激活劑用量對油藏內(nèi)源微生物群落的影響

胡　婧，劉　濤

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營257000）

激活劑用量對油藏內(nèi)源微生物群落的影響

胡婧，劉濤

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營257000）

為了明確激活劑用量對油藏內(nèi)源微生物群落的影響，在沾3內(nèi)源微生物試驗(yàn)區(qū)塊細(xì)菌密度達(dá)到平臺期后，在激活劑注入階段實(shí)施了一個(gè)周期的寡營養(yǎng)期（2013年10月—11月）和一個(gè)周期的富營養(yǎng)期（2014年1月—2月）。結(jié)果發(fā)現(xiàn):該措施實(shí)施后，沾3區(qū)塊內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯改變。寡營養(yǎng)期后，油井產(chǎn)出液的細(xì)菌密度略有降低，同時(shí)群落多樣性明顯升高，富營養(yǎng)期后，細(xì)菌密度出現(xiàn)反彈，突破實(shí)施前的平臺期達(dá)到106個(gè)/mL以上，而油藏微生物多樣性明顯降低。本研究還發(fā)現(xiàn)，激活劑用量對油藏內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)的影響會(huì)進(jìn)一步對現(xiàn)場生產(chǎn)動(dòng)態(tài)產(chǎn)生影響，降低激活劑濃度可以改善現(xiàn)場生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

激活劑用量；內(nèi)源微生物群落；細(xì)菌濃度；群落多樣性

內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)是通過向油藏內(nèi)注入合適的激活劑，選擇性地激活油藏內(nèi)源微生物，利用激活后的微生物及其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物來提高原油采收率，激活劑在內(nèi)源微生物驅(qū)油過程中的作用至關(guān)重要。到目前為止，微生物驅(qū)油技術(shù)的大部分研究都集中在如何篩選有效的激活劑配方，考察不同配方對內(nèi)源微生物的影響［1-4］，關(guān)于激活劑用量對油藏內(nèi)源微生物的影響研究較少。

有研究證實(shí)油藏內(nèi)源微生物長期處于寡營養(yǎng)狀態(tài)，若外界注入大量營養(yǎng)物質(zhì)反而會(huì)抑制這些微生物的生長［5］。同時(shí)激活劑注入一段時(shí)間后，地層中細(xì)菌增殖到一定程度后，細(xì)菌密度加大的同時(shí)也加劇了不同微生物之間營養(yǎng)和空間的相互競爭，進(jìn)而造成地層菌量及細(xì)菌代謝活性的下降。1992年，Sheehy等［6］研究表明內(nèi)源微生物在有限的營養(yǎng)物條件下反而可以增強(qiáng)其代謝活動(dòng)。這是因?yàn)榧?xì)胞處于饑餓狀態(tài)的時(shí)候表現(xiàn)出疏水性，微生物的細(xì)胞壁物質(zhì)能作為表面活性物質(zhì)來提高原油采收率。所以在油藏內(nèi)源微生物數(shù)量增殖到一定程度后，實(shí)施寡營養(yǎng)期和富集營養(yǎng)期的交替注入可以保證激活后細(xì)菌在油藏內(nèi)增殖及其代謝活性的穩(wěn)態(tài)維持，從而進(jìn)一步改善微生物驅(qū)油的效果。

激活劑用量的調(diào)整可以作為微生物內(nèi)源驅(qū)油技術(shù)的一項(xiàng)重要調(diào)控手段，通過對菌群的影響進(jìn)而調(diào)控現(xiàn)場生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。本研究在室內(nèi)激活劑配方篩選及現(xiàn)場單井吞吐的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步驗(yàn)證激活劑體系注入量對內(nèi)源微生物的激活效果，微生物群落的變化以及對生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響，以通過激活劑用量的調(diào)整，來提高現(xiàn)場的原油產(chǎn)量。

