新型激活劑提高內(nèi)源微生物驅油效果研究及應用

侯研博 宋欣 孫剛正 譚曉明

1.中國石化石油化工科學研究院 2.中國石化勝利油田石油工程技術研究院

內(nèi)源微生物驅是水驅稠油油藏提高采收率的有效方式之一[1-8]。內(nèi)源微生物驅是通過注入合適的微生物營養(yǎng)激活劑，激活油藏中具有驅油功能的微生物群落，利用微生物自身的趨界面效應、微生物生長代謝過程中產(chǎn)生的表面活性物質及厭氧條件下微生物產(chǎn)氣等綜合作用，達到提高原油采收率的目的[9-13]。因此，選擇適宜的營養(yǎng)激活體系，最大化地激活有效微生物數(shù)量是內(nèi)源微生物驅技術應用的關鍵。

勝利油田在內(nèi)源微生物提高采收率技術方面做了系統(tǒng)的研究和應用，初步建立了內(nèi)源微生物群落激活方法，在單12塊、羅801塊、中一區(qū)Ng3開展內(nèi)源微生物驅油現(xiàn)場試驗，均收到了明顯的增油效果[14-18]。

針對勝利油田稠油進行微生物營養(yǎng)激活體系的優(yōu)化評價，在原有碳源、氮源、磷源的基礎上，增加生物生長促進因子，進一步提高激活后內(nèi)源微生物的數(shù)量，促進功能菌的生長代謝。同時，提升培養(yǎng)液對原油乳化分散效果、原油降黏效率及洗油效率。最后，通過一維物模評價實驗和現(xiàn)場試驗對新型激活劑體系進行了驗證。

1 材料與方法

1.1 材料

內(nèi)源微生物激活樣品來源于沾3區(qū)塊的地層水，其他試劑均為分析純。本實驗所采用的儀器設備為Anke TGL-16G高速臺式離心機；nanodrop2000超微量分光光度計； FA1104電子天平；OLYMPUS顯微鏡；Ф38 mm×600 mm高壓模型管。

1.2 微生物激活評價實驗

油藏條件是一個復雜的生態(tài)環(huán)境，近井地帶的營養(yǎng)激活體系主要以激活好氧微生物為主，而油藏深部營養(yǎng)激活體系主要是激活厭氧微生物。因此，內(nèi)源微生物激活評價實驗采用好氧培養(yǎng)和厭氧培養(yǎng)兩種方式同時進行。依據(jù)油藏條件，培養(yǎng)溫度設定為65 ℃。好氧培養(yǎng)采用動態(tài)搖床進行培養(yǎng)，搖床轉速120 r/min。厭氧培養(yǎng)是在N2環(huán)境下利用靜態(tài)培養(yǎng)箱培養(yǎng)。

1.3 微生物生長促進因子的篩選

微生物生長促進因子指在組織培養(yǎng)中，除碳源、氮源以及無機鹽等正常成分之外的一類物質，可以通過改變細胞膜通透性，調控細胞生長、發(fā)育。本實驗選擇4種微生物生長因子，分別為RPOS-12、RP、NJ-1和RPOS-09，與原有微生物激活劑體系構成新型激活體系，通過對好氧和厭氧兩種不同培養(yǎng)條件下微生物生長情況的對比，篩選評價適宜的微生物生長促進因子。構成的新型激活劑體系組成見表1。

表1 不同激活劑體系構成表Table1 Different activator system編號微生物生長促進因子名稱激活劑體系構成(質量比)碳源氮源磷源微生物生長促進因子1#RPOS-1230.230.052#RP30.230.053#NJ-130.230.054#RPOS-0930.230.055#(空白)30.23

篩選評價時，依據(jù)上述培養(yǎng)條件，將培養(yǎng)1天、7天、14天的菌液利用顯微鏡對激活的總菌數(shù)進行檢測，篩選適宜的激活體系。

1.4 激活體系生物性能的影響評價

對模擬油藏條件下培養(yǎng)后的激活體系樣品，測定其發(fā)酵液功能菌(地芽孢桿菌、產(chǎn)脂肽菌、硝酸鹽還原菌及產(chǎn)甲烷菌)功能基因含量，并利用微型氣壓表測定了發(fā)酵液的產(chǎn)氣量。

1.5 激活體系對原油乳化降黏作用分析

激活劑可以激活生物群落中具有能夠產(chǎn)生生物表面活性劑功能的微生物，這類功能性微生物通過生物代謝，提高了激活后菌液樣品的某些驅油性能，實現(xiàn)乳化、降黏和洗油等功能。

