内源微生物驱油过程中营养激活体系的优化

宋　欣，孙刚正，谭晓明，冯　云，林　洁，任凤国

（1.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；2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司河口采油厂，山东东营257000）

内源微生物驱油过程中营养激活体系的优化

宋欣1，孙刚正1，谭晓明1，冯云1，林洁2，任凤国2

（1.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；2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司河口采油厂，山东东营257000）

为了进一步提高内源微生物驱油效果，针对邵家油田沾3区块的1口注入井和4口油井分别开展不同种类的内源微生物营养激活体系评价实验。依据营养体系激活的菌体密度、产气量和原油乳化效果，对现有营养体系进行筛选优化。结果发现:最佳的营养体系为3 g/L植物多糖，1 g/L玉米浆干粉，2 g/L NaNO3，0.2 g/L（NH4）2HPO4。在该营养激活剂体系下，激活菌的密度大，达4×108个/mL，激活后产生的生物气可达到0.108 MPa，原油采收率比原有体系提高2.8%，同时产出液中乙酸质量浓度上升至600 mg/L，注入水的表面张力降低至34.1 mN/m。

内源微生物驱油；营养激活；采收率

微生物驱油技术是通过向油藏中注入激活剂，激活油藏中的好氧微生物和厌氧微生物，利用微生物的代谢产物或菌体本身提高驱油效率［1-4］。微生物的激活效果与激活剂体系密切相关。目前，大量室内实验和现场检测结果表明，经过长时间将激活剂注入油藏中，近井地带的微生物群落大量繁殖，常规激活剂体系中的营养物大量消耗，对于油藏深部有效激活效率较低，激活效果较差。因此，单纯以增大常规激活剂浓度的方式以提高油藏涂层的激活效果，势必会带来材料成本的增加，影响经济效益，不利于此技术的推广应用。因此，以现有激活剂体系为基础，对营养体系中的主要碳源、氮源进行优化，既保证近井地带微生物的消耗，又能为油藏中深部微生物提供营养，以达到驱动油藏深部剩余油的目的。

邵家油田沾3区块的内源微生物驱油工作已经开展4年，目前用内源微生物激活剂体系激活的微生物主要以近井地带的好氧微生物为主，油藏深部含氧量极低，以厌氧微生物为主，若能够进一步提高油藏深部厌氧内源微生物的激活效果，必能提高微生物驱油效果。微生物在新陈代谢活动中，必须吸收充足的构成细胞物质的碳源和氮源。其中，碳源在细胞的干物质中约占50%，微生物对碳的需求量是最大的；氮源在细胞干物质中的含量仅次于碳源，它是组成核酸和蛋白质的重要元素，对微生物的生长发育有着重要作用。因此，针对于激活剂体系中碳源和氮源的筛选和优化，对激活微生物的效果影响最大。本文中，笔者在厌氧环境下，对沾3区块地层水中内源微生物激活营养体系中的碳源和氮源进行筛选，并进行一维物理模拟驱油实验，调整优化现场内源微生物驱油营养注入体系，从而提高驱油效果。

1　材料与方法

1.1原料及试剂

内源微生物激活样品来源于沾3区块的地层水。其他试剂均为分析纯。（NH4）2HPO4，洛阳市化学试剂厂；玉米浆干粉，洛阳昊华化工试剂有限公司；NaNO3、植物多糖，天津科密欧化学试剂有限公司；糖蜜，上海阿拉丁试剂有限公司。

1.2实验步骤

选择营养体系激活内源微生物效果好、产气量高及乳化效果良好的激活剂体系，表1给出几组激活剂组成配方。

表1　激活剂体系配方Table 1 Activator system formula

1.3检测及评价方法

1.3.1激活内源微生物的菌密度和产气量检测方法

依据SY/T6888—2012行业标准，对内源微生物的菌密度进行检测。将培养不同时间的内源微生物激活样品进行不同倍数稀释后，利用计数板在显微镜下检测微生物总菌数［5-6］。同时利用精确小量程气压表（上海荣华仪表厂）对厌氧微生物激活后的产气量进行直接测定。测试周期设定为7和14 d。

1.3.2原油乳化性能评价方法

原油乳化性能评价方法主要参考化学剂对原油的乳化效果评价方法进行检测分析［7-8］。对激活后的油水样品进行观测检测，并测定乳化稳定时间。用取样器取1 mL激活后的样品，利用显微镜对样品中乳化油滴的直径进行测定。

1.3.3一维物理模拟评价实验

根据沾3区域油藏特点，设计一维物理模拟的实验数据。利用填砂岩心模拟油藏条件，渗透率（1.3± 0.2）μm2，孔隙度0.31～0.33，温度65℃，驱替速率1.5 mL/min。实验步骤:测定填砂后的岩心管渗透率；测定岩心孔隙体积（PV）；计算含油饱和度；一次水驱3 PV，注入激活剂2 PV，封闭培养14 d；二次水驱3 PV，记录含油、含水、采出程度，并对产出液的代谢产物进行检测。驱替水为注入水与油井Z3-x24等体积配比。

