土著菌群降解原油产甲烷特性及群落演替

【摘要】：目前我国油田普遍存在大量的剩余油，面临着采用现有的开发技术无法有效开采的突出问题。枯竭油藏、高含水油藏以及低渗透油藏中的剩余油转化成甲烷气越来越受到重视。由微生物代谢将原油转化为甲烷。气态甲烷相对于原油更容易开采，一但原油转化为甲烷气体采收率将大大提高。 本课题以大庆油田不同区块油井产出水为菌种来源，利用原油为微生物唯一碳源。45℃封闭条件下培养。培养2个月后，开始检测到甲烷气体，5克原油底物通过微生物作用，6个月累计产气量为3～15mL。 实验发现原油乳化作用较好。原油样品与作用前对比，粘度下降明显，其中混合菌和N2-D2-139为菌种来源的样品原油粘度由最初的50mPa.s下降到30mPa.s，证明原油的流体性质发生了改变，流动性提高。原油通过微生物作用，原油中的烃类物质经过氧化产生明显乳化作用，具有很好的经济价值和科学研究价值。对发酵液进行了表面张力分析，各样品发酵液表面张力出现降低现象，平均降低10mNm~(-1)左右，最明显的从63mNm~(-1)降低到41mNm~(-1)。并且能够持续作用，随时间养时间的增长降低表面张力趋势良好。分析结果可以看出发酵液中脂肪酸存在形式有两种情况，第一种是产生的脂肪酸主要为乙酸和丙酸，第二种是产生C_2～C_9的低碳链脂肪酸。 通过构建16S rRNA基因克隆文库的方法，对45C油藏产出液菌系和的菌群组成以及培养过程中的动态变化进行了分析。培养后能够降解原油组分的细菌成为优势菌群，产生大量极性含氧化合物。为原油的最终氧化生成甲烷提供底物。整个菌群由最初的少量氢营养型产甲烷菌主转化成为以氢营养型产甲烷菌和乙酸营养型产甲烷菌共同存在的菌群环境。检测到的古菌主要是甲烷微菌纲、甲烷杆菌纲以及少量泉古菌门的古菌。其中甲烷微菌纲的甲烷八叠球菌属、甲烷囊菌属和甲烷绳菌属为优势菌群。可利用H_2/CO_2、甲酸和乙酸产生甲烷气体。 根据菌群代谢功能，可以分为三类，分别为烃降解菌、乙酸盐菌和产甲烷菌，这三大类菌完成了由原油生成甲烷的过程。对筛选出的产甲烷古菌进行分类鉴定，鉴定结果分别为甲烷囊菌属（Methanoculleus）和嗜热甲烷鬃菌（Methanosaeta thermophila）。这组古菌由于是从产甲烷的原油厌氧培养物中得来，具有很好的理论和应用价值。 【关键词】：甲烷 原油降解 16S rRNA PCR-DGGE 代谢产物分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE357.9;Q93
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-14
• 1.2.1 油藏条件下微生物降解原油产甲烷过程研究9-11
• 1.2.2 油藏条件下石油烃代谢途径研究11-13
• 1.2.3 厌氧烃降解的起始代谢途径研究13-14
• 1.3 可行性分析14-15
• 1.4 需要解决的关键问题15
• 1.5 课题目的、意义和研究内容15-18
• 1.5.1 课题目的15
• 1.5.2 课题意义15-16
• 1.5.3 研究内容和技术路线16-18
• 第2章 实验装置、材料与方法18-26
• 2.1 实验主要仪器与常规参数检测方法18-23
• 2.1.1 亨盖特厌氧操作18-19
• 2.1.2 16S rDNA 鉴定方法19-21
• 2.1.3 PCR-DGGE 微生物群落结构分析21-22
• 2.1.4 甲烷量分析22
• 2.1.5 石油烃 GC-MS 分析22-23
• 2.1.6 硫酸根和硝酸根离子检测23
• 2.2 实验材料23-25
• 2.2.1 菌种来源23
• 2.2.2 培养基23-25
• 2.3 培养方法25-26
• 第3章 微生物作用后代谢产物变化分析26-42
• 3.1 主要代谢产物分析26-37
• 3.1.1 油田产出水水质分析26-27
• 3.1.2 油田本源微生物普查分析27-29
• 3.1.3 发酵液中脂肪酸分析29-31
• 3.1.4 发酵液中硫酸根和硝酸根离子检测分析31-33
• 3.1.5 原油乳化分析33-35
• 3.1.6 气体组成变化35-37
• 3.2 微生物作用与代谢产物变化之间的关系37-39
• 3.3 功能微生物调控39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 微生物利用原油产甲烷过程中细菌和古菌的微生物群落变化研究42-57
• 4.1 最初样品微生物 DGGE 分析42-47
• 4.1.1 最初样品中细菌 DGGE 分析42-45
• 4.1.2 最初样品中古菌 DGGE 分析45-47
• 4.2 培养 70 天后发酵液中微生物 DGGE 分析47-52
• 4.2.1 发酵液中细菌群落结构 DGGE 分析47-48
• 4.2.2 发酵液中古菌群落结构 DGGE 分析48-52
• 4.3 产甲烷古菌的分类鉴定52-54
• 4.4 微生物菌群变化54-55
• 4.4.1 细菌菌群变化分析54-55
• 4.4.2 古菌菌群变化分析55
• 4.5 本章小结55-57
• 结论57-59
• 参考文献59-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-69
• 致谢69

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