變異系數(shù)在油藏微生物激活劑篩選中的應(yīng)用

李磊，晁群芳，方新湘，王旭輝，陳愛華

（1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.中國石油克拉瑪依石化公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

變異系數(shù)在油藏微生物激活劑篩選中的應(yīng)用

李磊1，晁群芳1，方新湘2，王旭輝1，陳愛華2

（1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.中國石油克拉瑪依石化公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

為了篩選克拉瑪依油田93#油井內(nèi)源微生物最佳激活劑配方，采用不同激活劑對油藏微生物進(jìn)行了選擇性激活，對激活后的腐生菌、產(chǎn)甲烷菌、反硝化細(xì)菌、硫酸鹽還原菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌數(shù)量進(jìn)行了檢測，同時以變異系數(shù)為指標(biāo)對激活效果進(jìn)行評價，并結(jié)合原油降解率及降黏率進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)可溶性淀粉為碳源、KNO3為氮源、K2HPO4為磷源，且三者質(zhì)量濃度分別為10，4，1 g/L時，能夠較好地刺激油藏有益內(nèi)源菌的生長，對硫酸鹽還原菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等對采油不利的細(xì)菌起到一定的抑制作用，說明變異系數(shù)可以作為油藏微生物激活劑配方篩選的評價指標(biāo)之一，為后續(xù)現(xiàn)場試驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。

微生物采油；內(nèi)源微生物；激活劑；變異系數(shù)；原油降解率；降黏率

激活劑篩選是內(nèi)源微生物采油研究的重要內(nèi)容［1］，國內(nèi)研究主要集中于油藏微生物有益菌的篩選及產(chǎn)出液的理化性質(zhì)等方面，而對菌群結(jié)構(gòu)變化趨勢方面的研究鮮有報道［2-6］。變異系數(shù)（coefficient of variation）又稱標(biāo)準(zhǔn)差率，是衡量各觀測值變異程度的一個統(tǒng)計量,作為一種新的分析油藏微生物群落結(jié)構(gòu)變異程度的指標(biāo)，并未通過實(shí)驗(yàn)對其精確性進(jìn)行驗(yàn)證。本文通過分析不同配方激活前后油藏微生物群落結(jié)構(gòu)的變化趨勢，以變異系數(shù)CV為評價指標(biāo)篩選油藏微生物激活劑配方，并結(jié)合降黏率及原油降解率進(jìn)行驗(yàn)證，為后續(xù)現(xiàn)場試驗(yàn)提供基礎(chǔ)［7］。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 儀器

UV25025型紫外分光光度計、SPX型智能生化培養(yǎng)箱、滅菌鍋、NDJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計、SW-CJ-2FD型溫控培養(yǎng)搖床、YQX型厭氧培養(yǎng)箱等。

1.2 材料

克拉瑪依油田93#油井注入水；原油黏度為87 mPa·s，脫水脫氣4℃保存。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 菌落數(shù)量的測定

采用最大或然數(shù)［8］、絕跡稀釋三管平行法（按SY/T 0532—1993標(biāo)準(zhǔn)測定）和澆注平板法［9］等方法對油藏內(nèi)源微生物菌落數(shù)量進(jìn)行檢測。腐生菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌、硫酸鹽還原菌的細(xì)菌數(shù)量用細(xì)菌測試瓶測定，反硝化細(xì)菌及產(chǎn)甲烷菌應(yīng)用平板計數(shù)法計數(shù)。

2.2 變異系數(shù)的計算

將變異系數(shù)［10］應(yīng)用于內(nèi)源微生物采油中，可得：

式中：n為數(shù)據(jù)序列個數(shù)；yi為第i個數(shù)據(jù)值，該處定義為菌落數(shù)量的對數(shù)值；y為菌落數(shù)量對數(shù)值的算術(shù)平均值。

CV值越大，說明該數(shù)據(jù)序列間的差異程度越大，整個菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，再結(jié)合該菌群的驅(qū)油效果，能夠快速、準(zhǔn)確地評價出該菌群是否為采油的功能菌群［11］。

2.3 原油降解率和降黏率的測定

原油降解率參照 D.N.Lerner［12］描述的方法進(jìn)行測定。降黏率的測定采用NDJ-79黏度計，3#轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速60 r/min［13］。

2.4 激活劑的篩選

2.4.1 最佳碳源

分別以質(zhì)量濃度為8 g/L的葡萄糖、麥芽糖、蔗糖、可溶性淀粉為碳源；加入2 g/L的NaNO3及1 g/L的KH2PO4，采用包木太等［14］提出的“兩段式”培養(yǎng)方法，37℃培養(yǎng)10～14 d，測定微生物菌落數(shù)量，計算CV值，確定最佳碳源，同時結(jié)合原油降解率及降黏率進(jìn)行驗(yàn)證。

