稠油油藏甲烷化内源微生物激活条件研究

【摘要】：将无法得到有效利用的油藏通过厌氧微生物的代谢作用转化为气态,以气藏的方式采收已经成为当今研究的重要方向。本研究以胜利油田采出稠油为研究对象,以采出水为接种物,分别考察了葡萄糖、糖蜜、乙酸钠和可溶性淀粉四种碳源,硝酸钠、氯化铵和尿素三种氮源及磷酸氢二钾、磷酸二氢钾和二者1:1搭配三种磷源以及微量元素Fe2+、Co2+、Ni2+对油藏中厌氧微生物的激活作用,加速稠油烃厌氧降解产有机烃类气体过程。通过单因素试验发现最佳碳源为葡萄糖,最佳投加量为质量体积比为0.7%时,培养270d产有机烃类气体220.94umol,最佳氮源为氯化铵,最佳激活浓度为400mg/L,培养240d产气42.40umol,最佳磷源为磷酸氢二钾,最佳激活浓度为100mg/L,培养240d产气20.76umol;Fe2+最佳激活浓度为1.1mg/L,培养270d产气130.36umol;Co2+最佳激活浓度为0.8mg/L,产气量为178.47umol;Ni2+最佳激活浓度为0.09mg/L,产气量为163.65umol;对照试验培养270d仅产气18.74umol。在单因素试验基础上,利用响应曲面法优化葡萄糖、氯化铵和磷酸氢二钾三者联合激活油藏内源微生物,加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的条件。以葡萄糖、氯化铵和磷酸氢二钾浓度为自变量,培养270d时产气量为因变量,研究各自变量及其交互作用对产气量的影响,得到二次多项式回归方程预测模型。结果表明:葡萄糖、氯化铵和磷酸氢二钾浓度对稠油烃厌氧降解产烃类气体的量有显著相关性,典型性分析得到促进稠油烃厌氧降解产气的最佳激活条件为葡萄糖投加0.78%、投加氯化铵,调节总氮含量420.33mg/L、投加磷酸氢二钾,调节总磷含量90.64mg/L。在此条件下,培养270d,产气量理论值达到278.73umol,验证试验得到实际值为276.69umol。对激活前后微生物群落进行PCR-DGGE分析,优势条带回收测序,成功测序四株,测序结果表示,四株菌均属于Bacillus sp(芽孢杆菌属),菌株Y1与环境微生物芽孢杆菌样品相似度为99%;菌株P1与Bacillus licheniformis(地衣芽孢杆菌)相似度为98%;菌株P2与Bacillus pumilus strain(短小芽孢杆菌)相似度为99%;菌株H2与Bacillus circulans strain(环状芽孢杆菌)相似度为99%。在单因素基础上,研究了响应曲面法优化微量元素Fe2+、Co2+和Ni2+激活油藏内源微生物,加速稠油烃厌氧生物降解产有机烃类气体的条件以及激活后微生物群落组成。以Fe2+、Co2+和Ni2+浓度为自变量,培养270d时产气量为因变量,研究各自变量及其交互作用对产气量的影响,得到二次多项式回归方程预测模型。结果表明:Fe2+、Co2+和Ni2+浓度对稠油烃厌氧降解产烃类气体的量有显著相关性,典型性分析得到促进稠油烃厌氧降解产气的最佳激活条件为Ni2+浓度为0.10mg/L,Fe2+浓度为1.1mg/L,Co2+浓度为0.86mg/L。在此条件下,培养270d,产气量理论值达到241.57umol,验证试验得到实际值为240.69umol;对微量元素激活前后微生物群落进行PCR-DGGE分析,优势条带回收测序,成功测序三株,测序结果表示,三株菌均属于Bacillus sp(芽孢杆菌属),菌株T1与Bacillus thermoamylovorans(热噬淀粉芽孢杆菌)相似度最高,达97%,菌株H3与Bacillus licheniformis(地衣芽孢杆菌)相似度为99%,菌株H4与Bacillus vietnamensis(越南芽胞杆菌)相似度达99%。 【关键词】：稠油厌氧降解 有机烃类气体 PCR-DGGE 响应曲面优化
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE357.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 石油烃的厌氧生物降解12-14
• 1.1.1 油藏环境中原油的厌氧降解12-14
