段傳慧，林軍章，丁明山，劉 濤，宋 欣

(中國(guó)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(yíng)257000)

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高溫高鹽油藏內(nèi)源微生物室內(nèi)模擬激活

段傳慧，林軍章，丁明山，劉 濤，宋 欣

(中國(guó)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(yíng)257000)

勝利油田永8區(qū)塊原油黏度高、水驅(qū)效果差，而且受該區(qū)塊高溫高鹽油藏條件影響，常規(guī)化學(xué)驅(qū)技術(shù)難以有效提高水驅(qū)效率，針對(duì)此類問(wèn)題，筆者開(kāi)展內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)研究。內(nèi)源菌群分析表明，該區(qū)塊油藏具備了產(chǎn)生物乳化劑、產(chǎn)甲烷氣等幾種主要功能菌群的條件。篩選并優(yōu)化出能有效激活內(nèi)源菌群的激活劑配方。經(jīng)過(guò)激活后微生物的有效濃度達(dá)到108個(gè)/mL以上，產(chǎn)氣壓力達(dá)到0.088 MPa，最大產(chǎn)氣速率達(dá)到0.2 L/(g·d)(以1 g激活劑計(jì))，柴油乳化指數(shù)達(dá)到100%，乳化效果48 h內(nèi)穩(wěn)定。室內(nèi)物模驅(qū)油評(píng)價(jià)表明，注入該激活劑配方0.3 PV(孔隙體積)后可提高采收率9%以上，含水率由95.1%下降到81.4%，表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用潛力，為下一步在高溫高鹽油藏開(kāi)展微生物驅(qū)提供了依據(jù)。

高溫高鹽油藏；內(nèi)源微生物驅(qū)；激活劑；乳化；提高采收率

自2014年下半年以來(lái)，國(guó)際油價(jià)持續(xù)走低，油氣行業(yè)進(jìn)入寒冬，油田公司面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。要破解這一難題，必須持續(xù)攻關(guān)油田開(kāi)發(fā)方法技術(shù)，通過(guò)方法和技術(shù)的進(jìn)步解決生產(chǎn)難題，降低生產(chǎn)成本，提高采收率，實(shí)現(xiàn) “降本增效”。近年來(lái)，提高采收率技術(shù)已經(jīng)取得顯著進(jìn)步，但伴隨著開(kāi)發(fā)過(guò)程中日益出現(xiàn)的復(fù)雜挑戰(zhàn)，老油田儲(chǔ)采失衡現(xiàn)象仍然十分嚴(yán)重，“低產(chǎn)、低效、高含水”現(xiàn)象不斷加劇，油田產(chǎn)量呈現(xiàn)加快遞減的趨勢(shì)。為解決這一問(wèn)題，亟須技術(shù)攻關(guān)，以提高開(kāi)發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。微生物采油技術(shù)是繼熱采、化學(xué)驅(qū)和氣驅(qū)之后第四大類提高采收率方法，也是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的采油技術(shù)。內(nèi)源微生物驅(qū)是微生物采油的一種重要方式，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、成本低和油藏適應(yīng)性強(qiáng)，適用于高溫高鹽油藏[1-2]。

勝利油田東辛采油廠永8區(qū)塊油藏平均埋深2 000 m以上，油藏溫度達(dá)到85 ℃，平均礦化度高于50 g/L，平均地面原油黏度高達(dá)4 000 mPa·S[3]。由于埋藏深、壓力高，注蒸汽開(kāi)采成本高，目前主要以水驅(qū)開(kāi)發(fā)為主。由于油水流度比大，指進(jìn)現(xiàn)象嚴(yán)重，目前綜合含水率達(dá)到90.2%，采出程度僅為19.1%，亟須新的低成本、高效率提高采收率替代技術(shù)。內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)通過(guò)激活油藏中特定的功能菌群，利用菌群及其代謝產(chǎn)物對(duì)原油和儲(chǔ)層的作用，降低油水流度比，提高采收率[4]。目前，該技術(shù)已在勝利油田沾3區(qū)塊水驅(qū)稠油油藏成功應(yīng)用，并取得了較好開(kāi)發(fā)效果[5-9]。

