一种硫酸盐还原菌激活剂及其在微生物采油中的应用的制作方法

本发明属于采油技术领域，具体涉及一种硫酸盐还原菌激活剂及其在微生物采油中的应用。

背景技术：

硫酸盐还原菌(SRB)广泛的存在于油藏中，根据不同的代谢生理特征，硫酸盐还原菌可大致分为两大类：异化硫还原菌会和异化硫酸盐还原菌。硫酸盐还原菌普遍存在于油田作业中，并且大量繁殖，给油田的回注水系统带来了严重的危害，是导致油田管线腐蚀的主要原因之一。但另一方面，硫酸盐还原菌能够降解重组分烷烃，改善原油品质，从而降低原油黏度。硫酸盐还原菌的代谢产物，如有机酸、醇及生物气(H₂S)可以溶于原油，改善原油的流动性。因此，如能善加利用、变废为宝，可以为提高原油采收率做出重大贡献。

技术实现要素：

为克服上述问题，本发明的目的是提供一种硫酸盐还原菌激活剂。

本发明的另一目的是提供一种由上述硫酸盐还原菌激活剂制成的硫酸盐还原菌冻干粉。

本发明的又一目的是提供利用上述硫酸盐还原菌冻干粉进行微生物采油的方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种硫酸盐还原菌激活剂，其中，以质量/体积比计(W/V)，每升硫酸盐还原菌激活剂包括以下组分：

0.3-0.8％糖蜜、0.3-0.5％酵母粉、0.2-0.4％蛋白胨、0.1-0.2％吐温80、0.3-0.5％K₂HPO₄、0.1-0.2％NaCl、0.2-0.3％MgSO₄、0.008-0.15％FeCl₃以及余量的水。

在上述硫酸盐还原菌激活剂中，优选地，以质量/体积比计，每升硫酸盐还原菌激活剂包括以下组分：0.5-0.7％糖蜜、0.3-0.4％酵母粉、0.2-0.4％蛋白胨、0.1-0.2％吐温80、0.3-0.5％K₂HPO₄、0.1-0.2％NaCl、0.25-0.3％MgSO₄、0.05-0.15％FeCl₃以及余量的水。

在上述硫酸盐还原菌激活剂中，优选地，以质量/体积比计，每升硫酸盐还原菌激活剂包括以下组分：0.6％糖蜜、0.4％酵母粉、0.2％蛋白胨、0.2％吐温80、0.5％K₂HPO₄、0.2％NaCl、0.2％MgSO₄、0.10％FeCl₃以及余量的水。

本发明提供的硫酸盐还原菌激活剂中，由于合适配比的SO₄^2-与Fe³⁺的配合使用，从而使得硫酸盐还原菌的生化活性可被快速地、大幅度地激发。目前，硫酸盐还原菌是被当作腐蚀管道、造成污染的有害菌进行研究，且Fe³⁺常被用作硫酸盐还原菌出现的指示剂使用。而本申请将硫酸盐还原菌作为一种有益菌加以利用，并在驱油应用研究中发现了Fe³⁺与SO₄^2-在合适的配比条件下，具有快速提升硫酸盐还原菌生化活性的作用，从而实现了对硫酸盐还原菌的快速激活和定向激活。在此基础上，激活剂配方以糖蜜和蛋白胨为微生物提供生长所必须的碳源和有机营养物；发酵粉作为硫酸盐还原菌的促发剂；K⁺、Na⁺、Mg²⁺离子用于平衡微生物细胞内外胞液的渗透压；PO₄^-、Cl^-用于维持生化活性；吐温80与上述各离子的配合使用，可以最大限度的保存硫酸盐还原菌经极度低温环境处理后的活性。

另外，本发明还设计了针对上述硫酸盐还原菌激活剂进行性能评价方法，该方法从终端菌浓、生长速率、富集前后pH的变化、硫酸根还原速率以及冻干损伤度方面整体评价其性能。其中，终端菌浓、生长速率、富集前后pH的变化表征了硫酸盐还原菌的生理活性，硫酸根还原速率表征了硫酸盐还原菌的生化活性，冻干损伤度(制成冻干粉后，测试复活程度)为硫酸盐还原菌的应用提供了保障。

