CN103527160A

CN103527160A - 一种激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法

Info

Publication number: CN103527160A
Application number: CN201310450633.8A
Authority: CN
Inventors: 张绍东; 宋永亭; 李彩风; 汪卫东; 郭省学; 曹嫣镔; 郭辽原; 高光军; 郝滨; 吴晓玲
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Oil Production Technology Research Institute of Sinopec Shengli Oilfield Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Oil Production Technology Research Institute of Sinopec Shengli Oilfield Co
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: CN103527160B

Abstract

本发明涉及微生物采油技术领域，特别涉及一种通过选择性激活微生物驱油藏内源微生物产生物乳化剂来提高原油采收率的方法，其方法包括以下步骤：A、对油藏样品中的产生物乳化剂微生物种群进行分析；B、确定产生物乳化剂的微生物种群及其关键代谢底物，设计激活剂配方体系；C、激活剂配方体系的优化；D、激活剂现场注入工艺优化；E、进行激活剂矿场注入试验。本发明具有针对性强、可靠性高、油藏适用范围广、方法简单、可操作性强和现场实施效果好等优点，因此可广泛地应用于微生物驱油现场试验中。

Description

一种激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法

技术领域

本发明涉及微生物采油技术领域，特别涉及一种通过选择性激活油藏内源微生物产生物乳化剂来提高原油采收率的方法。

背景技术

微生物驱油原理之一就是利用其代谢产物作用来实现。微生物的代谢产物有多种，其中生物乳化剂是微生物在生长代谢过程中产生的一种高分子量的生物表面活性剂。这类物质可与石油烃等疏水性物质作用形成稳定的乳状液，降低界面张力，增加原油流动性，而且还具有毒性低、可生物降解等特性。

目前，生物乳化剂驱油主要采取向油藏注入生物乳化剂发酵产品与产生乳化剂外源微生物两种方式。前者发酵成本较高，是制约其大规模应用的主要因素之一，而外源微生物存在菌种对油藏环境的适应性问题。相对而言，利用油藏中已存在的内源微生物的大量生长繁殖来发挥驱油功能的内源微生物驱油技术，克服了上述技术的劣势。但是由于油藏中的内源微生物种群存在生态复杂性，其中乳化功能微生物的驱油效果没有得到充分有效的发挥。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，通过分析确定油藏内源微生物中产生物乳化剂的微生物种群，针对其关键代谢底物设计激活剂配方体系，选择性激活产生物乳化剂的内源微生物，从而提高原油采收率。

本发明提供的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，包括以下步骤，但不限于以下步骤：

A、对油藏样品中的产生物乳化剂微生物种群进行分析；

B、确定产生物乳化剂的微生物种群及其关键代谢底物，设计激活剂配方体系；

C、激活剂配方体系优化；

D、激活剂现场注入工艺优化；

E、进行激活剂矿场注入试验。

其中，所述对油藏样品中的产生物乳化剂微生物种群进行分析，是指采用乳化功能基因定量和16S rDNA测序分析方法。

所述的乳化功能基因定量分析方法，是指采用与生物乳化剂代谢合成密切相关的蛋白质酪氨酸磷酸酶基因的简并引物，通过实时PCR仪定量分析油藏样品微生物总DNA中该功能基因的数量，若油藏样品中该功能基因达到200copies/mL以上，则该油藏具备激活内源微生物产生物乳化剂进行驱油的潜力。

所述的16S rDNA测序分析方法，是指对提取的油藏样品中微生物的总DNA进行16S rDNA测序，分析内源微生物群落结构及产生物乳化剂的微生物种群。

所述的确定产生物乳化剂的微生物种群，其方法如下：（1）取油藏样品，油藏样品由注水井注入水和油井产出水按1:1的比例组成，分别以原油、蔗糖和淀粉为碳源的激活剂进行激活实验；（2）对激活后的样品，在12000rpm和4℃条件下进行离心，收集样品中的微生物，提取其总DNA；（3）应用乳化功能基因定量方法，并结合16SrDNA测序分析结果，确定产生物生物乳化剂的微生物种群，所述的以原油为碳源的激活剂配方为原油质量浓度0.5%、玉米浆干粉质量浓0.4%、(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%、NaNO₃质量浓度0.2%，以蔗糖为碳源的激活剂配方为蔗糖质量浓度0.5%、玉米浆干粉质量浓度0.4%、(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%、NaNO₃质量浓度0.2%，以淀粉为碳源的激活剂配方为淀粉质量浓度0.5%，玉米浆干粉质量浓度0.4%，(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%，NaNO₃质量浓度0.2%。

