中高温油藏内源微生物好氧激活技术研究

王　静，段传慧，李彩风，高光军

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营257000）

中高温油藏内源微生物好氧激活技术研究

王静，段传慧，李彩风，高光军

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营257000）

为了掌握中高温油藏内源微生物好氧激活特征，在胜利油田选取12个中高温油藏典型区块开展了好氧激活评价:在所选油藏温度范围分别为55～65℃、65～79℃、79～95℃，通过模拟油藏条件下好氧激活评价发现:在小于79℃油藏区块中，以玉米浆干粉、糖蜜、酵母粉等作为外加营养剂能够有效激活水样中的功能菌株，激活后菌密度最高能够达到3×109个/mL，原油乳化分散作用明显；在大于79℃的油藏区块中，激活效果和原油乳化效果普遍比小于79℃的油藏区块差。各区块中心井激活后的菌密度与乳化效果呈现出一定的正相关性，而表面张力与乳化效果无明显对应关系，好氧激活后的溶液表面张力由65 mN/m降至47 mN/m。好氧激活后形成的优势菌主要以地衣芽胞杆菌（Geobacillus）和热嗜淀粉芽胞杆菌属（Bacillus thermoamylovorans）为主。

中高温油藏；内源微生物；微生物驱油；好氧激活

油藏是一种独特的生态环境，其中存在着丰富的微生物类群，它们具有多种代谢类型，可提供新的微生物物种和生物活性物质，这些微生物类群在石油开采过程中可发挥重要作用［1-3］。营养剂和空气的加入可以改变微生物的群落结构。内源微生物采油技术主要通过对微生物的选择性调控，激活能够代谢原油的微生物，从而提高原油采收率［4］。近年来，研究较多的内源微生物采油技术就是通过向油藏注入适当的激活剂，选择性地激活油藏中已有的具备驱油功能的微生物群落及其代谢产生的对提高原油采收率有用的代谢产物，从而提高原油采收率［5-6］。与需要向地层中注入微生物的外源微生物采油技术相比，内源微生物采油技术现场不需要添加大型地面设备，操作简单，经济环保，因此成为提高采收率的一项新技术［7-9］。

油藏内源菌能够适应油藏的高温高压等特殊环境［10］，并能在特殊环境下进行较为缓慢的生长、繁殖与代谢，内源微生物采油技术的关键是营养剂激活地层水中对采油有益的内源菌［11］。营养激活剂可以通过注水井注入油藏中，有可能实现对地层水中微生物的定向激活，将对现场原油采收率的提高大有裨益。

本文中，笔者通过选取胜利油田10个中高温油藏典型区块开展好氧激活评价，从而掌握中高温油藏内源微生物好氧激活特征，以确定1～2种激活效果较好的激活剂。

1　材料与方法

1.1实验材料

实验所用地层水、原油取自某油田10个典型中高温区块油藏某油井，油藏温度范围分别为55～65℃、65～79℃和79～95℃。

实验采用了5种激活剂配方，如表1所示。

表1　实验配方Table 1 Experimental formulag·L-1

1.2实验方法

1.2.1研究区块选择

针对微生物驱油实施需求及技术特点，以温度、矿化度、渗透率等油藏条件为依据，在胜利油田进行研究区块的筛选。由于胜利油田油藏埋藏深、地层温度高（多在60℃以上），将温度范围选在55～95℃。胜利油田地层水矿化度多在20 000 mg/L以下，大多满足微生物的代谢要求，因此，本研究将筛选范围定于2 500～20 000 mg/L；鉴于微生物细胞个体的尺寸，微生物驱油技术主要应用于渗透率大于0.05 μm2的油藏。依据以上因素，笔者选择了10个区块开展油藏内源微生物种群结构研究，研究区块基本信息如表2所示。

表2　研究区块基本信息Table 2 The basic information of the study blocks

1.2.2取样方法

每个区块选择3～4口生产井，用经过灭菌的容器在井口取产出液，置于冰中运回实验室。

1.2.3中高温油藏好氧功能菌营养激活规律研究

将注入水和产出液1∶1体积比复配，按比例加入激活剂配方，根据油藏温度振荡培养，观察原油乳化效果。

1.2.4目标区块好氧功能菌群激活体系研究

选取上述5个中温区块将注入水和产出液1∶1体积比复配，按比例加入激活剂配方，根据油藏温度振荡培养。通过细胞计数板检出每毫升培养液中含有菌体的个数；取1只厌氧管，加入5 mL柴油和5 mL激活样品溶液，剧烈振荡1 min，放置于37℃恒温箱中，分别测量5 min和24 h的乳化液和油相体积，按式（1）求得其乳化稳定值（Es，%）。

乳化稳定值=乳化层高度/油相高度×100%（1）

使用FTA1000B表面张力仪（上海方瑞仪器有限公司）测量样品表面张力。

1.2.5激活体系微生物群落多样性分析

选取51-511块激活，将样品进行微生物细胞收集及基因组DNA提取，扩增产物用1%琼脂糖凝胶电泳检测产量和特异性，并用DNA纯化试剂盒纯化。纯化后的扩增产物进行高通量测序。

