特低滲油藏微生物驅(qū)后多樣性分析—以安塞油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層為例

黃戰(zhàn)衛(wèi) ，孫 衛(wèi) ，董 昭 ，邱家友 ，史小亮 ，楊 劍

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠，陜西延安 727000；2.西北大學(xué)/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069）

油氣工程

特低滲油藏微生物驅(qū)后多樣性分析—以安塞油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層為例

黃戰(zhàn)衛(wèi)1，2，孫 衛(wèi)2，董 昭1，邱家友1，史小亮1，楊 劍1

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠，陜西延安 727000；2.西北大學(xué)/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069）

針對(duì)特低滲油田微生物采油技術(shù)應(yīng)用效果不穩(wěn)定的情況，應(yīng)用分子生物學(xué)方法，分析了安塞油田長(zhǎng)6油藏樣品的微生物多樣性，包括1口注入井和5口生產(chǎn)井樣品。研究表明：注入水中的微生物多樣性好于生產(chǎn)井產(chǎn)出液，其中芽孢桿菌綱、梭菌綱、α-變形菌綱和γ-變形菌綱所占比例較高；同等條件下，不同生產(chǎn)井產(chǎn)出液中微生物多樣性相對(duì)較統(tǒng)一，只是數(shù)量上存在差異，液量大、含水較高的生產(chǎn)井微生物數(shù)量較多、油井產(chǎn)出液中的微生物以芽孢桿菌為主。相同的油井微生物多樣性隨時(shí)間不同而發(fā)生變化。對(duì)油藏微生物多樣性的分析可以更好的指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，增強(qiáng)微生物采油技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的成功率。

特低滲油田；微生物多樣性；分子生物學(xué)；微生物驅(qū)

特低滲油田的開發(fā)是一個(gè)世界難題，微生物采油技術(shù)被認(rèn)為是能夠較好解決這一難題的技術(shù)之一，油藏中含有大量的微生物，為微生物采油技術(shù)的實(shí)施提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，但是目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模不大和應(yīng)用效果不穩(wěn)定，說明微生物采油技術(shù)仍存在許多問題尚未解決，其中一個(gè)關(guān)鍵性的問題，即對(duì)油藏環(huán)境中微生物多樣性及演化規(guī)律認(rèn)識(shí)還不清楚。

針對(duì)油藏特點(diǎn)，本文采用分子生物學(xué)方法研究安塞油田長(zhǎng)6油層的注入水和產(chǎn)出液的菌落多樣性，為微生物采油技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)成功率提供保障。

1 安塞油田長(zhǎng)6油藏概況

安塞油田是典型的“三低”油藏，安塞油田長(zhǎng)6油層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物性差，平均孔隙度為13.2%，平均滲透率為 1.29×10-3μm2，有效滲透率為 0.49×10-3μm2，原始地層壓力9.13 MPa，飽和地層壓力6.19 MPa，壓力系數(shù)0.7～0.9，屬致密巖性圈閉的巖性油藏。

安塞油田王窯區(qū)目前動(dòng)用含油面積63.41 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量4 227.23×104t，平均單井產(chǎn)能1.3 t/d，綜合含水59.0%，采油速度0.66%，采出程度14.09%。經(jīng)過長(zhǎng)期注水開發(fā)，部分區(qū)塊已進(jìn)入開發(fā)中后期，含水率逐年上升，油田穩(wěn)產(chǎn)難度大[2]。

近年來(lái)在該區(qū)塊開展了小規(guī)模微生物提高采收率技術(shù)研究試驗(yàn)，取得一定效果，但試驗(yàn)效果不穩(wěn)定，部分區(qū)域效果不明顯，需要繼續(xù)開展微生物生態(tài)結(jié)構(gòu)的分析，認(rèn)清油藏微生物分布規(guī)律，增強(qiáng)微生物采油技術(shù)的適應(yīng)性[3]。

2 取樣與研究方法

2.1 現(xiàn)場(chǎng)取樣

依據(jù)試驗(yàn)要求，分別在注水井和生產(chǎn)井，考慮到取樣在平面上分布的代表性和均勻性，以生產(chǎn)的液量和含水為取樣依據(jù)[4]，注水樣品取自王25-013井，生產(chǎn)井為王24-013井、王25-012井和王26-014井（見表1）。

表1 微生物多樣性檢測(cè)樣品編號(hào)

2.2 研究方法的建立

2.2.1 總DNA提取方法[5，6]

（1）將1 mL油水樣品振蕩5 min，然后3 000 r/min離心，留上清液；

（2）加入2倍體積的10×PBS進(jìn)行洗滌，振蕩5 min，然后12 000 r/min離心5 min，去掉上清液；

（3）加入 10×PBS 緩沖液 100 μL，然后超聲裂解細(xì)菌40 s；

（4）用華舜“DNA小量細(xì)菌提取試劑盒”，進(jìn)行后續(xù)的DNA提取，然后保存在-20℃冰箱中。

2.2.2 16S rRNA基因文庫(kù)建立方法[7-10]

