CN101988380B - 一种构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种微生物采油技术，特别涉及一种适用于水驱油藏中后期的构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法，其技术方案是本发明提供的构建油藏驱油微生物群落的方法包括以下步骤，但不限于以下步骤：a.对目标油藏进行现场取样分析；b.根据现场取样测试结果确定初步构建方案；c.应用混合培养实验优化构建方案；本发明的有益效果是：(1)针对具体油藏，对油藏微生物生态进行针对性评估，找出代谢环节缺失部分，油藏适应性好；(2)可操作性强。有针对性地调整微生物群落向着目标结构演变，提高了微生物提高采收率现场实施的针对性和有效性。

Description

一种构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法
一、技术领域：
本发明涉及一种微生物采油技术，特别涉及一种适用于水驱油藏中后期的构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法。
二、背景技术：
微生物提高原油采收率(Microbial Enhanced Oil Recovery，MEOR)技术是指利用微生物和/或其代谢产物提高原油产量和采收率的技术，与其它三次采油技术相比，MEOR技术具有适用油藏范围广、施工工艺简单、经济效益良好、无二次污染等特点，越来越受到人们的重视。目前已形成的微生物提高原油采收率工艺技术主要分为外源微生物驱油技术和内源微生物驱油技术。
外源微生物驱油技术主要是向油藏中注入外源菌及其营养液，使外源微生物在油藏中生长代谢，利用其细胞及代谢产生的有机酸、生物表面活性剂、生物聚合物或生物气等与油藏岩石、流体相互作用，提高原油采收率。内源微生物驱油技术则仅向油藏中注入营养剂(激活剂)，不添加外源微生物，利用油藏中已存在的内源微生物群落及代谢作用达到提高原油采收率的目的。
现有的微生物提高原油采收率技术在内外源选择上依据不充分，目前还没有形成统一标准。绝大部分现场实施的微生物提高采收率工艺都是通过注水井注入经筛选的激活剂和/或功能微生物菌种，以期提高油藏的微生物数量和活性。由于对油藏微生物缺乏系统充分的认识，菌种筛选具有较大的盲目性，一般是在油藏的物化条件下，筛选具有某些代谢功能(产有机酸、生物表活剂、生物聚合物或生物气等)的菌种，经扩大培养后注入油藏，外源菌与油藏內源菌的兼容互补性考虑不足，致使油藏内的微生物群落长时间处于不稳定状态，不能充分发挥微生物驱油的优势，难以达到稳定提高采收率的目的。
根据文献报道，油藏微生物群落中，最主要的生理类群为厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群等，它们构成了油藏主要的厌氧微生物生态系统。对于某一具体油藏，由于地层条件的差异导致上述微生物类群的一类或几类菌群缺失或生长受到抑制，造成油藏菌群失调，使其驱油功能的发挥受到限制。
三、发明内容：
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法，根据油藏微生物生态系统要求，针对性的调整或构建油藏微生物生态，形成顺畅稳定的微生物代谢链，提高微生物提高采收率现场实施的效果。
本发明提供的构建油藏驱油微生物群落的方法包括以下步骤，但不限于以下步骤：
①对目标油藏进行现场取样分析；
②根据现场取样测试结果确定构建方案；
③应用混合培养实验优化构建方案。
所述的对目标油藏进行现场取样分析，包括对油藏样品进行内源微生物群落分析和地层水的理化性质分析，确定厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群、产甲烷菌群的数量，获得地层水中氮元素和磷元素含量；
所述的根据现场取样测试结果确定构建方案是根据上述四类菌群的数量与地层水中氮元素和磷元素含量确定添加的微生物类群和/或营养物；之后以地层水、原油及其內源微生物为对象建立混合培养体系，添加上述菌群和/或营养物，在油藏温度和压力下密闭培养，分别在第15天和第30天检测培养体系中的各菌群的数量，乙酸、氢气、二氧化碳和甲烷的含量及产甲烷速率；根据两个检测点的测试结果，最终确定驱油微生物群落的构建方案。
