微生物增强的热采油

技术领域

本发明涉及从地表下油藏生产油的领域。

背景

储油层是地球地表下的地质单元，其含有积聚的油。从储层中提取或采收油，以被通常被称为油生产的过程使用。常规的油生产通常涉及两个阶段：一次采收和二次采收。一次采收涉及使用天然的储层内的高压力来驱使油流到油生产井。二次采收通常涉及通过将流体泵送到储层中以继续油生产来维持这种高压。

在含有重油或油砂(也被称为焦油砂、沥青或沥青砂)的储油层中，油太粘稠以至于不能通过常规方法自由地流向生产井。因此，必须采用其它油生产方法，诸如热采收策略。热采收策略涉及加热储油层以提高油的流动性，并因此提高其随后提取的容易程度。所施加的热量降低了油的粘度，从而允许其流向生产井。在重油采收中常用的热采收策略的实例是蒸汽辅助重力排油(SAGD)方法。

如现有技术的图1、图2和图3中所描绘的，SAGD方法涉及使用蒸汽注入井5和生产井7对。蒸汽注入井将蒸汽引入储油层的干净砂区8。注入的蒸汽向上迁移，直到到达防止蒸汽进一步迁移的地质单元。注入的蒸汽将储层加热至大约200℃的温度，降低油的粘度并使其流向油生产井。如图2和图3所示的，这被称为蒸汽室10。不断地注入蒸汽以降低油粘度，促进油向生产井的连续流动，并帮助从砂中置换油。

SAGD过程有几个缺点。一个主要问题是SAGD蒸汽产生过程具有负面的环境影响。例如，SAGD过程是温室气体排放的大贡献者。这是因为必须燃烧大量天然气以提供加热水以产生蒸汽的能量。燃烧天然气不仅对温室气体排放有显著的贡献，而且也代表了沥青生产的增加的成本。此外，SAGD过程还消耗大量的水资源用于产生蒸汽。

由于蒸汽的产生是SAGD方法的环境和经济影响的主要贡献因素，SAGD操作的环境效率可以用蒸汽与油的比例表示(Gates&Larter,2014，其通过引用并入本文中)。蒸汽与油的比例包括与所采收的原油资源量相关的蒸汽产生的环境和经济成本。较低的蒸汽与油的比例意味着每单位生产中较少的温室气体排放和改善的环境性能。

与非常规油砂提取和生产(如SAGD操作)相关的能量成本和温室气体排放比常规油生产高大约100-200％(“The Truth About Dirty Oil:Is CCS the Answer？”,Bergerson&Keith,Environmental Science&Technology,2010,44,6010-6015，其通过引用并入本文中)。因此，为了降低与SAGD操作相关的蒸汽与油的比例，必须开发用于改善油砂提取中的环境和经济性能的新策略和技术。

从常规储油层的生产在从目标区域提取所有可利用的油时通常是低效的。因此，存在许多旨在提高油采收率的策略。这些策略中的一些包括在地表下使用微生物。

地表下环境是微生物的栖息地，并且包括多种微生物分类群。现有技术的图4显示了地表下环境样品中不同微生物分类群的丰度等级顺序的直方图；改编自Pedrós-Alió(2006)“Marine microbial diversity,can it be determined？”,Trends inMicrobiology，第14卷，第6期，第257-263页。直方图的条形非常接近，因此无法区分。直方图左边的较浅阴影区1表示丰富的分类群，右边的较深阴影区2表示稀有的分类群。因此，在给定的环境样品中，通常存在大量丰富和有活性的微生物以及各种低丰度、无活性和/或休眠的微生物。例如，在一些微生物群落中，一种物种可能占存在的全部细胞的多达20％，而数百种稀有物种的总和可能不足总数的1％。

微生物增强的采油(MEOR)是描述常规油生产策略的术语，其目标是使用微生物群落来增强和增加来自常规储油层的采油。MEOR通常在一次和二次采收之后使用。利用MEOR，在储层的常规目标区域中利用微生物来提高油产量。认为MEOR通过与储油层中微生物代谢相关的多种机制发生，包括生物表面活性剂的产生、油的代谢和作为代谢副产物的气体的产生。上述每一种过程都有助于提高油的流体流动性，导致在一次和二次采收策略之后仍存在于储层中的残余油的生产。

