CN102435720A - 油藏内源微生物高效激活剂筛选方法 - Google Patents

Abstract

一种油藏内源微生物高效激活剂筛选方法，适用于长期注水开发后的油藏及区块。首先对目标油藏内源微生物类群与数量和产出液水相无机盐离子组成进行检测分析，明确油藏内源微生物类群组成和营养需求特征；根据检测分析结果结合激活剂来源、价格、运输和储藏，确定激活剂筛选原则；根据营养需求特征和激活剂筛选原则，进行激活剂种类筛选；根据激活剂组分含量对油水样pH、激活周期和应用成本的影响、与油藏产出液水相配伍性、固水不溶物含量与腐蚀性，对激活剂进行初步定量；最后，采用单因素实验、正交实验和响应面实验对激活剂组分及含量进行优化。此方法的建立，有助于快速高效的筛选到适合特定油藏区块的高效激活剂组分。

Description

油藏内源微生物高效激活剂筛选方法

技术领域

本发明涉及油藏内源微生物高效激活剂的筛选方法，属于微生物生物技术和资源环境生物技术领域。

背景技术

油藏内源微生物群落是油田注水开发过程中随注入水进入油藏，并在一定时期内在数量和种类上保持相对稳定的微生物群落，这些微生物代谢类型多、变异性大，参与油藏中物质和能量的循环，在地球生态系统中占有重要位置。按代谢类型划分，油藏内源微生物主要包括烃氧化菌、腐生菌、厌氧发酵菌、硝酸盐还原菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等，这些微生物有的对提高原油采收率有益，而有的则有害。与外源微生物采油技术相比，油藏内源微生物采油技术不需要向地层中注入微生物，只需向油藏储层注入营养剂，并注入一定量的空气直接激活地层中的微生物，现场不需要添加大型地面设备，投入更低，效益显著，因而具有更为广阔的应用前景。

激活剂亦即油藏内源微生物生长繁殖所缺乏的营养物质，这类营养物质主要包括碳源、氮源、磷源和生长因子。目前，许多国家针对特定油藏筛选出多种激活剂，组分主要包含小分子碳源、氮源、磷源、生长因子和硫酸盐还原菌抑制因子。这些激活剂组分的加入为油藏内部微生物生长繁殖提供了可利用的营养物质，成功激活了油藏内源微生物，并且通过这些微生物本身及其代谢产物作用于油藏储层，提高了原油采收率。但是，由于不同油藏环境中内源微生物类群数量、群落结构组成、营养需求特征、油藏储层特征和开发特征不同，致使不同油藏激活剂组分的种类和用量不同。而目前国内外激活剂的筛选具有较大的随机性，缺乏系统科学的的筛选流程，不能够针对特定油藏区块进行高效激活剂组分的快速筛选。因此，如何快速筛选出适合特定油藏的高效激活剂组分，是实施激活油藏内源微生物提高原油采收率的关键环节，也是本发明所要解决的技术难题。

发明内容

本发明目的是解决如何快速筛选出适合特定油藏的高效激活剂组分，提供一种油藏内源微生物高效激活剂筛选方法。

本发明根据油藏内源微生物类群与数量和油藏产出液水相无机盐离子组成、激活剂组分来源、价格、运输和储藏，建立了包括激活剂组分筛选原则、激活剂组分筛选、激活剂组分初步定量和激活剂组分优化等方面内容的油藏内源微生物高效激活剂筛选方法。

本发明提供的油藏内源微生物高效激活剂的筛选方法包括如下步骤：

(1)对目标油藏取样、检测和分析，检测指标包括油藏内源微生物类群数量与数量和油藏产出液水相无机盐离子组成；

(2)根据检测分析结果明确油藏内源微生物类群与数量和营养需求特征；

(3)根据油藏产出液水相无机盐离子组成、微生物营养需求特征、激活剂组分来源、价格、运输和储藏，确定激活剂组分筛选原则；

(4)根据步骤(2)确定的微生物营养需求特征和步骤(3)确定的激活剂组分筛选原则，进行激活剂组分种类筛选；

(5)根据激活剂组分含量对水样pH、激活周期和应用成本的影响、激活剂无机盐组分与油藏产出液水相的配伍性和激活剂固水不溶物含量与腐蚀性，对步骤(4)确定的激活剂组分进行初步定量；

(6)最后，采用单因素实验、正交实验和响应面实验对步骤(5)确定的激活剂组分及含量进行优化。

上述筛选方法中，所述步骤(1)中，油藏内源微生物类群是指油藏环境中存在的烃氧化菌、腐生菌、厌氧发酵菌、硝酸盐还原菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌。