本研究中，筆者針對(duì)永8區(qū)塊油藏特征，開(kāi)展內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)研究?？疾煊筒貎?nèi)源微生物菌群結(jié)構(gòu)，篩選能有效激活內(nèi)源微生物的激活劑，評(píng)價(jià)激活后發(fā)酵液的乳化性能，檢測(cè)內(nèi)源菌群的產(chǎn)氣功能。通過(guò)室內(nèi)物模實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)激活劑的驅(qū)油效果，以期為該技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 油水樣采集

實(shí)驗(yàn)用油水樣品均取自勝利油田東辛采油廠永8區(qū)塊，包括油井P8井和X140井產(chǎn)出液及一口注水井P115井的注入水。使用經(jīng)消毒后充N2的樣品桶(5 L)取樣，采集樣品后立刻密封，樣品取回后置于5 ℃冰箱保存，48 h內(nèi)完成樣品DNA提取和激活實(shí)驗(yàn)。

1.2 DNA提取

高速離心(12 000 r/min)15 min收集油藏油水樣品中的菌體，離心后油水分離，細(xì)菌沉積于離心杯底。菌體DNA的提取利用AxyPrep基因組提取試劑盒。提取的DNA利用nanodrop進(jìn)行濃度檢測(cè)后用于細(xì)菌16S擴(kuò)增。樣品DNA保存在-70 ℃冰箱。

1.3 PCR擴(kuò)增與高通量測(cè)序分析

細(xì)菌和古菌16S v4區(qū)擴(kuò)增利用通用引物515F和806R序列分別為515F-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA和806R-GGACTACHVGGGTWTCTAAT。深圳華大基因公司在進(jìn)行Illumina高通量測(cè)序(Miseq)時(shí)采用設(shè)計(jì)的測(cè)序接頭融合引物。測(cè)序完成后進(jìn)行相應(yīng)的生物信息學(xué)分析，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)量的序列通過(guò)之間的重疊關(guān)系，對(duì)序列進(jìn)行拼接，然后將拼接的序列聚為OUT，通過(guò)OUT與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，再對(duì)OUT進(jìn)行物種注釋，從而解析每個(gè)樣品的微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性。

1.4 內(nèi)源微生物激活方法

選擇不同的激活劑在油藏溫度和兼性條件下激活樣品中的內(nèi)源微生物。這些激活劑包括1號(hào)(無(wú)機(jī)鹽)、2號(hào)(玉米漿為主)、3號(hào)(玉米漿加無(wú)機(jī)鹽)、4號(hào)(糖蜜為主)、5號(hào)(糖蜜加無(wú)機(jī)鹽)、6號(hào)(葡萄糖為主)、7號(hào)(葡萄糖加無(wú)機(jī)鹽)和8號(hào)(淀粉類激活劑)8個(gè)激活配方，用于激活樣品中的內(nèi)源微生物。三口井水各取1 200 mL，各自分裝入8個(gè)250 mL的厭氧瓶中，每個(gè)瓶中150 mL井水，對(duì)應(yīng)加入以上8種激活劑。隨后密封厭氧瓶口，置于85 ℃搖床中培養(yǎng)，以不加營(yíng)養(yǎng)劑的樣品作為對(duì)照。

1.5 激活后菌密度檢測(cè)

激活后的菌密度利用顯微鏡(奧林巴斯D50)檢測(cè)，取激活后溶液滴在血球計(jì)數(shù)板上進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.6 功能菌分析方法

