胡 婧, 束青林, 孫剛正, 劉 濤, 宋永亭, 曹嫣鑌, 汪衛(wèi)東

(1.中國(guó)石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院,山東東營(yíng)257000; 2.中國(guó)石化微生物采油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東東營(yíng)257000； 3.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東東營(yíng)257000)

油藏環(huán)境具有高溫、高壓、高礦化度、貧營(yíng)養(yǎng)及厭氧等特點(diǎn),在該極端環(huán)境中存在著種類多樣、代謝類型豐富的微生物,它們之間通過(guò)信號(hào)和能量的傳遞、空間營(yíng)養(yǎng)物的相互競(jìng)爭(zhēng)與依賴等作用形成復(fù)雜的內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)[1]。內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)就是選擇性激活油藏內(nèi)源驅(qū)油功能菌群,利用其代謝過(guò)程和代謝產(chǎn)物來(lái)提高原油產(chǎn)量和采收率。內(nèi)源微生物群落是該技術(shù)的基礎(chǔ),其中具有不同代謝功能的內(nèi)源菌在原始油藏微生物群落結(jié)構(gòu)中相對(duì)穩(wěn)定,只有通過(guò)改變外界環(huán)境才能打破已經(jīng)形成的穩(wěn)定的微生物群落結(jié)構(gòu),使之朝向驅(qū)油功能菌群占優(yōu)勢(shì)的方向演替,實(shí)現(xiàn)提高采收率的目的[2-10]。內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)利用分子生物學(xué)方法對(duì)實(shí)施區(qū)塊的內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)分析[11-12],了解該區(qū)塊開展內(nèi)源微生物驅(qū)油的生物基礎(chǔ)。但在實(shí)施過(guò)程中通常只側(cè)重跟蹤分析現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),而忽視油藏內(nèi)源微生物的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律[13-14]。外界注入的激活劑會(huì)改變油藏原有的生態(tài)環(huán)境,油藏內(nèi)源穩(wěn)定的微生物群落結(jié)構(gòu)被打破,在重新構(gòu)建群落結(jié)構(gòu)的過(guò)程中油藏微生物菌群在時(shí)間、空間上演替,演替過(guò)程中微生物濃度、群落多樣性、優(yōu)勢(shì)種群以及驅(qū)油功能細(xì)菌濃度等生物特征動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及與驅(qū)油效率關(guān)系等,是該領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。筆者設(shè)計(jì)長(zhǎng)巖心物模實(shí)驗(yàn),模擬勝利油田沾3區(qū)塊內(nèi)源微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)動(dòng)態(tài)驅(qū)替過(guò)程,通過(guò)產(chǎn)出液群落結(jié)構(gòu)等生物特征的連續(xù)監(jiān)測(cè)分析,揭示內(nèi)源微生物驅(qū)油體系中生物特征隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,明確生物特征與驅(qū)油效率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 長(zhǎng)巖心連續(xù)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

采用3根60 cm物模管串聯(lián)的方式構(gòu)建長(zhǎng)巖心(1 800 mm×38 mm)物理模型裝置,每節(jié)物理模型管之間采用可拆卸接頭相連(圖1)。巖心內(nèi)填充石英砂模擬油藏多孔介質(zhì),整個(gè)巖心滲透率為1 150×10-3μm2,孔隙度為0.28,孔隙體積為573 mL。飽和水采用勝利油田沾3-26油井產(chǎn)出液水樣,飽和油量為550 mL,一次水驅(qū)3VP(VP為孔隙體積)后驅(qū)出油量331 mL,含水率達(dá)到95.0 %,采收率達(dá)到60.2%。

內(nèi)源微生物驅(qū)油連續(xù)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)在油藏溫度60 ℃下進(jìn)行,為了模擬油藏高壓環(huán)境,在長(zhǎng)巖心出口端施加7 MPa的回壓。 激活劑[15]注入采用多輪次段塞式注入,共開展4輪次激活劑注入,每輪次實(shí)驗(yàn)包括前置激活劑段塞注入及后續(xù)連續(xù)水驅(qū)過(guò)程,其中前置激活劑段塞階段快速注入0.05VP的上述激活劑,注入速度1 mL/min;激活劑注入后,后續(xù)采用沾3注入水進(jìn)行連續(xù)水驅(qū),每輪次水驅(qū)采用新取沾3注入水水樣,水驅(qū)速度為0.02 mL/min。1輪次水驅(qū)運(yùn)行12 d(水驅(qū)體積0.6VP),此時(shí)激活劑已運(yùn)移至巖心出口。連續(xù)驅(qū)替過(guò)程中,每天從巖心末端產(chǎn)出約30 mL產(chǎn)出液用于油水計(jì)量及生物特征分析。

