內(nèi)源微生物驅(qū)油過程中營(yíng)養(yǎng)激活體系的優(yōu)化

宋　欣，孫剛正，譚曉明，馮　云，林　潔，任鳳國(guó)

（1.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；2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司河口采油廠，山東東營(yíng)257000）

內(nèi)源微生物驅(qū)油過程中營(yíng)養(yǎng)激活體系的優(yōu)化

宋欣1，孫剛正1，譚曉明1，馮云1，林潔2，任鳳國(guó)2

（1.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；2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司河口采油廠，山東東營(yíng)257000）

為了進(jìn)一步提高內(nèi)源微生物驅(qū)油效果，針對(duì)邵家油田沾3區(qū)塊的1口注入井和4口油井分別開展不同種類的內(nèi)源微生物營(yíng)養(yǎng)激活體系評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。依據(jù)營(yíng)養(yǎng)體系激活的菌體密度、產(chǎn)氣量和原油乳化效果，對(duì)現(xiàn)有營(yíng)養(yǎng)體系進(jìn)行篩選優(yōu)化。結(jié)果發(fā)現(xiàn):最佳的營(yíng)養(yǎng)體系為3 g/L植物多糖，1 g/L玉米漿干粉，2 g/L NaNO3，0.2 g/L（NH4）2HPO4。在該營(yíng)養(yǎng)激活劑體系下，激活菌的密度大，達(dá)4×108個(gè)/mL，激活后產(chǎn)生的生物氣可達(dá)到0.108 MPa，原油采收率比原有體系提高2.8%，同時(shí)產(chǎn)出液中乙酸質(zhì)量濃度上升至600 mg/L，注入水的表面張力降低至34.1 mN/m。

內(nèi)源微生物驅(qū)油；營(yíng)養(yǎng)激活；采收率

微生物驅(qū)油技術(shù)是通過向油藏中注入激活劑，激活油藏中的好氧微生物和厭氧微生物，利用微生物的代謝產(chǎn)物或菌體本身提高驅(qū)油效率［1-4］。微生物的激活效果與激活劑體系密切相關(guān)。目前，大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間將激活劑注入油藏中，近井地帶的微生物群落大量繁殖，常規(guī)激活劑體系中的營(yíng)養(yǎng)物大量消耗，對(duì)于油藏深部有效激活效率較低，激活效果較差。因此，單純以增大常規(guī)激活劑濃度的方式以提高油藏涂層的激活效果，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)材料成本的增加，影響經(jīng)濟(jì)效益，不利于此技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此，以現(xiàn)有激活劑體系為基礎(chǔ)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)體系中的主要碳源、氮源進(jìn)行優(yōu)化，既保證近井地帶微生物的消耗，又能為油藏中深部微生物提供營(yíng)養(yǎng)，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)油藏深部剩余油的目的。

邵家油田沾3區(qū)塊的內(nèi)源微生物驅(qū)油工作已經(jīng)開展4年，目前用內(nèi)源微生物激活劑體系激活的微生物主要以近井地帶的好氧微生物為主，油藏深部含氧量極低，以厭氧微生物為主，若能夠進(jìn)一步提高油藏深部厭氧內(nèi)源微生物的激活效果，必能提高微生物驅(qū)油效果。微生物在新陳代謝活動(dòng)中，必須吸收充足的構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的碳源和氮源。其中，碳源在細(xì)胞的干物質(zhì)中約占50%，微生物對(duì)碳的需求量是最大的；氮源在細(xì)胞干物質(zhì)中的含量?jī)H次于碳源，它是組成核酸和蛋白質(zhì)的重要元素，對(duì)微生物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要作用。因此，針對(duì)于激活劑體系中碳源和氮源的篩選和優(yōu)化，對(duì)激活微生物的效果影響最大。本文中，筆者在厭氧環(huán)境下，對(duì)沾3區(qū)塊地層水中內(nèi)源微生物激活營(yíng)養(yǎng)體系中的碳源和氮源進(jìn)行篩選，并進(jìn)行一維物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，調(diào)整優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)源微生物驅(qū)油營(yíng)養(yǎng)注入體系，從而提高驅(qū)油效果。