本发明提供的硫酸盐还原菌激活剂由于激活性能优异，与常规的激活剂相比，将激活周期从25-30天缩短至10-15天，而且大大提高了生化活性(在本发明的一优选实施方式中，与常规配方培养后的硫酸盐还原菌相比，其生化活性高出了31％)。

本发明还提供了一种硫酸盐还原菌冻干粉，其中，该硫酸盐还原菌冻干粉是通过以下步骤制备的：

(1)使用上述硫酸盐还原菌激活剂对硫酸盐还原菌进行富集培养，得到硫酸盐还原菌菌液；

(2)提取所述硫酸盐还原菌菌液中的硫酸盐还原菌细胞，然后将所述硫酸盐还原菌细胞加入去离子水中，得到硫酸盐还原菌悬浊液；

(3)硫酸盐还原菌悬浊液经冷冻、低温干燥后，得到所述硫酸盐还原菌冻干粉。

在上述一种硫酸盐还原菌冻干粉中，优选地，在上述步骤(1)中，进行富集培养的时间为10-15天。一般情况下，经过10-15天的富集培养，OD_600nm基本在1.2-1.8，可处于最佳状态。

在上述一种硫酸盐还原菌冻干粉中，优选地，在上述步骤(3)中，所述冷冻的条件为：-80℃至-95℃下，冷冻24-70小时；优选为-86℃下，冷冻48小时。

在上述一种硫酸盐还原菌冻干粉中，优选地，在上述步骤(3)中，所述低温干燥的条件为：-18℃至-20℃低温干燥18-30小时。

将硫酸盐还原菌制成冻干粉后，大大提高了实用性，在储存时间和运输条件上都具备了实际应用的条件。

本发明还提供了一种使用上述的硫酸盐还原菌冻干粉进行微生物采油的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将硫酸盐还原菌冻干粉与水混合后注入目标油藏；

(2)向油藏注入复活液使硫酸盐还原菌冻干粉在油藏内恢复生化活性，从而实现微生物采油。

在上述使用硫酸盐还原菌冻干粉进行微生物采油的方法中，优选地，所述复活液包括以下组分：

每升复活液包括：0.5-0.75g K₂HPO₄、0.5-0.75g KH₂PO₄、0.6-0.8g MgSO₄·7H₂O、0.65-0.85g NH₄NO₃、1.0-1.5g NaCl、0.002-0.003g Fe₂(SO₄)₃·3H₂O、0.005-0.007g ZnCl₂、0.0005-0.0006g MnSO₄·H₂O、0.002-0.003g CuCl₂、8-12g蛋白胨以及余量的水。

在上述使用硫酸盐还原菌冻干粉进行微生物采油的方法中，优选地，所述复活液包括以下组分：

0.65-0.75g K₂HPO₄、0.65-0.75g KH₂PO₄、0.65-0.75g MgSO₄·7H₂O、0.65-0.75g NH₄NO₃、1.0-1.2g NaCl、0.0025-0.003g Fe₂(SO₄)₃·3H₂O、0.005-0.007g ZnCl₂、0.0005-0.0006g MnSO₄·H₂O、0.002-0.003g CuCl₂、9-11g蛋白胨以及余量的水。

为了实现硫酸盐还原菌在微生物采油中的应用，本发明提出了以下解决方案：先将硫酸盐还原菌制成冻干粉，使硫酸盐还原菌在瞬间丧失一切生理及生化活性，并进入休眠状态；然后将暂时失活的硫酸盐还原菌补水后先注入目标油藏，从而避免对管道的腐蚀；最后将复活液注入油藏，使硫酸盐还原菌在油藏内恢复活性进行驱油。虽然将微生物制成冻干粉使其暂时失活是本领域的常用手段，但是，冻干过程中往往会对细胞造成损伤，因此，用于富集培养硫酸盐还原菌的配方就特别重要，不仅要求具有良好的激活性能，而且要求能够起到减少冻干损伤的作用。而本发明提供的硫酸盐还原菌激活剂克服了上述难题，使得硫酸盐还原菌在实际驱油中的应用变成了可能。进一步的，本发明提供的复活液具有良好的复活效果，主要也是利用了Fe³⁺和SO₄^2-的配合作用，在此基础上，复活液的配方中通过K₂HPO₄和KH₂PO₄稳定整个复活液体系的pH值；通过适宜配比的Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、NH₄⁺为硫酸盐还原菌提供稀有养料，促进氨基酸和生物酶的合成；并通过蛋白胨用于加速复活提供必须的蛋白质。

