CN115161001A - 一种油田生物成因硫化氢的抑制方法 - Google Patents

一种油田生物成因硫化氢的抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，在油田***中添加包含地衣芽孢杆菌GW1的协同抑制体系组合剂；所述地衣芽孢杆菌GW1已于2021年10月20日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.23631。与现有技术相比，本发明中，当加入地衣芽孢杆菌GW1及激活剂硝酸盐时，硫化氢抑制率可达90.81％以上；在此基础上，再加入协同抑制剂后抑制效果增强，硫化氢抑制率最高可达99.37％；利用本发明的抑制菌、激活剂与协同抑制剂所构建的体系，可有效降低油田***中硫化氢的含量，具有抑制效果好、经济成本低和注入体系简单等优点。

Description

一种油田生物成因硫化氢的抑制方法
技术领域
本发明涉及油藏环境微生物腐蚀控制领域，尤其是涉及一种油田生物成因硫化氢的抑制方法。
背景技术
在油田***中，一些微生物的生长代谢活动会造成输油管道腐蚀、储层堵塞和环境污染等问题。据报道，全球每年腐蚀成本约为4万亿美元，其中由微生物腐蚀导致的经济损失约占20％。尼日利亚油田35年内发生了约7000起泄漏事件，损失达2亿美元。这意味着每年平均发生200起泄漏，泄漏率达全球最高。在缺氧条件下，如井内、管线内等，硫酸盐还原菌通常被认为是造成油田酸化和管道腐蚀的主要类菌。因此硫酸盐还原菌产生的不利影响是油田开发过程中必须面对和亟待解决的问题之一。
由于硫酸盐还原菌引起的腐蚀会带来很多负面影响，石油行业开始使用各种缓解策略来控制酸化，其中生物法是油田腐蚀控制最常采取的抑制措施。从80年代开始，GMT-LATA公司就开始研究厌氧油气开采***中注入硝酸盐发现硫化氢有明显下降，进一步发现硝酸盐还原菌对硫酸盐还原菌代谢活动的抑制作用。
但目前针对油藏环境生物成因的硫化氢控制，仍存在抑制率低、注入体系复杂和经济成本高等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，采用抑制菌剂与抑制药剂的协同抑制作用，来更好地降低硫化氢带来的腐蚀影响。
在构思历程中，申请人做出如下分析：与添加化学杀菌剂的化学方法相比，利用硝酸盐还原菌抑制硫酸盐还原菌的生物竞争法因其环境友好、无二次污染而受到关注。因此，获取性能优良的硝酸盐还原菌株以及构建抑制效果明显的抑制体系，对油田***中硫酸盐还原菌的抑制具有重要作用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的是保护一种油田生物成因硫化氢的控制方法，在油田***中添加包含地衣芽孢杆菌GW1(Geobacillus stearothermophilus)的协同抑制体系组合剂；
所述地衣芽孢杆菌GW1(Geobacillus stearothermophilus)已于2021年10月20日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.23631。
进一步地，所述地衣芽孢杆菌GW1(Geobacillus stearothermophilus)自油田产出水样品中筛选、培养获得。
进一步地，所述协同抑制体系组合剂还包括激活剂和协同抑制剂。
进一步地，所述激活剂为硝酸钠，所述协同抑制剂为氯化钡。
进一步地，所述地衣芽孢杆菌GW1(Geobacillus stearothermophilus)的筛选过程包括：以油田产出水样品作为分离源，采用Hungate厌氧滚管法进行单菌分离，将厌氧管置于55℃烘箱内避光培养2周后挑取单克隆，再进行鉴定。
进一步地，所述地衣芽孢杆菌GW1(Geobacillus stearothermophilus)的培养过程条件包括：
NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl0.10g/L、乙酸钠1.50g/L、NaNO3 0.85g/L、NaHCO3 0.20g/L、KH2PO4 0.20g/L和微量元素1.0mL/L；
适宜生长温度为30℃～60℃，最适生长温度50℃～55℃。
进一步地，所述微量元素包括以下组分：
HCl(25％)1.20g/L、NiCl2·6H2O 0.20g/L、CaCl2·2H2O 0.10g/L、FeCl2·4H2O1.50g/L、MnCl2·4H2O 0.50g/L、H3BO3 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O0.50g/L、ZnCl2 0.50g/L和AlCl3 0.01g/L。