根據(jù)產(chǎn)脂肽菌及產(chǎn)甲烷菌的代謝功能，選擇相應(yīng)的功能基因最為檢測(cè)目標(biāo)，產(chǎn)脂肽菌選擇srfA基因，產(chǎn)甲烷菌選擇mcrA基因。構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)粒的細(xì)菌選取普遍存在于勝利油藏的芽孢桿菌屬和甲烷嗜熱桿菌屬的細(xì)菌，分別為筆者所在實(shí)驗(yàn)室在勝利油藏篩選的枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)和熱自養(yǎng)甲烷桿菌(Methanothermobacterthermautotrophicus)，其中srfA基因的擴(kuò)增引物為SrfA-F-5′CAAAAKCGCAKCATACCACKTTGAG3′和SrfAR 5′-TCATARAGCGGCAYATATTGATGC-3′，mcrA的擴(kuò)增引物為McrA-F-5′RCGTTCATBGCGTAGTTVGGRT3′和McrA-R-5′GGTGGTGTMGGDTTCACMCARTA3′，所有引物委托TaKaRa公司合成。擴(kuò)增程序：預(yù)變性98 ℃ 5 min；98 ℃ 15 s 、60 ℃ 30 s、72 ℃ 30 s，該步驟循環(huán)35次；72 ℃延伸10 min。擴(kuò)增后的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)粒構(gòu)建委托TaKaRa公司進(jìn)行。

1.7 乳化性能評(píng)價(jià)

內(nèi)源激活完成后，取適量發(fā)酵液于試管內(nèi)，加入等體積柴油，利用微型旋渦混合儀高速振蕩2 min，然后測(cè)量乳化液和油相的體積，其比值即是乳化系數(shù)E(emulsification index)，用這一數(shù)值評(píng)估發(fā)酵液的乳化性能。

1.8 樣品產(chǎn)氣量檢測(cè)

在激活內(nèi)源微生物過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定量氣體。樣品的產(chǎn)氣量情況利用厭氧瓶上部頂空的氣體壓力為指標(biāo)來(lái)檢測(cè)。

1.9 物理模擬驅(qū)油

開(kāi)展室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，考察內(nèi)源微生物激活后的驅(qū)油效率。填裝與實(shí)驗(yàn)區(qū)塊滲透率相同的填砂巖心，對(duì)巖心抽真空、分巖心飽和實(shí)驗(yàn)區(qū)塊的地層水或注入水，計(jì)算巖心的孔隙體積(PV)。飽和實(shí)驗(yàn)區(qū)塊的脫水脫氣原油，計(jì)算巖心的原始含油量，靜置老化7 d。巖心一次水驅(qū)，一次水驅(qū)至巖心產(chǎn)出液含水率與實(shí)驗(yàn)區(qū)塊油井平均含水率一致。注入0.3 PV對(duì)應(yīng)最適激活劑，在85 ℃下恒溫培養(yǎng)15 d。注地層水開(kāi)展二次水驅(qū)，待巖心出口含水率與區(qū)塊油井平均含水率一致時(shí)停止水驅(qū)，計(jì)算驅(qū)油效率。

2 結(jié)果與討論

2.1 永8區(qū)塊內(nèi)源微生物菌群結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)分析永8沙二段84地層水中的微生物群落狀況，可以明確試驗(yàn)區(qū)內(nèi)源微生物群落組成，為內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)實(shí)施的可行性、實(shí)施工藝的選擇、激活劑的篩選、實(shí)施效果的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。圖1為永8區(qū)塊內(nèi)源微生物菌群結(jié)構(gòu)分析結(jié)果。由圖1可知：永8沙二地層內(nèi)細(xì)菌種類豐富，包括假單胞菌、地衣芽孢桿菌和產(chǎn)甲烷菌等功能菌。古菌種類較少，主要以產(chǎn)甲烷古菌為主。以上結(jié)果表明，該區(qū)塊油藏溫度較高但仍具備開(kāi)展內(nèi)源驅(qū)的微生物基礎(chǔ)。注入水中微生物主要以脫鐵桿菌(Deferribacter)、海桿菌(Marinobacterium)和嗜氫菌屬(Hydrogenophilus)等為主，而油井P8和X140中微生物普遍以弓形桿菌和沙雷氏菌為主，上述結(jié)果表明弓形桿菌和沙雷氏菌屬可能更耐溫，更適合于在高溫油藏條件下生存；注入水在地面系統(tǒng)的溫度低于60 ℃，所以這導(dǎo)致注入水中微生物與油藏內(nèi)源菌群存在較大差異性。