上述筛选方法中，油藏内源微生物类群数量的测定采用细菌测试瓶，参照SY/T0532-93油田注入水细菌分析方法绝迹稀释法进行。

所述步骤(1)中，油藏内源微生物群落结构是指这些微生物类群的种属组成和比例关系。油藏内源微生物群落结构检测，采用PCR-DGGE的方法进行。

所述步骤(1)中，油藏产出液水相无机盐离子组成包括：硝酸根、磷酸根、硫酸根、醋酸根、氯离子、钠、钾、钙、镁、锰和微量元素。

油藏产出液水相无机盐离子组成测定采用离子色谱和电感耦合等离子体发射光谱技术，参照JY/T 015-1996电感耦合等离子体发射光谱法通则和HJ/T 84-2001水质无机阴离子的测定离子色谱法进行。

所述步骤(2)中，油藏内源微生物营养需求是指任何制约油藏内源微生物生长繁殖的营养物质。

所述步骤(3)中，激活剂是指调控油藏内源微生物生长繁殖的营养物质；激活剂筛选原则包括：

所选激活剂组分必须含有油藏中缺少的油藏内源微生物生长所需的营养物质；优先选择无机盐营养体系；优先选择具有缓冲作用和复合作用的的无机盐营养体系；高温、高盐极端环境下，根据油藏产出液水相K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺的含量多少选择性加入K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺金属离子以促进微生物相关酶活性的激发；从能量的角度出发，激活体系的选择还需要考虑特殊电子供体和电子受体，尤其是进行无氧呼吸的厌氧微生物电子受体的选择和补充；不含铁盐、亚铁盐和硫酸盐；与注入水和储层兼容；激活周期短；来源广泛，价格低廉，便于运输、储存和使用不受季节影响小。

所述步骤(4)中，筛选的激活剂组分包括油藏内源微生物生长繁殖所需的碳源、氮源、磷源、硫酸盐还原菌抑制因子和生长因子；激活剂组分种类筛选步骤具体包括：

(1)根据油藏产出液水相无机盐离子组成测定结果、微生物营养需求特征和激活剂组分筛选原则，首先进行无机营养盐的筛选。

(2)根据硫酸盐还原菌生物防治原理，加入硝酸盐或亚硝酸盐，刺激硝酸盐还原菌的生长，利用生物竞争淘汰的方法，实现对硫酸盐还原菌的生长抑制。

(3)若无机营养体系不能够有效激活油藏内源微生物或者加入有机营养物质能够显著改善激活效果，此时加入外部有机营养。

所述步骤(5)中，激活剂组分初步定量的具体步骤包括：

(1)根据油藏产出液水相二价金属离子种类及含量，调整激活剂组分磷酸盐的种类及含量，防止生成沉淀；

(2)根据激活剂组分固水不溶物含量与腐蚀性，设置激活剂用量；

(3)根据激活剂组分水溶液pH对油藏产出液水相pH的影响，确定激活剂组分配比与含量；

(4)根据激活剂组分含量对激活周期和应用成本的影响，调整激活剂浓度。

所述步骤(5)中，激活剂无机盐组分与地层水的配伍性是指所筛选无机盐组分不与地层水中的二价金属离子发生化学反应形成沉淀。激活剂无机盐组分与地层水的配伍性的测定方法参照GB 13200-91《水质浊度的测定》进行。

所述步骤(5)中，激活剂组分固水不溶物是指激活剂组分不溶于水溶液中的那部分物质；激活剂组分水溶液腐蚀性以腐蚀率表示，根据实验前后试片的损失量计算平均腐蚀率；激活剂固水不容物含量与腐蚀性的测定参照SY/T 5329-9碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法进行。

所述步骤(6)中，激活剂组分及含量优化方法的具体步骤包括：

(1)在筛选得到的激活剂组分及含量基础上，采用单因素实验分别改变碳源、磷源和硫酸盐还原菌抑制因子的种类，筛选出最佳碳源、氮磷源和硫酸盐还原菌抑制因子，然后分别对各因素的加入量进行梯度实验，找出激活剂中各组分的最佳用量；

(2)在单因素实验基础上，确定各因素的水平数，进行正交实验，对实验结果进行极差和方差分析，确定最优或较优因素水平的最佳组合；

(3)根据单因素实验和正交实验结果，进行爬坡实验找出逼近最大目标效应区域时各因素的量。借助SAS软件采用二次回归的旋转中心组合设计，参照最陡爬坡实验结果对激活剂组分进行进一步优化。

