高溫可達320℃)可用于本發明，能夠防co2腐蝕內筒體。

27、在本發明的一些實施例中，巖心選自人造巖心或天然巖心，優選美國貝雷巖心。

28、需要說明的是，目前油藏微生物產甲烷的實驗研究主要基于油、水兩相的液體體系中進行，模擬油藏環境條件的研究主要是模擬油藏的溫度和壓力。實際上，地下油藏是具有非均質特性的多孔介質環境，本發明在模擬油藏原位溫壓環境的基礎上，進一步模擬油藏多孔介質的環境。

29、在本發明的一些實施例中，固定件如圖6所示，圖6中左側為頂部固定件的截面圖，右側為底部固定件的截面圖，需要說明的是，固定件包括u形蓋體，該u形蓋體的內壁通過外筒體連接塊115與外筒體的外壁連接；u形蓋體的內頂壁設有向所述夾持段延伸的第一定位塊126和第二定位塊127，其中，第一定位塊126和第二定位塊127可以設置為環形且間隔設置，第一定位塊126卡接在內筒體111和外筒體112之間形成的環隙中，為實現更好地定位效果，第一定位塊的縱截面可以設為由頂壁向所述夾持段漸縮的楔形；第二定位塊127位于所述第一定位塊126圍繞限定的空間中，內筒體111中位于巖心的兩端設置有環形件114，該環形件114圍繞形成與活塞配合的活塞腔，第二定位塊127用于定位環形件114以避免環形件發生沿夾持段軸向的移動且第二定位塊127在夾持段徑向的尺寸要大于環形件114，能夠用于限位活塞113避免活塞超程；其中，如圖4-圖5所示，活塞113的活塞桿向蓋體外延伸且設置為空心，使得活塞桿能夠作為將物料進料至巖心中的第二物料口122或使物料從內筒體出料的第五物料口125，可以通過第二物料口122注入n2形成厭氧環境；u形蓋體上還設置有連通活塞腔的第三物料口123(頂部固定件中為第三物料口123，底部固定件中為第四物料口124)，第三物料口123用于向活塞桿一側的活塞腔(區域1)中通入蒸餾水以推動活塞移動實現區域1對區域2的壓力控制，同時，在巖心夾持器中反應形成甲烷后提高了系統壓力，可以通過區域1的調節維持恒定的油藏壓力，第四物料口124同理。

30、在本發明的一些實施例中，環形件和外筒體連接塊各自設置為鈦環，鈦環的材料可以為前述寶雞鈦業品牌、材料編號為tc4(ti-6al-4v?grade?5)的鈦合金。

31、在本發明的一些實施例中，頂部固定件和或底部固定件的第一定位塊貫穿設置有連通內筒體和外筒體之間環隙的第一物料口121，第一物料口121可以連接圍壓泵以控制巖心夾持器的圍壓。

32、在本發明的一些實施例中，本發明的巖心夾持器的一端的固定件與ct支撐連接件連接，以便于進行x射線掃描，需要說明的是，本發明對ct支撐連接件無特殊要求，可以采用如圖4所示的支撐連接件，只要能夠滿足載物臺在移動掃描的過程中夾持器保持穩定即可。

33、本發明還提供一種微生物作用co2和原油產甲烷的模擬，該系統包括：巖心夾持器、好氧培養罐31、厭氧培養罐21，其中，

34、產表活微生物可以在該好氧培養罐31中培養，該好氧培養罐31中安裝有攪拌裝置32且罐壁上開設有進料口33和出料口34，出料口34通過管道連通巖心夾持器1的第二物料口122。在本發明的一些實施例中，優選出料口34上安裝有菌體過濾件35以將好氧培養罐31中的菌體和菌體代謝產物分離，如圖1所示，菌體過濾件可以為安裝在出料口34上的菌體過濾膜，且出料口34與巖心夾持器1連通的管道上沿物料流向依次設置有抽濾泵、菌體代謝產物容器36和增壓泵。

35、定向馴化微生物在厭氧培養罐21中培養，在厭氧條件下采用現有技術制備定向馴化微生物，形成具有適應油藏溫度、壓力的魯棒性群落，并強化嗜氫產甲烷菌的生成。該厭氧培養罐21安裝有壓力檢測裝置且連接有氣體管線22、培養液管線23和定向馴化微生物出料管線24，定向馴化微生物出料管線24連通巖心夾持器1的第二物料口122。如圖1所示，在本發明的一些實施例中，厭氧培養罐選用耐高溫高壓培養罐，罐中設置有活塞，活塞將厭氧培養罐的罐體分為上部空間和下部空間，其中，上部空間用于培養定向馴化微生物，上部空間安裝有壓力表且設置氣體管線22、培養液管線23和種子液出料管線24；下部空間連接安裝有注射泵的管線。

36、在本發明的一些實施例中，如圖3所示，巖心夾持器1的第一物料進口121連接圍壓泵，用于調整巖心夾持器中的圍壓，第五物料口125與集氣罐13相連通，集氣罐13的出口和氣相色譜儀的進樣口連通，以收集巖心夾持器1中的氣相產物，采用現有技術分析產物中甲烷、co2、h2的含量，此外，巖心夾持器還設置有液相出口，用于收集含菌液體，液體通過濾膜收集菌體后采用現有技術進行宏基因組、16s?rrna基因等高通量測序，濾液進行有機酸分析、離子濃度檢測等，對此本發明不再贅述。

37、通過上述技術方案，與現有技術相比，本發明在微生物利用co2和原油轉化為甲烷的研究中，利用外源油藏微生物代謝產物特征、外源油藏微生物功能特征，在模擬油藏原位環境條件下，形成油藏合成微生物組以促進產甲烷代謝的實驗體系。本發明提供了實現該實驗體系的裝置設計，以生物因子促進鏈式反應，形成一種外源微生物作用促進本源微生物co2和原油轉化的實驗裝置。本發明具有思路清晰，工藝簡單，針對性強和可操作性強；同時具有原位物模培養下進行微生物群落培養、馴化和調控的優點。