变异系数在油藏微生物激活剂筛选中的应用

李磊，晁群芳，方新湘，王旭辉，陈爱华

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.中国石油克拉玛依石化公司炼油化工研究院，新疆 克拉玛依 834000）

变异系数在油藏微生物激活剂筛选中的应用

李磊1，晁群芳1，方新湘2，王旭辉1，陈爱华2

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.中国石油克拉玛依石化公司炼油化工研究院，新疆 克拉玛依 834000）

为了筛选克拉玛依油田93#油井内源微生物最佳激活剂配方，采用不同激活剂对油藏微生物进行了选择性激活，对激活后的腐生菌、产甲烷菌、反硝化细菌、硫酸盐还原菌、硫细菌、铁细菌数量进行了检测，同时以变异系数为指标对激活效果进行评价，并结合原油降解率及降黏率进行验证。实验结果表明：当可溶性淀粉为碳源、KNO3为氮源、K2HPO4为磷源，且三者质量浓度分别为10，4，1 g/L时，能够较好地刺激油藏有益内源菌的生长，对硫酸盐还原菌、硫细菌、铁细菌等对采油不利的细菌起到一定的抑制作用，说明变异系数可以作为油藏微生物激活剂配方筛选的评价指标之一，为后续现场试验提供理论基础。

微生物采油；内源微生物；激活剂；变异系数；原油降解率；降黏率

激活剂筛选是内源微生物采油研究的重要内容［1］，国内研究主要集中于油藏微生物有益菌的筛选及产出液的理化性质等方面，而对菌群结构变化趋势方面的研究鲜有报道［2-6］。变异系数（coefficient of variation）又称标准差率，是衡量各观测值变异程度的一个统计量,作为一种新的分析油藏微生物群落结构变异程度的指标，并未通过实验对其精确性进行验证。本文通过分析不同配方激活前后油藏微生物群落结构的变化趋势，以变异系数CV为评价指标筛选油藏微生物激活剂配方，并结合降黏率及原油降解率进行验证，为后续现场试验提供基础［7］。

1 实验准备

1.1 仪器

UV25025型紫外分光光度计、SPX型智能生化培养箱、灭菌锅、NDJ-79型旋转黏度计、SW-CJ-2FD型温控培养摇床、YQX型厌氧培养箱等。

1.2 材料

克拉玛依油田93#油井注入水；原油黏度为87 mPa·s，脱水脱气4℃保存。

2 实验方法

2.1 菌落数量的测定

采用最大或然数［8］、绝迹稀释三管平行法（按SY/T 0532—1993标准测定）和浇注平板法［9］等方法对油藏内源微生物菌落数量进行检测。腐生菌、铁细菌、硫细菌、硫酸盐还原菌的细菌数量用细菌测试瓶测定，反硝化细菌及产甲烷菌应用平板计数法计数。

2.2 变异系数的计算

将变异系数［10］应用于内源微生物采油中，可得：

式中：n为数据序列个数；yi为第i个数据值，该处定义为菌落数量的对数值；y为菌落数量对数值的算术平均值。

CV值越大，说明该数据序列间的差异程度越大，整个菌群结构发生了改变，再结合该菌群的驱油效果，能够快速、准确地评价出该菌群是否为采油的功能菌群［11］。

2.3 原油降解率和降黏率的测定

原油降解率参照 D.N.Lerner［12］描述的方法进行测定。降黏率的测定采用NDJ-79黏度计，3#转子转速60 r/min［13］。

2.4 激活剂的筛选

2.4.1 最佳碳源

分别以质量浓度为8 g/L的葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、可溶性淀粉为碳源；加入2 g/L的NaNO3及1 g/L的KH2PO4，采用包木太等［14］提出的“两段式”培养方法，37℃培养10～14 d，测定微生物菌落数量，计算CV值，确定最佳碳源，同时结合原油降解率及降黏率进行验证。

2.4.2 最佳氮源

以筛选出的最佳碳源为碳源且质量浓度为8 g/L，再分别以质量浓度为2 g/L的NaNO3，KNO3，NH4NO3为氮源，并添加1 g/L的KH2PO4，实验方法同2.4.1，筛选出最佳氮源。

2.4.3 最佳磷源

以筛选出的最佳碳源为碳源且质量浓度为8 g/L；最佳氮源为氮源且质量浓度为2 g/L；以质量浓度为1 g/L的KH2PO4，K2HPO4，Na3PO4为磷源，实验方法同2.4.1，筛选出最佳磷源。