上述筛选方法中，油藏内源微生物高效激活剂筛选流程图见附图1。

本发明的优点和积极效果：

本发明提供的油藏内源微生物高效激活剂筛选方法，能够高效快速的进行特定油藏区块油藏内源微生物激活剂的筛选，解决了以往激活剂筛选具有随机性和标准化筛选方法缺失的问题，为激活油藏内源微生物采油技术的实施奠定了坚实基础。

附图说明

图1是油藏内源微生物高效激活剂筛选流程图；

图2是激活剂组分含量对油藏水样pH的影响；

图3是不同磷源对水样激活效果的单因素优化；(a)磷源对激活效果的影响(b)最佳磷源含量优化；

图4是硫酸盐还原菌抑制因子对水样激活效果的单因素优化；(a)硫酸盐还原菌抑制因子对激活效果的影响(b)硫酸盐还原菌抑制因子最佳含量优化；

图5是不同碳源对水样激活效果的单因素优化；(a)碳源对激活效果的影响(b)最佳碳源含量优化；

图6是激活剂体系优化的响应面二维等高线图；(a)玉米浆干粉和(NH₄)₂HPO₄对激活效果影响的二维曲线图(b)(NH₄)₂HPO₃和NaNO₃对激活效果影响的二维曲线图(c)玉米浆干粉和NaNO₃对激活效果影响的二维曲线图。

具体实施方式

下面以胜利油田A块井高温稠油油藏和新疆克拉玛依油田B块井低温稠油油藏内源微生物高效激活剂筛选为例，对本发明进行详细说明。激活剂筛选流程图见附图1。

实施例1油藏产出液水相无机盐离子组成测定与分析

参照JY/T 015-1996电感耦合等离子体发射光谱法通则和HJ/T 84-2001水质无机阴离子的测定离子色谱法，采用离子色谱和电感耦合等离子体发射光谱技术对该区块油藏产出液水相无机盐离子组成进行测定，测定结果见表1。

测定结果表明，沾3-N12注入水总矿化度为8909.24mg·l^-1，沾3-X24产出液水相总矿化度为8524.978mg·l^-1，均在微生物最佳生长作用范围内，不会对微生物的生长造成不利影响。各井氮、磷营养元素都极度缺乏，不能满足微生物的生长需求，因此，需要补充氮、磷营养盐，以实现微生物生长的营养平衡。钠、钾、钙、镁等无机盐离子含量比较充足，不需要再向油藏补充这类无机盐，以免对水样离子强度产生影响，不利于微生物的生长。根据俄罗斯科学院提出的本源微生物驱油藏筛选标准，注入水和生产井产出液SO₄ ^2-含量均处于适用范围(＜100mg·l^-1)，但超出了最佳范围(＜5mg·l^-1)，需要加入硫酸盐还原菌抑制因子(如硝酸盐和亚硝酸盐)，激活硝酸盐还原菌，实现对硫酸盐还原菌的竞争性抑制。

表1A块井注入水及产出液离子组成

ND，no detected

实施例2油藏内源微生物类群与数量检测与分析

参照标准SY/T0532-93《油田注入水细菌分析方法绝迹稀释法》，对A块井油藏内源微生物类群数量进行检测和分析，结果见表2。

测定结果表明，A块井烃氧化菌、硝酸盐还原菌和产甲烷菌浓度较低，是进行激活的目标菌群；硫酸盐还原菌浓度较高达10²cells·ml^-1，反映了油田注水系统及油藏内部环境中存在大量硫酸盐还原菌，需要进行消除或抑制其进一步生长。烃氧化菌能够以石油烃为唯一碳源进行生长，代谢产生表面活性剂和乳化活性物质；腐生菌和发酵菌能够将大分子有机营养物质(糖、蛋白质、脂肪等)转化为小分子脂肪酸、醇和气体；硝酸盐还原菌以NO₃ ^-、NO₂ ^-作为电子受体，硫酸盐还原菌以SO₄ ^2-为电子受体，由于硝酸盐还原菌生态位高于硫酸盐还原菌，硝酸盐还原菌的生长能够竞争性抑制硫酸盐还原菌生长；产甲烷菌能够代谢甲基盐、乙酸盐和CO₂产甲烷。因此，通过激活剂组分的筛选和组合能够实现有效调控这些微生物的生长繁殖，实现油藏内源微生物的选择性激活。