圖1 長(zhǎng)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of long-core device

1.2 產(chǎn)出液生物特征

驅(qū)替過(guò)程中每天收集并計(jì)量產(chǎn)出液的液量、油量,計(jì)算產(chǎn)出液含水率。用微量注射器吸取少量產(chǎn)出液,通過(guò)顯微細(xì)菌計(jì)數(shù)板確定細(xì)菌濃度,最后通過(guò)高速離心(12 000 r/min,15 min)收集25 mL產(chǎn)出液中的菌體并提取菌體DNA,用于微生物群落結(jié)構(gòu)及驅(qū)油功能菌的定量檢測(cè)分析。

樣品菌體DNA的提取采用AxyPrep基因組提取試劑盒,提取后的DNA利用Nanodrop微量紫外檢測(cè)儀進(jìn)行濃度檢測(cè)后用于細(xì)菌16S rRNA擴(kuò)增。為了保證群落特征檢測(cè)的準(zhǔn)確度和覆蓋度,所有樣品微生物群落結(jié)構(gòu)的分析都采用目前最先進(jìn)的高通量測(cè)序技術(shù)[16],測(cè)序及分析工作由深圳華大基因公司完成。測(cè)序完成后進(jìn)行相應(yīng)的生物信息學(xué)分析,解析每個(gè)樣品的微生物群落結(jié)構(gòu)并計(jì)算樣品的多樣性指數(shù)。生態(tài)學(xué)上通常利用多樣性指數(shù)如香濃指數(shù)H′(shannon index)來(lái)定量表征群落中物種的多樣性,H′計(jì)算方法為

(1)

式中,pi為第i個(gè)物種占總數(shù)的比例;s為樣品總物種數(shù)。

香濃指數(shù)越小,說(shuō)明群落中的微生物多樣性越低,部分物種分布的優(yōu)勢(shì)性越明顯[17]。依據(jù)樣品OTU的統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)樣品進(jìn)行主成因分析(PCA),以判斷不同產(chǎn)出液樣品微生物群落結(jié)構(gòu)的差異,PCA分析采用R語(yǔ)言(V3.0.3)中ade4包。

功能菌定量檢測(cè)采用熒光定量PCR標(biāo)準(zhǔn)曲線定量檢測(cè)方法,產(chǎn)甲烷和產(chǎn)脂肽菌的定量檢測(cè)分別選用mcrA基因和srfA基因;由于目前對(duì)乳化劑產(chǎn)生的功能基因還不明確,無(wú)法選擇一個(gè)功能基因?qū)λ械漠a(chǎn)乳化劑菌進(jìn)行研究,本研究中選擇一類產(chǎn)乳化劑的模式微生物地芽孢桿菌屬(Geobacillus)作為檢測(cè)對(duì)象,根據(jù)該屬細(xì)菌內(nèi)的一段特異性的保守序列對(duì)產(chǎn)乳化劑菌進(jìn)行定量檢測(cè)[18-19]。定量反應(yīng)試劑為Bio-rad公司的SYBR Green supermix,反應(yīng)體系包括上下游引物各1 pmol/L,supermix 10 μL,待測(cè)樣品或標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)粒1 μL,用滅菌的去離子水調(diào)整體系到20 μL。反應(yīng)程序:95 ℃,3 min→95 ℃,10 s→60 ℃,30 s。收集熒光,擴(kuò)增40個(gè)循環(huán);標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)粒與待測(cè)樣品同時(shí)反應(yīng)。熒光定量PCR反應(yīng)及數(shù)據(jù)分析在Bio-rad公司的IQ5儀器上完成。

2 結(jié)果分析

2.1 長(zhǎng)巖心驅(qū)替效果

長(zhǎng)巖心連續(xù)動(dòng)態(tài)驅(qū)替累計(jì)注入4輪次的激活劑,圖2為一次水驅(qū)后內(nèi)源微生物驅(qū)油階段含水率及采出程度變化?？梢钥闯?每輪激活劑注入后均出現(xiàn)不