综上所述，本发明提供的方案具有以下优点：

(1)本发明提供的硫酸盐还原菌激活剂将硫酸盐还原菌的激活周期由常规的25-30天缩短至10-15天，而且还大大提高了生化活性；

(2)本发明提供的硫酸盐还原菌激活剂可以有效的减少硫酸盐还原菌在冷冻干燥实验操作过程中的损伤，可极大地增强复活后的幸存率；

(3)硫酸盐还原菌冻干粉不经复活操作无生化活性，因此，具有很强的指向性；

(4)使用本发明提供的复活液，可以使硫酸盐还原菌冻干粉在较短的时间内(一般为24-48小时)即可完成复活，并且使功能菌激活具备了第一无二的定向性；

(5)本发明提供的方法成功的实现了硫酸盐还原菌无腐蚀性的高效驱油应用。

附图说明

图1为测试例1中不同激活剂下硫酸盐还原菌的生长速率对比图；

图2为测试例1中不同激活剂下硫酸盐还原菌的终端菌浓及复活前后pH的变化对比图；

图3为测试例1中不同激活剂下硫酸盐还原菌的生化活性对比图；

图4为测试例3中新鲜硫酸盐还原菌菌液的驱油实验的测试结果图；

图5为测试例3中保存一个月的硫酸盐还原菌冻干粉的驱油实验的测试结果图；

图6为测试例3中未复活的硫酸盐还原菌冻干粉的驱油实验的测试结果图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施了提供了一种硫酸盐还原菌激活剂(配方1)，其中，以质量/体积比计，每升硫酸盐还原菌激活剂包括以下组分：

0.6％糖蜜、0.4％酵母粉、0.2％蛋白胨、0.2％吐温80、0.5％K₂HPO₄、0.2％NaCl、0.2％MgSO₄、0.10％FeCl₃以及余量的水。

测试例1

本测试例提供了实施例1制备的硫酸盐还原菌激活剂的性能测试实验，并且用四个对比配方进行了性能对比，具体如下：

四个对比配方：

①传统配方，国际通用ATCC 1249培养基(1L配方：乳酸钠8.75g，酵母粉2.5g，余量水)；

②配方2，与实施例1中的配方1相比无Fe³⁺(即不添加FeCl₃)；

③配方3，与实施例1中的配方1相比无SO₄^2-(即不添加MgSO₄)；

④配方4，与实施例1中的配方1相比无Fe³⁺和SO₄^2-。

(1)从生物活性角度进行评价

从终端菌浓、生长速率及pH变化考察硫酸盐还原菌的生物活性，测试结果见图1和图2。

(2)从生化活性角度进行评价

从SO₄^2-还原速率考察硫酸盐还原菌的生化活性，测试结果见图3。

具体分析如下：

(1)根据图1的生长速率效果可知，配方1、配方2和配方3均展现出了较快的生长速率；其中配方1在发酵配方4天后，硫酸盐还原菌菌株展现出了最快的生长速率，在10天内即进入了完全激活状态。相比较，在配方中缺少Fe³⁺(配方2)或SO₄^2-(配方3)时，硫酸盐还原菌的生长速率都有一定程度的减弱。当二者均缺乏(配方4)时，硫酸盐还原菌的生长速率被极大的削弱。目前国际通用的硫酸盐还原菌传统培养配方ATCC 1249培养基在第十天的激活状态仅仅相当于本配方在第二天激活程度。通过图2实验结果证明，配方1在十天内展现了最佳的终端菌浓和最小程度的pH变化。因此，使用实施例1制得的配方1，不但将硫酸盐还原菌的激活周期从常规的25-30天(使用ATCC 1249培养基)大大缩短至10-12天，同时保证了最佳的激活状态(终端菌浓)和持续的激活能力(pH变化范围)。

(2)根据图3结果可知，使用配方1时，硫酸盐还原菌在单位时间内还原SO₄^2-(生化活性)的能力最强，远远高于其他配方(图3)。当Fe³⁺或SO₄^2-不存在时，硫酸盐还原菌的生化活性均受到一定程度的抑制。相比较而言，Fe³⁺对硫酸盐还原菌生化活性的影响较大。当二者均缺乏时，硫酸盐还原菌的生化活性被抑制明显，仅仅略高于(其他无机离子的存在有限度地提高了生化活性)传统配方。