圖1　試驗(yàn)區(qū)油水井分布圖Fig.1 Distribution of oil and water wells in test area

1　材料與方法

1.1現(xiàn)場試驗(yàn)區(qū)塊概況

沾3試驗(yàn)區(qū)位于山東省河口區(qū)境內(nèi)，為義南斷裂斷階上的斷鼻構(gòu)造（圖1），為水驅(qū)開發(fā)稠油油藏，該區(qū)塊含油面積0.69 km2，地質(zhì)儲量2.02×106t，油藏深度1 240～1 360 m，油層溫度63℃，儲層孔隙度30%，滲透率0.682 μm2，原油黏度1 885 mPa·s，地層水礦化度8～10 g/L。1985年投入開發(fā)，1989年注水開發(fā)，微生物驅(qū)油試驗(yàn)前已進(jìn)入高含水開發(fā)、產(chǎn)量遞減階段，油藏綜合含水率93.8%，采出程度28.2%，水驅(qū)效果差，穩(wěn)產(chǎn)難度大。該區(qū)塊在實(shí)施內(nèi)源微生物驅(qū)油的前期，在室內(nèi)篩選了適合沾3內(nèi)源微生物驅(qū)油的配方體系，并進(jìn)一步進(jìn)行了單井吞吐實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該區(qū)塊在該激活劑的作用下具有很好的內(nèi)源微生物驅(qū)油提高采收率的潛力。

1.2激活劑井組注入及激活劑注入量設(shè)計(jì)

在前期室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場單井吞吐的基礎(chǔ)上［7-9］，開展了激活劑井組注入實(shí)驗(yàn)，并在注入過程中考察了激活劑注入量對油藏內(nèi)微生物的激活效果、微生物群落的變化及對生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響。激活劑井組注入在沾3區(qū)塊的3口注水井進(jìn)行，分別是沾3-N12、義古1、義古14，受效油井12口，其中中心受效油井有5口，圖1中紅色表示受效油井，藍(lán)色表示激活劑注入井。

現(xiàn)場試注體系為室內(nèi)篩選優(yōu)化的營養(yǎng)激活劑，該體系包括了玉米漿干粉（3 g/L）、（NH4）2HPO4（2 g/L）、NaNO3（4 g/L）組成。在試驗(yàn)區(qū)3口注水井實(shí)施激活劑體系注入?，F(xiàn)場施工是通過注入設(shè)備依次向注水井中注入激活劑，完成一口井的注入以后接著恢復(fù)正常注水，以此保證激活劑體系能夠向油藏中推進(jìn)?，F(xiàn)場試驗(yàn)按照圖2的流程施工進(jìn)行。

圖2　現(xiàn)場施工方式Fig.2 Field implemention method

按最初的方案設(shè)計(jì)，三口注入井每天的注水量為660 m3，激活劑的注入按照實(shí)際單井配注量的30%（200 t/d）進(jìn)行注入，實(shí)施過程中，為了考察激活劑用量對內(nèi)源微生物群落及開發(fā)效果的影響，在現(xiàn)場實(shí)施內(nèi)源微生物驅(qū)油水井產(chǎn)出液菌量達(dá)到平臺期后，激活劑注入實(shí)施了一個(gè)周期的寡營養(yǎng)期（2013年10月—2013年11月）和一個(gè)富營養(yǎng)期（2014年1月—2014年2月），用量調(diào)整見圖3。寡營養(yǎng)期的激活劑注入量為65 t/d（2013年10月）和35 t/d（2013年11月），富營養(yǎng)期的激活劑注入量為350 t/d（2014年1月）和250 t/d（2014年2月）。

圖3　激活劑注入量Fig.3 Injection amount of activitor

1.3微生物群落結(jié)構(gòu)分析

1.3.1現(xiàn)場樣品處理及DNA提取

從2013年1月—2014年5月對試驗(yàn)區(qū)塊中的注入水（Z3-N12）及5口見效油井（Z3-13、15、23、26、X24）水樣中的細(xì)菌密度、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行季度跟蹤檢測。油水井產(chǎn)出液直接從井口收集到一個(gè)無菌的容器中，每個(gè)樣品采集10 L油水樣，2 h內(nèi)運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室開展后續(xù)分子生物學(xué)檢測工作，在水樣進(jìn)行處理前，吸取少量進(jìn)行鏡檢確定細(xì)菌密度。

油藏水樣中的微生物密度很低，而且存在原油污染，給后續(xù)微生物分離帶來了一定的難度。為了去除原油污染，先在樣品溶液中加入少量的石油醚萃取，攪拌靜置后原油被萃取到上層有機(jī)相中，下層水樣采用mediakap中空纖維膜過濾器（仕必純貿(mào)易（上海）有限公司）進(jìn)行菌體收集。每個(gè)樣品收集6 L液體。截留在膜上的菌體用液體進(jìn)行充分反復(fù)振蕩洗脫后高速離心（12 000 r/min，4℃，15 min）收集。收集到的菌體于-70℃冷凍保存。

