花土溝油田復(fù)合微生物驅(qū)油實驗研究

賈鎖剛，張啟漢，張立會，扈福堂，陳富林

(1．中國石油股份有限公司青海油田鉆采工藝研究院，甘肅敦煌736202;2．西北大學(xué) 西安市油田微生物工程實驗室，陜西 西安710069)

青海花土溝油田位于柴達(dá)木盆地西南。油田已探明石油儲量2 366×104t，埋藏深度120～1 100 m，巖石孔隙度18% ～22%，空氣滲透率(40～500)×10－3μm2，油藏溫度27 ～38 ℃，原始壓力系數(shù)0．611 ～0．800，屬低壓低溫油藏，地層水總礦化度20×104mg/L，CaCl2型，鈣鎂離子含量高，屬于強礦化水［1］。高礦化度的特點使聚合物驅(qū)和化學(xué)表面活性驅(qū)的應(yīng)用受到了限制，油田穩(wěn)產(chǎn)形勢嚴(yán)峻［2］。

微生物強化采油技術(shù)(MEOR)是一種利用微生物自身在油藏中的活動及其代謝產(chǎn)物進行有效驅(qū)油以提高原油采收率的技術(shù)［3］，具有適應(yīng)性廣、工藝簡單、增油效果顯著和環(huán)境友好等特點，近年來在石油開采特別是提高枯竭油藏采收率中受到越來越多的重視［4］。目前，國內(nèi)外許多油田已相繼采用微生物采油技術(shù)，并取得良好的應(yīng)用效果。例如安塞特低滲透油田王16－5井組2009年開展本源微生物采油，有效期300 d，累計增油550 t，經(jīng)濟效益可觀［5］。微生物驅(qū)油技術(shù)在勝利油田盤2－33斷塊稠油油藏的應(yīng)用結(jié)果表明，措施后產(chǎn)油量上升，含水率下降，采收率提高［6］。因此，開展微生物驅(qū)油等先進技術(shù)的研究和實驗對提高油田產(chǎn)量有重要意義。

1 材料與方法

1．1 驅(qū)油菌株的篩選及鑒定

將從花土溝現(xiàn)場取回的油水樣經(jīng)稀釋后涂布LB平板，挑取菌落將其在血平板上劃線培養(yǎng)，觀察溶血圈大小，篩選透明圈較大的菌株進行純化培養(yǎng)。對篩選的菌株進行生理生化以及16S rRNA序列鑒定，明確微生物的分類地位。

1．2 驅(qū)油性能評價

將驅(qū)油菌株接種LB液體培養(yǎng)基，150 r/min、37℃恒溫培養(yǎng)2 d，分別用JYW－200A自動界面張力儀和SVT－20旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定發(fā)酵液的表、界面張力。

配制原油降解培養(yǎng)基，NH4Cl 3 g，MgSO40．2 g，K2HPO41．25 g，KH2PO40．5 g，CaCl20．01 g，酵母膏0．5 g，水1 L。取花土溝原油20 g，原油降解培養(yǎng)基200 mL，共同置于500 mL三角瓶中，121℃高壓滅菌30 min后，接種3%微生物混合菌液20 mL，于37℃、150 r/min恒溫?fù)u床中振蕩培養(yǎng)7 d，檢測微生物作用前后原油黏度、膠質(zhì)、蠟含量的變化，分析微生物降解原油特性。

1．3 石油烴組分變化

取微生物作用前后油樣1 mL，12 000 r/min離心5 min，取上層原油 100 μL，甲醇萃取，12 000 r/min再次離心5 min，取上清液過0．22 μm 濾膜，加入進樣瓶中，用Agilent 6890氣相色譜進行原油烴組分分析。色譜條件:色譜柱HP－5(0．32×0．25 mm×30 m);進樣口溫度250℃，不分流進樣，檢測器為FID氫火焰離子檢測器;檢測器溫度300℃，程序升溫，75℃升溫至280℃，保持3 min，載氣N2，燃?xì)釮2。

1．4 油藏適應(yīng)性評價

于250 mL錐形瓶中加入100 mL原油降解培養(yǎng)基，10 mL原油，10 mL 3%微生物混合菌液，置于35℃、150 r/m恒溫?fù)u床中，每4 h測定一次菌濃度吸光值(用吸光值表示菌濃度，吸光值越大，菌濃度越高［7］)，繪制其生長曲線。

模擬花土溝地層溫度，設(shè)計30、35、40℃3個溫度，將微生物混合菌液接種于LB培養(yǎng)基中，振蕩培養(yǎng)52 h，測定菌體光密度值，檢測菌株對花土溝地層溫度適應(yīng)性。