所述的确定产生物乳化剂微生物种群的关键代谢底物，是指通过检索和查阅相关文献，明确油藏中产生物乳化剂微生物势种群的生理生化特性，分析确定其关键代谢底物。

所述的设计激活剂体系配方，是指根据确定的产生物生物乳化剂微生物种群的关键代谢底物，设计出满足种群生长代谢所需的碳源、氮源和磷源营养体系的组成。

所述的激活剂配方优化，其具体步骤为：（1）在200mL厌氧瓶中分别加入160mL混合液和2g～3g原油，混合液由注入水和产出液按1:1的比例组成；（2）根据设计的正交实验表分别加入激活剂配方，在油藏温度、100rpm下振荡培养，每隔12h取一次培养液，检测产生物乳化功能基因的数量和乳化指数；（3）综合考虑乳化功能基因数量和乳化指数，确定激活剂配方。

所述的激活剂现场注入工艺优化，其具体步骤为：（1）根据油藏孔隙度、渗透率和饱和度，装填管式填砂模型；（2）抽真空，饱和油藏地层水；（3）饱和油藏脱水脱气原油；（4）一次水驱3PV（孔隙体积）地层水；（5）注入激活剂和配注空气；（6）培养20d～30d后，二次水驱至出口不含油为止，计算二次水驱采收率；（7）根据二次采收率值确定激活剂现场注入工艺。

所述的进行激活剂矿场注入试验，是指按照优化的激活剂及其注入工艺进行矿场驱油试验，选择2～3口油井，每隔30d～40d取一次产出液样品，应用功能基因定量和16S rDNA测序方法分析样品中产生物乳化剂种群的变化，结合油藏生产动态，分析现场试验效果。

本发明具有如下优点和有益效果：

（1）针对性强，可靠性高，实现有效定向激活油藏中的乳化功能微生物；

（2）油藏适用范围广，适合所有微生物驱油的油藏；

（3）方法简单、可操作性强、现场试验效果好，现场试验可提高原油采收率8.5%以上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1：以胜利油田河口采油厂A3区块为例

该油藏埋藏深度1162m～1350m，油藏温度65℃，渗透率变异系数0.528，孔隙度35%，空气渗透率1600×10^-3μm²，试验区含油面积0.83km²，有效厚度10.1m，地质储量154.9×10⁴t，实施本发明的步骤为：

1、对油藏样品中的产生物乳化剂微生物种群进行分析

对油藏样品进行微生物乳化功能基因定量分析，结果见表1。

表1A3块油藏样品的乳化功能基因定量分析

分析结果表明，注入水和3口油井产出液中蛋白质酪氨酸磷酸酶基因数量均超过200copies/mL，具备激活产生物乳化剂微生物的条件。

2、确定产生物乳化剂的微生物种群及其关键代谢底物，设计激活剂配方体系

应用原油、蔗糖和淀粉为碳源3种激活剂，对油井产出液和注水井注入水的混合液进行激活，所用的激活剂配方分别是：

（1）原油为碳源的激活剂：原油质量浓度0.5%、玉米浆干粉质量浓度0.4%、(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%、NaNO₃质量浓度0.2%；

（2）蔗糖为碳源的激活剂：蔗糖质量浓度0.5%、玉米浆干粉质量浓度0.4%、(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%、NaNO₃质量浓度0.2%；

（3）淀粉为碳源的激活剂：淀粉质量浓度0.5%、玉米浆干粉质量浓度0.4%、(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%、NaNO₃质量浓度0.2%。

对激活后的样品进行蛋白质酪氨酸磷酸酶基因检测和16S rDNA测序，结果见表2。

表2激活样品中蛋白质酪氨酸磷酸酶基因检测和16S rDNA测序比对结果

通过表2中蛋白质酪氨酸磷酸酶基因检测和16S rDNA测序结果的对比分析，可以确定不动杆菌为该区块样品中产生物乳化剂的微生物种群。

查阅相关文献，选择不动杆菌的培养基，确定如下激活剂组成：蔗糖、尿素、酵母粉、K₂HPO₄。

3、激活剂配方体系优化

利用正交实验方法，选择蔗糖、尿素、酵母粉、磷酸盐进行优化，设计四因素三水平的正交表，见表3。

表3激活剂配方优化因素表

选用L₉(3⁴)正交表，见表4。

表4配方优化实验表

以表4中9组激活剂配方在65℃、100rpm条件下振荡培养，培养过程中每隔12h取样检测培养液的蛋白质酪氨酸磷酸酶基因含量和乳化指数，表5是激活剂配方优化实验情况。