圖1 永8沙二地層內(nèi)源菌群結(jié)構(gòu)分析Fig.1 Endogenous bacteria community structure analysis of Yong 8 Sand 2 formation

2.2 內(nèi)源菌群激活劑配方優(yōu)化和評(píng)價(jià)

2.2.1 激活后菌體數(shù)量分析

在確定3種激活劑主劑的基礎(chǔ)上，調(diào)整主劑與其他營(yíng)養(yǎng)劑的配比，考察對(duì)微生物菌群數(shù)量的影響，從而優(yōu)化出適宜內(nèi)源微生物的激活劑。分別開(kāi)展了對(duì)永8區(qū)塊兩口油井產(chǎn)出液和注入水的內(nèi)源微生物激活實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2和圖3所示。由圖2～3可見(jiàn)：針對(duì)X140油井，4號(hào)配方具有最佳的激活效果，在有效激活后菌密度達(dá)到1.6×108個(gè)/mL。而對(duì)于注入水和P8油井，最佳的激活劑配方是2號(hào)，在這種激活劑作用下，菌密度達(dá)到11.8×108個(gè)/mL。對(duì)P8激活后菌群功能基因分析表明，乳化功能菌(Geb)、反硝化細(xì)菌(NirS)和甲烷菌(McrA)3種功能菌均被有效激活，而硫酸鹽還原菌(SrfA)在2號(hào)激活劑配方體系中被有效抑制。

圖2 永8-X140井(a)和永8-注入水(b)激活后微生物總量Fig.2 Microbial amount after the activation of Yong 8-X140 Well (a) and Yong 8-injection water (b)

圖3 永8-平8井激活后微生物總量(a)及其功能菌(b)的種類和數(shù)量Fig.3 Microbial amount (a) and the amount and type of functional bacteria (b) after the activation of Yong 8-Ping 8 Well

在以上研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從現(xiàn)場(chǎng)采集5批次油水樣，采集間隔時(shí)間為5 d。對(duì)所采集的油水樣進(jìn)行內(nèi)源微生物激活，考察室內(nèi)激活內(nèi)源微生物的穩(wěn)定性，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知：不同時(shí)期5批次樣品均能被有效激活，激活后菌密度均能達(dá)到108個(gè)/mL以上，表現(xiàn)出良好的激活穩(wěn)定性。

圖4 不同時(shí)期內(nèi)源激活穩(wěn)定性評(píng)價(jià)Fig.4 Endogenous active stability evaluation during different periods

2.2.2 乳化效果評(píng)價(jià)

圖5 不同激活劑對(duì)發(fā)酵液乳化柴油效果的評(píng)價(jià)Fig.5 Effects of different activator on fermented liquid emulsified diesel evaluation

考察激活后發(fā)酵液的乳化性能，結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，在使用不同激活劑作為營(yíng)養(yǎng)條件下，3種水樣的發(fā)酵液對(duì)柴油產(chǎn)生不同的乳化效果。對(duì)于X140，4號(hào)激活劑具有最佳的乳化效果，乳化指數(shù)達(dá)到90%。而對(duì)于P8和注入水，在2號(hào)激活劑條件下，發(fā)酵液對(duì)柴油的乳化指數(shù)達(dá)到100%。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖2和圖3內(nèi)源激活后菌群密度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，即菌密度越高，其發(fā)酵液的乳化指數(shù)越高。這是由于被激活的內(nèi)源微生物包括大量的乳化功能菌(圖3(b))，因此對(duì)應(yīng)的發(fā)酵液對(duì)柴油的乳化效果最好。