表2A块井内源微生物激活前数量分布

ND，no detected

实施例3无机营养盐的筛选

常见无机氮、磷营养盐主要有硝酸钾、硝酸钠、硝酸铵、尿素、氯化铵、硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵和多聚磷酸钠等。其中硝酸铵、氯化铵、硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠和磷酸氢二铵和多聚磷酸钠水溶液显碱性，pH值在8-9之间；磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵水溶液显酸性，pH值在4-5之间。根据特定油藏储层地层水的酸碱度和各种营养盐的理化特性、价格和单位质量中有效成分含量(见表3)，兼顾简化配方和降低成本的原则，选择合适的营养盐。由于磷酸氢盐易与地层水中二价金属离子形成沉淀，以致不能随注入水进入地层深部，因此使用磷酸氢盐时，应根据油藏产出液水相中二价金属盐离子的含量，调整磷酸氢盐的用量，或者结合酸性有机营养物质一同使用，防止沉淀的形成，降低磷酸氢盐的损失。

由于胜利油田A块井地层水pH为6.5，Ca²⁺含量超过200mg/L，因此，按照兼顾简化配方和降低成本的原则，选择(NH₄)₂HPO₄或者配合酸性有机营养物质一同使用，既节约了成本又可以改善油藏微生物的生存环境。

表3常见的无机氮磷盐

实施例4硫酸盐还原菌抑制因子筛选

生物法防治硫酸盐还原菌主要是通过向油田管道系统中投加硝酸盐、亚硝酸盐和控制硫酸盐还原菌电子受体硫酸根含量，达到刺激硝酸盐还原菌生长，利用生物竞争淘汰的方法，提高反硝化作用的生态位，降低硫酸盐还原作用生态位，使硫酸盐还原作用降至最低水平。鉴于硝酸钾属于危险品，这里我们选择硝酸钠作为A块井硫酸盐还原菌抑制因子。

实施例5外加有机营养筛选

在无机营养盐体系不能够有效激活油藏内源微生物或者加入少量有机营养物质能够显著改善激活效果的情况下，可以适量加入外部有机营养，缩短激活周期，改善激活效果。

天然有机营养物质如玉米浆、糖蜜、乳清蛋白等营养丰富，能够为多种微生物的生长繁殖提供充足的碳源、氮源、生长因子和部分无机盐等营养(见表4)。其中玉米浆、糖蜜和乳清蛋白等都出现了粉剂制品，减少了运输、储藏和冬季流动性降低影响配料等问题；同时，这些天然营养物质价格较低，易于获得，适于进行大规模工业生产应用，符合油藏微生物激活体系筛选要求。另外，玉米浆和糖蜜呈酸性，可以与磷酸氢盐复合使用，一方面可以避免磷酸氢盐与二价金属离子形成不溶性沉淀，同时为微生物的生长繁殖提供合适的pH及充足的营养。

表4常见工业级有机激活剂营养

实施例6激活剂组分含量对油藏水样pH的影响

油藏储层地层水酸碱性决定着激活剂体系所选营养物质需要具有缓冲酸碱的能力，从而为油藏微生物的生长繁殖提供一个良好的酸碱环境。油藏储层地层水pH测定结果表明，A块井油藏储层地层水pH为6.5。附图2反映了0.2％(m/V，激活剂质量/水样体积)玉米浆干粉或糖蜜干粉固定情况下，不同磷酸氢二铵和磷酸二氢铵含量对A块井油藏储层地层水pH的影响，可以看出，激活体系组分配比对水样pH影响较大。

实施例7激活剂组分含量对激活效果的影响

表5数据表明，将激活剂进行倍比稀释的情况下，油水样中的微生物依旧能够被激活。这些实验数据为调整激活剂浓度，保证激活效果的前提下降低应用成本提供了数据支持。

表5激活体系倍比稀释后对A块井油藏水样激活效果的影响

实施例8无机盐组分与油藏储层地层水的配伍性

部分磷营养盐(如磷酸氢盐)易与油藏储层地层水中的二价金属盐离子(如Ca²⁺)形成沉淀，一方面造成了储层的非选择性堵塞，另一方面加大了微生物所需磷营养盐的损失，不利于激活体系在油田矿场实施。因此，激活体系筛选过程中应充分考虑无机盐组分含量与地层水配伍性的关系，合理调整激活体系，使不利因素降至最低水平。如果选择磷酸氢盐作为磷源，此时需要考虑磷酸氢盐的用量或者加入一种酸性激活剂组分，防止生成沉淀。

