高温高盐油藏内源微生物室内模拟激活

段传慧，林军章，丁明山，刘 涛，宋 欣

(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)



高温高盐油藏内源微生物室内模拟激活

段传慧，林军章，丁明山，刘 涛，宋 欣

(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)

胜利油田永8区块原油黏度高、水驱效果差，而且受该区块高温高盐油藏条件影响，常规化学驱技术难以有效提高水驱效率，针对此类问题，笔者开展内源微生物驱油技术研究。内源菌群分析表明，该区块油藏具备了产生物乳化剂、产甲烷气等几种主要功能菌群的条件。筛选并优化出能有效激活内源菌群的激活剂配方。经过激活后微生物的有效浓度达到108个/mL以上，产气压力达到0.088 MPa，最大产气速率达到0.2 L/(g·d)(以1 g激活剂计)，柴油乳化指数达到100%，乳化效果48 h内稳定。室内物模驱油评价表明，注入该激活剂配方0.3 PV(孔隙体积)后可提高采收率9%以上，含水率由95.1%下降到81.4%，表现出了良好的应用潜力，为下一步在高温高盐油藏开展微生物驱提供了依据。

高温高盐油藏；内源微生物驱；激活剂；乳化；提高采收率

自2014年下半年以来，国际油价持续走低，油气行业进入寒冬，油田公司面临严峻考验。要破解这一难题，必须持续攻关油田开发方法技术，通过方法和技术的进步解决生产难题，降低生产成本，提高采收率，实现 “降本增效”。近年来，提高采收率技术已经取得显著进步，但伴随着开发过程中日益出现的复杂挑战，老油田储采失衡现象仍然十分严重，“低产、低效、高含水”现象不断加剧，油田产量呈现加快递减的趋势。为解决这一问题，亟须技术攻关，以提高开发效果和经济效益。微生物采油技术是继热采、化学驱和气驱之后第四大类提高采收率方法，也是一种经济、环保的采油技术。内源微生物驱是微生物采油的一种重要方式，其优点是操作简单、成本低和油藏适应性强，适用于高温高盐油藏[1-2]。

胜利油田东辛采油厂永8区块油藏平均埋深2 000 m以上，油藏温度达到85 ℃，平均矿化度高于50 g/L，平均地面原油黏度高达4 000 mPa·S[3]。由于埋藏深、压力高，注蒸汽开采成本高，目前主要以水驱开发为主。由于油水流度比大，指进现象严重，目前综合含水率达到90.2%，采出程度仅为19.1%，亟须新的低成本、高效率提高采收率替代技术。内源微生物驱油技术通过激活油藏中特定的功能菌群，利用菌群及其代谢产物对原油和储层的作用，降低油水流度比，提高采收率[4]。目前，该技术已在胜利油田沾3区块水驱稠油油藏成功应用，并取得了较好开发效果[5-9]。

本研究中，笔者针对永8区块油藏特征，开展内源微生物驱油技术研究。考察油藏内源微生物菌群结构，筛选能有效激活内源微生物的激活剂，评价激活后发酵液的乳化性能，检测内源菌群的产气功能。通过室内物模实验评价激活剂的驱油效果，以期为该技术现场试验提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 油水样采集

实验用油水样品均取自胜利油田东辛采油厂永8区块，包括油井P8井和X140井产出液及一口注水井P115井的注入水。使用经消毒后充N2的样品桶(5 L)取样，采集样品后立刻密封，样品取回后置于5 ℃冰箱保存，48 h内完成样品DNA提取和激活实验。

1.2 DNA提取

高速离心(12 000 r/min)15 min收集油藏油水样品中的菌体，离心后油水分离，细菌沉积于离心杯底。菌体DNA的提取利用AxyPrep基因组提取试剂盒。提取的DNA利用nanodrop进行浓度检测后用于细菌16S扩增。样品DNA保存在-70 ℃冰箱。

1.3 PCR扩增与高通量测序分析

细菌和古菌16S v4区扩增利用通用引物515F和806R序列分别为515F-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA和806R-GGACTACHVGGGTWTCTAAT。深圳华大基因公司在进行Illumina高通量测序(Miseq)时采用设计的测序接头融合引物。测序完成后进行相应的生物信息学分析，首先进行序列质量筛选，去除低质量的序列，剩余高质量的序列通过之间的重叠关系，对序列进行拼接，然后将拼接的序列聚为OUT，通过OUT与数据库中数据进行比对，再对OUT进行物种注释，从而解析每个样品的微生物群落结构多样性。

1.4 内源微生物激活方法

选择不同的激活剂在油藏温度和兼性条件下激活样品中的内源微生物。这些激活剂包括1号(无机盐)、2号(玉米浆为主)、3号(玉米浆加无机盐)、4号(糖蜜为主)、5号(糖蜜加无机盐)、6号(葡萄糖为主)、7号(葡萄糖加无机盐)和8号(淀粉类激活剂)8个激活配方，用于激活样品中的内源微生物。三口井水各取1 200 mL，各自分装入8个250 mL的厌氧瓶中，每个瓶中150 mL井水，对应加入以上8种激活剂。随后密封厌氧瓶口，置于85 ℃摇床中培养，以不加营养剂的样品作为对照。