（1）采用通用引物27f和533r對(duì)油水樣中的基因組進(jìn)行擴(kuò)增；

（2）采用OMEGA公司E.Z.N.A Soil DNA純化學(xué)試劑盒純化擴(kuò)增后的DNA；

（3）將純化后的DNA連接至pGM-T載體上，涂布到含有氨芐青霉素/IPTG/X-Gal的LB培養(yǎng)基上；

（4）采用pGM-T通用引物T7W和SP6擴(kuò)增外源插入片段，通過電泳篩選建立基因文庫(kù)。

3 油藏微生物多樣性分析結(jié)果

通過對(duì)注入水和產(chǎn)出液微生物多樣性試驗(yàn)分析，結(jié)果表明，注入水的微生物多樣性明顯高于產(chǎn)出液。測(cè)序時(shí)注入水樣挑取的數(shù)量多于產(chǎn)出液樣（見表2）。

表2 微生物16S rRNA基因文庫(kù)分析結(jié)果

3.1 注入水微生物多樣性分析結(jié)果

注入井王25-013井注入水樣的多樣性結(jié)果顯示，所有克隆按照99%的相似性共劃分36個(gè)OTU類型。注入水中，包含了芽孢桿菌綱、梭菌綱、α-變形菌綱和γ-變形菌綱等，其中芽孢桿菌綱占54.3%，梭菌綱占25.6%。主要菌屬為芽孢桿菌屬、Flexistipes、乳酸球菌屬、Proteiniphilum、環(huán)絲菌屬、Caminicell、JG30-KFCM45_noran、假黃色單胞菌屬、色鹽桿菌屬、Altererythrobacter等。

3.2 生產(chǎn)井樣品微生物多樣性分析

對(duì)于生產(chǎn)井樣品，所有克隆按照99%的相似性共劃分不同的OTU類型。在樣品中，細(xì)菌種類相對(duì)比較單一，主要為芽孢桿菌屬，所占比例均超過85%以上，只是不同的生產(chǎn)井檢測(cè)微生物數(shù)量不同（見表3）。產(chǎn)出液中多樣性明顯低于注入水樣品。

表3 生產(chǎn)井微生物多樣性分析結(jié)果

4 微生物驅(qū)前后多樣性變化分析

油田生產(chǎn)是動(dòng)態(tài)變化的過程，各生產(chǎn)井的生產(chǎn)特征也在不斷發(fā)生變化。為了進(jìn)一步提高微生物驅(qū)油的適用性，完善微生物驅(qū)油效果評(píng)價(jià)，在微生物驅(qū)油有效期結(jié)束后，在2014年12月進(jìn)行再次取樣開展微生物多樣性分析，并與措施有效期內(nèi)結(jié)果進(jìn)行比較，分析了這兩批樣品的微生物群落結(jié)構(gòu)變化。

對(duì)于注水井王25-013井，對(duì)比不同取樣時(shí)間微生物的多樣性，結(jié)果顯示，兩批樣品的微生物種類及數(shù)量均有較大的變化，與2013年11月相比，2014年12月的樣品中優(yōu)勢(shì)菌較單一，芽孢桿菌屬占80.2%，而2013年11月樣品中優(yōu)勢(shì)菌群梭菌綱、α-變形菌綱和γ-變形菌綱下降至15.5%，這主要是由于微生物驅(qū)油體系主要是從地層中篩選的芽孢桿菌，現(xiàn)場(chǎng)注入水主要采用污水回注。

對(duì)于生產(chǎn)井，2014年12月樣品的菌群與2013年11月樣品相比，優(yōu)勢(shì)菌群并無(wú)明顯變化，但在數(shù)量變化較大，2014年樣品中芽孢桿菌屬所占比例下降至58.7%，多樣性明顯高于2013年的樣品。

通過對(duì)2013年和2014年兩次微生物驅(qū)后多樣性的分析，表明不論是注水井還是生產(chǎn)井，微生物驅(qū)后多樣性變化不大，但是數(shù)量會(huì)發(fā)生一定的變化。這主要與油田注入水主要來(lái)自產(chǎn)出液處理后進(jìn)行回注，在油層溫度、壓力、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不變的情況下，注入水處理主要在流程中進(jìn)行，受季節(jié)變化的影響較小，注入水引入的微生物進(jìn)入油藏，很難在短時(shí)間內(nèi)在地層中建立優(yōu)勢(shì)，改變不了油層中的生物因子和非生物因子，從而使油層的微生物分布特征產(chǎn)生變化，這是產(chǎn)出液中微生物多樣性變化不大的主要原因。

