南梁延10 層低成本微生物驅(qū)油技術(shù)研究與應(yīng)用

楊 劍，馬 健，蘇 琪，侯艷敏

（中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安 716000）

南梁延10 油藏為構(gòu)造-巖性油藏，底水發(fā)育，隨著開發(fā)時間的延長，油藏含水逐年上升，近5 年含水上升率8.6%、綜合遞減7.3%，穩(wěn)油控水難度大。為兼顧能量補充和控制含水，2017 年逐步對14 個井組實施不穩(wěn)定注水，實施后第一年遞減下降明顯，由措施前18.8%下降到11.8%，含水穩(wěn)定，但后期隨著底水錐進，含水迅速上升、遞減再次增大至18.9%，常規(guī)措施控水效果較差。

微生物驅(qū)油是目前應(yīng)用較為廣泛的一種提高原油采收率技術(shù)[1]，主要通過注水井井口或閥組注入微生物菌液與營養(yǎng)劑的混合液[2]。隨著應(yīng)用的進一步深入，急需探索一種低成本微生物驅(qū)油技術(shù)。而將微生物菌種固定在水處理系統(tǒng)中，通過投加營養(yǎng)液，即可實現(xiàn)微生物的自我繁殖、生長及代謝[3]。相對于以往的微生物驅(qū)油技術(shù)，其無需采購大量微生物菌液，不僅可以節(jié)省藥品成本，還運行穩(wěn)定，可實現(xiàn)大規(guī)模注入。

1 油藏基本情況

南梁延10 油藏為構(gòu)造-巖性油藏，底水發(fā)育，屬底水驅(qū)動。采用反七點面積井網(wǎng)[4]，平均原始地層壓力8.54 MPa，平均油層厚度10.4 m，視孔隙度18.20%，視滲透率40.27×10-3μm2，視含油飽和度56.01%。共有采油井81 口，日產(chǎn)油水平92 t，平均單井產(chǎn)能1.2 t，綜合含水68.1%。注水井23 口，日注水平320 m3，單井日注14 m3，月注采比1.04，累積注采比0.68。

該油藏采出水進入山七轉(zhuǎn)，目前站內(nèi)采出水處理主要通過微生物除油、除雜，設(shè)備為一體化橇裝微生物驅(qū)擴培裝置（見圖1）。

圖1 采出水一體化橇裝微生物驅(qū)擴培裝置流程示意圖

2 低成本微生物驅(qū)油技術(shù)研究

2.1 驅(qū)油微生物菌種篩選及評價

2.1.1 油藏本源微生物菌種普查 利用微生物及其代謝產(chǎn)物的有益作用提高原油采收率[5]，首先必須了解油藏內(nèi)源微生物種類，進行微生物菌種多樣性分析。提取目標油藏油水樣品進行菌種分離培養(yǎng)，對所有菌種進行分離鑒定，判定菌屬親緣關(guān)系、菌種進化程度、菌種分布主從關(guān)系[6]。

采集6 個樣本，經(jīng)過16SrRNA 測序、生物信息學分析認為南梁延10 層本源微生物種類豐富，共檢測到了1 271 個不同種屬本源微生物，以γ-變形菌綱占絕對優(yōu)勢，占90%以上，其中假單胞菌屬、不動桿菌屬為絕對優(yōu)勢菌屬，它們通常被認定為提高原油采收率的有益菌屬，為后續(xù)驅(qū)油功能菌的分離篩選奠定了基礎(chǔ)。

2.1.2 驅(qū)油微生物菌種篩選 采用稀釋分離法將油井采出水進行梯度稀釋后，取菌液涂平板，將混雜的菌種在瓊脂平板表面上分散，培養(yǎng)獲得單菌落。挑單菌落至血平板，利用產(chǎn)生物表面活性劑的菌株具有溶血的特性、形成透明圈特性，初篩產(chǎn)表面活性劑的驅(qū)油菌株6 株。測試表面張力、排油圈、乳化性能測定表明，S001、S003、S004 這3 株菌產(chǎn)表面活性劑能力最強（見表1，圖2，圖3）。