胜利油田A块井油藏储层地层水pH为6.5，Ca²⁺含量超过200mg/L，为防止沉淀生成和调整油藏储层地层水pH至中性，这里选择磷酸氢二铵或者配合酸性有机营养物质一同使用。

实施例9激活剂固水不溶物含量与腐蚀性

激活体系固水不溶物含量与腐蚀性的测定参照标准SY/T 5329-94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法进行。当激活体系为玉米浆干粉1％、磷酸氢二铵1％和硝酸钠1％时，固水不溶物含量10mg/l；试片腐蚀试验表明，该体系的平均腐蚀率较低。

至此，初步确定四组适合A块井内源微生物激活的激活剂种类和含量(m/V，激活剂组分质量/水样体积)：(1)玉米浆干粉0.4％、磷酸氢二铵0.3％和硝酸钠0.2％；(2)糖蜜干粉0.4％、磷酸氢二铵0.3％和硝酸钠0.2％；(3)蔗糖0.4％、磷酸氢二铵0.3％和硝酸钠0.2％；(4)磷酸氢二铵0.3％和硝酸钠0.2％。

实施例10最佳氮磷源的验证及加入量优化

在基础激活体系配方基础上，利用不同种类磷源进行激活实验，结果(见附图3a)表明：以NaH₂PO₄、KH₂PO₄、NH₄H₂PO₄为磷源时均不能够有效激活水样中微生物，原因是此三种磷酸盐水溶液均显酸性，致使原本偏酸性的地层水环境更不利于微生物生长；以Na₂HPO₄、K₂HPO₄、(NH₄)₂HPO₄为磷源时均能够很好的激活水样中微生物，原因是此三种磷酸盐水溶液均显碱性，一定程度上中和了水样pH，致使水样环境接近中性，适合微生物生长，其中(NH₄)₂HPO₄效果最好。由于Na₂HPO₄和K₂HPO₄均以结晶水的形式存在，降低了单位质量中磷的含量，同时给运输和储存带来了不便，因此选择磷酸氢二铵做为激活体系的磷源，同时也为激活水样微生物提供了无机氮源。

磷源加入量优化结果(见附图3b)表明，随(NH₄)₂HPO₄加入量的增加，总菌浓变化不大；激活水样吸光度呈现先升高后降低的趋势，因此0.3％的质量浓度为最佳磷源用量。

实施例11最佳硫酸盐还原菌抑制因子的验证与加入量优化

根据微生物不同氧化还原电位生长竞争性抑制原理，向地层导入低浓度的硝酸盐或亚硝酸盐成分，使得硝酸盐还原菌群迅速增生扩散，在与硫酸盐还原菌竞争生存空间和基质时，硝酸盐还原菌优先生长，进而使硫酸盐还原菌的生长繁殖受到抑制。如附图4a所示，在兼性厌氧激活过程中，硝酸铵效果稍差，硝酸钾的作用效果最好，硝酸钠次之，鉴于硝酸钾属于危险品，故采用硝酸钠进行后续实验。

浓度梯度实验(如附图4b)表明，在兼性厌氧激活过程中，硝酸钠含量对微生物生长有一定影响，当含量为0.2％时，原油乳化分散效果最好；在厌氧激活过程中，0.2％的硝酸钠明显抑制了硫酸盐还原菌的生长繁殖。

实施例12最佳有机营养的验证及加入量优化

在筛选得到的基础激活体系配方基础上，利用不同类型碳源进行水样激活实验，结果(如附图5a)表明，以葡萄糖、蔗糖、调和油和糖蜜做碳源时均不能够有效激活水样中的微生物，以玉米浆干粉为碳源时能够很好的激活水样中微生物，总菌浓达到了10⁸cells·l^-1以上。

为降低工业生产应用成本，对最佳碳源加入量进行优化，结果(如图5b)表明，随玉米浆干粉加入量的增加，总菌浓变化幅度不大；当玉米浆干粉加入量为0.3％时，激活水样550nm处吸光度最大，表明此时原油在水相中的溶解度最高，乳化作用效果最好。综合考虑投入与产出成本，初步选定0.3％的质量浓度作为最佳碳源用量。由于玉米浆干粉同时又是很好的速效有机氮源，铵盐和硝酸盐会在后续的优化实验中出现，因此不再单独优化最佳氮源。