1．5 微生物驅(qū)油物理模擬實驗

將實驗用的花土溝巖心抽真空飽和水，測量孔隙體積，將巖心放入恒溫箱內(nèi)，在35℃溫度下油驅(qū)水建立束縛水，測量原始含油飽和度，巖心在實驗溫度下老化24 h;用地層水進行驅(qū)油至極限含水率(98%)時停止水驅(qū)，計算水驅(qū)采收率;再注入混合微生物菌液恒溫放置7 d，關(guān)閉巖心進出口，在巖心內(nèi)培養(yǎng)24 h;打開巖心進出口，并用地層水進行后續(xù)水驅(qū)，巖心流出液中含水率達(dá)到98%時停止實驗，計算總采收率。

2 結(jié)果分析

2．1 驅(qū)油菌株的篩選及鑒定

從花土溝油水樣中共分離篩選到125株微生物，根據(jù)溶血圈的大小優(yōu)選出2株，編號分別為QH2和QHQ110。QH2菌株革蘭氏陰性菌，短桿狀，單鞭毛，接觸酶反應(yīng)、氧化酶水解酶、精氨酸水解酶、油脂水解、反硝化實驗反應(yīng)陽性，不產(chǎn)H2S，發(fā)酵葡萄糖培養(yǎng)產(chǎn)氣產(chǎn)酸，淀粉水解、水解明膠反應(yīng)、吲哚實驗陰性，M．R．陽性，V．P．陰性，并產(chǎn)生綠膿菌素［8］。QHQ110菌株桿狀，革蘭氏陽性，產(chǎn)芽孢，甲基紅實驗、硝酸鹽還原實驗、水解淀粉反應(yīng)、酪素水解、水解明膠實驗均為陽性，發(fā)酵葡萄糖培養(yǎng)產(chǎn)酸但不產(chǎn)氣［9］。

對2株菌進行16S rDNA測定，PCR擴增引物采用細(xì)菌通用引物。結(jié)果送上海生工生物工程公司測序。將測序結(jié)果輸入GenBank核酸序列數(shù)據(jù)庫進行比對，結(jié)果表明，QH2菌和銅綠假單胞菌的相似度為99%，QHQ110和枯草芽孢桿菌的同源性達(dá)98%，因此驅(qū)油菌株分別命名為銅綠假單胞菌QH2(CCTCC NO:M2012468)和枯草芽孢桿菌QHQ110(CCTCC NO:M2012467)。

2．2 本源微生物驅(qū)油性能評價

2．2．1 表/界面張力測定 微生物發(fā)酵液的表/界面張力如表1所示。

表1 微生物發(fā)酵液的表/界面張力Tab．1 Surface/interfacial tension of microbial fermentation liquid

從表1中可以看出，枯草芽孢桿菌QHQ110、銅綠假單胞菌株QH2發(fā)酵液具有較強的降低表面張力的能力，而混合發(fā)酵液作用效果更強，可將水的表面張力從72 mN/m降低到26．29 mN/m。QHQ110、QH2混合菌液的界面張力值更低到了10－1的數(shù)量級，為0．272 8 mN/m。已有研究資料表明，銅綠假單胞菌可產(chǎn)生鼠李糖脂類表面活性劑［10］，枯草芽孢桿菌產(chǎn)生脂肽類表面活性劑［11］，從2株菌發(fā)酵液以及混合菌液具有極低的表面張力和界面張力來看，這2株菌可產(chǎn)生大量的生物表面活性劑類次級代謝產(chǎn)物。

2．2．2 原油黏度變化 混合菌液作用后原油黏度變化情況見表2。

表2 混合菌液作用后原油黏度變化情況Tab．2 Change of oil viscosity under the effect of mixed fermentation liquid

混合菌液作用7 d后，原油黏度、蠟?zāi)z含量降低，說明菌種具有一定的降蠟和降膠效果，從而使原油的黏度下降，流動性增加，有利于驅(qū)油［12］。

2．2．3 菌株對原油烴組分的作用 混合菌液作用花土溝原油7 d后，微生物作用后的峰高要大大低于作用前，表明微生物對原油產(chǎn)生了降解作用［13］，

不僅對中長鏈烷烴而且對長鏈烷烴的降解作用都很好，說明該混合菌液具備驅(qū)油應(yīng)用潛力。

圖1 微生物作用前后原油烴組分變化Fig．1 Change of crude oil hydrocarbon composition under the effect of microorganism

2．3 驅(qū)油微生物油藏適應(yīng)性評價

2．3．1 菌株繁殖能力測定 驅(qū)油菌株生長曲線見圖2。

圖2 驅(qū)油菌株生長曲線Fig．2 Growth curves of two strains

圖2 表明2株菌生長情況良好，培養(yǎng)8～12 h后即進入對數(shù)生長期，約24～32 h后進入穩(wěn)定期，菌濃度基本一致，經(jīng)平板菌落計數(shù)，菌數(shù)約107～108個/mL?；ㄍ翜嫌蛯訙囟?7～38℃，在此條件下微生物可快速生長，短時間內(nèi)菌濃度越大，微生物驅(qū)油效率越高。

2．3．2 溫度對菌株生長的影響 混合菌液中驅(qū)油微生物在30～40℃之間生長繁殖旺盛(見圖3)，生長2 d內(nèi)可達(dá)到設(shè)計要求的生物量指標(biāo)107～108個/mL。