1.5 激活后菌密度检测

激活后的菌密度利用显微镜(奥林巴斯D50)检测，取激活后溶液滴在血球计数板上进行计数。

1.6 功能菌分析方法

根据产脂肽菌及产甲烷菌的代谢功能，选择相应的功能基因最为检测目标，产脂肽菌选择srfA基因，产甲烷菌选择mcrA基因。构建标准质粒的细菌选取普遍存在于胜利油藏的芽孢杆菌属和甲烷嗜热杆菌属的细菌，分别为笔者所在实验室在胜利油藏筛选的枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)和热自养甲烷杆菌(Methanothermobacterthermautotrophicus)，其中srfA基因的扩增引物为SrfA-F-5′CAAAAKCGCAKCATACCACKTTGAG3′和SrfAR 5′-TCATARAGCGGCAYATATTGATGC-3′，mcrA的扩增引物为McrA-F-5′RCGTTCATBGCGTAGTTVGGRT3′和McrA-R-5′GGTGGTGTMGGDTTCACMCARTA3′，所有引物委托TaKaRa公司合成。扩增程序：预变性98 ℃ 5 min；98 ℃ 15 s 、60 ℃ 30 s、72 ℃ 30 s，该步骤循环35次；72 ℃延伸10 min。扩增后的标准质粒构建委托TaKaRa公司进行。

1.7 乳化性能评价

内源激活完成后，取适量发酵液于试管内，加入等体积柴油，利用微型旋涡混合仪高速振荡2 min，然后测量乳化液和油相的体积，其比值即是乳化系数E(emulsification index)，用这一数值评估发酵液的乳化性能。

1.8 样品产气量检测

在激活内源微生物过程中，会产生一定量气体。样品的产气量情况利用厌氧瓶上部顶空的气体压力为指标来检测。

1.9 物理模拟驱油

开展室内物理模拟实验，考察内源微生物激活后的驱油效率。填装与实验区块渗透率相同的填砂岩心，对岩心抽真空、分岩心饱和实验区块的地层水或注入水，计算岩心的孔隙体积(PV)。饱和实验区块的脱水脱气原油，计算岩心的原始含油量，静置老化7 d。岩心一次水驱，一次水驱至岩心产出液含水率与实验区块油井平均含水率一致。注入0.3 PV对应最适激活剂，在85 ℃下恒温培养15 d。注地层水开展二次水驱，待岩心出口含水率与区块油井平均含水率一致时停止水驱，计算驱油效率。

2 结果与讨论

2.1 永8区块内源微生物菌群结构分析

通过分析永8沙二段84地层水中的微生物群落状况，可以明确试验区内源微生物群落组成，为内源微生物驱油技术实施的可行性、实施工艺的选择、激活剂的筛选、实施效果的评价提供理论依据。图1为永8区块内源微生物菌群结构分析结果。由图1可知：永8沙二地层内细菌种类丰富，包括假单胞菌、地衣芽孢杆菌和产甲烷菌等功能菌。古菌种类较少，主要以产甲烷古菌为主。以上结果表明，该区块油藏温度较高但仍具备开展内源驱的微生物基础。注入水中微生物主要以脱铁杆菌(Deferribacter)、海杆菌(Marinobacterium)和嗜氢菌属(Hydrogenophilus)等为主，而油井P8和X140中微生物普遍以弓形杆菌和沙雷氏菌为主，上述结果表明弓形杆菌和沙雷氏菌属可能更耐温，更适合于在高温油藏条件下生存；注入水在地面系统的温度低于60 ℃，所以这导致注入水中微生物与油藏内源菌群存在较大差异性。

图1 永8沙二地层内源菌群结构分析Fig.1 Endogenous bacteria community structure analysis of Yong 8 Sand 2 formation

2.2 内源菌群激活剂配方优化和评价

2.2.1 激活后菌体数量分析

在确定3种激活剂主剂的基础上，调整主剂与其他营养剂的配比，考察对微生物菌群数量的影响，从而优化出适宜内源微生物的激活剂。分别开展了对永8区块两口油井产出液和注入水的内源微生物激活实验，结果如图2和图3所示。由图2～3可见：针对X140油井，4号配方具有最佳的激活效果，在有效激活后菌密度达到1.6×108个/mL。而对于注入水和P8油井，最佳的激活剂配方是2号，在这种激活剂作用下，菌密度达到11.8×108个/mL。对P8激活后菌群功能基因分析表明，乳化功能菌(Geb)、反硝化细菌(NirS)和甲烷菌(McrA)3种功能菌均被有效激活，而硫酸盐还原菌(SrfA)在2号激活剂配方体系中被有效抑制。

图2 永8-X140井(a)和永8-注入水(b)激活后微生物总量Fig.2 Microbial amount after the activation of Yong 8-X140 Well (a) and Yong 8-injection water (b)