上述的对目标油藏进行现场取样分析包括如下详细步骤：
①选择容量合适的带密封胶塞和螺旋盖的取样器，用蒸馏水清洗干净后控干水分，高压蒸汽(121℃)灭菌20分钟～30分钟，备用；
②油水井取样范围包括试验区注水井注入水和油井采出水，注入水每次取样量1L～1.5L，采出水每次取样量1.5L～3.0L；
③在采集样品前先排放5L～10L注入水或产出液，用无菌氮气充分置换出空取样器中的空气后接取油水样品，使样品充满取样器；
④取样后4小时之内启动检测，在12小时内完成以下全部检测内容：样品中厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群的数量，地层水中氮元素和磷元素的含量。
上述的根据现场取样的测试结果确定的初步构建方案包括如下详细步骤：
①地层水中总氮浓度小于200mg/L时，添加NH4Cl至总氮浓度为200mg/L；地层水中总磷浓度小于25mg/L时，添加KH2PO4至总磷浓度为25mg/L；
②地层水中厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群均存在时，添加0.1g/L～3g/L的糖类，包括但不限于葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖和甘露糖；
③地层水中的厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群之任一类群的数量小于1.0×102个/mL时，添加该类群至1.0×102个/mL，这四类菌群都是根据具体油藏条件从菌种保藏机构或从相关环境中筛选获得的，能够适应地层温度和地层水矿化度等条件。
其中，地层水、原油及其內源微生物为对象建立混合培养体系，添加上述菌群或代谢底物，在油藏温度和压力下密闭培养，确定的优化构建方案包括如下详细步骤：
①根据培养15天的检测结果，
a.氢气/二氧化碳体积比在3～5时，不添加菌群；氢气/二氧化碳体积比＞5时，添加产氢产乙酸菌，添加量为103-105个/mL；氢气/二氧化碳体积比＜3时，添加厌氧发酵菌，添加量为103-105个/mL；
b.乙酸含量高于200mg/L时，不添加菌群；乙酸含量低于200mg/L时，添加同型产乙酸菌，添加量为103-105个/mL；
②根据培养30天的检测结果，
a.乙酸含量低于200mg/L时，不添加菌群；乙酸含量高于200mg/L，添加产甲烷菌，添加量为103-105个/mL；
b.产甲烷速率高于5μM/g.d，不添加菌群和营养物；产甲烷速率低于5μM/g.d，添加糖类，包括但不限于葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖和甘露糖，添加量为3g/L-5g/L。
本发明的有益效果是：(1)针对具体油藏，对油藏微生物生态进行针对性评估，找出代谢环节缺失部分，油藏适应性好；(2)可操作性强。有针对性地调整微生物群落向着目标结构演变，提高了微生物提高采收率现场实施的针对性和有效性。
四、具体实施方式：
本发明的构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法，包括如下内容：
选择一个目标油藏，对该油藏构建驱油微生物群落具体进行以下步骤。
(一)现场取样分析
选择容量合适的带密封胶塞和螺旋盖的取样器，用蒸馏水清洗干净，控干水分，高压蒸汽(121℃)灭菌后备用。
油水井取样范围包括试验区注水井注入水和油井采出水，注入水每次取样量1L～1.5L，采出水每次取样量1.5L～3.0L；在采集样品前先排放5L～10L产出液，用无菌氮气充分置换空取样器中的空气后接取油水样品，使油水样充满取样器；取样后4小时之内启动检测，在12小时内完成以下全部检测内容：
样品中厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群的数量以及地层水中总氮和总磷含量。
1、构建驱油微生物群落
(1)根据现场取样测试结果，对照以下可能出现情况确定油藏微生物构建初步方案，具体如下：
①根据地层水中总氮和总磷浓度，若总氮浓度小于200mg/L，则添加NH4Cl至总氮浓度为200mg/L；若总磷浓度小于25mg/L时，则添加KH2PO4至总磷浓度为25mg/L；
