激活剂用量对油藏内源微生物群落的影响

胡　婧，刘　涛

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营257000）

激活剂用量对油藏内源微生物群落的影响

胡婧，刘涛

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营257000）

为了明确激活剂用量对油藏内源微生物群落的影响，在沾3内源微生物试验区块细菌密度达到平台期后，在激活剂注入阶段实施了一个周期的寡营养期（2013年10月—11月）和一个周期的富营养期（2014年1月—2月）。结果发现:该措施实施后，沾3区块内源微生物群落结构发生了明显改变。寡营养期后，油井产出液的细菌密度略有降低，同时群落多样性明显升高，富营养期后，细菌密度出现反弹，突破实施前的平台期达到106个/mL以上，而油藏微生物多样性明显降低。本研究还发现，激活剂用量对油藏内源微生物群落结构的影响会进一步对现场生产动态产生影响，降低激活剂浓度可以改善现场生产动态。

激活剂用量；内源微生物群落；细菌浓度；群落多样性

内源微生物驱油技术是通过向油藏内注入合适的激活剂，选择性地激活油藏内源微生物，利用激活后的微生物及其产生的代谢产物来提高原油采收率，激活剂在内源微生物驱油过程中的作用至关重要。到目前为止，微生物驱油技术的大部分研究都集中在如何筛选有效的激活剂配方，考察不同配方对内源微生物的影响［1-4］，关于激活剂用量对油藏内源微生物的影响研究较少。

有研究证实油藏内源微生物长期处于寡营养状态，若外界注入大量营养物质反而会抑制这些微生物的生长［5］。同时激活剂注入一段时间后，地层中细菌增殖到一定程度后，细菌密度加大的同时也加剧了不同微生物之间营养和空间的相互竞争，进而造成地层菌量及细菌代谢活性的下降。1992年，Sheehy等［6］研究表明内源微生物在有限的营养物条件下反而可以增强其代谢活动。这是因为细胞处于饥饿状态的时候表现出疏水性，微生物的细胞壁物质能作为表面活性物质来提高原油采收率。所以在油藏内源微生物数量增殖到一定程度后，实施寡营养期和富集营养期的交替注入可以保证激活后细菌在油藏内增殖及其代谢活性的稳态维持，从而进一步改善微生物驱油的效果。

激活剂用量的调整可以作为微生物内源驱油技术的一项重要调控手段，通过对菌群的影响进而调控现场生产动态。本研究在室内激活剂配方筛选及现场单井吞吐的基础上，进一步验证激活剂体系注入量对内源微生物的激活效果，微生物群落的变化以及对生产动态的影响，以通过激活剂用量的调整，来提高现场的原油产量。

图1　试验区油水井分布图Fig.1 Distribution of oil and water wells in test area

1　材料与方法

1.1现场试验区块概况

沾3试验区位于山东省河口区境内，为义南断裂断阶上的断鼻构造（图1），为水驱开发稠油油藏，该区块含油面积0.69 km2，地质储量2.02×106t，油藏深度1 240～1 360 m，油层温度63℃，储层孔隙度30%，渗透率0.682 μm2，原油黏度1 885 mPa·s，地层水矿化度8～10 g/L。1985年投入开发，1989年注水开发，微生物驱油试验前已进入高含水开发、产量递减阶段，油藏综合含水率93.8%，采出程度28.2%，水驱效果差，稳产难度大。该区块在实施内源微生物驱油的前期，在室内筛选了适合沾3内源微生物驱油的配方体系，并进一步进行了单井吞吐实验，验证了该区块在该激活剂的作用下具有很好的内源微生物驱油提高采收率的潜力。

1.2激活剂井组注入及激活剂注入量设计

在前期室内试验及现场单井吞吐的基础上［7-9］，开展了激活剂井组注入实验，并在注入过程中考察了激活剂注入量对油藏内微生物的激活效果、微生物群落的变化及对生产动态的影响。激活剂井组注入在沾3区块的3口注水井进行，分别是沾3-N12、义古1、义古14，受效油井12口，其中中心受效油井有5口，图1中红色表示受效油井，蓝色表示激活剂注入井。

现场试注体系为室内筛选优化的营养激活剂，该体系包括了玉米浆干粉（3 g/L）、（NH4）2HPO4（2 g/L）、NaNO3（4 g/L）组成。在试验区3口注水井实施激活剂体系注入。现场施工是通过注入设备依次向注水井中注入激活剂，完成一口井的注入以后接着恢复正常注水，以此保证激活剂体系能够向油藏中推进。现场试验按照图2的流程施工进行。