进一步地，所述包含地衣芽孢杆菌GW1的协同抑制体系组合剂加入油田***的过程为：将所述地衣芽孢杆菌GW1及激活剂硝酸钠加入到含有硫酸盐还原菌的目标位置中，在上述体系的基础上，再添加协同抑制剂氯化钡；
所述地衣芽孢杆菌GW1转入目标位置中的接种量为5％～9％。
进一步地，所述激活剂即硝酸钠添加量为0.30～0.80g/L，所述协同抑制剂即氯化钡的添加量为1.50～3.00g/L，最优浓度为0.60g/L。
进一步地，氯化钡与水样中硫酸根离子浓度C氯化钡：C硫酸根离子＝1:1～2:1，或氯化钡浓度为1.50g/L～3.00g/L，最优浓度为2.00g/L。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
1)本发明提供了一种利用地衣芽孢杆菌GW1及协同抑制体系进行硫化氢抑制的方法，可有效减少油田***水体中硫化氢的含量。本发明提供的GW1菌株与激活剂硝酸钠的体系，硫化氢的抑制率可达90.81％以上。在上述体系基础上再加入协同抑制剂氯化钡，可对体系中的硫化氢产生显著的抑制效果，硫化氢的抑制率最高可达99.37％。
2)本发明创新地发现了能够高效控制油田***硫酸盐还原菌的地衣芽孢杆菌GW1。该菌株在培养初期菌体细胞密度呈现上升趋势，随着培养时间的延长，上升的幅度减缓，在18d时达到平衡。同时，经过16d的培养，体系中的硝酸盐几乎被消耗完全，表明分离得到的菌株均能有效利用硝酸盐进行生长代谢。
3)本发明筛选出的抑制菌GW1体系能够有效的抑制体系中硫化氢的含量。此外，该菌与氯化钡具有协同抑制作用。该体系应用效果显著，且易于操作，在油田***腐蚀控制中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为地衣芽孢杆菌GW1的OD600生长曲线。
图2为地衣芽孢杆菌GW1的NO3 -消耗情况。
具体实施方式
本发明采用抑制菌剂与抑制药剂的协同抑制作用，来更好地降低硫化氢带来的腐蚀影响。提供了一株地衣芽孢杆菌GW1(Geobacillus stearothermophilus)，已于2021年10月20日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.23631。具体地，在油田***中，添加含有地衣芽孢杆菌GW1(Geobacillus stearothermophilus)及协同抑制体系。该菌与氯化钡具有协同抑制作用。该体系应用效果显著，且易于操作，在油田***腐蚀控制中具有良好的应用前景。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
实施例1
本实施例为菌种提取即验证实施例
从江苏油田W1井取样时，采集油水样于50L灭菌塑料桶中，在30min内使用超滤浓缩装置将产出水浓缩至灭菌血清瓶中，将血清瓶放置于装有干冰的保温箱内，迅速运回实验室进行下一步处理。
将无菌注射器针头伸入到氮气出口的装置中，抽吸换气3～5次，再吸取0.1mL产出水加入到预先装有0.9mL无菌无氧水的厌氧管内。以此类推，将样品依次稀释为10-1、10-2、10-3、10-4和10-5不同浓度的样品稀释液，再采用Hungate厌氧滚管分离法进行单菌分离。其中分离使用的培养基为：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl0.24g/L、KCl 0.10g/L、乙酸钠1.50g/L、NaNO3 0.85g/L、NaHCO3 0.20g/L、KH2PO4 0.20g/L和微量元素1.0mL/L。其中微量元素配方为：HCl(25％)1.20g/L、NiCl2·6H2O 0.20g/L、CaCl2·2H2O 0.10g/L、FeCl2·4H2O 1.50g/L、MnCl2·4H2O 0.50g/L、H3BO3 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.50g/L、ZnCl2 0.50g/L和AlCl3 0.01g/L。
