[發(fā)明專利]高壓多相環(huán)境中地質(zhì)微生物運動性能研究的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811320858.0
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109576143B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋智勇;朱維耀;李華;王百川;黃堃
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12M1/26;C12M1/00;C12Q1/64
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種高壓多相環(huán)境中地質(zhì)微生物運動性能研究的裝置及方法，屬于地質(zhì)微生物運動性能研究技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括左右兩個微生物培養(yǎng)罐、中間巖心夾持器、恒速恒壓注入泵、環(huán)壓控制泵等。培養(yǎng)罐體與巖心夾持器筒體之間采用連接法蘭及大通徑高壓球閥連接；所述微生物培養(yǎng)罐體及巖心夾持器筒體各設(shè)計接口，用于注射菌液及采取樣品。采用該裝置的方法結(jié)合了滲流力學(xué)理論及微生物厭氧發(fā)酵培養(yǎng)技術(shù)實現(xiàn)了對多孔介質(zhì)中地質(zhì)微生物運動、代謝性能的研究。重點研究微生物通過多孔介質(zhì)的能力及多孔介質(zhì)對微生物生長、代謝、運動的影響，對深層地下環(huán)境中的地質(zhì)微生物生命活動研究有著重要的意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)微生物運動性能研究技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種高壓多相環(huán)境中地質(zhì)微生物運動性能研究的裝置及方法。

背景技術(shù)

地質(zhì)微生物是地球生物圈的重要組成部分，其在地球化學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用，如通過生命代謝活動淋濾出巖石礦物中的重金屬并富集成礦、重金屬污染治理、參與油氣的形成及稠油降解等方面。微生物在多孔介質(zhì)中的生長代謝運動過程，包括有機(jī)質(zhì)降解、微生物生長代謝繁殖等生物過程，以及水利作用下微生物和營養(yǎng)物質(zhì)的運移過程，而且兩者具有密切的聯(lián)系。深層地下環(huán)境中的地質(zhì)微生物生長代謝環(huán)境不同于自然環(huán)境中微生物，極端地質(zhì)環(huán)境使得微生物具有特殊的適應(yīng)能力與代謝功能，此外，微生物的代謝及趨化性等生命活動對多孔介質(zhì)中的物質(zhì)遷移與分布起到了多樣而顯著的作用。由此可見，對地質(zhì)微生物的研究不僅對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，還有助于解析生命起源、生命極限、生命本質(zhì)等生命科學(xué)問題，因此其生物地球化學(xué)作用在地球系統(tǒng)科學(xué)研究中具有重大科學(xué)研究價值。

隨著研究領(lǐng)域逐漸向更深層地下環(huán)境拓展，地下微生物厭氧代謝活動與滲流行為的相互作用，已成為地下深層環(huán)境研究中不可回避的問題之一。對于這一問題的研究，現(xiàn)有技術(shù)手段僅停留在常壓環(huán)境的研究，這不能代表極端高壓條件下微生物生命活性。本發(fā)明所涉及的實驗方法及裝置可研究高壓下油、氣、水多相環(huán)境地質(zhì)微生物的生長、代謝及運動性能，且可為其他研究提供基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高壓多相環(huán)境中地質(zhì)微生物運動性能研究的裝置及方法，結(jié)合滲流力學(xué)和厭氧發(fā)酵技術(shù)設(shè)計的實驗裝置體現(xiàn)的功能是對高壓、油氣水三相環(huán)境中微生物運動性能的研究，重點研究微生物通過多孔介質(zhì)的能力及多孔介質(zhì)對微生物生長、代謝、運動的影響。

該裝置可利用真實地下巖心作為微生物在多孔介質(zhì)中運動的介質(zhì)，裝置包括兩個高壓培養(yǎng)罐、巖心夾持器、環(huán)壓控制泵、恒速恒壓注入泵、真空泵、恒溫培養(yǎng)箱、樣品采集器和光源，高壓培養(yǎng)罐和巖心夾持器位于恒溫培養(yǎng)箱中，兩個高壓培養(yǎng)罐分居巖心夾持器兩側(cè)，高壓培養(yǎng)罐和巖心夾持器通過連接法蘭和大通量高壓球閥連接，恒速恒壓注入泵通過控制閥門連接左側(cè)高壓培養(yǎng)罐，高壓培養(yǎng)罐上部設(shè)置兩側(cè)接口，高壓培養(yǎng)罐頂部和底部設(shè)置高壓培養(yǎng)罐壓帽，高壓培養(yǎng)罐壓帽中間為高壓培養(yǎng)罐視窗，環(huán)壓控制泵通過閥門連接巖心夾持器，右側(cè)的高壓培養(yǎng)罐連接真空泵和樣品采集器，右側(cè)的高壓培養(yǎng)罐出口處設(shè)置精密壓力表，巖心夾持器兩側(cè)分別設(shè)置一個中間接口，短巖心置于巖心夾持器內(nèi)。

其中，高壓培養(yǎng)罐的筒壁為耐腐蝕高壓不銹鋼材質(zhì)，高壓培養(yǎng)罐視窗為耐高壓玻璃，用于觀察微生物生長狀況。

微生物液體注入和樣品采集均通過兩側(cè)接口進(jìn)行。

高壓培養(yǎng)罐底部的高壓培養(yǎng)罐視窗正對光源或顯微鏡，用于觀察微生物生長狀況。

巖心夾持器與高壓培養(yǎng)罐中間采用大通量球閥連接，以確保微生物流動不受通道尺寸影響，裝置出口處連接真空泵以確保整個裝置可達(dá)到無氧狀態(tài)，用于研究兼性或厭氧微生物；該裝置用于研究微生物運動及代謝性能，且能夠取得較多樣品以用于后續(xù)分子生物學(xué)分析。

該裝置耐受最大壓力為10MPa。

采用該裝置進(jìn)行實驗的方法，包括步驟如下：

S1：將切割好的短巖心裝入巖心夾持器；