图2　现场施工方式Fig.2 Field implemention method

按最初的方案设计，三口注入井每天的注水量为660 m3，激活剂的注入按照实际单井配注量的30%（200 t/d）进行注入，实施过程中，为了考察激活剂用量对内源微生物群落及开发效果的影响，在现场实施内源微生物驱油水井产出液菌量达到平台期后，激活剂注入实施了一个周期的寡营养期（2013年10月—2013年11月）和一个富营养期（2014年1月—2014年2月），用量调整见图3。寡营养期的激活剂注入量为65 t/d（2013年10月）和35 t/d（2013年11月），富营养期的激活剂注入量为350 t/d（2014年1月）和250 t/d（2014年2月）。

图3　激活剂注入量Fig.3 Injection amount of activitor

1.3微生物群落结构分析

1.3.1现场样品处理及DNA提取

从2013年1月—2014年5月对试验区块中的注入水（Z3-N12）及5口见效油井（Z3-13、15、23、26、X24）水样中的细菌密度、细菌群落结构进行季度跟踪检测。油水井产出液直接从井口收集到一个无菌的容器中，每个样品采集10 L油水样，2 h内运送到实验室开展后续分子生物学检测工作，在水样进行处理前，吸取少量进行镜检确定细菌密度。

油藏水样中的微生物密度很低，而且存在原油污染，给后续微生物分离带来了一定的难度。为了去除原油污染，先在样品溶液中加入少量的石油醚萃取，搅拌静置后原油被萃取到上层有机相中，下层水样采用mediakap中空纤维膜过滤器（仕必纯贸易（上海）有限公司）进行菌体收集。每个样品收集6 L液体。截留在膜上的菌体用液体进行充分反复振荡洗脱后高速离心（12 000 r/min，4℃，15 min）收集。收集到的菌体于-70℃冷冻保存。

1.3.2样品DNA提取及高通量测序

样品菌体DNA的提取利用AxyPrep基因组提取试剂盒。提取后的DNA利用nanodrop进行浓度检测后，PCR反应扩增样品DNA模板中的16SV4区，扩增利用通用引物515F和806 R，序列信息如下:515 F GTGCCAGCMGCCGCGGTAA，806RGGACTACHVGGGTWTCTAAT。

1.3.3高通量测序

PCR产物送至华大基因进行高通量测序及后续生物信息学分析来解析样品中的群落结构，高通量测序采用Illumina测序法；测序完成后，首先进行序列质量筛选，去除低质量的序列，剩余高质量的序列利用之间的重叠关系进行拼接，然后将拼接的序列聚为OUT，最后通过OUT与数据库的比对，对OUT进行物种注释，得到每个样品的微生物群落结构。

2　结果与讨论

2.1细菌密度变化与群落多样性的变化

图4　激活剂注入不同阶段的细菌密度及菌群多样性Fig.4 Bacterial concentrations and bacterial diversity in different stages of activation

在激活剂井组注入后，从2013年1月开始对现场注入水和油井产出液中的菌密度及群落结构进行分析，结果见图4。从图4可以看出:在实施内源微生物驱油之前，沾3区块油藏水样中的内源菌密度很低，只有102个/mL，激活剂注入后，地层水样中的细菌密度开始逐渐增加，2013年4月和5月的细菌密度接近106个/mL，菌密度的增长进入了平台期。随着2013年10月激活剂注入量的减少，细菌密度在2013年11月出现了小幅度的降低。2014年1月份开始进行富营养注入，在2月份检测发现细菌密度没有立刻升高，而是到了5月才明显升高，超过了106个/mL。从该结果可以得出，激活剂的注入可以明显地提高地层内源微生物的密度，在细菌增殖到一定程度后，激活剂大量注入一个阶段后，细菌密度不再会随着激活剂的注入而升高，细菌生长进入平台期，代谢活性下降，这时降低激活剂的用量，在一定程度上降低细菌密度，恢复细菌的代谢生长能力后，再注入大剂量激活剂，细菌密度会突破前期的平台继续增长。

除了菌密度，菌群多样性也呈现了一定的规律性变化，原始油藏中的内源微生物多样性高，细菌种类丰富。在注入激活剂后，油藏水样中的细菌多样性明显降低，在2013年1月，多样性指数从最初的1.8降到了0.7。后面随着激活剂的持续注入，多样性呈现升高的趋势，2013年4月至7月，多样性指数稳定在1.1左右，在寡营养和富营养激活剂的交替注入结束后，群落结构的稳态被打乱，多样性在2014年5月降低至0.8。可以看出，激活剂的用量对油藏细菌群落结构多样性存在明显影响，可以在群落多样性稳定后进一步降低菌群的多样性。