圖2 初篩6 株菌種排油圈測試圖（從左至右分別是S001～S009）

圖3 初篩6 株菌種對原油乳化能力（從左至右分別是S001～S009）

表1 初篩6 株菌種表面張力測試結(jié)果

同源性對比16SrRNA，確定S001 菌株是枯草芽孢桿菌、S003 號菌株是銅綠假單胞菌、S004 號菌株是解淀粉芽孢桿菌。

2.1.3 驅(qū)油微生物菌種性能評價 將篩選出3 株菌種不同比例混合，濃度3%加入采出水中，對比加入前后表面張力變化（見表2），可以看出S001：S003：S004=1:1:1 組合效果最佳。同樣該比例巖心模擬驅(qū)油試驗提高驅(qū)油效率也是最優(yōu)。確定菌種體系為S001：S003：S004=1:1:1。

表2 不同混合菌株體系的表面張力及驅(qū)油能力

測試了驅(qū)油微生物表面張力、表面活性劑含量、pH 值，數(shù)據(jù)表明驅(qū)油微生物附著生長10 d，體系表面張力下降了56.2%，表面活性劑含量提升了32.3%，體系由弱堿性轉(zhuǎn)變成弱酸性，表明驅(qū)油微生物代謝產(chǎn)生酸類，總體認為菌體代謝性能良好。

3 驅(qū)油微生物菌株營養(yǎng)體系優(yōu)化

油藏微生物生存所需的營養(yǎng)物質(zhì)主要包括碳源、氮源、磷源、無機鹽。延10 油藏氮、磷元素極為缺乏，不能滿足微生物的生長需求，因此需要補充氮、磷營養(yǎng)素。鈉、鉀、鈣、鎂等無機鹽離子含量比較充足，不需要再向油藏補充這類無機鹽（見表3）。

表3 南梁延10 油藏地層水離子組成

根據(jù)以往研究成果及查詢資料，初步確定6 組營養(yǎng)體系，培養(yǎng)微生物后測菌種濃度、表面張力和驅(qū)油效率，數(shù)據(jù)表明配方3、配方6 效果較佳（見表4，表5）。

表5 加入營養(yǎng)體系后微生物菌種濃度、表面張力及驅(qū)油能力變化

考慮成本及效果（見表6，表7），將配方3、6 用量略微調(diào)整，推薦使用配方3-1、6-3。

表6 優(yōu)化后的6 組營養(yǎng)體系配方

表7 營養(yǎng)體系優(yōu)化后微生物菌種濃度、表面張力及驅(qū)油能力變化

4 低成本微生物驅(qū)油技術(shù)研究

要實現(xiàn)低成本微生物驅(qū)油技術(shù)，核心就是實現(xiàn)微生物菌種在地面繁殖、良好生長代謝[7]。為了確保微生物不隨水流流失，需要將微生物固定在地面水處理系統(tǒng)中，通過給予一定環(huán)境條件，使其良好生長。

4.1 固定材料的選擇

初步選擇了4 種固定材料：纖維球填料、聚氨酯填料、軟性填料（醛化纖輪）、懸浮球填料。試驗發(fā)現(xiàn)微生物在懸浮球填料附著能力最差，幾乎不能貼壁生長。在纖維球、聚氨酯填料附著能力一般，且較易脫附。在軟性填料上的附著能力最好，形成穩(wěn)定菌膜，最終選擇軟性填料為固定材料。

4.2 地面水處理系統(tǒng)工藝參數(shù)確定

在地面水處理系統(tǒng)中投加驅(qū)油微生物和營養(yǎng)劑，濃度10：1，水流靜止，35℃連續(xù)氣浮。初次試驗每7 d補加1%營養(yǎng)液，后期優(yōu)化每3～5 d 補加1%營養(yǎng)劑（見圖4）。

圖4 投加營養(yǎng)劑后驅(qū)油微生物生長結(jié)果（上：每7 d 一次，下：每3 d 一次）

對比驅(qū)油微生物菌液和地面水系統(tǒng)繁殖后的微生物菌液，開展了驅(qū)油試驗，數(shù)據(jù)表明驅(qū)油微生物菌液可提高驅(qū)油效率12.37%，地面水系統(tǒng)繁殖微生物菌液提高10.66%，二者僅相差1.71%，認為驅(qū)油效果相似。

