侯研博 宋欣 孫剛正 譚曉明

1.中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院 2.中國(guó)石化勝利油田石油工程技術(shù)研究院

內(nèi)源微生物驅(qū)是水驅(qū)稠油油藏提高采收率的有效方式之一[1-8]。內(nèi)源微生物驅(qū)是通過(guò)注入合適的微生物營(yíng)養(yǎng)激活劑，激活油藏中具有驅(qū)油功能的微生物群落，利用微生物自身的趨界面效應(yīng)、微生物生長(zhǎng)代謝過(guò)程中產(chǎn)生的表面活性物質(zhì)及厭氧條件下微生物產(chǎn)氣等綜合作用，達(dá)到提高原油采收率的目的[9-13]。因此，選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)激活體系，最大化地激活有效微生物數(shù)量是內(nèi)源微生物驅(qū)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

勝利油田在內(nèi)源微生物提高采收率技術(shù)方面做了系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，初步建立了內(nèi)源微生物群落激活方法，在單12塊、羅801塊、中一區(qū)Ng3開(kāi)展內(nèi)源微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均收到了明顯的增油效果[14-18]。

針對(duì)勝利油田稠油進(jìn)行微生物營(yíng)養(yǎng)激活體系的優(yōu)化評(píng)價(jià)，在原有碳源、氮源、磷源的基礎(chǔ)上，增加生物生長(zhǎng)促進(jìn)因子，進(jìn)一步提高激活后內(nèi)源微生物的數(shù)量，促進(jìn)功能菌的生長(zhǎng)代謝。同時(shí)，提升培養(yǎng)液對(duì)原油乳化分散效果、原油降黏效率及洗油效率。最后，通過(guò)一維物模評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)新型激活劑體系進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 材料

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。本實(shí)驗(yàn)所采用的儀器設(shè)備為Anke TGL-16G高速臺(tái)式離心機(jī)；nanodrop2000超微量分光光度計(jì)； FA1104電子天平；OLYMPUS顯微鏡；Ф38 mm×600 mm高壓模型管。

1.2 微生物激活評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

油藏條件是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境，近井地帶的營(yíng)養(yǎng)激活體系主要以激活好氧微生物為主，而油藏深部營(yíng)養(yǎng)激活體系主要是激活厭氧微生物。因此，內(nèi)源微生物激活評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)采用好氧培養(yǎng)和厭氧培養(yǎng)兩種方式同時(shí)進(jìn)行。依據(jù)油藏條件，培養(yǎng)溫度設(shè)定為65 ℃。好氧培養(yǎng)采用動(dòng)態(tài)搖床進(jìn)行培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速120 r/min。厭氧培養(yǎng)是在N2環(huán)境下利用靜態(tài)培養(yǎng)箱培養(yǎng)。

1.3 微生物生長(zhǎng)促進(jìn)因子的篩選

微生物生長(zhǎng)促進(jìn)因子指在組織培養(yǎng)中，除碳源、氮源以及無(wú)機(jī)鹽等正常成分之外的一類(lèi)物質(zhì)，可以通過(guò)改變細(xì)胞膜通透性，調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育。本實(shí)驗(yàn)選擇4種微生物生長(zhǎng)因子，分別為RPOS-12、RP、NJ-1和RPOS-09，與原有微生物激活劑體系構(gòu)成新型激活體系，通過(guò)對(duì)好氧和厭氧兩種不同培養(yǎng)條件下微生物生長(zhǎng)情況的對(duì)比，篩選評(píng)價(jià)適宜的微生物生長(zhǎng)促進(jìn)因子。構(gòu)成的新型激活劑體系組成見(jiàn)表1。

表1 不同激活劑體系構(gòu)成表Table1 Different activator system編號(hào)微生物生長(zhǎng)促進(jìn)因子名稱(chēng)激活劑體系構(gòu)成(質(zhì)量比)碳源氮源磷源微生物生長(zhǎng)促進(jìn)因子1#RPOS-1230.230.052#RP30.230.053#NJ-130.230.054#RPOS-0930.230.055#(空白)30.23

篩選評(píng)價(jià)時(shí)，依據(jù)上述培養(yǎng)條件，將培養(yǎng)1天、7天、14天的菌液利用顯微鏡對(duì)激活的總菌數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，篩選適宜的激活體系。

1.4 激活體系生物性能的影響評(píng)價(jià)

對(duì)模擬油藏條件下培養(yǎng)后的激活體系樣品，測(cè)定其發(fā)酵液功能菌(地芽孢桿菌、產(chǎn)脂肽菌、硝酸鹽還原菌及產(chǎn)甲烷菌)功能基因含量，并利用微型氣壓表測(cè)定了發(fā)酵液的產(chǎn)氣量。

1.5 激活體系對(duì)原油乳化降黏作用分析

激活劑可以激活生物群落中具有能夠產(chǎn)生生物表面活性劑功能的微生物，這類(lèi)功能性微生物通過(guò)生物代謝，提高了激活后菌液樣品的某些驅(qū)油性能，實(shí)現(xiàn)乳化、降黏和洗油等功能。