2.2.3 微生物產(chǎn)氣量分析

在加入激活劑后的激活過(guò)程中，內(nèi)源微生物會(huì)代謝生產(chǎn)氣體，如CH4和CO2，通過(guò)檢測(cè)氣體的產(chǎn)生量，能反映出激活劑的激活效果。檢測(cè)激活后厭氧瓶上部空間壓力，表征微生物氣產(chǎn)量，結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可知，激活劑對(duì)微生物產(chǎn)氣量的影響較大。其中，在2號(hào)激活劑厭氧瓶?jī)?nèi)，微生物產(chǎn)生的氣體量最大，壓力達(dá)到0.088 MPa，通過(guò)計(jì)算得出最大產(chǎn)氣速率達(dá)到0.2 L/(g·d)。相對(duì)而言，其他激活劑條件下，產(chǎn)生的氣體量明顯低。微生物產(chǎn)氣能補(bǔ)充地層能量，稀釋原油黏度，降低原油與驅(qū)替劑的流度比，改善油藏原油的流動(dòng)性，這是微生物驅(qū)提高采收率的重要機(jī)理之一。

2.3 內(nèi)源驅(qū)油體系物模驅(qū)油效率評(píng)價(jià)

模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)塊油藏條件，開(kāi)展內(nèi)源微生物驅(qū)室內(nèi)物模實(shí)驗(yàn)，考察內(nèi)源驅(qū)油體系的驅(qū)油效果，結(jié)果如表1所示。由表1可知：注入激活劑提高采收率值在8.3%～10.7%之間，明顯高于空白組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驅(qū)油效果良好。驅(qū)替過(guò)程，注入激活劑的巖心產(chǎn)出液中含水率下降顯著，由95.1%下降到81.4%，且產(chǎn)出液中原油存在明顯乳化現(xiàn)象。以上結(jié)果說(shuō)明，注入激活劑能有效激活內(nèi)源微生物，并通過(guò)微生物作用降低原油黏度，改善原油與驅(qū)替流體的流度比，從而提高采收率。

圖6 內(nèi)源菌激活后生物氣產(chǎn)量評(píng)價(jià)Fig.6 Endogenous bacteria biogas production evaluation after activation

表1 物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

雖然東辛永8區(qū)塊油藏內(nèi)源微生物原始菌密度不高，但被激活后菌密度能夠達(dá)到108個(gè)/mL，而且具備了產(chǎn)生物表活劑、產(chǎn)甲烷氣等幾種主要的功能菌群。激活后具有較好的乳化和產(chǎn)生物氣作用，并通過(guò)其協(xié)同作用提高驅(qū)油效率，物模驅(qū)油效率評(píng)價(jià)平均提高采收率9%以上，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。

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(責(zé)任編輯 荀志金)

Simulation of microbial flooding in high temperature and high salinity reservoir

DUAN Chuanhui,LIN Junzhang,DING Mingshan,LIU Tao,SONG Xin

(Research Institute of Petroleum Engineering and Technology,Shengli Oilfield Company,Sinopec,Dongying 257000,China)

At present,conventional technology of chemical flooding is difficult to improve oil recovery in Yong 8 block of Shengli Oilfield because of the high viscosity of the crude oil,high temperature and high salinity of the reservoir condition.Potential application of the endogenous microbial flooding technology was thus studied.Structural analysis indicated that various functional bacteria,e.g.,emulsifier production microbes and methanogen were detected.Several nutritional formulas were then used to activate the bacteria and an optimum one was obtained.The effective concentration of the bacteria in the cultured brothreached 108cfu/mL and the pressure in the culture bottle reached to 0.088 MPa with an average gas production rate of 0.2 L per gram per day.The activated bacteria broth showed good emulsifying ability,which could emulsify diesel completely and steadily.Core flooding tests showed that the improved oil recovery reached to 9% after 0.3 PV(pore volume) of the activator was injected,and the water cut decreased from 95.1% to 81.4%.The technology of the endogenous microbial flooding might find its application in the test block.

high temperature and high salinity reservoir;endogenous microbial flooding;activator;emulsion;enhanced oil recovery

10.3969/j.issn.1672-3678.2017.03.011

2016-12-05

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

段傳慧(1979—)，女，山東東營(yíng)人，工程師，研究方向：微生物采油，E-mail:duanchuanhui.slyt@sinopec.com；林軍章(聯(lián)系人)，高級(jí)工程師，E-mail:linjunzhang.slyt@sinopec.com

TE327

A

1672-3678(2017)03-0069-05