通常尝试MEOR作为常规储油层中的三次采收策略。然而，由于重油和油砂的非常规性质和用于生产这种油的非常规生产方法，MEOR策略不经常应用于重油和油砂。

MEOR可以在应用诸如SAGD方法的策略之前或之后被应用于重油或油砂单元的共同目标区域。MEOR涉及(1)生物刺激(即注入营养物以刺激天然的主要的和丰富的分类群)，或(2)生物强化(bioaugmentation)(即注射被认为适合于储库条件的外源细菌)。

SAGD蒸汽室的高温对油砂储层的常规目标区域进行杀菌。因此，当MEOR被用于增强从重油砂储层的SAGD蒸汽室的采油时，MEOR可以仅在蒸汽被注入储层之前或在SAGD方法完成并且储层已经被冷却到低温之后被应用。序列号为14/070,095的美国专利申请(其通过引用并入本文中)描述了一种在注入作为SAGD的一部分的蒸汽之前注入外源细菌以用于增加稠油储油层中的油的流体移动性的方法。在该方法中，在蒸汽注入之前，通过注入井和生产井将微生物引入到储层中，以预处理储层，用于SAGD过程的增强的(更短的)启动。

美国专利第4,475,590号(其通过引用并入本文中)提供了在常规储油层中结合注水技术的生物刺激的实例。注水旨在利用水而不是SAGD方法期间施加的蒸汽来置换储层中的残余油。类似地，美国专利第4,971,151号和美国专利第5,083,611号(其通过引用并入本文中)描述了涉及在常规储油层中注入营养物以提高采收率的方法。

然而，所有这些方法都集中在微生物群落中以高相对丰度存在的活性分类群，所述活性分类群适合于当地的主要原位条件(温度、地球化学、盐度、矿物等)，并且易于通过微生物学方法研究。然而，在几乎每种环境中，都存在微生物种子库，其包括以低相对丰度存在的许多微生物物种或分类群。这些微生物分类群可以是无活性的或休眠的，并且可以包括休眠的细菌内孢子。微生物种子库可能远远少于存在的总细胞的0.01％，并且通常处于休眠状态。因此，大多数环境DNA提取调查和用于储油层环境的微生物表征的其它更传统的方法通常不会检测或突出显示它们。

此外，超出SAGD蒸汽室边界的地表下区域(如倾斜的异质地层(IHS))可以包含多达目标蒸汽室区域两倍的油砂资源。然而，在SAGD期间IHS区中的油的产量是有限的。这种IHS油夹有蒸汽不能穿透的薄但横向延伸的低渗透性泥岩层。因此，需要除重力排油之外的方法来置换油。IHS中的油被认为比蒸汽室区域中的油具有更高的质量和更高的价值，因为它的生物降解性更低并且粘性更低(“Impact of oil-water contacts,reservoir(dis)continuity,and reservoir characteristics on spatial distribution of water,gas,and high-water”Fustic等人,2013,Heavy Oil/Bitumen Petroleum Systems inAlberta&Beyond,编辑F.J.Hein,J.Sutter,D.A.Leckie和S.Larter,AAPG Memoir,第163-205页，其通过引用整体并入本文中)。

图5显示了阿萨巴斯卡(Athabasca)油砂地表下的普通目标地质单元的实例的示意图。下部区域代表蒸汽室10放置的目标，蒸汽室10放置是SAGD的目标区域。上部区域代表IHS区20，其包含通过现有方法不容易接近的油。IHS记录了有限的采油量。IHS区中的对角线表示夹有分米级重油或沥青饱和的横向延伸的多孔砂的横向延伸的泥浆层30。在这些区域之上和之下是低渗透性非储层下密封件22和密封件25。

图6显示了Strobl等人(1997)(来自加拿大油地质学家学会(the CanadianSociety of Petroleum Geologists)，备忘录18，第375-391页)的加拿大阿尔伯塔省的麦克默里堡(Fort McMurray in Alberta,Canada)附近的阿萨巴斯卡油砂露出地面的岩层的照片。图5中所示的地质单元代表阿萨巴斯卡油砂中的地质单元。回到图6，沿着地质单元的上半部分的白色基本平行的线代表IHS区20的横向延伸的泥浆层30，并且具有大约六(6)至十(10)度的倾斜。最低横向延伸的泥岩层35(如箭头所示的)限定了SAGD蒸汽室10的预期上边界(如通过地表下研究所证明的，Strobl等人，1997，Strobl，2013)。