2.4.2 最佳氮源

以篩選出的最佳碳源為碳源且質(zhì)量濃度為8 g/L，再分別以質(zhì)量濃度為2 g/L的NaNO3，KNO3，NH4NO3為氮源，并添加1 g/L的KH2PO4，實(shí)驗(yàn)方法同2.4.1，篩選出最佳氮源。

2.4.3 最佳磷源

以篩選出的最佳碳源為碳源且質(zhì)量濃度為8 g/L；最佳氮源為氮源且質(zhì)量濃度為2 g/L；以質(zhì)量濃度為1 g/L的KH2PO4，K2HPO4，Na3PO4為磷源，實(shí)驗(yàn)方法同2.4.1，篩選出最佳磷源。

2.5 激活劑最佳配方的確定

2.5.1 碳源最佳質(zhì)量濃度

將最佳碳源的質(zhì)量濃度分別定為 6，8，10，12，14，16 g/L，選用最佳氮源（質(zhì)量濃度為2 g/L）及最佳磷源（質(zhì)量濃度為1 g/L），37℃培養(yǎng)7～10 d，測定微生物菌落數(shù)量，計算CV值，確定最佳質(zhì)量濃度，并結(jié)合原油降解率及降黏率進(jìn)行驗(yàn)證。

2.5.2 氮源最佳質(zhì)量濃度

將最佳氮源的質(zhì)量濃度分別定為1，2，4，6，8 g/L，選用已確定的最佳質(zhì)量濃度的碳源及最佳磷源（質(zhì)量濃度為1 g/L），方法同2.5.1，測定微生物菌落數(shù)量，計算CV值，確定最佳質(zhì)量濃度。

2.5.3 磷源最佳質(zhì)量濃度

將最佳磷源的質(zhì)量濃度分別定為 0.5，1.0，2.0，4.0，6.0 g/L，選用已確定的最佳質(zhì)量濃度的碳源及氮源，方法同2.5.1，測定微生物菌落數(shù)量，計算CV值，確定最佳質(zhì)量濃度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 激活劑的篩選

3.1.1 最佳碳源

與未添加任何激活劑的對照樣相比，加入不同碳源激活劑后，油藏微生物菌落數(shù)量均有所增加。如表1所示：當(dāng)可溶性淀粉為碳源時，CV值最大，確定可溶性淀粉為最佳碳源激活劑，此時有益菌數(shù)量均高于其他激活劑配方，有害菌數(shù)量也最低，初步形成了以有益菌為優(yōu)勢菌群的油藏微生物群落結(jié)構(gòu)；以葡萄糖、麥芽糖為激活劑時，CV值均小于激活前，表明上述碳源并未使油藏微生物形成優(yōu)勢菌群，不能用于內(nèi)源微生物采油生產(chǎn)。結(jié)合原油降解率及降黏率測定結(jié)果可知：以可溶性淀粉為碳源時，原油降解率及降黏率也為最大值，此結(jié)果與以變異系數(shù)為指標(biāo)時的推斷結(jié)果一致。

3.1.2 最佳氮源

與未添加任何激活劑的對照樣相比，加入不同氮源激活劑后的激活效果如表2所示。由表2可知：當(dāng)KNO3為氮源時，CV值最大，確定KNO3為最佳氮源，此時有益菌數(shù)量進(jìn)一步增加，有害菌數(shù)量急劇減少，已經(jīng)形成了有利于采油的微生物群落結(jié)構(gòu)特征。結(jié)合原油降解率及降黏率測定結(jié)果可知：以KNO3為氮源時，原油降解率及降黏率也均為最大值，分別為54.65%，32.76%，驗(yàn)證了上述結(jié)果。此外，加入3種氮源后，油藏微生物群落變異系數(shù)均高于激活前，硫酸鹽還原菌數(shù)量均低于激活前，說明氮源在抑制硫酸鹽還原菌方面有顯著效果。

3.1.3 最佳磷源

與未添加任何激活劑的對照樣相比，加入不同磷源后的激活效果如表3所示。由表3可知：當(dāng)K2HPO4為磷源時，變異系數(shù)值最大，確定K2HPO4為最佳磷源，此時，油藏微生物菌落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，形成了有利于微生物采油的群落結(jié)構(gòu)特征，有益菌為優(yōu)勢菌群，有害菌為劣勢菌群。以K2HPO4為最佳磷源時，原油降解率及降黏率也為最大值，驗(yàn)證了以變異系數(shù)為指標(biāo)的篩選結(jié)果。