2.5 激活剂最佳配方的确定

2.5.1 碳源最佳质量浓度

将最佳碳源的质量浓度分别定为 6，8，10，12，14，16 g/L，选用最佳氮源（质量浓度为2 g/L）及最佳磷源（质量浓度为1 g/L），37℃培养7～10 d，测定微生物菌落数量，计算CV值，确定最佳质量浓度，并结合原油降解率及降黏率进行验证。

2.5.2 氮源最佳质量浓度

将最佳氮源的质量浓度分别定为1，2，4，6，8 g/L，选用已确定的最佳质量浓度的碳源及最佳磷源（质量浓度为1 g/L），方法同2.5.1，测定微生物菌落数量，计算CV值，确定最佳质量浓度。

2.5.3 磷源最佳质量浓度

将最佳磷源的质量浓度分别定为 0.5，1.0，2.0，4.0，6.0 g/L，选用已确定的最佳质量浓度的碳源及氮源，方法同2.5.1，测定微生物菌落数量，计算CV值，确定最佳质量浓度。

3 实验结果分析

3.1 激活剂的筛选

3.1.1 最佳碳源

与未添加任何激活剂的对照样相比，加入不同碳源激活剂后，油藏微生物菌落数量均有所增加。如表1所示：当可溶性淀粉为碳源时，CV值最大，确定可溶性淀粉为最佳碳源激活剂，此时有益菌数量均高于其他激活剂配方，有害菌数量也最低，初步形成了以有益菌为优势菌群的油藏微生物群落结构；以葡萄糖、麦芽糖为激活剂时，CV值均小于激活前，表明上述碳源并未使油藏微生物形成优势菌群，不能用于内源微生物采油生产。结合原油降解率及降黏率测定结果可知：以可溶性淀粉为碳源时，原油降解率及降黏率也为最大值，此结果与以变异系数为指标时的推断结果一致。

3.1.2 最佳氮源

与未添加任何激活剂的对照样相比，加入不同氮源激活剂后的激活效果如表2所示。由表2可知：当KNO3为氮源时，CV值最大，确定KNO3为最佳氮源，此时有益菌数量进一步增加，有害菌数量急剧减少，已经形成了有利于采油的微生物群落结构特征。结合原油降解率及降黏率测定结果可知：以KNO3为氮源时，原油降解率及降黏率也均为最大值，分别为54.65%，32.76%，验证了上述结果。此外，加入3种氮源后，油藏微生物群落变异系数均高于激活前，硫酸盐还原菌数量均低于激活前，说明氮源在抑制硫酸盐还原菌方面有显著效果。

3.1.3 最佳磷源

与未添加任何激活剂的对照样相比，加入不同磷源后的激活效果如表3所示。由表3可知：当K2HPO4为磷源时，变异系数值最大，确定K2HPO4为最佳磷源，此时，油藏微生物菌落结构稳定，形成了有利于微生物采油的群落结构特征，有益菌为优势菌群，有害菌为劣势菌群。以K2HPO4为最佳磷源时，原油降解率及降黏率也为最大值，验证了以变异系数为指标的筛选结果。

表1 碳源激活剂激活效果

表2 氮源激活剂激活效果

表3 磷源激活剂激活效果

3.2 激活剂最佳配方的筛选

3.2.1 可溶性淀粉的加量

可溶性淀粉质量浓度为10 g/L时，CV值、原油降解率及降黏率均为最大值，分别为0.87，58.12%和33.33%（见表4），由此可确定可溶性淀粉最佳质量浓度为10 g/L。

3.2.2 KNO3的加量

KNO3质量浓度为4 g/L时，CV值最大，由此可确定KNO3最佳质量浓度为4 g/L。同时，原油降解率及降黏率也最大，分别为61.03%，36.28%（见表5）。

表4 可溶性淀粉最佳质量浓度确定

表5 KNO3最佳质量浓度确定

3.2.3 K2HPO4的加量

K2HPO4质量浓度为1 g/L时，CV值、原油降解率及降黏率均为最大值，分别为0.87，65.08%，41.37%（见表6），由此确定K2HPO4的最佳质量浓度为1 g/L。

表6 K2HPO4最佳质量浓度确定

4 结论

1）变异系数能够根据细菌群落数量的变化，快速准确地确定激活剂最佳配方。本实验将基于可培养条件下微生物群落结构变化的变异系数作为评价指标，虽然在应用过程中，可能存在激活效果接近的配方其CV值结果相同的缺陷，但如果同时结合降黏率及原油降解率等常规指标，仍可以最终确定激活剂最佳配方。

2）以变异系数为评价指标，结合原油降解率及降黏率验证筛选出的克拉玛依油田93#油井最佳激活剂配方为：可溶性淀粉为碳源，KNO3为氮源，K2HPO4为磷源，三者的质量浓度分别为10，4，1 g/L。

［1］ 李磊，晁群芳，方新湘，等.响应面法优化油藏微生物激活剂配方［J］.石油钻采工艺，2012，2（2）：89-91.