虽然广泛研究了用于从可接近区域(如SAGD蒸汽室)提高采油率的装置，但是使用现有技术对IHS层中油的接近仍然具有挑战性。有许多尝试来获取这种油的方案，诸如通过尝试通过地质力学、电气科学、增强溶剂提取结合电磁加热(ESEIEH)或热化学工艺来破坏IHS中的泥岩以获取这种油。然而，到目前为止，这些方法取得了非常有限的成功。

因此，需要减轻(如果不能克服)现有技术的缺点，并且优选开发一种从目前有挑战性的储油层IHS区生产油或增加油产量的方法。

概述

本发明提供了通过活化深层生物圈微生物种子库从当前难以接近的含油地质单元中采油的方法和系统。含油地质单元中微生物的营养和热增强作用可以刺激非活性和/或休眠微生物，从而使其增殖并产生气体。通过加热降低的油粘度以及通过活化微生物产生的气压使得先前难以接近的油流向生产井。

本发明的一个目的是利用SAGD产生的传导热，结合营养物注入，能够生产截留在地质地层(如IHS)中的油。当与SAGD技术结合使用时，本发明可以被称为微生物影响的SAGD(MiSAGD)方法或系统。

本发明的另一个目的是接近通过常规油生产方法或SAGD不能接近的储油层。可以用温水(例如，高达70℃或更高，或比地表下温度更温暖的温水)热处理这些沉积层以降低粘度，以及通过添加营养物以增强微生物(例如，休眠嗜热微生物的营养物)以促进油的生产。在这种情况下，本发明可以被称为微生物增强的热采油(METeOR)方法或系统。

在第一方面，本发明提供了用于从地表下储油层中采油的方法，所述方法包括以下步骤：(a)利用所述地表下的至少一个注入井；(b)利用热源对所述地表下进行加热；(c)通过所述至少一个注入井将至少一种营养物注入所述地表下；(d)刺激位于所述地表下的至少一种产气微生物的活性以产生气压；和(e)通过生产采收井采油。

在第二方面，本发明提供了用于在地表下储油层中采油的方法，所述方法包括以下步骤：(a)利用所述地表下的至少一个注入井；(b)利用所述地表下的温度变化；(c)通过所述至少一个注入井将至少一种产气微生物注入所述地表下；(d)通过所述至少一个注入井将至少一种营养物注入所述地表下；(e)刺激所述至少一种产气微生物的活性；和(f)通过生产采收井采油。

在第三方面，本发明提供了用于在地表下储油层中采油的方法，所述方法包括以下步骤：(a)利用所述地表下的至少一个注入井；(b)利用所述地表下的温度变化；(c)通过所述至少一个注入井将至少一种营养物注入所述地表下；(d)刺激所述至少一种产气微生物的活性；和(d)通过生产采收井采油。

附图简述

现在将参考以下附图描述本发明的实施方案，其中在不同附图中相同参考数字表示相同的要素，并且其中：

图1显示了具有现有技术的用于典型SAGD的注入器-生产器井对的地球地表下的油砂地质单元的实例的示意图；

图2显示了具有现有技术的用于典型的SAGD的注入器-生产器井对和得到的蒸汽室的地球地表下的油砂地质单元的实例的示意图；

图3显示了具有现有技术的用于典型SAGD的注入器-生产器井对和得到的蒸汽室的地表下油砂地质单元的实例的横截面示意图；

图4显示了现有技术的地表下环境样品中所有微生物分类群的丰度等级顺序的直方图；

图5显示了在地球地表下的已知油砂地质单元的实例的示意图；

图6显示了加拿大阿尔伯塔省的麦克默里堡附近的阿萨巴斯卡油砂露出地面的岩层的照片；

图7显示了代表在现有技术的各种营养和温度条件下，来自北冰洋海床的沉积物样品的细菌代谢的条形图；

图8显示了现有技术的图7中所呈现的数据的时间分辨线图；

图9显示了在50℃下孵育的油砂样品中作为时间函数的追踪厌氧细菌代谢的线图；

图10显示了代表从阿拉斯加(Alaskan)北坡储油层中发现的微生物气体产生的图，其中所产生的气体量已被按比例缩放为如果油是沥青则所预期的量，以及还显示了营养改良的HIS生物气体的产量和沥青脱溶气体；