1　材料與方法

1.1原料及試劑

內(nèi)源微生物激活樣品來(lái)源于沾3區(qū)塊的地層水。其他試劑均為分析純。（NH4）2HPO4，洛陽(yáng)市化學(xué)試劑廠；玉米漿干粉，洛陽(yáng)昊華化工試劑有限公司；NaNO3、植物多糖，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；糖蜜，上海阿拉丁試劑有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

選擇營(yíng)養(yǎng)體系激活內(nèi)源微生物效果好、產(chǎn)氣量高及乳化效果良好的激活劑體系，表1給出幾組激活劑組成配方。

表1　激活劑體系配方Table 1 Activator system formula

1.3檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法

1.3.1激活內(nèi)源微生物的菌密度和產(chǎn)氣量檢測(cè)方法

依據(jù)SY/T6888—2012行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)內(nèi)源微生物的菌密度進(jìn)行檢測(cè)。將培養(yǎng)不同時(shí)間的內(nèi)源微生物激活樣品進(jìn)行不同倍數(shù)稀釋后，利用計(jì)數(shù)板在顯微鏡下檢測(cè)微生物總菌數(shù)［5-6］。同時(shí)利用精確小量程氣壓表（上海榮華儀表廠）對(duì)厭氧微生物激活后的產(chǎn)氣量進(jìn)行直接測(cè)定。測(cè)試周期設(shè)定為7和14 d。

1.3.2原油乳化性能評(píng)價(jià)方法

原油乳化性能評(píng)價(jià)方法主要參考化學(xué)劑對(duì)原油的乳化效果評(píng)價(jià)方法進(jìn)行檢測(cè)分析［7-8］。對(duì)激活后的油水樣品進(jìn)行觀測(cè)檢測(cè)，并測(cè)定乳化穩(wěn)定時(shí)間。用取樣器取1 mL激活后的樣品，利用顯微鏡對(duì)樣品中乳化油滴的直徑進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3一維物理模擬評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)沾3區(qū)域油藏特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一維物理模擬的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用填砂巖心模擬油藏條件，滲透率（1.3± 0.2）μm2，孔隙度0.31～0.33，溫度65℃，驅(qū)替速率1.5 mL/min。實(shí)驗(yàn)步驟:測(cè)定填砂后的巖心管滲透率；測(cè)定巖心孔隙體積（PV）；計(jì)算含油飽和度；一次水驅(qū)3 PV，注入激活劑2 PV，封閉培養(yǎng)14 d；二次水驅(qū)3 PV，記錄含油、含水、采出程度，并對(duì)產(chǎn)出液的代謝產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)。驅(qū)替水為注入水與油井Z3-x24等體積配比。

2　結(jié)果與討論

2.1實(shí)驗(yàn)井油藏地質(zhì)特點(diǎn)

沾3區(qū)塊為義南斷裂斷階上的斷鼻構(gòu)造，整體南高北低，油藏埋藏深度1 240～1 360 m，原始油藏溫度63℃。目前，注水開發(fā)20多年，已進(jìn)入特高含水開發(fā)階段，油藏綜合含水率達(dá)到90.1%，在內(nèi)源微生物驅(qū)油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)的最佳范圍之內(nèi)，油藏流體中內(nèi)源微生物種類相對(duì)較豐富，具備選擇性激活的條件。

建構(gòu)主義所主張的觀念建構(gòu)必須建立在基于身份的關(guān)系基礎(chǔ)之上，美中之間假朋友的性質(zhì)決定了建構(gòu)主義性質(zhì)的嘗試注定會(huì)失敗。[42]那么，自由制度主義能不能為緩解乃至解決南海問題提供借鑒？根據(jù)中國(guó)的嘗試及其后續(xù)發(fā)展，美國(guó)顯然不愿意由中國(guó)主導(dǎo)南海問題。而中國(guó)理所當(dāng)然不同意在事關(guān)自身核心利益的問題上受制于他方主導(dǎo)的相關(guān)制度。這因而成為美國(guó)以南海問題為切入點(diǎn)、聯(lián)合東盟大多數(shù)成員國(guó)制衡中國(guó)的淵源。