1.5.1乳化性能評價

取一根試管，加等體積的培養(yǎng)液和柴油后，用微型旋渦混合儀高速渦旋震蕩2 min，混勻，在目標油藏溫度下靜置24 h，然后測量乳化液和油相體積，用乳化系數(shù)E表示其乳化能力的大小[19]。

1.5.2原油降黏效果評價

根據(jù)Q/SH 1020 1519-2013《稠油降黏劑通用技術條件》進行測定。以勝利油田沾3-X33原油為目標，室內(nèi)測定溫度依據(jù)油藏溫度執(zhí)行。在測試溫度為60 ℃下，油井原油黏度為2 379 mPa·s。

1.5.3洗油效率根據(jù)

根據(jù)Q/SH 1020 1518-2013《油層清洗劑通用技術條件》進行測定。以勝利油田沾3-X33原油為目標制備油砂后，進行評價測試。

通過上述評價，確定最佳的激活體系組成。

1.6 物模驅油實驗

利用填砂巖心模擬油藏條件：滲透率(1.3±0.2) μm2、孔隙度0.31～0.33、溫度65 ℃、驅替速度1.5 mL/min。實驗步驟：測定填砂后的巖心管滲透率；測定巖心孔隙體積；計算含油飽和度；一次水驅3 PV，注入激活劑2 PV，封閉培養(yǎng)14天；二次水驅3 PV，記錄含油、含水、采出程度，并對巖心石英砂中的總菌濃及乳化菌和產(chǎn)脂肽菌兩種功能菌進行監(jiān)測。

2 結果與討論

2.1 微生物生長促進因子篩選

根據(jù)以上試驗方法，對5種不同激活體系開展油藏條件下的微生物激活實驗(60 ℃)。

圖1描述了好氧條件下不同培養(yǎng)時間內(nèi)源微生物菌液密度對比關系：1#>4#>空白>2#>3#。其中，生長因子RPOS-12和RPOS-09對于沾3內(nèi)源微生物具有良好的激活效果，明顯優(yōu)于未添加生長因子的5#激活劑體系，而且能夠長時間維持菌液密度在一個較高的水平。

圖2描述了厭氧條件下不同培養(yǎng)時間內(nèi)源微生物激活菌濃對比關系。不同激活體系與空白對比發(fā)現(xiàn)，2#和3#激活劑體系未出現(xiàn)明顯促進作用。1#和4#激活內(nèi)源微生物效果相對明顯。推斷認為，作為生物生長促進因子的RPOS-12和RPOS-09能夠有效刺激沾3內(nèi)源微生物的細胞生長活性，能夠起到調節(jié)細胞生長的生物需求。因此， 1#和4#激活內(nèi)源微生物數(shù)量增加明顯，好氧條件下最高激活細菌密度為1.2×109個/mL，厭氧條件下為8.8×108個/mL。

2.2 新型激活體系對功能菌的影響

實驗評價了1#、4#和空白激活劑體系的功能菌含量(見圖3)。結果顯示，在激活后的菌群中，1#和4#激活體系激活的微生物功能基因種類未出現(xiàn)明顯差異，但是激活后的優(yōu)勢功能基因含量略有差距。與空白配方相比，1#和4#激活劑體系中乳化菌含量明顯增加，其含量由104個/mL提高至106個/mL；產(chǎn)脂肽菌略有提升，其含量由103個/mL提高至104個/mL。產(chǎn)甲烷功能菌含量有一定程度降低而硝酸鹽還原菌的含量并沒有隨激活劑的改變而發(fā)生改變。不同功能菌含量隨激活劑配方不同激活效果出現(xiàn)差異，可能是因為不同功能微生物對1#和4#配方中的微生物生長因子的敏感性不同。上述兩種配方中的生長因子可以促進產(chǎn)脂肽菌和乳化菌的濃度，對另兩種功能菌的生長促進作用不明顯。

實驗評價了1#、4#和5#激活劑體系厭氧產(chǎn)氣量，結果見圖4。評價結果表明，厭氧產(chǎn)氣量中，1#培養(yǎng)瓶內(nèi)壓力達到0.036 MPa，高于4#和5#激活劑體系的測定結果。推測認為，氣體壓力隨微生物數(shù)量的增加而增大。因此，1#激活劑體系激活菌濃最高，產(chǎn)氣量最大。