图11A、图11B和图11C显示了MiSAGD的三个阶段，包括在本发明实施方案的SAGD蒸汽室上方的钻进IHS区中的长水平营养物注入井的示意图；

图12A、图12B显示了本发明的一个实施方案的两个阶段的示意图，其中通过注入温水和营养物来提供热能，随后采油；和

图13显示了根据本发明另一实施方案的垂直井实施的示意图。

附图不是按比例绘制的，并且一些特征可以被放大或最小化以显示特定要素的细节，而相关的要素可以被去除以防止模糊新颖的方面。因此，本文中所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础和作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

详述

本文件将石油称为通用术语。然而，术语石油可以与术语重油、超重油、天然沥青、焦油砂、油砂、沥青砂或石油互换使用。本发明提供了通过活化原位存在的现有微生物种子库来从难以接近的含油地质单元中采油的方法。通过利用营养物和热量，可以刺激位于含油地质单元中的休眠的或低丰度的微生物(包括细菌内孢子)增殖和产生气体，以经由增强的加压来提高采油。所供给的热量进一步降低油的粘度以及由以前是非活性的或休眠的活化微生物群落产生的气压结合起来以允许先前难以接近的油流向油生产井。

如图7和图8中所示的，已知在沉积物中存在生长的热极限高于占主导的原位温度的微生物，并在本文件中进一步描述。这些微生物通常作为非活性或休眠种子库的一部分存在，除非或直到环境条件改变，例如通过加热或通过提供营养物。在SAGD之前，典型的油砂储层和上覆的IHS的原位温度为大约10℃。

由于低渗透性泥岩层的广泛性，由于IHS和其他较不易接近的区域的油被认为是较不易获得的，因此现有技术的教导并不针对从IHS层中采油。

在一个实施方案中，本发明利用由现有热采收方法(如SAGD)产生的传导热。尽管注入的蒸汽的200℃高温有效地对蒸汽室区域本身杀菌，但是蒸汽不能穿透IHS的泥岩层。因此，虽然200℃蒸汽室被杀菌，但地表下的周围区域不必被杀菌，因为它们经历较低的温度。本发明利用注入的蒸汽，所述蒸汽通过与SAGD室接触的IHS区的泥岩和油饱和砂层来传导热量。这产生从热蒸汽室的边缘(～200℃)到处于环境温度(～10℃)的区域的温度梯度。

例如，对于低于地表下～400米的SAGD蒸汽室，由于热传导引起的温度梯度将向上延伸数十米，直到环境地表下温度不改变的高度。因此，HIS的大部分的温度将比先前的原位温度(<10℃)高得多，但低于被认为是微生物生命的上限温度(～121℃)。这些温度是活化微生物种子库的休眠成员(诸如响应温度的升高而萌发并生长的嗜热细菌的内孢子)的有利条件。

此外，在该实施方案中，假定IHS的沉积物和油在没有额外输入的情况下被加热，则与来自给定操作的油生产相关的相关CO

传导的热量还降低了油的粘度，并且使否则在蒸汽室之外和/或上方的区域中蒸汽无法进入的油流动。然而，尽管IHS中的加热油具有降低到其可以流动的低水平(约10cP)的粘度，但是压力有限，无法驱动其通过最下面的横向延伸的泥浆层进入其中生产井所处的SAGD蒸汽室(参见图1、图2和图3)。

在另一个实施方案中，本发明促进IHS中的微生物的产气。气体产生转而反过来提供压力驱动以生产油。

在本发明的一个实施方案中，通过优化给定的一个或多个微生物组的环境条件来增强这些微生物种子库微生物的增殖。这种优化可以通过营养物和/或将微生物细胞注射到IHS中来提供。在一个方面，由增殖微生物产生的气体提供压力，以通过夹在横向延伸的，稍微倾斜(通常为6至10度)的泥浆层之间的油饱和层段将油驱动到生产井。

图7显示了代表在各种营养物和温度条件下来自北冰洋海床的沉积物样品的细菌代谢的条形图。该图改编自Hubert等人(2010)，Environmental Microbiology 12:1089-1104，其与未公布的数据相结合。所分析的样品代表来自永久冷(～4℃)地表下区域的沉积物。因此，这些样品包括异种微生物群落，其包括许多菌株。将样品在四组条件下孵育5天：