图3 永8-平8井激活后微生物总量(a)及其功能菌(b)的种类和数量Fig.3 Microbial amount (a) and the amount and type of functional bacteria (b) after the activation of Yong 8-Ping 8 Well

在以上研究基础上，进一步从现场采集5批次油水样，采集间隔时间为5 d。对所采集的油水样进行内源微生物激活，考察室内激活内源微生物的稳定性，结果见图4。由图4可知：不同时期5批次样品均能被有效激活，激活后菌密度均能达到108个/mL以上，表现出良好的激活稳定性。

图4 不同时期内源激活稳定性评价Fig.4 Endogenous active stability evaluation during different periods

2.2.2 乳化效果评价

图5 不同激活剂对发酵液乳化柴油效果的评价Fig.5 Effects of different activator on fermented liquid emulsified diesel evaluation

考察激活后发酵液的乳化性能，结果如图5所示。由图5可以看出，在使用不同激活剂作为营养条件下，3种水样的发酵液对柴油产生不同的乳化效果。对于X140，4号激活剂具有最佳的乳化效果，乳化指数达到90%。而对于P8和注入水，在2号激活剂条件下，发酵液对柴油的乳化指数达到100%。这一实验结果与图2和图3内源激活后菌群密度的实验结果一致，即菌密度越高，其发酵液的乳化指数越高。这是由于被激活的内源微生物包括大量的乳化功能菌(图3(b))，因此对应的发酵液对柴油的乳化效果最好。

2.2.3 微生物产气量分析

在加入激活剂后的激活过程中，内源微生物会代谢生产气体，如CH4和CO2，通过检测气体的产生量，能反映出激活剂的激活效果。检测激活后厌氧瓶上部空间压力，表征微生物气产量，结果见图6。由图6可知，激活剂对微生物产气量的影响较大。其中，在2号激活剂厌氧瓶内，微生物产生的气体量最大，压力达到0.088 MPa，通过计算得出最大产气速率达到0.2 L/(g·d)。相对而言，其他激活剂条件下，产生的气体量明显低。微生物产气能补充地层能量，稀释原油黏度，降低原油与驱替剂的流度比，改善油藏原油的流动性，这是微生物驱提高采收率的重要机理之一。

2.3 内源驱油体系物模驱油效率评价

模拟实验区块油藏条件，开展内源微生物驱室内物模实验，考察内源驱油体系的驱油效果，结果如表1所示。由表1可知：注入激活剂提高采收率值在8.3%～10.7%之间，明显高于空白组实验结果，驱油效果良好。驱替过程，注入激活剂的岩心产出液中含水率下降显著，由95.1%下降到81.4%，且产出液中原油存在明显乳化现象。以上结果说明，注入激活剂能有效激活内源微生物，并通过微生物作用降低原油黏度，改善原油与驱替流体的流度比，从而提高采收率。

图6 内源菌激活后生物气产量评价Fig.6 Endogenous bacteria biogas production evaluation after activation

表1 物理模拟驱油实验结果

3 结论

虽然东辛永8区块油藏内源微生物原始菌密度不高，但被激活后菌密度能够达到108个/mL，而且具备了产生物表活剂、产甲烷气等几种主要的功能菌群。激活后具有较好的乳化和产生物气作用，并通过其协同作用提高驱油效率，物模驱油效率评价平均提高采收率9%以上，表现出良好的应用潜力。

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(责任编辑 荀志金)

Simulation of microbial flooding in high temperature and high salinity reservoir

DUAN Chuanhui,LIN Junzhang,DING Mingshan,LIU Tao,SONG Xin

(Research Institute of Petroleum Engineering and Technology,Shengli Oilfield Company,Sinopec,Dongying 257000,China)

At present,conventional technology of chemical flooding is difficult to improve oil recovery in Yong 8 block of Shengli Oilfield because of the high viscosity of the crude oil,high temperature and high salinity of the reservoir condition.Potential application of the endogenous microbial flooding technology was thus studied.Structural analysis indicated that various functional bacteria,e.g.,emulsifier production microbes and methanogen were detected.Several nutritional formulas were then used to activate the bacteria and an optimum one was obtained.The effective concentration of the bacteria in the cultured brothreached 108cfu/mL and the pressure in the culture bottle reached to 0.088 MPa with an average gas production rate of 0.2 L per gram per day.The activated bacteria broth showed good emulsifying ability,which could emulsify diesel completely and steadily.Core flooding tests showed that the improved oil recovery reached to 9% after 0.3 PV(pore volume) of the activator was injected,and the water cut decreased from 95.1% to 81.4%.The technology of the endogenous microbial flooding might find its application in the test block.

high temperature and high salinity reservoir;endogenous microbial flooding;activator;emulsion;enhanced oil recovery

10.3969/j.issn.1672-3678.2017.03.011

2016-12-05

国家高技术研究发展计划(863计划)(2013AA064401)

段传慧(1979—)，女，山东东营人，工程师，研究方向：微生物采油，E-mail:duanchuanhui.slyt@sinopec.com；林军章(联系人)，高级工程师，E-mail:linjunzhang.slyt@sinopec.com

TE327

A

1672-3678(2017)03-0069-05