1.5.1乳化性能評(píng)價(jià)

取一根試管，加等體積的培養(yǎng)液和柴油后，用微型旋渦混合儀高速渦旋震蕩2 min，混勻，在目標(biāo)油藏溫度下靜置24 h，然后測(cè)量乳化液和油相體積，用乳化系數(shù)E表示其乳化能力的大小[19]。

1.5.2原油降黏效果評(píng)價(jià)

根據(jù)Q/SH 1020 1519-2013《稠油降黏劑通用技術(shù)條件》進(jìn)行測(cè)定。以勝利油田沾3-X33原油為目標(biāo)，室內(nèi)測(cè)定溫度依據(jù)油藏溫度執(zhí)行。在測(cè)試溫度為60 ℃下，油井原油黏度為2 379 mPa·s。

1.5.3洗油效率根據(jù)

根據(jù)Q/SH 1020 1518-2013《油層清洗劑通用技術(shù)條件》進(jìn)行測(cè)定。以勝利油田沾3-X33原油為目標(biāo)制備油砂后，進(jìn)行評(píng)價(jià)測(cè)試。

通過(guò)上述評(píng)價(jià)，確定最佳的激活體系組成。

1.6 物模驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

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)替速度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；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天；二次水驅(qū)3 PV，記錄含油、含水、采出程度，并對(duì)巖心石英砂中的總菌濃及乳化菌和產(chǎn)脂肽菌兩種功能菌進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 微生物生長(zhǎng)促進(jìn)因子篩選

根據(jù)以上試驗(yàn)方法，對(duì)5種不同激活體系開(kāi)展油藏條件下的微生物激活實(shí)驗(yàn)(60 ℃)。

圖1描述了好氧條件下不同培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)源微生物菌液密度對(duì)比關(guān)系：1#>4#>空白>2#>3#。其中，生長(zhǎng)因子RPOS-12和RPOS-09對(duì)于沾3內(nèi)源微生物具有良好的激活效果，明顯優(yōu)于未添加生長(zhǎng)因子的5#激活劑體系，而且能夠長(zhǎng)時(shí)間維持菌液密度在一個(gè)較高的水平。

圖2描述了厭氧條件下不同培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)源微生物激活菌濃對(duì)比關(guān)系。不同激活體系與空白對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2#和3#激活劑體系未出現(xiàn)明顯促進(jìn)作用。1#和4#激活內(nèi)源微生物效果相對(duì)明顯。推斷認(rèn)為，作為生物生長(zhǎng)促進(jìn)因子的RPOS-12和RPOS-09能夠有效刺激沾3內(nèi)源微生物的細(xì)胞生長(zhǎng)活性，能夠起到調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的生物需求。因此， 1#和4#激活內(nèi)源微生物數(shù)量增加明顯，好氧條件下最高激活細(xì)菌密度為1.2×109個(gè)/mL，厭氧條件下為8.8×108個(gè)/mL。

2.2 新型激活體系對(duì)功能菌的影響

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了1#、4#和空白激活劑體系的功能菌含量(見(jiàn)圖3)。結(jié)果顯示，在激活后的菌群中，1#和4#激活體系激活的微生物功能基因種類(lèi)未出現(xiàn)明顯差異，但是激活后的優(yōu)勢(shì)功能基因含量略有差距。與空白配方相比，1#和4#激活劑體系中乳化菌含量明顯增加，其含量由104個(gè)/mL提高至106個(gè)/mL；產(chǎn)脂肽菌略有提升，其含量由103個(gè)/mL提高至104個(gè)/mL。產(chǎn)甲烷功能菌含量有一定程度降低而硝酸鹽還原菌的含量并沒(méi)有隨激活劑的改變而發(fā)生改變。不同功能菌含量隨激活劑配方不同激活效果出現(xiàn)差異，可能是因?yàn)椴煌δ芪⑸飳?duì)1#和4#配方中的微生物生長(zhǎng)因子的敏感性不同。上述兩種配方中的生長(zhǎng)因子可以促進(jìn)產(chǎn)脂肽菌和乳化菌的濃度，對(duì)另兩種功能菌的生長(zhǎng)促進(jìn)作用不明顯。

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了1#、4#和5#激活劑體系厭氧產(chǎn)氣量，結(jié)果見(jiàn)圖4。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，厭氧產(chǎn)氣量中，1#培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到0.036 MPa，高于4#和5#激活劑體系的測(cè)定結(jié)果。推測(cè)認(rèn)為，氣體壓力隨微生物數(shù)量的增加而增大。因此，1#激活劑體系激活菌濃最高，產(chǎn)氣量最大。