本實(shí)驗(yàn)選定的實(shí)驗(yàn)井井位圖如圖1所示，井次分布于區(qū)塊斷層兩側(cè)，該斷層是一條近正北走向、斷距為20～50 m的斷層。Z3-13和Z3-x33與其余3口井分別位于斷層兩側(cè)，油井之間井距為150～600 m。儲(chǔ)層埋藏淺，壓實(shí)差，巖石成巖作用相對(duì)較弱，礦物成分成熟度低，儲(chǔ)層巖性主要為湖泊相沉積的細(xì)砂、粉細(xì)砂及含礫砂巖，巖石顆粒較細(xì)。根據(jù)電測(cè)解釋和參考東一段儲(chǔ)層參數(shù)統(tǒng)計(jì)，確定該塊儲(chǔ)層孔隙率30%，原始含油飽和度62%，空氣滲透率0.682 μm2，為中高滲透斷塊油藏。

圖1　沾3實(shí)驗(yàn)井井位圖Fig.1 Z3 experimental wells bitmap

2.2內(nèi)源微生物激活效果評(píng)價(jià)

2.2.1激活內(nèi)源微生物的菌密度評(píng)價(jià)

分別對(duì)沾3區(qū)塊1口注水井和4口油井進(jìn)行了內(nèi)源微生物激活效果評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知:6組營(yíng)養(yǎng)激活體系均能夠有效激活油藏內(nèi)部厭氧微生物，經(jīng)過14 d的培養(yǎng)激活，厭氧微生物密度均達(dá)到了108個(gè)/mL。分析不同井次最佳營(yíng)養(yǎng)激活體系，發(fā)現(xiàn)不同井之間內(nèi)源激活效果存在一定的差異，注水井激活效果最佳組分為1#體系，其次是3號(hào)體系；Z3-x24激活效果最佳組分為2#體系，其次為4#體系；Z3-x33激活效果最佳組分為1#體系，其次為4#體系；Z3-13激活效果最佳組分為4#體系，其次為1#體系；Z3-14激活效果最佳組分為4#體系，其次為3#體系。綜合分析，以玉米漿干粉和植物多糖作為主要碳源的激活營(yíng)養(yǎng)體系，激活內(nèi)源微生物的密度較高。

NaNO3在營(yíng)養(yǎng)激活體系中的主要作用是抑制硫酸鹽還原菌（SRB）的生長(zhǎng)代謝，降低H2S的含量，從而減少有油管的腐蝕。而NaNO3含量的增加對(duì)于內(nèi)源微生物數(shù)量的激活效果未見明顯差異。表2顯示了不同營(yíng)養(yǎng)激活體系對(duì)于SRB的影響，SRB密度測(cè)試采用三管計(jì)數(shù)法。從表2中可以看出:2 g/L NaNO3的營(yíng)養(yǎng)激活體系具有明顯的抑制作用，但隨著NaNO3含量提高到4 g/L后，能夠增加營(yíng)養(yǎng)體系抑制硫酸鹽還原菌的數(shù)量。

2.2.2激活內(nèi)源微生物的產(chǎn)氣量檢測(cè)

在厭氧條件下，微生物生長(zhǎng)代謝能夠產(chǎn)生大量的生物氣，如甲烷、CO2等。這些生物氣能夠在微生物驅(qū)油過程中提高油藏內(nèi)的驅(qū)油效率。而氣體壓力能夠從側(cè)面反映微生物生長(zhǎng)代謝過程中產(chǎn)生的生物氣含量，因此，對(duì)厭氧瓶?jī)?nèi)所產(chǎn)生的生物氣進(jìn)行了氣壓檢測(cè)，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知:植物多糖為主要碳源的營(yíng)養(yǎng)激活體系（2#和4#）所產(chǎn)生的氣體壓力都相對(duì)較高，而以糖蜜為碳源的營(yíng)養(yǎng)激活體系（3#和5#）產(chǎn)生生物氣壓力最高。NaNO3的增加對(duì)于產(chǎn)氣量具有一定的抑制作用，4 g/L NaNO3的營(yíng)養(yǎng)激活體系產(chǎn)氣量低于含有2 g/L NaNO3的營(yíng)養(yǎng)激活體系。