对分离得到的单菌进行分子生物学鉴定，利用细菌特异性分类鉴定引物27F:5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’，1492R:5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’分别扩增菌株的16S rDNA的片段。将扩增后得到的序列测序比对，确定所筛选的硝酸盐还原菌株在分类学上属于地衣芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)，将其命名为地衣芽孢杆菌GW1。吸取菌液并加入30％(v/v)的甘油在-80℃进行保存。
实施例2
本实施例为生长代谢验证实施例
将实施例1筛选得到的地衣芽孢杆菌GW1接种于20mL培养基中，在55℃下厌氧培养。培养基组成为：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、乙酸钠1.50g/L、NaNO3 0.85g/L、NaHCO3 0.20g/L、KH2PO4 0.20g/L和微量元素1.0mL/L。其中微量元素配方为：HCl(25％)1.20g/L、NiCl2·6H2O 0.20g/L、CaCl2·2H2O0.10g/L、FeCl2·4H2O 1.50g/L、MnCl2·4H2O 0.50g/L、H3BO3 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.50g/L、ZnCl2 0.50g/L和AlCl3 0.01g/L。如图1和图2所示，分别为菌株培养样品稀释10倍后的菌浓和硝酸盐消耗情况。结果显示，菌株在55℃下生长良好，培养18d后菌浓(OD600)达1.5以上。经过16d的培养，体系中的硝酸盐几乎被消耗完全，表明分离得到的菌株能利用硝酸盐进行生长代谢。
实施例3：
本实施例为菌种、协同抑制体系组合剂应用实施例
将保藏的地衣芽孢杆菌GW1接种于培养基中(培养基组成：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、乙酸钠1.50g/L、NaNO30.85g/L、NaHCO3 0.20g/L、KH2PO4 0.20g/L和微量元素1.0mL/L。其中微量元素配方为：HCl(25％)1.20g/L、NiCl2·6H2O 0.20g/L、CaCl2·2H2O 0.10g/L、FeCl2·4H2O 1.50g/L、MnCl2·4H2O 0.50g/L、H3BO3 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.50g/L、ZnCl2 0.50g/L和AlCl3 0.01g/L)。调节pH为7.0，在30℃厌氧培养16天。
将新疆油田产出水接种到硫酸盐还原菌富集培养基(培养基组成：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、KH2PO4 0.20g/L、乳酸钠2.00g/L、Na2SO4 1.42g/L和NaHCO3 0.20g/L)。调节pH为7.0，30℃培养7天，得到新鲜富集的硫酸盐还原菌菌液。
将硫酸盐还原菌富集菌液按照5％的比例接种到基础培养基中(培养基组成：NaCl5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、KH2PO40.20g/L、乳酸钠2.00g/L、Na2SO4 2.00g/L和NaHCO3 2.50g/L)。再按照5％的比例接入筛选到的地衣芽孢杆菌GW1菌液与药剂(硝酸钠0.30g/L)，同时设置不添加任何抑制体系的对照组，即仅接入硫酸盐还原菌富集菌液的对照组，每组分别设置3个平行样。在30℃条件下培养16天后发现，硫化氢的抑制率约为90.81％。在此基础上，加入协同抑制剂氯化钡2.00g/L，硫化氢的抑制率约为95.15％。
实施例4：
本实施例为菌种、协同抑制体系组合剂应用实施例
将保藏的地衣芽孢杆菌GW1接种于培养基中(培养基组成：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、乙酸钠1.50g/L、NaNO30.85g/L、NaHCO3 0.20g/L、KH2PO4 0.20g/L和微量元素1.0mL/L。其中微量元素配方为：HCl(25％)1.20g/L、NiCl2·6H2O 0.20g/L、CaCl2·2H2O 0.10g/L、FeCl2·4H2O 1.50g/L、MnCl2·4H2O 0.50g/L、H3BO3 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.50g/L、ZnCl2 0.50g/L和AlCl3 0.01g/L)。调节pH为7.0，在55℃厌氧培养16天。