2　结果与讨论

2.1实验井油藏地质特点

沾3区块为义南断裂断阶上的断鼻构造，整体南高北低，油藏埋藏深度1 240～1 360 m，原始油藏温度63℃。目前，注水开发20多年，已进入特高含水开发阶段，油藏综合含水率达到90.1%，在内源微生物驱油藏筛选标准的最佳范围之内，油藏流体中内源微生物种类相对较丰富，具备选择性激活的条件。

建构主义所主张的观念建构必须建立在基于身份的关系基础之上，美中之间假朋友的性质决定了建构主义性质的尝试注定会失败。[42]那么，自由制度主义能不能为缓解乃至解决南海问题提供借鉴？根据中国的尝试及其后续发展，美国显然不愿意由中国主导南海问题。而中国理所当然不同意在事关自身核心利益的问题上受制于他方主导的相关制度。这因而成为美国以南海问题为切入点、联合东盟大多数成员国制衡中国的渊源。

本实验选定的实验井井位图如图1所示，井次分布于区块断层两侧，该断层是一条近正北走向、断距为20～50 m的断层。Z3-13和Z3-x33与其余3口井分别位于断层两侧，油井之间井距为150～600 m。储层埋藏浅，压实差，岩石成岩作用相对较弱，矿物成分成熟度低，储层岩性主要为湖泊相沉积的细砂、粉细砂及含砾砂岩，岩石颗粒较细。根据电测解释和参考东一段储层参数统计，确定该块储层孔隙率30%，原始含油饱和度62%，空气渗透率0.682 μm2，为中高渗透断块油藏。

图1　沾3实验井井位图Fig.1 Z3 experimental wells bitmap

2.2内源微生物激活效果评价

2.2.1激活内源微生物的菌密度评价

分别对沾3区块1口注水井和4口油井进行了内源微生物激活效果评价，结果如图2所示。由图2可知:6组营养激活体系均能够有效激活油藏内部厌氧微生物，经过14 d的培养激活，厌氧微生物密度均达到了108个/mL。分析不同井次最佳营养激活体系，发现不同井之间内源激活效果存在一定的差异，注水井激活效果最佳组分为1#体系，其次是3号体系；Z3-x24激活效果最佳组分为2#体系，其次为4#体系；Z3-x33激活效果最佳组分为1#体系，其次为4#体系；Z3-13激活效果最佳组分为4#体系，其次为1#体系；Z3-14激活效果最佳组分为4#体系，其次为3#体系。综合分析，以玉米浆干粉和植物多糖作为主要碳源的激活营养体系，激活内源微生物的密度较高。

NaNO3在营养激活体系中的主要作用是抑制硫酸盐还原菌（SRB）的生长代谢，降低H2S的含量，从而减少有油管的腐蚀。而NaNO3含量的增加对于内源微生物数量的激活效果未见明显差异。表2显示了不同营养激活体系对于SRB的影响，SRB密度测试采用三管计数法。从表2中可以看出:2 g/L NaNO3的营养激活体系具有明显的抑制作用，但随着NaNO3含量提高到4 g/L后，能够增加营养体系抑制硫酸盐还原菌的数量。

2.2.2激活内源微生物的产气量检测

在厌氧条件下，微生物生长代谢能够产生大量的生物气，如甲烷、CO2等。这些生物气能够在微生物驱油过程中提高油藏内的驱油效率。而气体压力能够从侧面反映微生物生长代谢过程中产生的生物气含量，因此，对厌氧瓶内所产生的生物气进行了气压检测，结果如图3所示。由图3可知:植物多糖为主要碳源的营养激活体系（2#和4#）所产生的气体压力都相对较高，而以糖蜜为碳源的营养激活体系（3#和5#）产生生物气压力最高。NaNO3的增加对于产气量具有一定的抑制作用，4 g/L NaNO3的营养激活体系产气量低于含有2 g/L NaNO3的营养激活体系。

图2　激活内源微生物的密度评价Fig.2 Evaluation of the endogenous microbial density

图3　内源微生物产气量评价Fig.3 Evaluation of the endogenous microbial gas production

表2　营养体系对于SRB密度的影响Table 2 Effects of different nutrition system on SRB density

2.2.3原油乳化性能评价

对样品的乳化分散效果进行对比评价，结果如图4所示。对样品瓶进行轻摇后，观察下层溶液颜色，若溶液颜色呈深褐色分布，且稳定时间大于10 min，认为营养激活体系激活内源微生物后的乳化现象明显。若测试样品经轻摇后溶液颜色呈浅褐色，其原油乳化现象较差，溶液中呈现的黄色为营养激活体系导致的。7#为空白，液体内无任何营养激活体系，因此呈现透明色。然后对液体样品利用显微镜进行观测，从观察结果发现，7#样品中的油滴颜色较深，且油滴粒径较大，粒径约为25.13 μm；而2#样品乳化油滴呈亮黄色，油滴数量较多，大小均一，粒径约为2.97 μm；1#乳化油滴大小差异较大，粒径分布也较广。通过乳化液颜色与乳化油滴镜检对比具有一致的评价结果，其原油乳化效果由好到差依次为2#、1#、7#。对比不同营养体系，以植物多糖为主要碳源的营养激活体系的原油乳化效果最佳。