圖2　激活內(nèi)源微生物的密度評(píng)價(jià)Fig.2 Evaluation of the endogenous microbial density

圖3　內(nèi)源微生物產(chǎn)氣量評(píng)價(jià)Fig.3 Evaluation of the endogenous microbial gas production

表2　營(yíng)養(yǎng)體系對(duì)于SRB密度的影響Table 2 Effects of different nutrition system on SRB density

2.2.3原油乳化性能評(píng)價(jià)

對(duì)樣品的乳化分散效果進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖4所示。對(duì)樣品瓶進(jìn)行輕搖后，觀察下層溶液顏色，若溶液顏色呈深褐色分布，且穩(wěn)定時(shí)間大于10 min，認(rèn)為營(yíng)養(yǎng)激活體系激活內(nèi)源微生物后的乳化現(xiàn)象明顯。若測(cè)試樣品經(jīng)輕搖后溶液顏色呈淺褐色，其原油乳化現(xiàn)象較差，溶液中呈現(xiàn)的黃色為營(yíng)養(yǎng)激活體系導(dǎo)致的。7#為空白，液體內(nèi)無(wú)任何營(yíng)養(yǎng)激活體系，因此呈現(xiàn)透明色。然后對(duì)液體樣品利用顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)，從觀察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，7#樣品中的油滴顏色較深，且油滴粒徑較大，粒徑約為25.13 μm；而2#樣品乳化油滴呈亮黃色，油滴數(shù)量較多，大小均一，粒徑約為2.97 μm；1#乳化油滴大小差異較大，粒徑分布也較廣。通過乳化液顏色與乳化油滴鏡檢對(duì)比具有一致的評(píng)價(jià)結(jié)果，其原油乳化效果由好到差依次為2#、1#、7#。對(duì)比不同營(yíng)養(yǎng)體系，以植物多糖為主要碳源的營(yíng)養(yǎng)激活體系的原油乳化效果最佳。

圖4　原油乳化性能評(píng)價(jià)Fig.4 Performance evaluation of crude oil emulsion

2.3一維物理模擬評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過上述實(shí)驗(yàn)綜合分析，厭氧條件下，以植物多糖為碳源的營(yíng)養(yǎng)激活體系能夠有效激活內(nèi)源微生物數(shù)量，特別是提升產(chǎn)氣量和原油乳化效果。因此，2#營(yíng)養(yǎng)激活體系可以替代先用激活體系即玉米漿干粉為唯一碳源的營(yíng)養(yǎng)激活體系。2#營(yíng)養(yǎng)激活配方（g/L）:植物多糖3、玉米漿干粉1、NaNO32、（NH4）2HPO40.2。表2和表3為一維物理模擬驅(qū)替數(shù)據(jù)?？瞻诪橹苯铀?qū)；常規(guī)為現(xiàn)用營(yíng)養(yǎng)激活體系，即:3.3 g/L玉米漿干粉、2 g/L NaNO3、0.2 g/L（NH4）2HPO4。結(jié)果顯示:一維物理模擬條件下，同時(shí)培養(yǎng)14 d后，2#激活體系能有效激活地層水中的內(nèi)源微生物，其產(chǎn)出液中微生物密度達(dá)到3.6×108個(gè)/mL，產(chǎn)出液的表面張力最低為28.31 mN/m，乙酸質(zhì)量濃度最高為672 mg/L。

表3　巖心一次水驅(qū)注入激活劑提高采收率Table 3 The recovery of the activator by water injection activator in a core