将胜利油田产出水接种到硫酸盐还原菌富集培养基(培养基组成：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、KH2PO4 0.20g/L、乳酸钠2.00g/L、Na2SO4 1.42g/L和NaHCO3 0.20g/L)。调节pH为7.0，55℃培养7天，得到新鲜富集的硫酸盐还原菌菌液。
将硫酸盐还原菌富集菌液按照5％的比例接种到基础培养基中(培养基组成：NaCl5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、KH2PO40.20g/L、乳酸钠2.00g/L、Na2SO4 1.50g/L和NaHCO3 2.50g/L)。再按照7％的比例接入筛选到的地衣芽孢杆菌GW1菌液与药剂(硝酸钠0.80g/L)，同时设置不添加任何抑制体系的对照组，即仅接入硫酸盐还原菌富集菌液的对照组，每组分别设置3个平行样。在55℃条件下培养14天后发现，硫化氢的抑制率91.68％。在此基础上，加入协同抑制剂氯化钡3.00g/L，硫化氢的抑制率96.27％。
实施例5：
本实施例为菌种、协同抑制体系组合剂应用实施例
将保藏的地衣芽孢杆菌GW1接种于培养基中(培养基组成：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、乙酸钠1.50g/L、NaNO30.85g/L、NaHCO3 0.20g/L、KH2PO4 0.20g/L和微量元素1.0mL/L。其中微量元素配方为：HCl(25％)1.20g/L、NiCl2·6H2O 0.20g/L、CaCl2·2H2O 0.10g/L、FeCl2·4H2O 1.50g/L、MnCl2·4H2O 0.50g/L、H3BO3 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.50g/L、ZnCl2 0.50g/L和AlCl3 0.01g/L)。调节pH为7.0，在50℃厌氧培养16天。
将大庆油田产出水接种到硫酸盐还原菌富集培养基(培养基组成：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、KH2PO4 0.20g/L、乳酸钠2.00g/L、Na2SO4 1.42g/L和NaHCO3 0.20g/L)。调节pH为7.0，50℃培养7天，得到新鲜富集的硫酸盐还原菌菌液。
将硫酸盐还原菌富集菌液按照5％的比例接种到基础培养基中(培养基组成：NaCl5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、KH2PO40.20g/L、乳酸钠2.00g/L、Na2SO4 1.00g/L和NaHCO3 2.50g/L)。再按照9％的比例接入筛选到的地衣芽孢杆菌GW1菌液与药剂(硝酸钠0.60g/L)，同时设置不添加任何抑制体系的对照组，即仅接入硫酸盐还原菌富集菌液的对照组，每组分别设置3个平行样。在50℃条件下培养12天后发现，硫化氢的抑制率93.56％。在此基础上，加入协同抑制剂氯化钡1.50g/L，硫化氢的抑制率99.37％。
实施例6：
本实施例为菌种、协同抑制体系组合剂应用实施例
将保藏的地衣芽孢杆菌GW1接种于培养基中(培养基组成：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl 0.10g/L、乙酸钠1.50g/L、NaNO30.85g/L、KH2PO4 0.20g/L、NaHCO3 0.20g/L和微量元素1.0mL/L。其中微量元素配方为：HCl(25％)1.20g/L、NiCl2·6H2O 0.20g/L、CaCl2·2H2O 0.10g/L、FeCl2·4H2O 1.50g/L、MnCl2·4H2O 0.50g/L、H3BO3 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.50g/L、ZnCl2 0.50g/L和AlCl3 0.01g/L)。调节pH为7.0，在60℃厌氧培养16天。
将筛选到的地衣芽孢杆菌GW1菌液按照9％的比例接入江苏油田产出水中，并添加药剂(硝酸钠0.50g/L)，同时设置不添加任何抑制体系的对照组，每组分别设置3个平行样。在60℃条件下培养14天后发现，硫化氢的抑制率93.19％。在此基础上，加入协同抑制剂氯化钡3.00g/L，硫化氢的抑制率99.06％。