根據(jù)上述研究結(jié)果，驅(qū)油微生物自我繁殖工藝條件為：（1）投加體系：驅(qū)油微生物、營養(yǎng)液，濃度10:1；（2）生長環(huán)境：35℃連續(xù)氣浮，水流靜止；（3）營養(yǎng)液投加周期：3～5 d。

5 現(xiàn)場試驗

5.1 方案設(shè)計

為了讓驅(qū)油微生物更好的實現(xiàn)固定生長，首先設(shè)計了靜水培養(yǎng)期，投入微生物菌種和營養(yǎng)劑，35℃連續(xù)氣浮，實現(xiàn)菌種的快速繁殖。后期將水處理系統(tǒng)接入流程，繼續(xù)投加一定時間的微生物和營養(yǎng)劑。在擴培出口端檢測菌種濃度，明確微生物菌種正常生長后，后期只需投加營養(yǎng)劑（見表8）。

表8 現(xiàn)場注入方案參數(shù)設(shè)計

5.2 現(xiàn)場注入及效果

5.2.1 現(xiàn)場注入情況 9 月1 日擴培，一次性投加微生物13 t、營養(yǎng)劑2 t。6 日檢測菌濃7.2×106個/毫升，8日補加營養(yǎng)劑1 t，9 日檢測菌濃1.2×108個/毫升，接入流程。9 月11 日-23 日（第一段塞）每天投加微生物1.5 t。9 月24 日-10 月6 日（第二段塞）每3 d 投加營養(yǎng)劑1.5 t。

5.2.2 流體檢測 從投加菌劑到12 月底，共計檢測菌濃33 批次，其中20 批次濃度在106個/毫升，12 批次濃度在107個/毫升，1 批次濃度在108個/毫升。達到了菌濃要求（不低于106個/毫升）。

注入后，檢測了對應(yīng)油井產(chǎn)出液中總菌數(shù)，數(shù)據(jù)表明隨著微生物持續(xù)注入，油井產(chǎn)出液菌種逐漸升高，可以檢出到微量生物表面活性劑，油水表面張力略下降。原油黏度平均下降12%，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量略下降（見表9～表11）。數(shù)據(jù)表明，微生物的注入對地層流體產(chǎn)生了影響，降低了油的流動阻力，有利于驅(qū)油效果。

表9 油井產(chǎn)出液菌濃檢測

5.2.3 措施效果 2020 年9 月開始注入，注入4 個月區(qū)域整體動態(tài)穩(wěn)定，階段遞減由措施前-0.4%下降到目前-2.0%，含水上升率由措施前3.4%下降到-0.7%，日產(chǎn)油增加1 t，區(qū)域開發(fā)形勢有所好轉(zhuǎn)。目前有見效井8口，比例24%，單井日產(chǎn)油由1.27 t 上升至1.49 t，含水穩(wěn)定。6 口井表現(xiàn)為含水穩(wěn)定，液量上升，2 口表現(xiàn)為含水下降，液量穩(wěn)定（見表12）。

表10 生物表面活性劑含量及表面張力檢測結(jié)果

表11 油井產(chǎn)出液原油黏度、原油族組分檢測結(jié)果

表12 微生物水驅(qū)見效井動態(tài)

典型井分析：午034-051 位于注入?yún)^(qū)域中部，受4口注水井影響，油藏連通情況較好，注入1 月后日產(chǎn)油由1.59 t 上升至1.91 t，判斷為見效井。

6 結(jié)論與認識

（1）低成本微生物驅(qū)油技術(shù)的核心是將微生物菌種固定在水處理系統(tǒng)中，通過添加營養(yǎng)液，實現(xiàn)菌種正常生長繁殖。相對于以往的微生物驅(qū)油技術(shù)，無需采購大量微生物菌液，節(jié)省了大量藥品成本。按照單井連續(xù)注入一年計算，原有的微生物驅(qū)費用132 萬元，而低成本微生物驅(qū)油僅需11.7 萬元。

（2）低成本微生物技術(shù)一般應(yīng)用于注水站，相對于以往單井或閥組微生物驅(qū)可實現(xiàn)大規(guī)模集中注入，具有運行穩(wěn)定、操作簡易等優(yōu)點。