中高溫油藏內(nèi)源微生物好氧激活技術(shù)研究

王　靜，段傳慧，李彩風(fēng)，高光軍

（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）

中高溫油藏內(nèi)源微生物好氧激活技術(shù)研究

王靜，段傳慧，李彩風(fēng)，高光軍

（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）

為了掌握中高溫油藏內(nèi)源微生物好氧激活特征，在勝利油田選取12個(gè)中高溫油藏典型區(qū)塊開展了好氧激活評(píng)價(jià):在所選油藏溫度范圍分別為55～65℃、65～79℃、79～95℃，通過模擬油藏條件下好氧激活評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn):在小于79℃油藏區(qū)塊中，以玉米漿干粉、糖蜜、酵母粉等作為外加營養(yǎng)劑能夠有效激活水樣中的功能菌株，激活后菌密度最高能夠達(dá)到3×109個(gè)/mL，原油乳化分散作用明顯；在大于79℃的油藏區(qū)塊中，激活效果和原油乳化效果普遍比小于79℃的油藏區(qū)塊差。各區(qū)塊中心井激活后的菌密度與乳化效果呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性，而表面張力與乳化效果無明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系，好氧激活后的溶液表面張力由65 mN/m降至47 mN/m。好氧激活后形成的優(yōu)勢(shì)菌主要以地衣芽胞桿菌（Geobacillus）和熱嗜淀粉芽胞桿菌屬（Bacillus thermoamylovorans）為主。

中高溫油藏；內(nèi)源微生物；微生物驅(qū)油；好氧激活

油藏是一種獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境，其中存在著豐富的微生物類群，它們具有多種代謝類型，可提供新的微生物物種和生物活性物質(zhì)，這些微生物類群在石油開采過程中可發(fā)揮重要作用［1-3］。營養(yǎng)劑和空氣的加入可以改變微生物的群落結(jié)構(gòu)。內(nèi)源微生物采油技術(shù)主要通過對(duì)微生物的選擇性調(diào)控，激活能夠代謝原油的微生物，從而提高原油采收率［4］。近年來，研究較多的內(nèi)源微生物采油技術(shù)就是通過向油藏注入適當(dāng)?shù)募せ顒?，選擇性地激活油藏中已有的具備驅(qū)油功能的微生物群落及其代謝產(chǎn)生的對(duì)提高原油采收率有用的代謝產(chǎn)物，從而提高原油采收率［5-6］。與需要向地層中注入微生物的外源微生物采油技術(shù)相比，內(nèi)源微生物采油技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)不需要添加大型地面設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，因此成為提高采收率的一項(xiàng)新技術(shù)［7-9］。

油藏內(nèi)源菌能夠適應(yīng)油藏的高溫高壓等特殊環(huán)境［10］，并能在特殊環(huán)境下進(jìn)行較為緩慢的生長(zhǎng)、繁殖與代謝，內(nèi)源微生物采油技術(shù)的關(guān)鍵是營養(yǎng)劑激活地層水中對(duì)采油有益的內(nèi)源菌［11］。營養(yǎng)激活劑可以通過注水井注入油藏中，有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)地層水中微生物的定向激活，將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原油采收率的提高大有裨益。

本文中，筆者通過選取勝利油田10個(gè)中高溫油藏典型區(qū)塊開展好氧激活評(píng)價(jià)，從而掌握中高溫油藏內(nèi)源微生物好氧激活特征，以確定1～2種激活效果較好的激活劑。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用地層水、原油取自某油田10個(gè)典型中高溫區(qū)塊油藏某油井，油藏溫度范圍分別為55～65℃、65～79℃和79～95℃。

實(shí)驗(yàn)采用了5種激活劑配方，如表1所示。

表1　實(shí)驗(yàn)配方Table 1 Experimental formulag·L-1

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1研究區(qū)塊選擇

針對(duì)微生物驅(qū)油實(shí)施需求及技術(shù)特點(diǎn)，以溫度、礦化度、滲透率等油藏條件為依據(jù)，在勝利油田進(jìn)行研究區(qū)塊的篩選。由于勝利油田油藏埋藏深、地層溫度高（多在60℃以上），將溫度范圍選在55～95℃。勝利油田地層水礦化度多在20 000 mg/L以下，大多滿足微生物的代謝要求，因此，本研究將篩選范圍定于2 500～20 000 mg/L；鑒于微生物細(xì)胞個(gè)體的尺寸，微生物驅(qū)油技術(shù)主要應(yīng)用于滲透率大于0.05 μm2的油藏。依據(jù)以上因素，筆者選擇了10個(gè)區(qū)塊開展油藏內(nèi)源微生物種群結(jié)構(gòu)研究，研究區(qū)塊基本信息如表2所示。