圖3 溫度對混合菌株生長的影響Fig．3 Effect of temperature on growth and reproduction of the mixed strains

青海油田花土溝氣候寒冷干燥、冬長夏短、晝夜溫差大，全年平均氣溫3．8℃，最熱天氣為7月份，平均18．5℃，極端最高氣溫30．6℃，最冷天氣出現(xiàn)在1月，平均氣溫 －12．4℃［14］，交通方面只有公路運輸通行。為了確?；旌暇何⑸镌诘蜏亍⒍掏具\輸過程中保持其生物繁殖能力和濃度，設(shè)計檢測菌株生長達(dá)到108個/mL后在低溫0℃冰箱存放1～5 d的菌體濃度，同時按照平板法計量活菌數(shù)。低溫0℃對菌株存活及生長的影響見表3。

由表3可知，菌液在0℃靜置5 d，其活菌數(shù)仍然保持在0．664×108個/mL，與對照常溫(25℃)靜置5 d活菌數(shù)在0．79×108個/mL相差不大，這與微生物在0℃環(huán)境下生長受抑制而不會死亡的規(guī)律相符。實驗表明，混合菌液微生物在低溫短途運輸過程中，其生長繁殖能力不會受到影響。

表3 低溫0℃對菌株存活及生長的影響Tab．3 Survival and growth state of the mixed strain at 0 ℃

2．3．3 礦化度對菌株生長的影響 花土溝油田地層水為CaCl2型，鈣鎂離子含量高，總礦化度為20×104mg/L，屬于強礦化水。為了準(zhǔn)確模擬礦化水中各個離子濃度含量，采用純凈水、純凈水+地層水(體積比1∶1)、地層水不同礦化度水為溶劑，將3%混合菌液接種于LB培養(yǎng)基中，35℃搖床振蕩培養(yǎng)40 h，每4 h測定發(fā)酵液的菌體光密度值，用以檢測不同礦化水對菌株生長的影響(見圖4)。

由圖4可知，礦化度在(10～20)×104mg/L范圍內(nèi)，本源驅(qū)油菌株都可以生長繁殖，100%的地層水會延緩微生物菌體的生長繁殖速度，與正常LB培養(yǎng)基相比，雖然菌株的對數(shù)生長期延緩了10 h，但仍然能在2 d內(nèi)達(dá)到較大光密度值，微生物生長狀態(tài)良好，生物量指標(biāo)達(dá)到107～108個/mL，表明菌株可以很好地適應(yīng)花土溝油田環(huán)境。

2．4 生物驅(qū)油室內(nèi)模擬實驗

挑選3根滲透率分別小于50×10－3μm2、大于100×10－3μm2、大于500 ×10－3μm2的巖心進行驅(qū)油率測定(見表4)。結(jié)果表明，經(jīng)微生物驅(qū)替作用后，巖心驅(qū)替效率提高了3．03% ～25．00%。水驅(qū)實驗時，采收率平均達(dá)到57．48%;微生物驅(qū)提高采收率最高為14．29%。隨著微生物驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)，注入量逐漸增加，注入壓力增大，水相滲透率上升，采收率分別提高了 3．03%(657 ×10－3μm2)、17．86%(30 × 10－3μm2)、25．00%(123 × 10－3μm2)，平均提高了15．3%，說明注入微生物有洗油功效，從而提高了驅(qū)替效率。

表4 各巖心提高采收率結(jié)果Tab．4 EOR results of the cores

3 結(jié)論

(1)通過大量的菌株篩選工作，分離得到2株產(chǎn)生物表面活性劑的優(yōu)良菌株，經(jīng)鑒定為銅綠假單胞菌和枯草芽孢桿菌。

(2)混合菌株發(fā)酵液具有更好的降低表、界面張力的能力，可將水的表面張力從72 mN/m降低到26．29 mN/m，并且發(fā)酵液的油水界面活性較高，平衡界面張力約為0．272 8 mN/m。

(3)篩選的本源微生物能夠適應(yīng)青海油田花土溝油藏環(huán)境。微生物菌體在該油藏環(huán)境中大量繁殖，在100%地層水配置的培養(yǎng)基中，驅(qū)油菌株生長速度較正常水體延緩10 h左右，但仍能在48 h內(nèi)達(dá)到107～108個/mL;花土溝地層溫度平均35℃，非常適合微生物的生長繁殖;花土溝本源驅(qū)油菌株發(fā)酵液在0℃靜置5 d仍然能保持108個/mL的活菌濃度，有利于低溫存儲、運輸。

(4)室內(nèi)驅(qū)油模擬實驗中，經(jīng)微生物驅(qū)替段塞作用后，采收率平均可提高15．3%，說明篩選的菌株驅(qū)油性能較強，微生物驅(qū)油室內(nèi)評價結(jié)果為其在花土溝油藏現(xiàn)場應(yīng)用提供了可靠的實驗依據(jù)。

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