同程度的降水漏斗,第3輪和第4輪的降水漏斗明顯,含水率降幅最大達(dá)到7 %;注入4輪以后累計(jì)驅(qū)出原油44.86 mL,內(nèi)源微生物驅(qū)油在一次水驅(qū)基礎(chǔ)上提高驅(qū)替效率8.2 %,采出程度達(dá)到68.4%。

圖2 長(zhǎng)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的含水率與采出程度變化Fig.2 Water cut and oil enhancement by continuous displacement of long-core experiment

2.2 微生物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化

利用高通量測(cè)序技術(shù)解析4輪現(xiàn)場(chǎng)注入水及長(zhǎng)巖心產(chǎn)出液中的群落結(jié)構(gòu),選取7、14、21、28、35、42和47 d的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)果見圖3。從圖3(a)看出,4輪次注入的現(xiàn)場(chǎng)水樣具有相似的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),除了未分類菌屬外,注入水中的優(yōu)勢(shì)菌為脫硫葡萄狀菌屬(Desulfacinum)、熱硫還原桿菌屬(Thermodesulforhabdus)。注入激活劑后,物模產(chǎn)出液的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與物模注入水樣品的群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的差異,隨著激活劑的注入和驅(qū)替時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)出液中的細(xì)菌群落呈現(xiàn)連續(xù)的動(dòng)態(tài)演替變化,除去未分類菌屬外,產(chǎn)出液中的優(yōu)勢(shì)菌屬成為不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)和厭氧小桿菌屬(Anaerobaculum),其中不動(dòng)桿菌是一類具有產(chǎn)生生物表面活性劑及嗜烴作用的驅(qū)油功能菌[20],厭氧小桿菌屬是一類嗜熱厭氧生長(zhǎng)的發(fā)酵菌,可以利用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)代謝產(chǎn)生乙酸分子,促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的激活[21-22]。

圖3 長(zhǎng)巖心產(chǎn)出液群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Community structure in produced fluids of long-core

圖3(b)為古菌群落結(jié)構(gòu)解析結(jié)果,實(shí)驗(yàn)體系中的古菌主要以產(chǎn)甲烷古菌為主,物模產(chǎn)出液的古菌群落結(jié)構(gòu)與物模注入水樣品的古菌群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的差異。注入水中的優(yōu)勢(shì)古菌為甲烷食甲基菌屬(Methanomethylovorans)和甲烷鬃毛菌屬(Methanosaeta),注入激活劑7 d后,物模產(chǎn)出液中古菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變,甲烷嗜熱桿菌屬(Methanothermobacter)成為優(yōu)勢(shì)古菌,該類古菌是一類氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌,可以利用細(xì)菌代謝產(chǎn)生的H2/CO2產(chǎn)生甲烷氣體,最適生長(zhǎng)溫度為60 ℃。由于古菌的種類明顯少于細(xì)菌,群落多樣性分析主要針對(duì)細(xì)菌進(jìn)行。

2.3 產(chǎn)出液生物特征動(dòng)態(tài)變化與含水率變化

分析4輪次內(nèi)源微生物驅(qū)油過(guò)程中產(chǎn)出液的細(xì)菌群落多樣性指數(shù)、總細(xì)菌濃度、3種驅(qū)油功能細(xì)菌濃度動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,并進(jìn)一步分析以上生物特征動(dòng)態(tài)變化與含水率之間的關(guān)系,結(jié)果見圖4?？梢钥闯?激活劑的注入明顯改變了產(chǎn)出液中的生物特征,其中產(chǎn)出液總細(xì)菌濃度隨著每輪次激活劑的注入和消耗呈現(xiàn)先升高后降低的周期變化,在104～109個(gè)/mL間波動(dòng);細(xì)菌群落多樣性指數(shù)呈現(xiàn)先降低后升高的周期變化,從最初的2.3降低到1.2?？偧?xì)菌濃度和細(xì)菌多樣性指數(shù)的變化趨勢(shì)相反。通過(guò)與物模產(chǎn)出液含水率變化進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),前2輪次隨著總細(xì)菌濃度升高和多樣性指數(shù)降低,產(chǎn)出液的含水率變化不明顯,從第3輪開始,總細(xì)菌濃度升高和多樣性指數(shù)降低后含水率隨之呈現(xiàn)明顯降低,并且含水率的變化滯后于生物特征的變化。