(1)～4℃，无营养物，

(2)～50℃，无营养物，

(3)～50℃，具有简单营养物(1mM的七种不同的有机酸，每种为C

(4)～50℃，具有复杂营养物(2.5mg·cm

微生物代谢(微生物增殖的量度)是通过在实验中测量硫酸盐还原来确定的。在原位温度(～4℃)和无营养物的情况下，观察到最小微生物代谢或活性。因此，可以认为样品中的嗜热微生物在原位温度下是休眠的。当温度升高至50℃时，嗜热微生物的代谢变得明显，表明休眠细菌内孢子的温度依赖性活化。

仍然参考图7，在50℃下添加简单的营养物增强微生物代谢高达两倍，并且用更复杂的营养物高达五倍。因此，可以通过添加热量和营养物来促进和增加休眠沉积的微生物的活化，更复杂的营养物提供显著更有利于生长和代谢的环境。图8显示了图7中所呈现的三个50℃的组，作为显示微生物代谢随时间变化的线图。除了微生物在不同条件下的相对增殖之外，该图还显示了当富集含营养物时，休眠微生物最多可提前50小时被活化。

微生物产生的气体类型取决于占主导的条件(如可用的营养物)以及特定的目的生物体。因此，所产生的气体包括但不限于二氧化碳、甲烷、氮气、氨、氢气和硫化氢。

参考图9，其呈现了追踪来自在50℃下孵育的油砂储层的沉积物样品的细菌代谢的线图。该图追踪在营养物存在下或没有营养改良的情况下，在50℃下孵育的油砂样品中作为时间函数的厌氧细菌代谢。对来自相同油砂储层的两个深度进行测试，并且显示了来自每个条件的重复实验瓶的平均值。该实验类似于图7和图8中所示的孵育，并且证明休眠嗜热微生物可以在经历高温的油砂中被活化。为了通过油砂样品中的嗜热微生物刺激厌氧代谢，需要营养改良。这些油砂获自在SAGD之前钻出的冷冻岩芯，使得在实验中仅发生加热。测试了两个深度(地表以下大约412和430m)，每个深度一式三份。每个深度的未改良的对照一式两份地测试。

图10显示了代表从阿拉斯加北坡油中发现的微生物产生气体(甲烷)的曲线图，其中如果油是沥青(使用相应油中的相对饱和物浓度)，则将来自油的生物气体按比例缩放为预期的生物气体，由三角形表示。Gieg等人，“Methanogenesis,sulfate reduction andcrude oil biodegradation in hot Alaskan oilfields”，2010，EnvironmentalMicrobiology，12:3074–3086，其通过引用并入本文中，并且下文被称为“Gieg”。在HIS岩芯样品中发现的微生物的实验测定的厌氧代谢被用于预测第二组样品中的生物气体的产生。在不同温度和1.5MPa的储层压力(实线)下，将从这两种方法产生的生物气体与从气体饱和的重油中预测的脱溶气体进行比较。Motahhari等人，“Viscosity Prediction forSolvent-Diluted Live Bitumen and Heavy Oil at Temperatures Up to175-deg-C”,2013,Society of Petroleum Engineers，其通过引用并入本文中并且在下文中被称为“Motahhari”。

仍然参考图10，使用来自Standing相关性的平衡比预测饱和重油浓度，所述平衡比呈现于Ahmed,T.(2001)，“Reservoir Engineering Handbook”，(第2版)，第15章，Elsevier，其通过引用并入本文中并且在下文中被称为“Ahmed”，通过数学方式将重油和产出气与Motahhari限定的成分组合。通过模拟在等压(恒压)条件下该饱和油的加热来预测脱溶气体。应用Standing相关性的主要假设是每种化学组分的平衡比不随组成变化。这种流体的气油比是0.5wt％，相当于约7m

仍然参考图10，通过来自每种油的SARA(饱和物、芳烃、树脂和沥青质)分析的饱和物级分的比例将Gieg等人提供的来自没有添加营养物的阿拉斯加北坡油中微生物产生甲烷的数据相对于沥青按比例缩放。以不频繁的间隔呈现90天的气体产生数据。在6个月后测量观察到的最大气体产量。在该模型中的一个假设是所产生的气体与油的饱和物含量成比例。在没有任何其它外源性营养物或底物的情况下，在这种情况下气体产生来源于C7-C34烷烃(单键，非环状分子)级分中的底物化合物。C7-C34烷烃含量不是原油测定中常见的测量，因此使用饱和物含量(其包括环烃)作为代用指标来估算C7-C34烷烃含量测量。