1.3.2樣品DNA提取及高通量測序

樣品菌體DNA的提取利用AxyPrep基因組提取試劑盒。提取后的DNA利用nanodrop進(jìn)行濃度檢測后，PCR反應(yīng)擴(kuò)增樣品DNA模板中的16SV4區(qū)，擴(kuò)增利用通用引物515F和806 R，序列信息如下:515 F GTGCCAGCMGCCGCGGTAA，806RGGACTACHVGGGTWTCTAAT。

1.3.3高通量測序

PCR產(chǎn)物送至華大基因進(jìn)行高通量測序及后續(xù)生物信息學(xué)分析來解析樣品中的群落結(jié)構(gòu)，高通量測序采用Illumina測序法；測序完成后，首先進(jìn)行序列質(zhì)量篩選，去除低質(zhì)量的序列，剩余高質(zhì)量的序列利用之間的重疊關(guān)系進(jìn)行拼接，然后將拼接的序列聚為OUT，最后通過OUT與數(shù)據(jù)庫的比對，對OUT進(jìn)行物種注釋，得到每個(gè)樣品的微生物群落結(jié)構(gòu)。

2　結(jié)果與討論

2.1細(xì)菌密度變化與群落多樣性的變化

圖4　激活劑注入不同階段的細(xì)菌密度及菌群多樣性Fig.4 Bacterial concentrations and bacterial diversity in different stages of activation

在激活劑井組注入后，從2013年1月開始對現(xiàn)場注入水和油井產(chǎn)出液中的菌密度及群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果見圖4。從圖4可以看出:在實(shí)施內(nèi)源微生物驅(qū)油之前，沾3區(qū)塊油藏水樣中的內(nèi)源菌密度很低，只有102個(gè)/mL，激活劑注入后，地層水樣中的細(xì)菌密度開始逐漸增加，2013年4月和5月的細(xì)菌密度接近106個(gè)/mL，菌密度的增長進(jìn)入了平臺期。隨著2013年10月激活劑注入量的減少，細(xì)菌密度在2013年11月出現(xiàn)了小幅度的降低。2014年1月份開始進(jìn)行富營養(yǎng)注入，在2月份檢測發(fā)現(xiàn)細(xì)菌密度沒有立刻升高，而是到了5月才明顯升高，超過了106個(gè)/mL。從該結(jié)果可以得出，激活劑的注入可以明顯地提高地層內(nèi)源微生物的密度，在細(xì)菌增殖到一定程度后，激活劑大量注入一個(gè)階段后，細(xì)菌密度不再會(huì)隨著激活劑的注入而升高，細(xì)菌生長進(jìn)入平臺期，代謝活性下降，這時(shí)降低激活劑的用量，在一定程度上降低細(xì)菌密度，恢復(fù)細(xì)菌的代謝生長能力后，再注入大劑量激活劑，細(xì)菌密度會(huì)突破前期的平臺繼續(xù)增長。

除了菌密度，菌群多樣性也呈現(xiàn)了一定的規(guī)律性變化，原始油藏中的內(nèi)源微生物多樣性高，細(xì)菌種類豐富。在注入激活劑后，油藏水樣中的細(xì)菌多樣性明顯降低，在2013年1月，多樣性指數(shù)從最初的1.8降到了0.7。后面隨著激活劑的持續(xù)注入，多樣性呈現(xiàn)升高的趨勢，2013年4月至7月，多樣性指數(shù)穩(wěn)定在1.1左右，在寡營養(yǎng)和富營養(yǎng)激活劑的交替注入結(jié)束后，群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)被打亂，多樣性在2014年5月降低至0.8?？梢钥闯?，激活劑的用量對油藏細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性存在明顯影響，可以在群落多樣性穩(wěn)定后進(jìn)一步降低菌群的多樣性。