表2　研究區(qū)塊基本信息Table 2 The basic information of the study blocks

1.2.2取樣方法

每個(gè)區(qū)塊選擇3～4口生產(chǎn)井，用經(jīng)過滅菌的容器在井口取產(chǎn)出液，置于冰中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

1.2.3中高溫油藏好氧功能菌營養(yǎng)激活規(guī)律研究

將注入水和產(chǎn)出液1∶1體積比復(fù)配，按比例加入激活劑配方，根據(jù)油藏溫度振蕩培養(yǎng)，觀察原油乳化效果。

1.2.4目標(biāo)區(qū)塊好氧功能菌群激活體系研究

選取上述5個(gè)中溫區(qū)塊將注入水和產(chǎn)出液1∶1體積比復(fù)配，按比例加入激活劑配方，根據(jù)油藏溫度振蕩培養(yǎng)。通過細(xì)胞計(jì)數(shù)板檢出每毫升培養(yǎng)液中含有菌體的個(gè)數(shù)；取1只厭氧管，加入5 mL柴油和5 mL激活樣品溶液，劇烈振蕩1 min，放置于37℃恒溫箱中，分別測(cè)量5 min和24 h的乳化液和油相體積，按式（1）求得其乳化穩(wěn)定值（Es，%）。

乳化穩(wěn)定值=乳化層高度/油相高度×100%（1）

使用FTA1000B表面張力儀（上海方瑞儀器有限公司）測(cè)量樣品表面張力。

1.2.5激活體系微生物群落多樣性分析

選取51-511塊激活，將樣品進(jìn)行微生物細(xì)胞收集及基因組DNA提取，擴(kuò)增產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)產(chǎn)量和特異性，并用DNA純化試劑盒純化。純化后的擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行高通量測(cè)序。

2　結(jié)果與討論

2.1中高溫油藏好氧功能菌營養(yǎng)激活規(guī)律研究

廣泛激活十二個(gè)區(qū)塊的結(jié)果如表3所示。由表3可見:乳化評(píng)級(jí)效果較好區(qū)塊主要集中在62～70℃區(qū)間，5℃區(qū)塊乳化效果相對(duì)來說差一些，≥80℃區(qū)塊基本無激活效果。

表3　不同激活劑配方在不同溫度區(qū)塊對(duì)中心井的激活效果Table 3 Activation effect of different activator formula on central wells in different temperature blocks

續(xù)表3

2.2目標(biāo)區(qū)塊好氧功能菌群激活體系研究

對(duì)不同目標(biāo)區(qū)塊好氧功能菌群激活體系進(jìn)行研究，結(jié)果如圖1～4所示。

由圖1可知:對(duì)于河口埕東東區(qū)館上和孤島中一區(qū)館3（6-13井區(qū)）2個(gè)區(qū)塊來說，玉米漿干粉作為外加營養(yǎng)劑激活效果較好，添加有機(jī)營養(yǎng)劑相對(duì)于添加無機(jī)物來說效果較好。多數(shù)井區(qū)乳化評(píng)級(jí)在++以上（表3）。菌密度能夠從對(duì)照組105個(gè)/mL增至107～108個(gè)/mL，普遍能夠提高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。測(cè)得表面張力在50～60 mN/m之間，個(gè)別井能夠?qū)⒈砻鎻埩膶?duì)照組70 mN/m左右降低到47 mN/m左右，降低32.9%。從整體效果看，以玉米漿干粉、糖蜜、酵母粉等作為外加營養(yǎng)劑能夠有效激活水樣中的功能菌株；只添加氮、磷源，或者加入乙酸鈉、甘油，菌密度有1～2個(gè)數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，但是激活效果不明顯。

圖1　激活劑配方對(duì)河口埕東東區(qū)館上和孤島中一區(qū)Ng3的激活效果Fig.1 Activation effects of different activator formula on Hekou Chengdong Eastern Hall and Gudao middle one area Ng3