图4　原油乳化性能评价Fig.4 Performance evaluation of crude oil emulsion

2.3一维物理模拟评价实验结果

通过上述实验综合分析，厌氧条件下，以植物多糖为碳源的营养激活体系能够有效激活内源微生物数量，特别是提升产气量和原油乳化效果。因此，2#营养激活体系可以替代先用激活体系即玉米浆干粉为唯一碳源的营养激活体系。2#营养激活配方（g/L）:植物多糖3、玉米浆干粉1、NaNO32、（NH4）2HPO40.2。表2和表3为一维物理模拟驱替数据。空白为直接水驱；常规为现用营养激活体系，即:3.3 g/L玉米浆干粉、2 g/L NaNO3、0.2 g/L（NH4）2HPO4。结果显示:一维物理模拟条件下，同时培养14 d后，2#激活体系能有效激活地层水中的内源微生物，其产出液中微生物密度达到3.6×108个/mL，产出液的表面张力最低为28.31 mN/m，乙酸质量浓度最高为672 mg/L。

表3　岩心一次水驱注入激活剂提高采收率Table 3 The recovery of the activator by water injection activator in a core

表4　二次水驱提高采收率Table 4 Two water flooding enhanced oil recovery

一维物理模拟条件下，原油采收率提高8.95%，较常规激活剂提高2.83%。推断认为，内源微生物密度增加，乙酸含量提升，内源微生物生长代谢活性较高，从而增加了微生物在生长代谢过程中产生物表面活性剂的能力［8-9］，产出液中的表面张力明显降低，激活后的微生物群落对于原油的乳化分散作用较单纯玉米浆的营养体系有明显提升［10］，促进了原油的乳化降黏效率，从而提高了原油采收率，表明2#激活剂体系具有良好的应用潜能。

3　结论

考察不同营养激活体系对内源微生物激活效果的影响，结果表明:3 g/L植物多糖、1 g/L玉米浆干粉、2 g/L NaNO3、0.2 g/L（NH4）2HPO4的营养激活体系具有最佳的激活效果，激活内源微生物密度达到4×108个/mL，能够有效抑制油藏内硫酸盐还原菌的生长，产气量最高达到0.108 MPa，原油乳化现象明显，乳化油滴均一。物模驱油实验显示在油藏环境条件下，新激活体系在原有基础上提高原油采收率2.8%，同时产出液中乙酸质量浓度上升至600 mg/L，注入水的表面张力降低至34.1 mN/m。通过对比评价可以得到，针对于目标区块沾3营养体系中加入植物多糖能够有效提升厌氧微生物的产气能力，产气量较大；并且激活后的微生物群落对于原油的乳化分散作用较单纯玉米浆的营养体系有明显提升。为了进一步明确植物多糖对于油藏内源微生物的贡献作用，有必要对激活后内源微生物的菌群进行明确分析，从而对其功能性进行进一步的阐述。

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（责任编辑 管珺）

Optimization of nutrient activation system in endogenous microbial oil displacement

SONG Xin1，SUN Gangzheng1，TAN Xiaoming1，FENG Yun1，LIN Jie2，REN Fengguo2
（1.Research Institute of Petroleum Engineering，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257000，China；2.Hekou Oil Production Factory，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257000，China）

In order to improve the endigenous microbial enhanced oil recovery（IMEOR）effect，endogenous microbial nutrient system evaluation experiments were carried out in 1 injection well and 4 wells of the dip 3 blocks in Shaojia Oilfield.According to the bacterial concentration，the biogas production and the emulsifying effect of crude oil，the existing nutrition system was screened and optimized.The optimum nutrition system was as follows:3 g/L plant polysaccharide，1 g/L corn syrup dry powder，2 g/L NaNO3and 0.2 g/L（NH4）2HPO4.Under the optimum nutrition condition，the maximum cell density was 4×108cell/mL，the biogas production could reach 0.108 MPa，the crude oil recovery rate was 2.8% higher than that of the original system.Also，acetic acid content reached 600 mg/L，and the surface tension of injected water reduced to 34.1 mN/m.

endogenous microbial oil displacement；nutrient activation；recovery rate

TQ352

A

1672-3678（2016）03-0017-06

10.3969/j.issn.1672-3678.2016.03.004

2015-11-27

国家高技术研究发展计划（863计划）（2013AA064401）

宋 欣（1981—），女，山东东营人，研究方向:微生物采油，E-mail:songxin0909@126.com