仍然参考图10，将来自IHS的岩芯样品与营养制剂混合并在实验室中在50℃下孵育。随时间测量代谢物以确定这些系统中的厌氧代谢。将代谢物浓度逐摩尔转化为IHS样品中由微生物产生的气体。

图11A、图11B和图11C显示了本发明的一个实施方案的示意图。在该实施方案中，将水平营养物注入井40钻进在SAGD蒸汽室10上方的IHS区20中。在图11B中所示的实施方案中，气体80可以由响应于传导加热的IHS层而被活化的微生物产生。在图11C中所示的实施方案中，营养物50从地面上的罐60注入。注入的营养物50在SAGD期间在传导加热的IHS区20中孵育，其发生在下面的蒸汽室10中。如图11B中所示的，可以由传导热活化的休眠微生物70进一步被注入的营养物50活化和增强，以产生气体80。在一个实施方案中，由活化的嗜热微生物70产生的气体80为位于横向延伸的泥浆层30之间的油提供压力，以沿着倾斜的泥浆层向下流入下面的蒸汽室10，用于油生产。

在本发明的另一个方面，通过确定和利用最佳的营养制剂和温度条件来促进最大的微生物活化和增殖，从而提高微生物气体的产量。营养制剂可以基于(1)微生物种子库和厌氧微生物代谢的专门知识，或(2)基于存在于给定储库层中的特定微生物群落的制剂来设计。后一种制剂可以通过使用从给定IHS区中取出的样品对该IHS区的微生物种子库进行位点特异性预表征实验室测试来制备。预表征可以包括关于在不同预期温度下如何最好地刺激微生物特定种子库的研究。IHS沉积物的样品通常可从在地表下勘探测量期间或在钻探SAGD注入器-生产器井对的过程期间采集的钻芯中获得。

营养制剂可以包括生长基质(其是基于碳的有机化合物)、氮、硫和磷化合物、铁、锰和其它金属化合物、维生素、或不同的电子受体(如氧、硝酸盐、金属氧化物和硫酸盐)。基于碳的有机化合物可以包括但不限于复杂化合物，诸如糖蜜、城市废水、冷冻干燥的藻类或其它生物质、酵母提取物、胰蛋白酶大豆肉汤、蛋白胨和来自食品加工的提取物。基于碳的有机化合物还可以包括较不复杂的化合物，诸如轻质烃或溶剂(如甲苯)和短链有机酸(如乳酸盐、丁酸盐、丙酸盐和乙酸盐)。例如，图6显示了用复杂程度较低的化合物的细菌代谢增加了两倍，以及当使用复杂的化合物时增加了高达五倍。复杂程度较低的化合物通常是复杂化合物的细菌代谢的分解产物。通常需要不同类型的细菌以将复杂的营养物转化为复杂程度较低的营养物和将复杂程度较低的营养物转化为气体。因此，简单的或复杂的营养物的使用将取决于在给定的储层中所针对的细菌的类型。

营养制剂可以是专门的和针对特定地点的，或者可以基于能够产生气体的厌氧微生物联合体的一般生理学的专门知识来被标准地应用。上述的一些营养物可以以低浓度存在于储层中。然而，本发明的营养制剂通常含有高得多的营养物浓度。

在一个实施方案中，本发明旨在于沿着横向延伸的泥浆层的平缓倾斜方向朝向蒸汽室驱动油，而不是像现有技术那样试图破坏蒸汽室的泥岩边界。因此，在一些实施方案中，本发明利用例如如图1、图2和图3中所示的现有油生产井7以从IHS区生产油。在要求保护的本发明的一些实施方案中，在IHS区中钻出另外的生产井。

本发明的一些实施方案的优点包括，相对于传统SAGD方法，每桶所生产的油的油生产成本降低，因为与营养物注入相关的成本可能低于蒸汽产生的成本。因此，本发明的实施方案将在没有SAGD方法的任何改变的情况下，在仅增加额外的营养井递增成本的情况下，将产生显著增加油产量。

本发明实施方案的另一个优点是寻求降低蒸汽与油的比例。因此，在与传统SAGD方法中相同量的蒸汽的情况下，本发明的实施方案允许产生显著更大量的油，并且由此可以减少每单位油产量的温室气体排放的相对量。