表5配方优化实验结果

综合激活剂对培养液的乳化指数和蛋白质酪氨酸磷酸酶基因含量及培养时间考虑，最优组合为第2组实验配方：蔗糖质量浓度2%，尿素质量浓度0.5%，酵母粉质量浓度0.05%，磷酸盐质量浓度0.27%。

4、激活剂现场注入工艺优化

利用物理模拟实验手段确定激活剂的注入工艺，其具体步骤为：（1）根据油藏渗透率、孔隙度和饱和度，装填管式填砂模型，（2）抽真空，饱和油藏地层水，（3）饱和油藏脱水脱气原油，（4）一次水驱3PV（孔隙体积）地层水，（5）注入激活剂和配注空气，（6）培养20d后开始二次水驱，二次水驱至出口不含油为止，计算二次水驱采收率。填砂模型的基本参数见表6。

表6填砂模型基本参数

不同注入工艺提高原油采收率结果见表7。

表7不同注入工艺对提高原油采收率的影响

根据表7提高采收率情况，综合考虑激活剂成本及注入消耗，选择激活剂注入量为0.2PV，气液体积比（标况）为20:1作为最佳注入工艺，物模条件下激活内源微生物提高采收率达17.0%。

5、进行激活剂矿场注入试验

在该区块的注水井注入0.2PV激活剂，同时按20：1的气（标况）液体积比注入空气，每隔40d检测一次产出液中的蛋白质酪氨酸磷酸酶基因含量，至蛋白质酪氨酸磷酸酶基因含量回落至激活剂注入前水平时，判定试验结束，以激活剂注入前30d的日均产油量为基准计算试验期间增油量，评估投入产出比。

经统计，在该油藏进行的激活内源微生物产生物表面活性剂提高原油采收率的先导试验，在注入0.2PV激活剂后，试验有效期达30个月，试验期间提高原油采收率达9.36%，投入产出比达1:9.8，取得良好经济效益。

实施例2：以胜利油田孤岛采油厂L区块为例

该油藏的埋藏深度838m～1628m，地层温度50℃，平均孔隙度28.5%，平均渗透率1212×10^-3μm²，原始含油饱和度63%。利用本发明激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法开展了微生物驱油试验，具体步骤如下：

1、对油藏样品中的产生物乳化剂微生物种群进行分析

对油藏样品进行微生物选择性培养和功能基因定量分析，结果见表8。

表8L块油藏样品的选择性培养和功能基因定量分析

表8分析结果表明，油藏样品中蛋白质酪氨酸磷酸酶基因数量均超过200copies/mL，具备激活产生物乳化剂功能菌的条件。

应用原油、蔗糖和淀粉3种激活剂，对油井产出液和注水井注入水的混合液进行激活，所用的激活剂配方分别是：

对激活后的样品进行蛋白质酪氨酸磷酸酶基因检测和16S rDNA测序比对，结果见表9。

表9激活样品蛋白质酪氨酸磷酸酶基因检测和16S rDNA测序结果

通过表9中蛋白质酪氨酸磷酸酶基因检测和16S rDNA测序结果的对比分析，可以确定假单胞菌为该区块样品产生物乳化剂的微生物种群。

查阅相关文献，选择假单胞菌的培养基，确定如下激活剂组成：淀粉、尿素、KH₂PO₄、Na₂HPO₄。

3、激活剂配方体系优化

采用上述配方，利用正交实验方法，选择其中主要成分淀粉、尿素和磷酸盐进行添加量的优化，设计三因素三水平的正交表，对油藏注入水和油井产出液等体积混合的样品进行激活实验，按9组实验配方对混合样品在50℃、100rpmin条件下振荡培养，培养过程中每隔12h取样检测培养液的蛋白质酪氨酸磷酸酶基因含量和乳化指数。

综合激活剂对培养液的蛋白质酪氨酸磷酸酶基因、乳化指数及培养时间考虑，最优化组合为：淀粉质量浓度1.0%、尿素质量浓度0.6%、KH₂PO₄质量浓度0.05%、Na₂HPO₄质量浓度0.1%。