5 討論

（1）通過對(duì)安塞油田長(zhǎng)6特低滲透儲(chǔ)層微生物驅(qū)后注水井和生產(chǎn)井的微生物多樣性分析，結(jié)果表明，在微生物驅(qū)開始受效的初期，注入井中微生物種類較多，主要包括芽孢桿菌綱、梭菌綱、α-變形菌綱和γ-變形菌綱等。生產(chǎn)井在微生物驅(qū)有效期內(nèi)，微生物優(yōu)勢(shì)菌群明顯，生產(chǎn)井之間變化不大，只是數(shù)量上存在差異，這與微生物驅(qū)油體系在地層中建立的菌群優(yōu)勢(shì)相關(guān)。

（2）不同時(shí)間點(diǎn)的微生物多樣性測(cè)試結(jié)果表明，微生物驅(qū)油有效期內(nèi)外注水井和生產(chǎn)井微生物多樣性變化較明顯，這主要是回注水中優(yōu)勢(shì)菌群的數(shù)量降低造成的，隨著注水過程的不斷進(jìn)行，優(yōu)勢(shì)菌群將不斷減小，微生物多樣性不斷增加，相應(yīng)的增油效果也在不斷變差。

（3）通過對(duì)油藏微生物多樣性的研究，將為微生物采油技術(shù)理論的完善、效果評(píng)價(jià)方法的優(yōu)化、人為干涉油藏微生物方式的可行性提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

［1］Magot M，Ollivier B，Patel B.K.Microbiology of petroleum reservoirs［J］.Antonie Van Leeuwenhoek，2000，77（2）：103-116.

［2］劉建英，申坤，黃戰(zhàn)衛(wèi)，等.安塞特低滲透油田微生物驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)［J］.新疆石油地質(zhì)，2010，31（6）：634-636.

［3］楊劍，李斌，董小麗，等.安塞油田驅(qū)油微生物多樣性研究及篩選［J］.石油化工應(yīng)用，2015，34（1）：16-21.

［4］張相春，孫衛(wèi)，王德玉，等.低滲透油田微生物驅(qū)油規(guī)律及其影響因素［J］.西北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，44（5）：801-807.

［5］汪衛(wèi)東，等.孤島油田中一區(qū)館3單元油藏微生物多樣性分析［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2010，16（3）:415-419.

［6］張強(qiáng)，劉東，張聞，等.勝利油田純梁采油廠某區(qū)塊油藏中微生物菌群分析［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，28（3）：83-87.

［7］Klein M，F(xiàn)riedrich M，Roger A J，et al.Multiple lateral transfers of dissimilatory sulfite reductase genes between major lineages of sulfate-reducing prokaryotes［J］.Journal of Bacteriology，2001，183（20）:6028-6035.

［8］Stach J E，Maldonado L A，Masson D G，et al.Statistical approaches for estimating action bacterial diversity in marine sediments ［J］.Applied and Environmental Microbiology，2003，69（10）:6189-6200.

［9］Jiang H，Dong H，Deng S，et al.Response of archaeal community structure to environmental changes in lakes on the Tibetan Plateau，northwestern China［J］.Geomicrobiology Journal，2009，26（4）:289-297.

［10］袁三青，薛燕芬，汪衛(wèi)東，等.勝利油田單12高溫油藏非培養(yǎng)和富集培養(yǎng)樣品的細(xì)菌組成特性［J］.微生物學(xué)報(bào)，2008，48（8）:1082-1087.

Diversity analysis of ultra low permeability reservoir after microbial flooding

HUANG Zhanwei1，2，SUN Wei2，DONG Zhao1，QIU Jiayou1，SHI Xiaoliang1，YANG Jian1
（1.Oil Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yan'an Shanxi 727000，China；2.Northwest University/State Key Laboratory of Continental Dynamics，Xi'an Shanxi 710069，China）

For ultra-low permeability oilfield of microbial enhanced oil recovery technology application effect of instability,the application of molecular biology methods to analyze the microbial diversity Ansai oilfield Chang 6 oil samples,including one injection well and five production wells sample.Study shows water injection well to the production of microbial di-versity well production fluids,which bacilli.Clostridium outline,α-Proteobacteria and γ-Hymenomycetes higher proportion of deformation.Under the same conditions,different production wells output microbial diversity was relatively unified,but there is a difference of quantity,liquid volume,high water production wells microorganisms in larger quantities,the well produced fluid in the microorganism Bacillus based.Well the same microbial diversity varies with different times.On reservoir of microbial diversity analysis can better guide field applications,the success rate of microbial enhanced oil recovery technology field applications.

ultra-low permeability oilfield；microbial diversity；molecular biology；microbial flooding

TE357.46

A

1673-5285（2017）11-0012-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.003

2017-11-03

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目“微生物采油關(guān)鍵技術(shù)”，項(xiàng)目編號(hào)：2013AA0644；國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“高礦化度油藏微生物驅(qū)油體系研究及先導(dǎo)試驗(yàn)”，項(xiàng)目編號(hào)：2012ZG008。

黃戰(zhàn)衛(wèi)，男（1976-），高級(jí)工程師，主要從事油層改造和提高采收率的研究及管理工作，郵箱：huangzw_cq@petrochina.com.cn。