另外，由于IHS区中的油比蒸汽室的油生物降解性和粘性低，因此其在商业上更有价值。此外，降低的粘度需要较少的能量流过油生产井。

此外，IHS区的生物降解较少的油如果仍能进一步被生物降解，则它在被加热时适合支持产气的微生物活性。因此，在本发明的一些实施方案中，天然存在于IHS区中的油可以作为微生物生长的营养物形式。

在本发明的另一个实施方案中，产气微生物可以作为生物强化的形式被注入地表下。需要现场特异性实验室测试来确定理想的营养物和/或生物强化制剂。在本发明的一个实施方案中，产气微生物可以来源于从相应的储库岩芯样品中分离和培养的种子库微生物。在本发明的另一个实施方案中，注入的产气微生物可以是已知在高温缺氧条件下产气的标准微生物种类或联合体。

在本发明的一些实施方案中，可能期望接近地表下区域的大部分。因此，本发明考虑了包括多于一个营养物注入井的实施方案。营养物注入井可根据营养物注入的目标区域，可以水平地、指向性地和/或垂直地钻出不同宽度、深度(浅的或深的)的营养物注入井。可以基于特定储层的特性和计算出的成本/效益比来确定钻出更少或更多的营养物注入井，或水平和/或垂直井的决定。

在本发明的一些实施方案中，水平井可以被用于基于温度或微生物条件靶向地质单元中的特定区域的刺激。在本发明的另一个实施方案中，水平井可以类似于水平SAGD井。水平井也可以水平地达到1km长或更长和/或接近整个储油层区域。

在本发明的一个实施方案中，可以从与现有生产井(如SAGD生产井垫)相同的地面位置或基础设施钻出营养物注入井。因此，在该技术与另一种采油方法(如SAGD方法)结合使用的此类实施方案中，这些额外的井可能代表较小的增量部署成本。

在本发明的一个实施方案中，在SAGD之前钻出的用于测绘和勘探目的的现有垂直轮廓井可以被用作注入井。图13显示了具有现有垂直轮廓井90的示意图。本发明还考虑添加任何类型的垂直井，而不管在储层中是否先前存在垂直井。

在另一个实施方案中，本发明可以在SAGD方法之前或之后用于通常难以接近的区域(如IHS区)。由热采油策略(如SAGD方法)产生的热量仅在SAGD方法有效且正在进行时才可接近。因此，当在SAGD方法之前或之后使用本发明时，可以注入温水作为热增强以维持用于微生物种子库活化、微生物增殖和气体产生的最佳温度条件。可以连续地或周期性地注入温水。在本发明的一些实施方案中，可以将温水与营养物和/或微生物一起注入。

在本发明的一个实施方案中，可以在SAGD方法期间注入温水以补充IHS的特定区域的热量。

在另一个实施方案中，并且如本领域技术人员可以理解的，本发明可以用于致密储油层(也被称为轻质致密油、页岩主矿物油(shale hosted oil)、或者被称为页岩油)。不一致的气体含量是从致密储层生产油的可变成功的主要贡献因素。致密储油层需要高气体含量以将油驱至生产井。本发明可以被用于产生增加在可行的储层或目标地层中的产量所需的额外的气体，否则这些可行的储层或目标地层由于其气体含量低而不经济。。

水力压裂通常被用于从致密储油层中提取油。本发明的营养制剂可以在压裂过程之前、期间或之后注入储层。营养物的组合和储层温度的变化可以刺激休眠微生物的活化，并随后从微生物活性产生气体。在孵育一段时间之后，微生物气体的产生可以有助于将油移动到生产井所需的气体驱动。

在另一个实施方案中，本发明的方法可以涉及用于提高采油率的针对特定地点的局部监测测试和准备工作，其包括：

(i)从一个或多个目的储油地点对地表下储层岩芯取样，例如IHS岩芯样品；

(ii)针对稀有种子库生物体的微生物多样性分析和沉积物中原位储层微生物群落的基于实验室的表征-这些可能涉及模拟上覆IHS的SAGD传导加热的温度梯度孵育；

(iii)基于实验室的底物、营养物、温度的确定，这些底物、营养物、温度是从目的地点沉积物中的休眠但存在的微生物群落产气的最佳条件；

(iv)模拟随时间的热加热(例如通过蒸汽室传导加热的建模)以基于种子库微生物的生理机能来鉴定最佳微生物气体生产的高温条件，而不需要进一步的干预；

(v)如果向休眠微生物群落提供营养物，和/或寻找可能响应温度和/或营养物而发生的细菌内孢子的萌发，对额外的气体产生进行建模；和

(vi)在目的储油层地点实施改进的采油策略。

本发明包括用于从地球地表下的储油层采收油的方法。在该方法中，在地表下提供注入井，用于注入至少一种营养物。在注入至少一种营养物之前、期间或之后，提供热源以连续地加热地表下。培养位于地表下的产气微生物以产生气压，其将油驱动至生产井以进行采收。