表4　二次水驅(qū)提高采收率Table 4 Two water flooding enhanced oil recovery

一維物理模擬條件下，原油采收率提高8.95%，較常規(guī)激活劑提高2.83%。推斷認(rèn)為，內(nèi)源微生物密度增加，乙酸含量提升，內(nèi)源微生物生長(zhǎng)代謝活性較高，從而增加了微生物在生長(zhǎng)代謝過程中產(chǎn)生物表面活性劑的能力［8-9］，產(chǎn)出液中的表面張力明顯降低，激活后的微生物群落對(duì)于原油的乳化分散作用較單純玉米漿的營(yíng)養(yǎng)體系有明顯提升［10］，促進(jìn)了原油的乳化降黏效率，從而提高了原油采收率，表明2#激活劑體系具有良好的應(yīng)用潛能。

3　結(jié)論

考察不同營(yíng)養(yǎng)激活體系對(duì)內(nèi)源微生物激活效果的影響，結(jié)果表明:3 g/L植物多糖、1 g/L玉米漿干粉、2 g/L NaNO3、0.2 g/L（NH4）2HPO4的營(yíng)養(yǎng)激活體系具有最佳的激活效果，激活內(nèi)源微生物密度達(dá)到4×108個(gè)/mL，能夠有效抑制油藏內(nèi)硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)，產(chǎn)氣量最高達(dá)到0.108 MPa，原油乳化現(xiàn)象明顯，乳化油滴均一。物模驅(qū)油實(shí)驗(yàn)顯示在油藏環(huán)境條件下，新激活體系在原有基礎(chǔ)上提高原油采收率2.8%，同時(shí)產(chǎn)出液中乙酸質(zhì)量濃度上升至600 mg/L，注入水的表面張力降低至34.1 mN/m。通過對(duì)比評(píng)價(jià)可以得到，針對(duì)于目標(biāo)區(qū)塊沾3營(yíng)養(yǎng)體系中加入植物多糖能夠有效提升厭氧微生物的產(chǎn)氣能力，產(chǎn)氣量較大；并且激活后的微生物群落對(duì)于原油的乳化分散作用較單純玉米漿的營(yíng)養(yǎng)體系有明顯提升。為了進(jìn)一步明確植物多糖對(duì)于油藏內(nèi)源微生物的貢獻(xiàn)作用，有必要對(duì)激活后內(nèi)源微生物的菌群進(jìn)行明確分析，從而對(duì)其功能性進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。

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（責(zé)任編輯 管珺）

Optimization of nutrient activation system in endogenous microbial oil displacement

SONG Xin1，SUN Gangzheng1，TAN Xiaoming1，F(xiàn)ENG Yun1，LIN Jie2，REN Fengguo2
（1.Research Institute of Petroleum Engineering，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257000，China；2.Hekou Oil Production Factory，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257000，China）

In order to improve the endigenous microbial enhanced oil recovery（IMEOR）effect，endogenous microbial nutrient system evaluation experiments were carried out in 1 injection well and 4 wells of the dip 3 blocks in Shaojia Oilfield.According to the bacterial concentration，the biogas production and the emulsifying effect of crude oil，the existing nutrition system was screened and optimized.The optimum nutrition system was as follows:3 g/L plant polysaccharide，1 g/L corn syrup dry powder，2 g/L NaNO3and 0.2 g/L（NH4）2HPO4.Under the optimum nutrition condition，the maximum cell density was 4×108cell/mL，the biogas production could reach 0.108 MPa，the crude oil recovery rate was 2.8% higher than that of the original system.Also，acetic acid content reached 600 mg/L，and the surface tension of injected water reduced to 34.1 mN/m.

endogenous microbial oil displacement；nutrient activation；recovery rate

TQ352

A

1672-3678（2016）03-0017-06

10.3969/j.issn.1672-3678.2016.03.004

2015-11-27

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

宋 欣（1981—），女，山東東營(yíng)人，研究方向:微生物采油，E-mail:songxin0909@126.com