实施例13最陡爬坡实验确定激活剂各组分最大效应区

根据单因素实验结果，进行了爬坡实验设计(见表6)，实验结果表明，最大效应区域在第5次实验附近，此时玉米浆干粉浓度为0.325g·100ml^-1，(NH4)₂PO₄及NaNO₃的浓度分别为0.3g·100ml^-1和0.2g·100ml^-1，总菌浓和OD₅₅₀nm值接近最大响应值区域。故以第5次实验各组分的量为响应面实验因素水平的中心点进一步进行激活体系各组分含量优化。

表6重要因素的爬坡实验

实施例14响应面实验最佳激活剂组分最佳含量

采用响应面法，以玉米浆干粉、(NH₄)₂HPO₄和NaNO₃为自变量，单位g·100ml^-1，以总菌浓和激活水样550nm处吸光度值为响应值，对激活体系组分含量进行优化。采用二次回归旋转中心组合设计，参照最陡爬坡实验结果进行3因素5水平实验设计，包括6个中心点(Center point)，6个星点(Star point)和8个析因点(Factorial point)，组成20组试验。实验设计及结果见表7和表8。

表7实验设计的各因素水平

表8中心组合实验设计及实验结果

通过SAS Version 9.2软件对实验数据进行多项式回归分析，得到拟合二次方程模型：Y₂＝0.921183+0.014894X₁+0.034588X₂+0.015883X₃-0.040048X₁ ²+0.004125X₁X₂-0.003875X₁X₃-0.029618X₂ ²+0.000125X₂X₃-0.04871X₃ ²。模型的回归系数估计及方差分析结果见表9和表10，从方差分析表中可以看出，方程一次项、二次项的影响都是显著的，交互项作用影响不显著，故交互项可以忽略，也可以看出各具体试验因子对响应值的影响不是简单的线性关系。Y₂回归模型在α＝0.01水平上F检验显著，表明模型对于分析玉米浆干粉、(NH₄)₂HPO₄和NaNO₃这3个因素的效应是显著的。Y₂模型的R²＝0.9523，可知95.23％的OD₅₅₀nm值变化可由此模型解释，说明回归模型的拟合程度较好。

表9模型的方差分析

表10线性回归估计模型的参数

发酵培养基中玉米浆干粉、(NH₄)₂HPO₄和NaNO₃加入量优化的二维等高线见附图6，每个图分别为一个因素保持在零水平，另两个因素对响应值的影响。由图中等高线的陡度可以看出实验的3个因素都对激活效果有显著影响。

由响应面规范分析可知，回归模型存在最大稳定点，Y₂最大估计值为0.934，最佳点(X₁，X₂，X₃)的代码值为(0.209271，0.598795，0.155478)，对应的实际值为玉米浆干粉(X₁)＝0.330232，(NH₄)₂HPO₄(X₂)＝0.311976，NaNO₃(X₂)＝0.203887。

综上，得到适合克拉玛依油田B块井低温稠油油藏的内源微生物高效激活剂体系：玉米浆干粉0.33％、磷酸氢二铵0.31％、硝酸钠0.2％。

实施例15最佳激活剂组分效果验证

油藏储层地层水经优化激活剂(玉米浆干粉0.33％、磷酸氢二铵0.31％、硝酸钠0.2％)激活后，内源微生物类群组成得到明显加强和改善(见表11)：总菌浓达到10⁸cells·ml^-1，烃降解菌数量增至10⁷cells·ml^-1，产甲烷菌数量增至10⁴cells·ml^-1，硫酸盐还原菌数量得到有效控制。

表11最佳激活剂组分激活效果验证实验及结果

ND，no detected

实施例16新疆克拉玛依油田B块井低温稠油油藏内源微生物高效激活剂筛选

1.油藏产出液水相无机盐离子组成测定与分析

测定结果表明(见表12)，该区块油藏产出液水相，总矿化度8000-10000mg·l^-1，在微生物最佳生长作用范围内，但氮、磷营养盐均极度缺乏，不能满足微生物的生长需求，因此，需要补充氮、磷营养盐，以实现微生物生长的营养平衡。钠、钾、钙、镁等无机盐离子含量比较充足，不需要再向油藏补充这类无机盐，以免对水样离子强度产生影响，不利于微生物的生长。根据俄罗斯科学院提出的本源微生物驱油藏筛选标准，注入水和部分生产井产出液SO₄ ^2-含量超出本源微生物驱油适用范围(＜100mg·l^-1)，结合油藏存在大量硫酸盐还原菌的特点，需要加入硫酸盐还原菌抑制因子(如硝酸盐)，激活硝酸盐还原菌，实现对硫酸盐还原菌的竞争性抑制。