圖4 產(chǎn)出液總細(xì)菌濃度和菌群多樣性指數(shù)與含水率變化Fig.4 Microbial concentration, bacterial diversity and water cut in production fluid

利用熒光定量PCR技術(shù)檢測(cè)產(chǎn)出液中3種關(guān)鍵驅(qū)油功能細(xì)菌濃度的動(dòng)態(tài)變化,結(jié)果見圖5。可以看出,驅(qū)油功能細(xì)菌濃度在激活劑注入后呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì),每輪次中隨著激活劑的注入和消耗呈現(xiàn)升高降低的波動(dòng)。3種驅(qū)油功能菌中產(chǎn)脂肽菌最早被激活,但濃度較低,7 d后峰值濃度達(dá)到104個(gè)/mL,產(chǎn)乳化劑菌在產(chǎn)脂肽菌之后被激活,峰值濃度在20 d達(dá)到107個(gè)/mL,產(chǎn)甲烷古菌從20 d開始被明顯激活,濃度快速升高,最后一輪激活劑注入后,產(chǎn)甲烷古菌的濃度從最初的102個(gè)/mL升高到106個(gè)/mL。隨著3種驅(qū)油功能菌的激活尤其是兼性及厭氧類驅(qū)油功能菌的激活,含水率明顯降低。

綜合分析以上生物特征動(dòng)態(tài)變化與含水率之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn),激活劑注入后,細(xì)菌多樣性指數(shù)比初始值降低50%時(shí),內(nèi)源微生物驅(qū)油開始起效;兼性及厭氧驅(qū)油功能菌被激活且濃度升高2個(gè)數(shù)量級(jí)后,多樣性指數(shù)和總細(xì)菌濃度的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與產(chǎn)出液含水率變化之間呈現(xiàn)明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖5 產(chǎn)出液中3種驅(qū)油功能細(xì)菌濃度與含水率的變化Fig.5 Gene concentration of 3 kinds of functional bacteria and water cut in production fluid

3 討 論

分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展為油藏微生物群落結(jié)構(gòu)的研究提供了更為準(zhǔn)確的分析方法,對(duì)于那些培養(yǎng)法難以檢測(cè)到的油藏微生物,可以通過(guò)基因序列的高通量測(cè)序來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確解析[16]。本研究利用高通量測(cè)序技術(shù)檢測(cè)了產(chǎn)出液中的內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,利用熒光定量PCR技術(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)了3種驅(qū)油功能細(xì)菌濃度隨驅(qū)替時(shí)間的變化規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上明確了內(nèi)源微生物驅(qū)油過(guò)程中生物特征變化與驅(qū)油效率之間的關(guān)系。

3.1 驅(qū)替過(guò)程群落結(jié)構(gòu)的演替變化規(guī)律

在前期產(chǎn)出液微生物群落結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開展了主成因分析(PCA)分析,結(jié)果見圖6。注入的4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)注入水樣品群落結(jié)構(gòu)聚在一起,說(shuō)明這4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)注水樣品具有穩(wěn)定的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。同時(shí)這4個(gè)樣品與巖心產(chǎn)出液樣品的群落結(jié)構(gòu)距離較遠(yuǎn),說(shuō)明在激活劑的作用下,原始注入水中的細(xì)菌菌群在驅(qū)替過(guò)程中發(fā)生了明顯的改變。每輪次激活劑注入后的巖心產(chǎn)出液聚集在同一象限內(nèi),說(shuō)明同一輪次的產(chǎn)出液樣品間具有很高的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似性。另外,相鄰注入輪次的樣品間也具有一定的相關(guān)性,第1輪樣品與第2輪激活劑注入后產(chǎn)出液樣品聚集在PC1的正軸上;第2輪與第3輪激活劑注入后產(chǎn)出液樣品都聚集在PC2的正軸上;第3輪與第4輪激活劑注入后產(chǎn)出液樣品都聚集在PC1的負(fù)軸上。通過(guò)以上分析證實(shí),在多輪次激活劑注入的內(nèi)源微生物驅(qū)替過(guò)程中,產(chǎn)出液樣品中的微生物群落結(jié)構(gòu)具有明顯的連續(xù)演替變化規(guī)律;隨著驅(qū)替輪次的增加,樣品間的距離越來(lái)越小,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)體系中的內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)在激活劑的作用下趨于穩(wěn)定,重新構(gòu)建新的群落穩(wěn)態(tài)。中科院滲流所通過(guò)DGGE法分析了激活劑注入后不同時(shí)期采出水中菌群結(jié)構(gòu)的變化,同樣發(fā)現(xiàn)激活劑注入后菌群結(jié)構(gòu)趨向簡(jiǎn)單化,菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)改變,微生物驅(qū)油后期菌群中假單胞菌屬和梭菌成為優(yōu)勢(shì)菌[22]。大港油田與俄羅斯科學(xué)研究院對(duì)微生物采油過(guò)程中注水井近井地帶的微生物群落的長(zhǎng)期變化進(jìn)行了檢測(cè)分析,結(jié)果表明油藏中的微生物群落存在動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