2.3 激活體系對(duì)原油乳化降黏作用分析

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了1#、4#和空白激活劑體系的乳化能力、原油降黏率和洗油效率，結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可看出：1#激活體系，激活后菌液的乳化性能為100%、原油降黏率為95.79%、洗油效率為95.07%，評(píng)價(jià)效果最佳；其次為4#激活體系，其菌液乳化性能為100%、原油降黏率為81.93%、洗油效率為90.81%，均高于5#激活體系的80%、68.31%和64.13%。推斷認(rèn)為，1#和4#激活體系激活的生物群落中具有能夠產(chǎn)生物表面活性劑功能的微生物含量較高，如地芽孢桿菌和產(chǎn)脂肽菌，這類(lèi)功能性微生物通過(guò)生物代謝，提高了激活后菌液樣品的某些驅(qū)油性能。

2.4 物模驅(qū)替評(píng)價(jià)效果

綜合以上激活體系評(píng)價(jià)效果，優(yōu)選1#激活配方組成為最佳新型激活劑體系。通過(guò)一維物模評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)對(duì)1#激活體系進(jìn)行驅(qū)油效果評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)效果見(jiàn)表2(表中，Geb為地芽孢桿菌，srfA為產(chǎn)脂肽菌)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，一維物模條件下，同時(shí)培養(yǎng)14天后，新型激活體系能有效激活地層水中的內(nèi)源微生物，其產(chǎn)出液中微生物數(shù)量達(dá)到2.8×108個(gè)/mL，產(chǎn)脂肽菌和乳化菌的濃度高于常規(guī)激活體系激活后含量。

一維物模條件下，原油采收率提高17.7%，較常規(guī)激活劑提高9%左右。推斷認(rèn)為，內(nèi)源微生物濃度的提升和功能菌比例的增加，提升了生物表面活性劑的能力，促進(jìn)了原油乳化降黏效率，同時(shí)提升了洗油能力，進(jìn)一步提高了原油采收率。這說(shuō)明，新型激活劑體系具有良好的應(yīng)用潛能。

表2 二次水驅(qū)提高采收率情況Table 2 Enhanced oil recovery by the secondary water flooding體系水驅(qū)總PV最終含水w/%最終原油采出程度/%提高驅(qū)替效率/%菌濃/(108個(gè)·mL-1)Geb/(個(gè)·mL-1)srfA/(個(gè)·mL-1)空白7.93098.4750.1500.6102101常規(guī)7.80598.1559.8110.121.6105102新型7.85199.0667.2317.772.8106103

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證室內(nèi)研究得到的新型激活體系注入油藏后能否適應(yīng)油藏環(huán)境，能否在油藏中取得良好的激活效果，在勝利油田Z3區(qū)塊的一個(gè)井組開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)源微生物驅(qū)試驗(yàn)。該井組實(shí)施前注入常規(guī)激活劑，每次注入60 m3，每輪次周期為30天。實(shí)施注入新型激活體系后，施工措施不變，施工6輪次，共計(jì)180 m3，每輪次周期為30天，該井組受益油井4口，油藏溫度63 ℃，油藏壓力10 MPa，原油黏度1 885 mPa·s。

(1) 增油效果明顯。根據(jù)4口受益油井的實(shí)際生產(chǎn)情況，將其分為2大類(lèi)：第一類(lèi)井見(jiàn)到降水增油的效果，共有2口；第二類(lèi)井產(chǎn)量遞減緩慢，含水被有效抑制，共有2口。其中一口試驗(yàn)井措施前含水90.9%左右，產(chǎn)油量4.7 t/d，試驗(yàn)后產(chǎn)油量升至8.1 t/d，含水率下降到86.5%?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的4口井6個(gè)月累增油1 639 t。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)出液生化特征變化。通過(guò)對(duì)產(chǎn)出液中的微生物數(shù)量和功能基因的跟蹤分析，該井產(chǎn)出液中的微生物數(shù)量較試驗(yàn)前提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)，油藏內(nèi)地芽孢桿菌含量由102個(gè)/mL增加到105個(gè)/mL；產(chǎn)脂肽菌含量由101個(gè)/mL增加到103個(gè)/mL；形成了相對(duì)穩(wěn)定的生物群落結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 論

(1) 向常規(guī)激活體系中添加生物生長(zhǎng)因子，能夠有效提高激活體系對(duì)油藏內(nèi)源微生物的激活效果；適宜的生長(zhǎng)因子能夠起到改善菌群結(jié)構(gòu)組成，促進(jìn)微生物功能基因含量的增加，進(jìn)一步提高內(nèi)源激活的效果。

(2) 一維物模驅(qū)替實(shí)驗(yàn)顯示，內(nèi)源微生物在新型激活體系激活作用下，可提高水驅(qū)原油采收率17.7%，具有良好的驅(qū)油效率。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，新型激活劑體系能夠有效激活油藏內(nèi)部微生物，提高原油乳化分散效果，降低原油黏度，有效提高了單井產(chǎn)量。因此，新型激活劑體系具有良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前景。