2.3 激活體系對原油乳化降黏作用分析

實驗評價了1#、4#和空白激活劑體系的乳化能力、原油降黏率和洗油效率，結果見圖5。從圖5可看出：1#激活體系，激活后菌液的乳化性能為100%、原油降黏率為95.79%、洗油效率為95.07%，評價效果最佳；其次為4#激活體系，其菌液乳化性能為100%、原油降黏率為81.93%、洗油效率為90.81%，均高于5#激活體系的80%、68.31%和64.13%。推斷認為，1#和4#激活體系激活的生物群落中具有能夠產(chǎn)生物表面活性劑功能的微生物含量較高，如地芽孢桿菌和產(chǎn)脂肽菌，這類功能性微生物通過生物代謝，提高了激活后菌液樣品的某些驅油性能。

2.4 物模驅替評價效果

綜合以上激活體系評價效果，優(yōu)選1#激活配方組成為最佳新型激活劑體系。通過一維物模評價實驗對1#激活體系進行驅油效果評價，評價效果見表2(表中，Geb為地芽孢桿菌，srfA為產(chǎn)脂肽菌)。實驗結果顯示，一維物模條件下，同時培養(yǎng)14天后，新型激活體系能有效激活地層水中的內(nèi)源微生物，其產(chǎn)出液中微生物數(shù)量達到2.8×108個/mL，產(chǎn)脂肽菌和乳化菌的濃度高于常規(guī)激活體系激活后含量。

一維物模條件下，原油采收率提高17.7%，較常規(guī)激活劑提高9%左右。推斷認為，內(nèi)源微生物濃度的提升和功能菌比例的增加，提升了生物表面活性劑的能力，促進了原油乳化降黏效率，同時提升了洗油能力，進一步提高了原油采收率。這說明，新型激活劑體系具有良好的應用潛能。

表2 二次水驅提高采收率情況Table 2 Enhanced oil recovery by the secondary water flooding體系水驅總PV最終含水w/%最終原油采出程度/%提高驅替效率/%菌濃/(108個·mL-1)Geb/(個·mL-1)srfA/(個·mL-1)空白7.93098.4750.1500.6102101常規(guī)7.80598.1559.8110.121.6105102新型7.85199.0667.2317.772.8106103

3 現(xiàn)場試驗

為了驗證室內(nèi)研究得到的新型激活體系注入油藏后能否適應油藏環(huán)境，能否在油藏中取得良好的激活效果，在勝利油田Z3區(qū)塊的一個井組開展現(xiàn)場內(nèi)源微生物驅試驗。該井組實施前注入常規(guī)激活劑，每次注入60 m3，每輪次周期為30天。實施注入新型激活體系后，施工措施不變，施工6輪次，共計180 m3，每輪次周期為30天，該井組受益油井4口，油藏溫度63 ℃，油藏壓力10 MPa，原油黏度1 885 mPa·s。

(1) 增油效果明顯。根據(jù)4口受益油井的實際生產(chǎn)情況，將其分為2大類：第一類井見到降水增油的效果，共有2口；第二類井產(chǎn)量遞減緩慢，含水被有效抑制，共有2口。其中一口試驗井措施前含水90.9%左右，產(chǎn)油量4.7 t/d，試驗后產(chǎn)油量升至8.1 t/d，含水率下降到86.5%?，F(xiàn)場實施的4口井6個月累增油1 639 t。

(2) 現(xiàn)場產(chǎn)出液生化特征變化。通過對產(chǎn)出液中的微生物數(shù)量和功能基因的跟蹤分析，該井產(chǎn)出液中的微生物數(shù)量較試驗前提高了2個數(shù)量級，油藏內(nèi)地芽孢桿菌含量由102個/mL增加到105個/mL；產(chǎn)脂肽菌含量由101個/mL增加到103個/mL；形成了相對穩(wěn)定的生物群落結構。

4 結 論

(1) 向常規(guī)激活體系中添加生物生長因子，能夠有效提高激活體系對油藏內(nèi)源微生物的激活效果；適宜的生長因子能夠起到改善菌群結構組成，促進微生物功能基因含量的增加，進一步提高內(nèi)源激活的效果。

(2) 一維物模驅替實驗顯示，內(nèi)源微生物在新型激活體系激活作用下，可提高水驅原油采收率17.7%，具有良好的驅油效率。

(3) 現(xiàn)場試驗表明，新型激活劑體系能夠有效激活油藏內(nèi)部微生物，提高原油乳化分散效果，降低原油黏度，有效提高了單井產(chǎn)量。因此，新型激活劑體系具有良好的現(xiàn)場應用前景。