②地层水中厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群均存在时，向混合培养体系中添加0.1g/L～3g/L的糖类，包括但不限于葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖和甘露糖；
③地层水中的厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群之任一类群的数量小于1.0×102个/mL时，添加该类群至1.0×102个/mL，这四类菌群都是根据具体油藏条件从菌种保藏机构或从相关环境中筛选获得的，能够适应地层温度和地层水矿化度等条件。
2、以地层水、原油及其內源微生物为对象建立混合培养体系，添加上述菌群和/或营养物，在油藏温度和压力下密闭培养，确定优化构建方案：
①根据培养15天的检测结果，
a.氢气/二氧化碳体积比在3～5时，不添加菌群；氢气/二氧化碳体积比＞5时，添加产氢产乙酸菌，添加量为103-105个/mL；氢气/二氧化碳体积比＜3时，添加厌氧发酵菌，添加量为103-105个/mL；
b.乙酸含量高于200mg/L时，不添加菌群；乙酸含量低于200mg/L时，添加同型产乙酸菌，添加量为103-105个/mL；
②根据培养30天的检测结果，
a.乙酸含量低于200mg/L时，不添加菌群；乙酸含量高于200mg/L，添加产甲烷菌，添加量为103-105个/mL；
b.产甲烷速率高于5μM/g.d，不添加菌群和营养物；产甲烷速率低于5μM/g.d，添加糖类，糖类包括但不限于葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖和甘露糖，添加量为3g/L-5g/L。
利用上述方法和步骤，获得针对某一具体油藏的驱油微生物群落构建方案。具体参考如下所述：
(一)现场取样及检测
油藏驱油微生物群落构建的目标油藏为胜利油田某采油厂某区块，现场取样测试结果如下表1：
表1某区块现场取样测试结果(注入水和采出水平均值)
  检测项目   含量
  厌氧发酵菌，个/mL   1.5×102
  同型产乙酸菌，个/mL   1.0×102
  产氢产乙酸菌，个/mL   0
  产甲烷菌，个/mL   45
  总氮，mg/L   12.4
  总磷，mg/L   8.7
  乙酸，mg/L   45.2
(二)构建驱油微生物群落
1、初步构建方案
从现场检测结果看，该区块地层水中氮源和磷源较为缺乏，油藏微生物含量较低，缺失产氢产乙酸菌群，根据构建方案，需要添加1.0×102个/mL的产氢产乙酸菌和75个/mL产甲烷菌，同时补充716.9mg/L的NH4Cl和71.5mg/L的KH2PO4。
2、优化构建方案
以地层水、原油及其內源微生物为对象建立混合培养体系，向体系中添加1.0×102个/mL的产氢产乙酸菌和75个/mL产甲烷菌，716.9mg/L的NH4Cl和71.5mg/L的KH2PO4，在油藏温度(54℃)和压力(9.5Mpa)下培养，分别在培养15天和30天时检测混合培养体系中的厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群、产甲烷菌群、乙酸、氢气、二氧化碳和甲烷的含量，检测结果见表4：
表4混合培养检测结果
从表4看出，在15天检测到四类菌群数量和乙酸含量均有大幅度增加，同时产生的氢气/二氧化碳体积比在3～5之间，在30天的培养监测中，产甲烷速率达到7μM/g.d，群落构成较为稳定，不需要进一步优化构建方案。因此该区块构建驱油微生物群落的方案为添加产氢产乙酸菌，添加量为1.0×102个/mL；添加产甲烷菌，添加量为75个/mL；添加716.9mg/L的NH4Cl和71.5mg/L的KH2PO4。
(三)物理模拟驱油实验
利用物理模拟实验手段评价该构建方案的驱油效率。实验步骤为岩心抽真空，饱和地层水，饱和原油，一次水驱至含水98％，注入1.0×102个/mL的产氢产乙酸菌，75个/mL的产甲烷菌，716.9mg/L的NH4Cl和71.5mg/L的KH2PO4，油藏温度(54℃)培养30天，二次水驱至含水98％，计算微生物驱油效率。
通过上述步骤，计算出该区块的微生物驱油效率可达9％。

Claims (4)

1.一种构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法，其特征是包括以下步骤：