圖6 4輪激活劑注入后產(chǎn)出液中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)PCA分析Fig.6 PCA analysis of bacterial community structure in output solution after 4 rounds of activator injection

3.2 驅(qū)替過(guò)程中細(xì)菌濃度及多樣性變化規(guī)律

油藏在開發(fā)之前為還原性環(huán)境,注水開發(fā)后,注入水向油藏內(nèi)帶入溶解氧和地表微生物,這些微生物在油藏中逐漸形成相對(duì)穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu),由于地層中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素濃度很低,注水開發(fā)中的內(nèi)源微生物濃度一般較低。實(shí)施內(nèi)源微生物驅(qū)油后,外界激活劑的注入改變了油藏內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境,再一次打破油藏內(nèi)源微生物菌群結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)。從細(xì)菌濃度和菌群多樣性指數(shù)動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)可以看出,激活劑注入后,油藏內(nèi)源微生物特征會(huì)隨之發(fā)生改變,表現(xiàn)為細(xì)菌濃度升高、菌群多樣性降低。這是由于激活劑注入后,特異性激活了原始群落中的部分驅(qū)油功能菌,使其逐漸成為群落中的優(yōu)勢(shì)菌屬。隨著激活劑的消耗,優(yōu)勢(shì)菌生長(zhǎng)代謝速率降低,總細(xì)菌濃度逐漸下降,優(yōu)勢(shì)菌的比例降低后,群落中的其他微生物恢復(fù)生長(zhǎng),多樣性指數(shù)隨之升高?；谝陨显?每輪次激活劑注入后,細(xì)菌濃度和多樣性指數(shù)都會(huì)呈現(xiàn)出相同的變化規(guī)律。

3.3 驅(qū)油功能菌激活規(guī)律

利用熒光定量PCR技術(shù)定量監(jiān)測(cè)了驅(qū)替過(guò)程中3種驅(qū)油功能菌的濃度變化規(guī)律。這3種驅(qū)油功能菌在內(nèi)源微生物代謝鏈中占據(jù)不同代謝位置,好氧類產(chǎn)脂肽菌位于代謝鏈的最前端,先于其他功能菌被激活;兼性產(chǎn)乳化劑菌在好氧菌和厭氧菌之間的過(guò)渡階段被激活;隨著代謝鏈前端微生物代謝產(chǎn)物的積累及對(duì)體系中氧氣的消耗,末端厭氧類產(chǎn)甲烷古菌才能被激活。在3種驅(qū)油功能菌中,產(chǎn)甲烷古菌可以將前端微生物代謝產(chǎn)生的CO2和H2轉(zhuǎn)化為CH4,處在整個(gè)內(nèi)源微生物代謝鏈的末端,有研究證實(shí)通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)甲烷細(xì)菌濃度的變化可以評(píng)價(jià)油藏微生物代謝鏈的激活效果[23]。從圖5功能菌與含水的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以看出,在前期只激活產(chǎn)脂肽菌時(shí),含水率降低并不明顯,隨著兼性菌和厭氧菌尤其是產(chǎn)甲烷古菌的激活,含水率的降低幅度增加,從油藏微生物代謝鏈角度分析,產(chǎn)甲烷古菌的激活說(shuō)明完整的微生物代謝鏈被啟動(dòng),通過(guò)多種驅(qū)油功能菌的高效協(xié)同作用下驅(qū)油效率顯著提高。