综上可见，本发明提供了一种利用地衣芽孢杆菌GW1及协同抑制体系进行硫化氢抑制的方法，可有效减少油田***水体中硫化氢的含量。本发明提供的GW1菌株与激活剂硝酸钠的体系，硫化氢的抑制率可达90.81％以上。在上述体系基础上再加入协同抑制剂氯化钡，可对体系中的硫化氢产生显著的抑制效果，硫化氢的抑制率最高可达99.37％。本发明创新地发现了能够高效控制油田***硫酸盐还原菌的地衣芽孢杆菌GW1。该菌株在培养初期菌体细胞密度呈现上升趋势，随着培养时间的延长，上升的幅度减缓，在18d时达到平衡。同时，经过16d的培养，体系中的硝酸盐几乎被消耗完全，表明分离得到的菌株均能利用硝酸盐进行生长代谢。
本发明提供的抑制体系在验证过程中，模拟了油田***中硫酸盐还原菌的生长环境，包括温度、pH以及硫酸盐还原菌代谢过程中的电子供体和电子受体等条件；同时，也对水体中的硫酸盐还原菌进行了扩大培养。因此，本申请构建的抑制体系可以直接应用于油田***中硫酸盐还原菌产硫化氢的抑制。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，在油田***中添加包含地衣芽孢杆菌GW1的协同抑制体系组合剂；
所述地衣芽孢杆菌GW1已于2021年10月20日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.23631。
2.根据权利要求1所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，所述地衣芽孢杆菌GW1自油田产出水样品中筛选、培养获得。
3.根据权利要求1所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，所述协同抑制体系组合剂还包括激活剂和协同抑制剂。
4.根据权利要求3所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，所述激活剂为硝酸钠，所述协同抑制剂为氯化钡。
5.根据权利要求2所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，所述地衣芽孢杆菌GW1的筛选过程包括：以油田产出水样品作为分离源，采用Hungate厌氧滚管法进行单菌分离，将厌氧管置于55℃烘箱内避光培养2周后挑取单克隆，再进行鉴定确认。
6.根据权利要求2所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，所述地衣芽孢杆菌GW1的培养过程条件包括：
培养基包括：NaCl 5.00g/L、MgCl2·6H2O 0.28g/L、CaCl2 0.55g/L、NH4Cl 0.24g/L、KCl0.10g/L、乙酸钠1.50g/L、NaNO3 0.85g/L、NaHCO3 0.20g/L、KH2PO40.20g/L和微量元素1.0mL/L；
适宜生长温度为30℃～60℃，最适生长温度50℃～55℃。
7.根据权利要求6所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，所述微量元素包括以下组分：
HCl(25％)1.20g/L、NiCl2·6H2O 0.20g/L、CaCl2·2H2O 0.10g/L、FeCl2·4H2O 1.50g/L、MnCl2·4H2O 0.50g/L、H3BO3 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.50g/L、ZnCl2 0.50g/L和AlCl3 0.01g/L。
8.根据权利要求1所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，所述包含地衣芽孢杆菌GW1的协同抑制体系组合剂加入油田***的过程为：将所述地衣芽孢杆菌GW1及激活剂硝酸钠加入到含有硫酸盐还原菌的目标位置中，再添加协同抑制剂氯化钡；
所述地衣芽孢杆菌GW1转入目标位置中的接种量为5％～9％。
9.根据权利要求8所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，所述激活剂的添加量为0.30～0.80g/L，所述协同抑制剂的添加量为1.50～3.00g/L。
10.根据权利要求9所述的一种油田生物成因硫化氢的抑制方法，其特征在于，氯化钡与水样中硫酸根离子浓度C氯化钡：C硫酸根离子＝1:1～2:1，或氯化钡浓度为1.50g/L～3.00g/L。
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