① 对目标油藏进行现场取样分析； 
② 根据现场取样测试结果确定构建方案；
③ 应用混合培养实验优化构建方案；
所述的对目标油藏进行现场取样分析，包括对油藏样品进行内源微生物群落分析和地层水的理化性质分析，确定厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群、产甲烷菌群的数量，获得地层水中氮元素和磷元素含量；
所述的根据现场取样测试结果确定构建方案是根据上述四类菌群的数量与地层水中氮元素和磷元素含量确定添加的微生物类群和/或营养物；所述的应用混合培养实验优化构建方案是指以地层水、原油及其內源微生物为对象建立混合培养体系，添加上述菌群和/或营养物，在油藏温度和压力下密闭培养，分别在第15天和第30天检测培养体系中的各菌群的数量，乙酸、氢气、二氧化碳和甲烷的含量及产甲烷速率；根据两个检测点的测试结果，最终确定驱油微生物群落的构建方案。
2.根据权利要求1所述的构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法，其特征是：所述的步骤①中对目标油藏进行现场取样分析包括如下详细步骤：
① 选择容量合适的带密封胶塞和螺旋盖的取样器，用蒸馏水清洗干净后控干水分，高压蒸汽，温度为121℃，灭菌20分钟~30分钟，备用；
② 油水井取样范围包括试验区注水井注入水和油井采出水，注入水每次取样量1L～1.5L，采出水每次取样量1.5L～3.0L；
③ 在采集样品前先排放5L～10L注入水或产出液，用无菌氮气充分置换出空取样器中的空气后接取油水样品，使样品充满取样器；
④ 取样后4小时之内启动检测，在12小时内完成以下全部检测内容：样品中厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群的数量，地层水中氮元素和磷元素的含量。
3.根据权利要求1所述的构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法，其特征是：所述的步骤②中根据现场取样的测试结果确定的构建方案包括如下详细步骤：
① 地层水中总氮浓度小于200mg/L时，添加NH4Cl至总氮浓度为200mg/L；地层水中总磷浓度小于25mg/L时，添加KH2PO4至总磷浓度为25 mg/L； 
② 地层水中厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群均存在时，添加0.1g/L~3g/L的糖类，包括但不限于葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖和甘露糖；
③ 地层水中的厌氧发酵菌群、产氢产乙酸菌群、同型产乙酸菌群和产甲烷菌群之任一类群的数量小于1.0×102个/mL时，添加该类群至1.0×102个/mL，这四类菌群都是根据具体油藏条件从菌种保藏机构或从相关环境中筛选获得的，能够适应地层温度和地层水矿化度条件。
4.根据权利要求1所述的构建油藏驱油微生物群落提高原油采收率的方法，其特征是：以地层水、原油及其內源微生物为对象建立混合培养体系，添加上述菌群，在油藏温度和压力下密闭培养，确定的优化构建方案包括如下详细步骤：
① 根据培养15天的检测结果，
a. 氢气/二氧化碳体积比在3~5时，不添加菌群；氢气/二氧化碳体积比＞5时，添加产氢产乙酸菌，添加量为103-105个/mL；氢气/二氧化碳体积比＜3时，添加厌氧发酵菌，添加量为103-105个/mL； 
b. 乙酸含量高于200mg/L时，不添加菌群；乙酸含量低于200mg/L时，添加同型产乙酸菌，添加量为103-105个/mL； 
② 根据培养30天的检测结果，
a. 乙酸含量低于200mg/L时，不添加菌群；乙酸含量高于200mg/L，添加产甲烷菌，添加量为103-105个/mL；
b. 产甲烷速率高于5μM/g.d，不添加菌群和营养物；产甲烷速率低于5μM/g.d，添加糖类，包括但不限于葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖和甘露糖，添加量为3 g/L-5 g/L。
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