圖2為激活劑配方對(duì)林樊家林102塊的激活效果。由圖2可知:對(duì)于林樊家林102塊來說，菌密度普遍能夠從對(duì)照組106個(gè)/mL增至108個(gè)/mL，增加2個(gè)數(shù)量級(jí)，其中L102-15井以糖蜜、玉米漿干粉和酵母粉作為外加營養(yǎng)，L102注入水以玉米漿干粉作為外加營養(yǎng)，可使菌密度最高能夠達(dá)到109個(gè)/mL。一半左右樣品的表面張力降至50 mN/m以下，個(gè)別樣品甚至能夠降至39.901 mN/m，這與該區(qū)塊的激活體系中的優(yōu)勢(shì)菌為產(chǎn)表面活性劑的芽胞桿菌分析結(jié)果一致。雖然菌密度增長(zhǎng)和表面張力降解較為明顯，但原油的乳化效果較差，多數(shù)在+（表3）以下。

圖2　激活劑配方對(duì)林樊家林102塊的激活效果Fig.2 Activation effects of different activator formula on Lin Fanjialin 102 blocks

圖3與圖4為激活劑配方對(duì)孤東采油廠51-511塊和孤島中二南中Ng1+2塊激活效果。

圖3　激活劑配方對(duì)孤東采油廠51-511塊激活效果Fig.3 Activation effects of different activator formula on Gudong oil production plant 51-511 blocks

由圖3和4可知:對(duì)于孤東采油廠51-511塊和孤島中二南中Ng1+2來說，激活后菌密度普遍能夠增加1～3個(gè)數(shù)量級(jí)，多數(shù)樣品的菌密度在108～109個(gè)/mL，說明這2個(gè)區(qū)塊的微生物容易被激活。測(cè)得表面張力普遍在40～50 mN/m之間，相對(duì)于對(duì)照組來說沒有特別明顯的變化，表面張力最低能夠降低34.1%。各配方激活后的乳化效果也普遍好于其他3個(gè)備選區(qū)塊。尤其是孤島中二南中Ng1+2區(qū)塊激活效果較好，以相對(duì)廉價(jià)的糖蜜作為外加營養(yǎng)劑即可有效地激活此區(qū)塊中的全部4口試驗(yàn)井。其中3口井的原油乳化效果在++++（表3）。

圖4　孤島中二南中Ng1+2Fig.4 Activation effects of different activator formula on the Gudao South Island in Ng1+2

2.3激活體系微生物群落多樣性分析

選取51-511塊激活劑激活樣品進(jìn)行微生物群落多樣性分析，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知:中高油藏內(nèi)源微生物可以被好氧激活，激活后形成的優(yōu)勢(shì)菌主要以地衣芽胞桿菌（Geobacillus）和熱嗜淀粉芽胞桿菌屬（Bacillus thermoamylovorans）為主。

圖5　激活樣品的微生物群落分析Fig.5 Microbial community analysis of the activation sample

3　結(jié)論

在勝利油田選取12個(gè)中高溫油藏典型區(qū)塊開展了好氧激活評(píng)價(jià)。從廣泛激活12個(gè)區(qū)塊的結(jié)果來看，乳化評(píng)級(jí)效果較好區(qū)塊主要集中在62～70℃區(qū)間，其激活后菌密度普遍能夠增加到107～108個(gè)/mL，≥80℃區(qū)塊基本無激活效果。以玉米漿干粉、糖蜜、酵母粉等作為外加營養(yǎng)劑能夠有效激活水樣中的功能菌株，其中孤島中二南中Ng1+2區(qū)塊激活效果最為理想。另外，對(duì)于2個(gè)高礦化度水質(zhì)的區(qū)塊，孤東采油廠51-511相對(duì)于林家樊家林102塊來說激活效果較好。5個(gè)區(qū)塊的樣品中，部分樣品激活后的表面張力有不同程度的下降，但表面張力降低和原油乳化效果并沒有表現(xiàn)出正相關(guān)性。說明在高溫油藏的微生物驅(qū)油過程中原油的乳化更多是由乳化劑而不是表面活性劑引起的。不同的激活配方基本都可以使5個(gè)區(qū)塊中樣品的菌密度明顯增加，但原油的乳化效果與菌密度也未表現(xiàn)出嚴(yán)格的正相關(guān)性。說明營養(yǎng)的注入雖然可以提升油藏的菌密度，但只有特定的配方才可以定向激活好氧功能菌。好氧激活后形成的優(yōu)勢(shì)菌主要以地衣芽胞桿菌（Geobacillus）和熱嗜淀粉芽胞桿菌屬（Bacillus thermoamylovorans）為主。

［1］ GRAY M R，YEUNG A，F(xiàn)OGHT J，et al.Potential microbial enhanced oil recovery processes:acritical analysis［C］∥Society of Petroleum Engineers.SPE Annual Technical Conference and exhibition.Denver:［s.l.］，2008.doi:http:∥dx.doi.org/10.2118/ 114676-MS.