实施例2

本实施提供了一种硫酸盐还原菌冻干粉，具体制备步骤如下：

a.将硫酸盐还原菌菌株采用实施例1制得的配方1进行富集培养，在13天培养到最佳状态(通过OD_600nm检测处于1.2-1.8之间)；然后提取细胞，并与水制成悬浊液；

b.将上述悬浊液放入-86℃冰箱，超低温冷冻超过48小时；

c.将冷冻的细胞放入Labconco冷冻干燥仪，低温干燥18-24小时，得到硫酸盐还原菌冻干粉。

测试例2

本测试例提供了上述硫酸盐还原菌冻干粉的冻干损伤度测试实验，具体为：

将实施例2制得的硫酸盐还原菌冻干粉第一时间进行复活操作(不经保存，冷干操作后立即加入传统复活液(配方：0.05M PO₄^-/0.1M Cl^-)，进行常规复活操作，并评价复活后硫酸盐还原菌细胞的幸存率。经测试，硫酸盐还原菌细胞的幸存率达到了87％以上。

实施例3

本实施例提供了硫酸盐还原菌的室内驱油实验，具体如下：

(1)硫酸盐还原菌的驱油能力

为了证实硫酸盐还原菌的驱油能力，先进行注入鲜菌的驱油实验，具体步骤为：

a.将硫酸盐还原菌菌种用ATCC 1249培养基培养28天左右，然后加入消毒后的去离子水充分的混合成细菌悬浊液；

b将细菌悬浊液注入水驱后的岩心中，静态复活48小时；

c.进行后水驱实验。

经测试，将经过富集培养的硫酸盐还原菌的鲜活菌液注入0.5PV(0.5个岩心的空隙体积)后，在水驱的基础上可提高采收率11.78％，采收率提高幅度非常明显(测试结果如图4所示)。根据国外已经公开发表的研究显示，Pseudomonas spp(假单胞菌种)曾被用于室内驱油实验。其最好的效果是在注入量达到3.5个PV时(注入体积达到本技术的三倍)，提高采收率仅仅5-10％。这个结果说明了硫酸盐还原菌具备强大的驱油潜力。

(2)硫酸盐还原菌冻干粉的驱油效果

采用实施例2中的硫酸盐还原菌冻干粉(保存一个月后的冻干粉)进行驱油。具体步骤为：

a.将实施例1中保存了一个月的硫酸盐还原菌冻干粉加入消毒后的去离子水充分的混合成细菌悬浊液；

b将细菌悬浊液注入水驱后的岩心中，随后注入复活液静态复活30小时(每升复活液加入8-10％(以质量/体积比计)的硫酸盐还原菌冻干粉)；复活液的组成为：每升复活液含有0.7g K₂HPO₄、0.7g KH₂PO₄、0.7g MgSO₄·7H₂O、0.7g NH₄NO₃、1.0g NaCl、0.003g Fe₂(SO₄)₃·3H₂O、0.006g ZnCl₂、0.0006g MnSO₄·H₂O、0.002g CuCl₂、10g蛋白胨以及余量的水；

c.进行后水驱实验。

测试结果显示：保存超过1个月的硫酸盐还原菌冻干粉经30个小时的复活后，在同等条件下(0.5PV注入量)，依然可以在水驱基础上提高采收率7.5％左右(如图5所示)。这个结果虽然低于鲜活菌液，但明显由于大多数采油微生物。并且硫酸盐还原菌冻干粉在使用时只需要24-48小时的复活时间，而不需要像鲜活菌液一样进行25-30天的培养富集。极大的缩短了功能菌的激活周期，便利了功能菌的应用。

(3)不经复活的对比实验

作为对比，使用不经复活的硫酸盐还原菌冻干粉进行驱油(不使用复活液复活)，实验过程和结果如图6结果所示：在水驱的基础上，采油效率没有明显的提高(仅提高0.6％)。该结果说明，硫酸盐还原菌冻干粉不经复活操作，无法发挥特有的生理及生化活性。从而证明了本发明提供的利用硫酸盐还原菌进行驱油的整套工艺，具有优良的指向性(最大程度发挥生化驱油活性)与定向性(定向快速复活功能菌)。