3.4 生物特征與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

微生物驅(qū)油技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)是油藏內(nèi)源微生物群落,但目前的研究多側(cè)重于生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的分析,對(duì)驅(qū)油過(guò)程中生物特征的變化規(guī)律研究很少,生物特征與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系也不明確。勝利油田先后利用末端標(biāo)記限制性片段長(zhǎng)多態(tài)性技術(shù)(T-RFLP)和高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的油井產(chǎn)出液微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了跟蹤分析,發(fā)現(xiàn)激活劑注入后油井產(chǎn)出液中的菌群優(yōu)勢(shì)度增加,群落多樣性指數(shù)降低,而且多樣性指數(shù)與油井產(chǎn)量之間存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系,但是由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中外界影響因素復(fù)雜,多樣性指數(shù)與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系還需要進(jìn)一步的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)[14,24-26]。本研究通過(guò)長(zhǎng)巖心連續(xù)動(dòng)態(tài)驅(qū)替實(shí)驗(yàn),模擬現(xiàn)場(chǎng)微生物驅(qū)油過(guò)程的同時(shí)消除了現(xiàn)場(chǎng)各種工藝措施的影響,研究發(fā)現(xiàn)隨著激活劑的段塞注入,內(nèi)源微生物菌群響應(yīng)外界環(huán)境的改變,總細(xì)菌濃度升高的同時(shí)菌群多樣性指數(shù)降低,內(nèi)源菌群發(fā)生重組,細(xì)菌和古菌菌群出現(xiàn)新的優(yōu)勢(shì)菌。從驅(qū)油功能菌方面,激活劑的多輪次注入可以逐漸激活內(nèi)源好氧、兼性及厭氧驅(qū)油功能菌的代謝鏈,但只有在產(chǎn)甲烷古菌激活后,整個(gè)代謝鏈才能高效啟動(dòng),這時(shí)內(nèi)源微生物驅(qū)油的效果達(dá)到最好。

驅(qū)替過(guò)程中在兼性和厭氧驅(qū)油功能菌被顯著激活、濃度升高2個(gè)數(shù)量級(jí)的前提下,總細(xì)菌濃度和多樣性指數(shù)與產(chǎn)出液含水率變化呈現(xiàn)明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,隨著總細(xì)菌濃度的升高和細(xì)菌多樣性指數(shù)的降低,含水率隨之降低。其中鏡檢方法得到的總細(xì)菌濃度數(shù)據(jù)受人為主觀因素影響較大,只能作為一項(xiàng)參考性指標(biāo);細(xì)菌多樣性指數(shù)依托目前高通量測(cè)序技術(shù),具有很高的準(zhǔn)確性,該指數(shù)與含水率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系明確,而且其變化先于含水率的變化。因此可以將產(chǎn)出液細(xì)菌多樣性指數(shù)作為一項(xiàng)關(guān)鍵的內(nèi)源微生物驅(qū)油特征指標(biāo),指導(dǎo)微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析,為后期的方案調(diào)整提供理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

(1)隨著激活劑的注入,產(chǎn)出液中的總細(xì)菌濃度及驅(qū)油功能細(xì)菌濃度升高,菌群多樣性指數(shù)降低。

(2)隨著激活劑多輪次的段塞注入,產(chǎn)出液中的微生物群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)的演替變化,相鄰樣品間差異逐漸縮小,菌群逐漸穩(wěn)定,出現(xiàn)明顯的優(yōu)勢(shì)菌屬。

(3)連續(xù)驅(qū)替過(guò)程中存在明顯的好氧、兼性及厭氧驅(qū)油功能菌的接替激活規(guī)律,代謝鏈末端產(chǎn)甲烷古菌的激活意味著整個(gè)代謝鏈的啟動(dòng),驅(qū)油效率明顯提高。

(4)物模產(chǎn)出液中的生物特征動(dòng)態(tài)變化與驅(qū)油效率之間存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,在兼性及厭氧驅(qū)油功能細(xì)菌濃度提高2個(gè)數(shù)量級(jí)后,產(chǎn)出液細(xì)菌群落多樣性指數(shù)與含水率變化之間存在明顯的相關(guān)性,可以作為內(nèi)源微生物驅(qū)油生物特征指標(biāo),指導(dǎo)內(nèi)源微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)效果的分析及方案的針對(duì)性調(diào)整。