2　结果与讨论

2.1中高温油藏好氧功能菌营养激活规律研究

广泛激活十二个区块的结果如表3所示。由表3可见:乳化评级效果较好区块主要集中在62～70℃区间，5℃区块乳化效果相对来说差一些，≥80℃区块基本无激活效果。

表3　不同激活剂配方在不同温度区块对中心井的激活效果Table 3 Activation effect of different activator formula on central wells in different temperature blocks

续表3

2.2目标区块好氧功能菌群激活体系研究

对不同目标区块好氧功能菌群激活体系进行研究，结果如图1～4所示。

由图1可知:对于河口埕东东区馆上和孤岛中一区馆3（6-13井区）2个区块来说，玉米浆干粉作为外加营养剂激活效果较好，添加有机营养剂相对于添加无机物来说效果较好。多数井区乳化评级在++以上（表3）。菌密度能够从对照组105个/mL增至107～108个/mL，普遍能够提高2～3个数量级。测得表面张力在50～60 mN/m之间，个别井能够将表面张力从对照组70 mN/m左右降低到47 mN/m左右，降低32.9%。从整体效果看，以玉米浆干粉、糖蜜、酵母粉等作为外加营养剂能够有效激活水样中的功能菌株；只添加氮、磷源，或者加入乙酸钠、甘油，菌密度有1～2个数量级增长，但是激活效果不明显。

图1　激活剂配方对河口埕东东区馆上和孤岛中一区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

图2为激活剂配方对林樊家林102块的激活效果。由图2可知:对于林樊家林102块来说，菌密度普遍能够从对照组106个/mL增至108个/mL，增加2个数量级，其中L102-15井以糖蜜、玉米浆干粉和酵母粉作为外加营养，L102注入水以玉米浆干粉作为外加营养，可使菌密度最高能够达到109个/mL。一半左右样品的表面张力降至50 mN/m以下，个别样品甚至能够降至39.901 mN/m，这与该区块的激活体系中的优势菌为产表面活性剂的芽胞杆菌分析结果一致。虽然菌密度增长和表面张力降解较为明显，但原油的乳化效果较差，多数在+（表3）以下。

图2　激活剂配方对林樊家林102块的激活效果Fig.2 Activation effects of different activator formula on Lin Fanjialin 102 blocks

图3与图4为激活剂配方对孤东采油厂51-511块和孤岛中二南中Ng1+2块激活效果。

图3　激活剂配方对孤东采油厂51-511块激活效果Fig.3 Activation effects of different activator formula on Gudong oil production plant 51-511 blocks

由图3和4可知:对于孤东采油厂51-511块和孤岛中二南中Ng1+2来说，激活后菌密度普遍能够增加1～3个数量级，多数样品的菌密度在108～109个/mL，说明这2个区块的微生物容易被激活。测得表面张力普遍在40～50 mN/m之间，相对于对照组来说没有特别明显的变化，表面张力最低能够降低34.1%。各配方激活后的乳化效果也普遍好于其他3个备选区块。尤其是孤岛中二南中Ng1+2区块激活效果较好，以相对廉价的糖蜜作为外加营养剂即可有效地激活此区块中的全部4口试验井。其中3口井的原油乳化效果在++++（表3）。

图4　孤岛中二南中Ng1+2Fig.4 Activation effects of different activator formula on the Gudao South Island in Ng1+2

2.3激活体系微生物群落多样性分析

选取51-511块激活剂激活样品进行微生物群落多样性分析，结果如图5所示。由图5可知:中高油藏内源微生物可以被好氧激活，激活后形成的优势菌主要以地衣芽胞杆菌（Geobacillus）和热嗜淀粉芽胞杆菌属（Bacillus thermoamylovorans）为主。

图5　激活样品的微生物群落分析Fig.5 Microbial community analysis of the activation sample

3　结论

在胜利油田选取12个中高温油藏典型区块开展了好氧激活评价。从广泛激活12个区块的结果来看，乳化评级效果较好区块主要集中在62～70℃区间，其激活后菌密度普遍能够增加到107～108个/mL，≥80℃区块基本无激活效果。以玉米浆干粉、糖蜜、酵母粉等作为外加营养剂能够有效激活水样中的功能菌株，其中孤岛中二南中Ng1+2区块激活效果最为理想。另外，对于2个高矿化度水质的区块，孤东采油厂51-511相对于林家樊家林102块来说激活效果较好。5个区块的样品中，部分样品激活后的表面张力有不同程度的下降，但表面张力降低和原油乳化效果并没有表现出正相关性。说明在高温油藏的微生物驱油过程中原油的乳化更多是由乳化剂而不是表面活性剂引起的。不同的激活配方基本都可以使5个区块中样品的菌密度明显增加，但原油的乳化效果与菌密度也未表现出严格的正相关性。说明营养的注入虽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。好氧激活后形成的优势菌主要以地衣芽胞杆菌（Geobacillus）和热嗜淀粉芽胞杆菌属（Bacillus thermoamylovorans）为主。

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（责任编辑 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

国家高技术研究发展计划（863计划）（2013AA064401）

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