［2］ 巨登峰，谷溢，张双艳，等.弱凝胶与微生物调驱联作技术岩心试验研究［J］.断块油气田，2006，13（4）：30-31.

［3］ 黄绍东，吕振山，张艳红，等.生物聚合物深部调剖技术室内研究［J］.断块油气田，2005，12（6）：50-53.

［4］ 李青，吴刚，谢刚，等.高温稠油油藏微生物采油菌的筛选评价研究［J］.石油钻采工艺，2011，33（2）：114-116.

［5］ 裴雪林，刘丽，赵金献，等.微生物采油技术在国内外的研究现状及实例［J］.断块油气田，1997，4（5）：61-66.

［6］ 王凤兰，王晓东.油藏微生物群落分布及提高采收率的模拟实验研究［J］.应用与环境生物学报，2007，13（6）：85-86.

［7］ 陈玉军，巨登峰，宋义伟，等.弱凝胶与微生物调驱联作技术的研究［J］.断块油气田，2004，11（6）：52-54.

［8］ 赵一章.产甲烷细菌及研究方法［M］.成都：成都科技大学出版社，1997：23-24.

［9］ 诸葛健，王正祥.工业微生物实验技术手册［M］.北京：中国轻工业出版社，1994：24-25.

［10］杜荣骞.生物统计学［M］.北京：高等教育出版社，2003：11-18.

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［12］Lerner D N，Li G，Huang W，et al.Enrichment of degrading microbes and bioremediation of petrochemical contaminants in polluted soil water research［J］.Current Opinion in Microbiology，2000，34（15）：3845-3853.

［13］邵娟，尹华，彭辉.秸秆固定化石油降解菌降解原油的初步研究［J］.环境污染与防治，2006，22（8）：565-567.

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（编辑 孙薇）

Application of variation coefficient in selection of reservoir microorganism activator

Li Lei1,Chao Qunfang1,Fang Xinxiang2,Wang Xuhui1,Chen Aihua2
(1.College of Life Science and Technology,Xinjiang University,Urumqi 830046,China; 2.Oil Refining and Chemical Research Institute,Karamay Petrochemical Company,PetroChina,Karamay 834000,China)

In order to select the best activator formula of indigenous microorganisms for No.93 oil well in Karamay Oilfield,different activator formula were used to activate the reservoir microorganisms selectively.The saprophyte,methane-producing bacteria, denitrifying bacteria,sulfate-reducing bacteria,sulfur bacteria and iron bacteria were detected after activation.The activation effect was evaluated in terms of variation coefficient and was verified,combined with the degradation rate of crude oil and viscosity break rate.Experimental result shows that the growth of beneficial indigenous microorganisms can be activated,and the harmful bacteria for oil recovery,including sulfate-reducing bacteria,sulfur bacteria and iron bacteria,can be inhibited when soluble starch is used as carbon source,KNO3as nitrogen source,K2HPO4as phosphorus source,and their concentration is respectively 10,4,1 g/L.It is stated that the variation coefficient is regarded as one of evaluation indexes for the selection of the reservoir microorganisms activator formula,which can provide a base for sequent field test.

microbial enhanced oil recovery;indigenous microorganisms;activator;variation coefficient;degradation rate of crude oil; viscosity break rate

国家自然科学基金项目“克拉玛依油田内源微生物驱油潜力的评价”（30960089）

TE357.9

A

10.6056/dkyqt201204024

2011-11-11；改回日期：2012-05-25。

李磊，男，1984年生，在读硕士研究生，2007年本科毕业于新疆大学食品科学与工程专业，现主要从事微生物采油方面的研究。E-mail：llsjp@163.com。

李磊，晁群芳，方新湘，等.变异系数在油藏微生物激活剂筛选中的应用［J］.断块油气田，2012，19（4）：504-507.

Li Lei，Chao Qunfang，Fang Xinxiang，et al.Application of variation coefficient in selection of reservoir microorganism activator［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：504-507.