［2］ BRYANT SL，BRITTONL.Mechanisticunderstandingof microbial plugging for improved sweep efficiency［EB/OL］.［2015-11-25］.http:www.osti.gov/scitech/servlets/purl/951329.

［3］ SUTHAR H，HINGURAO K，DESAI A，et al.Selective plugging strategy-based microbial-enhanced oil recovery using Bacillus licheniformis TT33［J］.J Microbiolo Biotechnol，2009，19（10）: 1230-1237.

［4］ BROWN L R.Microbial enhanced oil recovery（MEOR）［J］.Curr Opin Microbiol，2010，13（3）:316-320.

［5］ ZHENG C，YUL，HUANGL，etal.Investigationofa hydrocarbondegrading strain，Rhodococcus ruber Z25，for the potential of microbialenhanced oil recovery［J］.J Petrol Scie Eng，2012，81（1）:49-56.

［6］ 李希明，馮時(shí)林，曾慶坤，等.微生物采油技術(shù)研究［J］.油氣采收率技術(shù)，1997（1）:9-18.

［7］ NAZINA N T，向廷生，馮慶賢，等.本源微生物驅(qū)油機(jī)理研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用［J］.石油學(xué)報(bào)，2004，25（6）:63-67.

［8］ 修建龍，俞理，郭英.本源-微生物驅(qū)油滲流場(chǎng)微生物場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型［J］.石油學(xué)報(bào)，2010，31（6）:989-992.

［9］ YAMANE K，HATTORI Y，OHTAGAKI H，et al.Microbial diversity withdominance of 16S rRNA gene sequences with high GC contents at 74 and 98℃subsurface crude oil deposits in Japan［J］.FEMS Microbiol Ecol，2011，76（2）:220-235.

［10］ 包木太，袁書文，宋智勇，等.不同碳源激活劑對(duì)勝利油田中一區(qū)油藏內(nèi)源菌激活效果評(píng)價(jià)［J］.化工學(xué)報(bào)，2011，62（3）: 786-791.

［11］ 高配科，馬挺，趙玲俠，等.勝利油田沾3區(qū)塊內(nèi)源微生物激活劑的篩選、優(yōu)化及效果評(píng)價(jià)［J］.化工學(xué)報(bào)，2011，62（7）: 2005-2012.

（責(zé)任編輯 管珺）

doi:10.3969/j.issn.1672-3678.2016.03.009

Aerobic activation of endogenous microorganisms in middle and high temperature reservoir

WANG Jing，DUAN Chuanhui，LI Caifeng，GAO Guangjun
（Research Institute of Petroleum Engineering，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257000，China）

In order to study the endogenous microbial aerobic activation characteristics in middle and high temperature reservoir，12 typical blocks in high temperature reservoirs in Shengli Oilfield were selected to carry out the aerobic activation evaluation.Three reservoir temperature range were selected，namely from 55 to 65℃，65 to 79℃and 79 to 95℃.6 different carbon sources were selected as the main activator: different activator formulation was prepared.Under the simulated reservoir conditions of aerobic activation evaluation，we found that the additional nutrient agent of corn syrup，molasses and yeast powder could effectively activate the functional strain below 79℃oil reservoir blocks，the cell density could reach 3× 109cell/mL.The emulsifying and dispersing effect of crude oil was obvious.In oil reservoir blocks above 79℃，the activation effect and emulsifying effect of crude oil were generally worse than that in 79℃oil reservoir blocks.The cell density and emulsifying effect after activation show a positive correlation in each block center，whereas the surface tension and emulsifying effect had no obvious correlation.The surface tension of the solution after aerobic activation was reduced from 65 mN/m to 47 mN/m.The dominant bacteria after aerobic activation were mainly Geobacillus and Bacillus thermoamylovorans.

middleandhightemperaturereservoir；endogenousmicroorganism；microbialoil displacement；aerobic activation

TE327

A

1672-3678（2016）03-0039-07

10.3969/j.issn.1672-3678.2016.03.008

2015-11-27

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

王 靜（1979—），女，河南固始人，工程師，研究方向:微生物采油，E-mail:sissycjb@126.com