2.2細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化

由菌密度和多樣性數(shù)據(jù)可知，激活劑的注入，細(xì)菌密度明顯升高的同時(shí)，生物多樣性卻在降低，這說明激活劑在油藏中只是選擇性地激活了某些細(xì)菌，而不是廣泛激活了油藏中的所有內(nèi)源微生物。通過高通量測序解析了所有油水井樣品中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，將不同檢測時(shí)間內(nèi)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中含量在前4位的優(yōu)勢菌進(jìn)行總結(jié)，結(jié)果見表1。從表1可以看出:激活劑注入后，菌群結(jié)構(gòu)與注入前發(fā)生了明顯的變化，而且在激活劑注入過程中，油水井產(chǎn)出液中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也一直在動(dòng)態(tài)變化，其中2013年4月和2013年7月2個(gè)季度的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定的激活劑注入量下保持穩(wěn)定，4種優(yōu)勢菌相同。2013年10月開始寡營養(yǎng)激活劑注入后，已建立起來的優(yōu)勢菌結(jié)構(gòu)被打亂，以前不是優(yōu)勢的脫鐵桿菌成為其中的一個(gè)優(yōu)勢菌，假單胞菌的含量在富營養(yǎng)激活劑注入后比例明顯升高。從該結(jié)果可以看出，激活劑用量的改變可以對細(xì)菌菌群產(chǎn)生明顯影響，改變了菌群結(jié)構(gòu)。

表1　激活劑注入過程中群落結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢菌的變化Table 1 Change of dominant bacteria in community stucture in the precess of activator injection

將優(yōu)勢菌群結(jié)構(gòu)的變化與區(qū)塊日油水平的變化進(jìn)行對比分析，結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，寡營養(yǎng)注入后，產(chǎn)量快速達(dá)到峰值，在后期富營養(yǎng)注入后，產(chǎn)量卻呈現(xiàn)小幅度降低。該結(jié)果證明，激活劑穩(wěn)定注入一個(gè)階段，細(xì)菌密度達(dá)到平臺期后，適當(dāng)降低激活劑的濃度反而可以快速提高現(xiàn)場原油產(chǎn)量，而持續(xù)高濃度激活劑的注入雖然可以提高細(xì)菌的數(shù)量，但菌群的多樣性會(huì)逐漸升高，優(yōu)勢菌比例下降引起現(xiàn)場原油產(chǎn)量的下降。

3　結(jié)論

激活劑是內(nèi)源微生物驅(qū)油的最關(guān)鍵因素，除了激活劑的配方外，激活劑的用量也是一個(gè)重要的影響因素。通過研究發(fā)現(xiàn)，激活劑用量對油藏內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)有明顯影響，內(nèi)源細(xì)菌密度達(dá)到平臺期后，降低激活劑用量，油井產(chǎn)出液的細(xì)菌密度隨之降低，同時(shí)群落多樣性明顯升高，提高激活劑用量后，細(xì)菌密度出現(xiàn)反彈，而油藏微生物多樣性開始降低。與現(xiàn)場生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整激活劑用量可以有效改善內(nèi)源微生物驅(qū)油生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，進(jìn)一步提高該技術(shù)的驅(qū)油潛力。

圖5　細(xì)菌優(yōu)勢菌群結(jié)構(gòu)與區(qū)塊的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)對比Fig.5 comparison of the dominant bacterial community and the oil production

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（責(zé)任編輯 荀志金）

Effect of activator amount on endogenous microbial community in reservoirs

HU Jing，LIU Tao
（Research Institute of Petroleum Engineering Technology，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257000，China）

In order to determine the effect of activator amount on the endogenous microbial community in reservoirs，we implemented a program with one period of little nutrition（2013-10-2013-11）continued with one period of rich nutrition（2014-01-2014-02）when the bacterial concentration of endogenous microbial reached to a platform stage.This program was carried out in Zhan 3 block of Shengli Oilfield. After the implementation of the program，the microbial community structure in the Zhan 3 block changed obviously.The bacteria concentration of the oil well production fluid decreased slightly and community diversity increased in the little nutrition stage significantly.While the concentration of bacteria broke through the platform reached above 106cell/mL and the microbial diversity began to decrease in the rich nutrition stage.We also found that the regulation of activator amount will further affect the production of the field.Decrease of the concentration of activator will improve the production of oil in a certain extent. Keywords:activator amount；endogenous；bacterial concentration；community diversity

TE357.9

A

1672-3678（2016）03-0007-05

10.3969/j.issn.1672-3678.2016.03.002

2016-03-18

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2013AA064401）

胡 婧（1980—），女，河南許昌人，博士，研究方向:微生物采油，E-mail:tomatohu@163.com