表12B块井各井水样离子组成(mg/l)

2油藏内源功能微生物类群与数量检测与分析

测定结果表明(见表13)，B块井烃氧化菌、硝酸盐还原菌和产甲烷菌浓度较低，是进行激活的目标菌群；硫酸盐还原菌浓度较高达10²cells·ml^-1，反映了油田注水系统及油藏内部环境中存在大量硫酸盐还原菌，需要进行消除或抑制其进一步生长。

表13六中区内源微生物激活前数量分布

ND，no detected

3.B块井油藏内源微生物基础激活剂组分筛选

根据构建的油藏内源微生物高效激活剂筛选方法，初步确定适合新疆克拉玛依油田B块井低温稠油油藏内源微生物的激活剂组分(m/V，激活剂组分质量/水样体积)：(1)磷酸氢二铵0.1％、硝酸钠0.4％；(2)磷酸氢二铵0.1％、硝酸钠0.4％+糖蜜干粉0.2％；(3)磷酸氢二铵0.1％、硝酸钠0.4％+玉米浆干粉0.2％。

4.B块井油藏内源微生物最佳激活剂组分验证及含量优化

无机盐体系激活实验表明，单纯补充无机营养盐不能够快速激活油藏内源微生物，激活周期较长(＞45d)。在无机盐组分基础上，利用不同类型有机营养进行地层水激活实验，结果表明，添加葡萄糖、蔗糖、蛋白胨、酵母粉和乳清蛋白均能够一定程度上激活水样中的烃氧化菌，原油出现部分乳化分散现象；添加玉米浆干粉和糖蜜干粉能够将水样中的烃氧化菌激活到10⁷cells·l^-1，且原油完全被乳化分散，但是添加玉米浆干粉的激活周期(20d)明显长于添加糖蜜干粉的激活剂(12d)。

对糖蜜干粉加入量进行梯度实验，结果表明，随着糖蜜干粉加入量的增加，烃氧化菌数量和对原油乳化分散效果变化不大。当糖蜜干粉加入量在0.01％-0.05％时，激活周期为13-15d；当糖蜜干粉加入量在0.2％时，激活周期为10d；糖蜜干粉含量继续增加，激活周期不在缩短。磷营养盐加入量优化结果表明，随(NH₄)₂HPO₄加入量的增加，总菌浓变化不大；当(NH₄)₂HPO₄为0.1％时，原油的乳化分散效果最好。硫酸盐还原菌抑制因子硝酸钠浓度梯度实验表明，硝酸钠含量为0.4％时能够抑制硫酸盐还原菌的生长繁殖。

综上，得到适合克拉玛依油田B块井低温稠油油藏的内源微生物高效激活剂体系：糖蜜干粉0.2％、磷酸氢二铵0.1％、硝酸钠0.4％。

5.最佳激活剂组分效果验证

油藏储层地层水经优化激活剂激活后，内源微生物类群组成得到明显加强和改善(表14)：总菌浓达到10⁸cells·ml^-1，烃降解菌数量由初始10³cells·ml^-1增至10⁷cells·ml^-1，产甲烷菌数量由初始10²cells·ml^-1增至10⁴cells·ml^-1，硫酸盐还原菌数量得到有效控制。

表14最佳激活剂组分激活效果验证实验及结果

Claims (10)

1.一种油藏内源微生物高效激活剂的筛选方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

（1）对目标油藏取样、检测和分析，检测指标包括油藏内源微生物类群与数量和油藏产出液水相无机盐离子组成；

（2）根据检测分析结果明确油藏内源微生物群类群与数量和营养需求特征；

（3）根据油藏产出液水相无机盐离子组成、微生物营养需求特征、激活剂组分来源、价格、运输和储藏，确定激活剂组分筛选原则；

（4）根据步骤（2）确定的微生物营养需求特征和步骤（3）确定的激活剂筛选原则，进行激活剂组分种类筛选；

（5）根据激活剂组分含量对水样pH、激活周期和应用成本的影响、激活剂无机盐组分与油藏产出液水相的配伍性和激活剂固水不溶物含量与腐蚀性，对步骤（4）确定的激活剂组分进行初步定量；

（6）最后，采用单因素实验、正交实验和响应面实验对步骤（5）确定的激活剂组分及含量进行优化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（1）中，油藏内源微生物类群是指油藏环境中存在的烃氧化菌、腐生菌、厌氧发酵菌、硝酸盐还原菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌；