在一个实施方案中，本发明包括用于从地球地表下的储油层中采油的方法。在该方法中，在地表下利用注入井来注入至少一种营养物。在注入至少一种营养物之前、期间或之后，利用热源来加热地表下。位于地表下的产气微生物利用至少一种营养物产生气压，其驱动油到生产井以进行采收。

在另一个实施方案中，本发明包括用于从地球地表下的储油层采油的方法。在该方法中，在地表下利用注入井来注入至少一种营养物。改变地表下的温度。将至少一种产气微生物注入地表下。产气微生物利用该至少一种营养物产生气压，其驱动油到生产井以进行采收。

在另一个实施方案中，本发明包括用于从地球地表下的储油层采油的方法。在该方法中，在地表下中利用注入井来注入至少一种营养物。改变地表下的温度。刺激至少一种产气微生物以产生气压，其将油驱动至生产井以进行采收。产气微生物可以被注入地表下，或天然存在于地表下。

在本发明的一个实施方案中，上述注入、孵育和生产步骤可以循环重复。在本发明的另一个实施方案中，油的生产可以与用注入的营养物孵育微生物同时进行。

在另一个实施方案中，本发明可以被应用于地表下重油储层(如相对薄的油饱和砂层)中的微生物种子库生物体，所述地表下重油储层(如相对薄的油饱和砂层)是目前不能通过常规和/或热采收(即SAGD)方法接近或对常规和/或热采收(即SAGD)方法有吸引力的。在此类薄储层区域中，因为认为SAGD方法不经济，通常不采用SAGD方法。在该实施方案中，由于不能从诸如SAGD方法的并行热策略获得热能，因此必须通过另一种方法将热能引入到沉积物中。

在本发明的一个实施方案中，如前所述的，可以通过注入温水向目标区域提供热能。图12A显示了此类实施方案的第一阶段。营养物注入井40从地面上的罐60注入温水、营养物和任选地微生物55。在本发明的一个实施方案中，温水、营养物和任选的微生物55稳定地流入储油层25以通过加热降低粘度并活化和培养微生物群落(包括休眠的种子库)，以产生为油生产提供压力驱动的气体。

图12B显示了图12A中所示的本发明实施方案的第二阶段的一个实施方案。在该实施方案中，营养物注入井40也可以起到生产井的作用。在一个实施方案中，通过阶段一(图12A)中的微生物产生的气体将加热的且因此粘度较小的油驱向用于生产的井(图12B)。

温水的温度可以根据目标微生物群落的偏好而变化。温水对沉积物进行加热，并与营养物一起降低油的粘度，并有助于对储层进行加压。因此，适应高温的微生物被活化并增殖以产生原位压力增加的气体，从而使得流动和油产量的增加。

在本发明的一个实施方案中，可以注入温水以促进油生产，并且继续重复注入/生产循环。在一些实施方案中，注入/生产循环周期可以是储层特异性的，并且可以通过在常规冷温油生产中的先前尝试来确定。

在本发明的一个实施方案中，此类交替循环可以继续，直到油生产停止。在本发明的另一个实施方案中，在地表下沉积物中的微生物与温水和营养物的孵育可以持续几个月以上。在本发明的另一个实施方案中，油生产可以持续长达6个月或更长。

在本发明的一些实施方案中，营养物注入井和/或温水注入井也可以被用于油生产。

在本发明的一些实施方案中，由温水提供的补充热能可以被用于补充一次冷油生产或二次油生产(如注水技术)。

在一个实施方案中，可以使用相对冷的水或其它冷却方法冷却地表下以靶向适应低至中等温度的微生物群落。冷水或其它冷却方法将沉积物与微生物群落一起冷却，并可以有助于对储层加压。因此，适应低至中等温度的微生物被活化并增殖以产生原位压力增加的气体，从而使得流动和油产量的增加。

现在，理解本发明的人可以想到上述的可替换结构和实施方案或变型，所有这些都落入如所附权利要求所限定的本发明的范围内。