表1 碳源激活劑激活效果

表2 氮源激活劑激活效果

表3 磷源激活劑激活效果

3.2 激活劑最佳配方的篩選

3.2.1 可溶性淀粉的加量

可溶性淀粉質(zhì)量濃度為10 g/L時，CV值、原油降解率及降黏率均為最大值，分別為0.87，58.12%和33.33%（見表4），由此可確定可溶性淀粉最佳質(zhì)量濃度為10 g/L。

3.2.2 KNO3的加量

KNO3質(zhì)量濃度為4 g/L時，CV值最大，由此可確定KNO3最佳質(zhì)量濃度為4 g/L。同時，原油降解率及降黏率也最大，分別為61.03%，36.28%（見表5）。

表4 可溶性淀粉最佳質(zhì)量濃度確定

表5 KNO3最佳質(zhì)量濃度確定

3.2.3 K2HPO4的加量

K2HPO4質(zhì)量濃度為1 g/L時，CV值、原油降解率及降黏率均為最大值，分別為0.87，65.08%，41.37%（見表6），由此確定K2HPO4的最佳質(zhì)量濃度為1 g/L。

表6 K2HPO4最佳質(zhì)量濃度確定

4 結(jié)論

1）變異系數(shù)能夠根據(jù)細(xì)菌群落數(shù)量的變化，快速準(zhǔn)確地確定激活劑最佳配方。本實(shí)驗(yàn)將基于可培養(yǎng)條件下微生物群落結(jié)構(gòu)變化的變異系數(shù)作為評價指標(biāo)，雖然在應(yīng)用過程中，可能存在激活效果接近的配方其CV值結(jié)果相同的缺陷，但如果同時結(jié)合降黏率及原油降解率等常規(guī)指標(biāo)，仍可以最終確定激活劑最佳配方。

2）以變異系數(shù)為評價指標(biāo)，結(jié)合原油降解率及降黏率驗(yàn)證篩選出的克拉瑪依油田93#油井最佳激活劑配方為：可溶性淀粉為碳源，KNO3為氮源，K2HPO4為磷源，三者的質(zhì)量濃度分別為10，4，1 g/L。

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（編輯 孫薇）

Application of variation coefficient in selection of reservoir microorganism activator

Li Lei1,Chao Qunfang1,Fang Xinxiang2,Wang Xuhui1,Chen Aihua2
(1.College of Life Science and Technology,Xinjiang University,Urumqi 830046,China; 2.Oil Refining and Chemical Research Institute,Karamay Petrochemical Company,PetroChina,Karamay 834000,China)

In order to select the best activator formula of indigenous microorganisms for No.93 oil well in Karamay Oilfield,different activator formula were used to activate the reservoir microorganisms selectively.The saprophyte,methane-producing bacteria, denitrifying bacteria,sulfate-reducing bacteria,sulfur bacteria and iron bacteria were detected after activation.The activation effect was evaluated in terms of variation coefficient and was verified,combined with the degradation rate of crude oil and viscosity break rate.Experimental result shows that the growth of beneficial indigenous microorganisms can be activated,and the harmful bacteria for oil recovery,including sulfate-reducing bacteria,sulfur bacteria and iron bacteria,can be inhibited when soluble starch is used as carbon source,KNO3as nitrogen source,K2HPO4as phosphorus source,and their concentration is respectively 10,4,1 g/L.It is stated that the variation coefficient is regarded as one of evaluation indexes for the selection of the reservoir microorganisms activator formula,which can provide a base for sequent field test.

microbial enhanced oil recovery;indigenous microorganisms;activator;variation coefficient;degradation rate of crude oil; viscosity break rate

國家自然科學(xué)基金項目“克拉瑪依油田內(nèi)源微生物驅(qū)油潛力的評價”（30960089）

TE357.9

A

10.6056/dkyqt201204024

2011-11-11；改回日期：2012-05-25。

李磊，男，1984年生，在讀碩士研究生，2007年本科畢業(yè)于新疆大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事微生物采油方面的研究。E-mail：llsjp@163.com。

李磊，晁群芳，方新湘，等.變異系數(shù)在油藏微生物激活劑篩選中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：504-507.

Li Lei，Chao Qunfang，F(xiàn)ang Xinxiang，et al.Application of variation coefficient in selection of reservoir microorganism activator［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：504-507.