2.2细菌群落结构的变化

由菌密度和多样性数据可知，激活剂的注入，细菌密度明显升高的同时，生物多样性却在降低，这说明激活剂在油藏中只是选择性地激活了某些细菌，而不是广泛激活了油藏中的所有内源微生物。通过高通量测序解析了所有油水井样品中的细菌群落结构，将不同检测时间内细菌群落结构中含量在前4位的优势菌进行总结，结果见表1。从表1可以看出:激活剂注入后，菌群结构与注入前发生了明显的变化，而且在激活剂注入过程中，油水井产出液中的细菌群落结构也一直在动态变化，其中2013年4月和2013年7月2个季度的细菌群落结构在稳定的激活剂注入量下保持稳定，4种优势菌相同。2013年10月开始寡营养激活剂注入后，已建立起来的优势菌结构被打乱，以前不是优势的脱铁杆菌成为其中的一个优势菌，假单胞菌的含量在富营养激活剂注入后比例明显升高。从该结果可以看出，激活剂用量的改变可以对细菌菌群产生明显影响，改变了菌群结构。

表1　激活剂注入过程中群落结构中优势菌的变化Table 1 Change of dominant bacteria in community stucture in the precess of activator injection

将优势菌群结构的变化与区块日油水平的变化进行对比分析，结果见图5。从图5可以看出，寡营养注入后，产量快速达到峰值，在后期富营养注入后，产量却呈现小幅度降低。该结果证明，激活剂稳定注入一个阶段，细菌密度达到平台期后，适当降低激活剂的浓度反而可以快速提高现场原油产量，而持续高浓度激活剂的注入虽然可以提高细菌的数量，但菌群的多样性会逐渐升高，优势菌比例下降引起现场原油产量的下降。

3　结论

激活剂是内源微生物驱油的最关键因素，除了激活剂的配方外，激活剂的用量也是一个重要的影响因素。通过研究发现，激活剂用量对油藏内源微生物群落结构有明显影响，内源细菌密度达到平台期后，降低激活剂用量，油井产出液的细菌密度随之降低，同时群落多样性明显升高，提高激活剂用量后，细菌密度出现反弹，而油藏微生物多样性开始降低。与现场生产动态进行对比发现，通过调整激活剂用量可以有效改善内源微生物驱油生产动态，进一步提高该技术的驱油潜力。

图5　细菌优势菌群结构与区块的生产动态对比Fig.5 comparison of the dominant bacterial community and the oil production

［1］ 代学成，王红波，许念，等.内源微生物驱油激活配方筛选评价指标探讨［J］.油气地质与采收率，2012，19（2）:37-40.

［2］ 伍晓林，赵玲侠，马挺，等.大庆油田聚驱后油藏内源微生物激活剂的筛选和效果评价［J］.南开大学学报（自然科学版），2012（4）:105-111.

［3］ 包木太，汪卫东，王修林，等.激活内源微生物提高原油采收率技术［J］.油田化学，2002，19（4）:382-386.

［4］ 张廷阁.本源微生物激活体系研究［D］.北京:中国科学院渗流流体力学研究所，2006.

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（责任编辑 荀志金）

Effect of activator amount on endogenous microbial community in reservoirs

HU Jing，LIU Tao
（Research Institute of Petroleum Engineering Technology，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257000，China）

In order to determine the effect of activator amount on the endogenous microbial community in reservoirs，we implemented a program with one period of little nutrition（2013-10-2013-11）continued with one period of rich nutrition（2014-01-2014-02）when the bacterial concentration of endogenous microbial reached to a platform stage.This program was carried out in Zhan 3 block of Shengli Oilfield. After the implementation of the program，the microbial community structure in the Zhan 3 block changed obviously.The bacteria concentration of the oil well production fluid decreased slightly and community diversity increased in the little nutrition stage significantly.While the concentration of bacteria broke through the platform reached above 106cell/mL and the microbial diversity began to decrease in the rich nutrition stage.We also found that the regulation of activator amount will further affect the production of the field.Decrease of the concentration of activator will improve the production of oil in a certain extent. Keywords:activator amount；endogenous；bacterial concentration；community diversity

TE357.9

A

1672-3678（2016）03-0007-05

10.3969/j.issn.1672-3678.2016.03.002

2016-03-18

国家高技术研究发展计划（863计划）（2013AA064401）

胡 婧（1980—），女，河南许昌人，博士，研究方向:微生物采油，E-mail:tomatohu@163.com