油藏内源微生物类群数量测定采用细菌测试瓶，参照SY/T0532-93 油田注入水细菌分析方法绝迹稀释法进行；

油藏产出液水相无机盐离子组成包括：硝酸根、磷酸根、硫酸根、醋酸根、氯离子、钠、钾、钙、镁、锰和微量元素；测定采用离子色谱和电感耦合等离子体发射光谱技术，参照JY/T 015-1996 电感耦合等离子体发射光谱法通则和HJ/T 84-2001 水质 无机阴离子的测定 离子色谱法 进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（2）中，油藏内源微生物营养需求是指任何制约油藏内源微生物生长繁殖的营养物质。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（3）中，激活剂是指调控油藏内源微生物生长繁殖的营养物质；

激活剂筛选原则包括：所选激活剂组分必须含有油藏中缺少的油藏内源微生物生长所必需的营养物质；优先选择具有缓冲作用和复合作用的的无机盐营养体系；高温高盐极端环境下，根据油藏产出液水相K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺的含量多少选择性加入K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺金属离子以促进微生物相关酶活性的激发；从能量的角度出发，激活体系的选择还需要考虑特殊电子供体和电子受体，尤其是进行无氧呼吸的厌氧微生物电子受体的选择和补充；不含铁盐、亚铁盐和硫酸盐；与注入水和油藏储层兼容；激活周期短；来源广泛，价格低廉，便于运输、储存和使用不受季节影响。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（4）中，筛选的激活剂组分包括油藏内源微生物生长繁殖所需的碳源、氮源、磷源、硫酸盐还原菌抑制因子和生长因子；

所述激活剂组分种类筛选步骤具体包括：

（1）根据油藏产出液水相无机盐离子组成测定结果、油藏内源微生物营养需求特征和权利要求4所述激活剂组分筛选原则，首先进行无机营养盐的筛选；

（2）根据硫酸盐还原菌生物防治原理，加入硝酸盐或亚硝酸盐，刺激硝酸盐还原菌的生长，利用生物竞争淘汰的方法，实现对硫酸盐还原菌的生长抑制；

（3）若无机营养体系不能够有效激活油藏内源微生物或者加入有机营养物质能够显著改善激活效果的情况下，需要加入外部有机营养。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（5）中，激活剂组分初步定量的具体步骤包括：

（1）根据油藏产出液水相二价金属离子种类及含量，调整激活剂组分磷酸盐的种类及含量，防止生成沉淀；

（2）根据激活剂组分固水不溶物含量与腐蚀性，设置激活剂用量；

（3）根据激活剂组分水溶液pH对油藏产出液水相pH的影响，确定激活剂组分配比与含量；

（4）根据激活剂组分含量对激活周期和应用成本的影响，调整激活剂浓度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（5）中，激活剂无机盐组分与油藏产出液水相的配伍性是指所筛选无机盐组分不与油藏产出液水相中的二价金属离子发生化学反应形成沉淀；激活剂无机盐组分与地层水的配伍性的测定方法参照GB 13200-91《水质 浊度的测定》进行。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（5）中，激活剂组分固水不溶物是指激活剂组分不溶于水溶液中的那部分物质；激活剂组分水溶液腐蚀性以腐蚀率表示，根据实验前后试片的损失量计算平均腐蚀率；激活剂固水不容物含量与腐蚀性的测定参照SY/T 5329-9碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法进行。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（6）中，激活剂组分及含量优化方法的具体步骤包括：

（1）在筛选得到的激活剂组分及含量基础上，采用单因素实验分别改变碳源、磷源和硫酸盐还原菌抑制因子的种类，筛选出最佳碳源、氮磷源和硫酸盐还原菌抑制因子，然后分别对各因素的加入量进行梯度实验，找出激活剂中各组分的最佳用量；

（2）在单因素实验基础上，确定各因素的水平数，进行正交实验，对实验结果进行极差和方差分析，确定最优或较优因素水平的最佳组合；

（3）根据以上（2）步单因素实验和正交实验结果，进行爬坡实验找出逼近最大目标效应区域时各因素的量；借助SAS软件采用二次回归的旋转中心组合设计，参照最陡爬坡实验结果对激活剂组分进行进一步优化。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于筛选优化到的激活剂组分能够使油藏内源微生物数量增加两个数量级或以上，其中烃氧化菌、厌氧发酵菌、硝酸盐还原菌和产甲烷菌数量分别增加2个数量级或以上，硫酸盐还原菌数量减少或维持在原水平。

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