• 1.1.2 油藏原油气化开采的潜力14
• 1.2 石油烃厌氧生物降解影响因素14-17
• 1.2.1 微量营养元素对产甲烷菌甲烷产率的影响15
• 1.2.2 碱性添加剂对产甲烷菌甲烷产率的影响15-16
• 1.2.3 氨氮含量对产甲烷菌甲烷产率的影响16
• 1.2.4 硫对产甲烷菌甲烷产率的影响16-17
• 1.2.5 无机盐对产甲烷菌甲烷产率的影响17
• 1.3 烃厌氧代谢机理17-18
• 1.3.1 甲苯厌氧降解机理18
• 1.3.2 苯厌氧降解机理18
• 1.4 石油烃厌氧降解微生物的分子生物学分析18-21
• 1.4.1 PCR-DGGE技术原理18-19
• 1.4.2 PCR-DGGE流程19-20
• 1.4.3 PCR-DGGE技术存在的局限性20-21
• 1.5 课题研究意义及主要研究内容21-25
• 1.5.1 课题研究意义21
• 1.5.2 主要研究内容21-23
• 1.5.3 课题研究拟采取的方法和技术路线23-25
• 第二章 碳源、氮源和磷源激活实验及响应曲面优化25-44
• 2.1 试验目的25
• 2.2 试验材料与方法25-29
• 2.2.1 实验样品25
• 2.2.2 实验方法25-29
• 2.3 结果分析29-42
• 2.3.1 单因素激活实验29-38
• 2.3.2 响应曲面优化多因素激活实验38-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 微量元素FE、CO和NI激活实验及响应曲面优化44-56
• 3.1 试验目的44
• 3.2 试验材料与方法44-45
• 3.2.1 试验样品44
• 3.2.2 试验方法44-45
• 3.3 结果分析45-55
• 3.3.1 单因素激活实验46-50
• 3.3.2 响应曲面优化多因素激活实验50-54
• 3.3.3 验证实验54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 PCR-DGGR技术微生物群落分析56-75
• 4.1 不同激活条件下微生物群落总DNA的提取56-57
• 4.1.1 样品采集56
• 4.1.2 试验仪器56
• 4.1.3 DNA的提取56-57
• 4.1.4 琼脂糖凝胶电泳57
• 4.2 16SRDNA V3区PCR扩增57-64
• 4.2.1 细菌 16S rDNA V3区PCR扩增58-61
• 4.2.2 古菌 16S rDNA V3区PCR扩增61-64
• 4.3 DGGE群落变化分析64-69
• 4.3.1 试验方法及试剂制备64-65
• 4.3.2 结果分析65-69
• 4.4 优势菌株系统发育学分析69-73
• 4.4.1 优势条带DNA回收69
• 4.4.2 回收 DNA 二次 PCR69-70
• 4.4.3 DNA 测序及鉴定70-71
• 4.4.4 微生物系统发育树的构建71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第五章 结论75-79
• 5.1 全文总结75-77
• 5.1.1 对稠油烃厌氧降解产有机烃类气体的激活75-76
• 5.1.2 激活前后微生物群落变化76-77
• 5.2 工作不足及展望77-79
• 5.2.1 试验过程中的不足77-78
• 5.2.2 未来展望78-79
• 参考文献79-88
• 附录88-98
• 附录一：重铬酸钾法测定采出水中COD含量步骤88-90
• 附录二：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定采出水中总氮90-93
• 附录三：钼酸铵分光光度法测定采出水中总磷含量93-96
• 附录四：DNA提取仪器设备见下表96-97
• 附录五：DNA提取步骤97-98
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果98-99
• 致谢99

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