4、激活剂现场注入工艺优化

利用物理模拟实验手段确定激活剂的注入工艺，其具体步骤与实施例1相同，其中填砂模型的基本参数见表10。

表10填砂模型基本参数

不同注入工艺提高原油采收率结果见表11。

表11不同注入工艺对提高原油采收率的影响

根据表11提高采收率情况，综合考虑激活剂成本和注入消耗，选择激活剂注入量为0.3PV，气液体积比（标况）为8:1作为最佳注入工艺，物模条件下激活内源微生物提高采收率达12.0%。

5、进行激活剂矿场注入试验

在该区块的注水井注入0.3PV激活剂，同时按8：1的气液体积比（标况）注入空气，每隔30d检测一次产出液中的蛋白质酪氨酸磷酸酶基因含量，至蛋白质酪氨酸磷酸酶基因含量回落至激活剂注入前水平时，判定试验结束，以激活剂注入前30d的日均产油量为基准计算试验期间增油量，评估投入产出比。

经统计，在L区块进行的激活内源微生物产生物乳化剂提高原油采收率现场试验，在注入0.3PV激活剂后，试验有效期达32个月，试验期间提高原油采收率达9.17%，投入产出比达1:9，取得良好经济效益。

实施例3：以胜利油田河口采油厂M区块为例

该油藏的埋藏深度1920～2030m，地层温度98℃，平均孔隙度28.8%，平均渗透率315×10^-3μm²，原始含油饱和度50%。利用本发明激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法开展微生物驱油试验，具体步骤如下：

1、对油藏样品中的产生物乳化剂微生物种群进行分析

对油藏样品进行微生物选择性培养和功能基因定量分析，结果见表12。

表12M块油藏样品功能基因定量分析

从表12看以看出，对于M块油藏样品，功能基因检测的结果低于本发明规定的检测值，说明该区块不适宜采用本发明的方法激活内源微生物产生物乳化剂。

Claims

1.一种激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，包括以下步骤，但不限于以下步骤：

A、对油藏样品中的产生物乳化剂微生物种群进行分析；

C、激活剂配方体系的优化；

D、激活剂现场注入工艺优化；

E、进行激活剂矿场注入试验。

2.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，其特征在于所述的对油藏样品中的产生物乳化剂微生物种群进行分析，是指采用乳化功能基因定量和16S rDNA基因测序分析方法。

3.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，其特征在于所述的确定产生物乳化剂的微生物种群，其方法如下：（1）取油藏样品，油藏样品由注水井注入水和油井产出水按1:1的比例组成，分别以原油、蔗糖和淀粉为碳源的激活剂进行激活实验；（2）对激活后的样品，在12000rpm和4℃条件下进行离心，收集样品中的微生物，提取其总DNA；（3）应用乳化功能基因定量方法，并结合16S rDNA测序分析结果，确定产生物生物乳化剂的微生物种群。

4.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，其特征在所述的确定关键代谢底物，是指通过检索和查阅相关文献，明确油藏中产生物乳化剂微生物种群的生理生化特性，分析确定其关键代谢底物。

5.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，其特征在于所述的激活剂配方体系的优化，其步骤如下：（1）在200mL厌氧瓶中分别加入160mL混合液和2g～3g原油，混合液由注入水和产出液按1:1的比例组成；（2）根据设计的正交实验表分别加入激活剂配方，在油藏温度、100rpm下振荡培养，每隔12h取一次培养液，检测产生物乳化功能基因的数量和乳化指数；（3）综合考虑乳化功能基因数量和乳化指数，确定激活剂配方。

6.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，其特征在于所述的激活剂现场注入工艺优化，其具体步骤为：（1）根据油藏孔隙度、渗透率和饱和度，装填管式填砂模型；（2）抽真空，饱和油藏地层水；（3）饱和油藏脱水脱气原油；（4）一次水驱3PV（孔隙体积）地层水；（5）注入不同PV的激活剂配方；（6）培养20d～30d后，二次水驱至出口不含油为止；（7）根据二次水驱提高原油采收率数值确定激活剂现场注入工艺。

7.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，其特征在于所述的进行激活剂矿场注入试验，是指按照优化的激活剂及其注入工艺进行矿场驱油试验，选择2～3口油井，每隔30d～40d取一次产出液样品，应用功能基因定量和16S rDNA测序方法分析样品中产生物乳化剂种群的变化，结合油藏生产动态，分析现场试验效果。

8.根据权利要求2所述的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，其特征在于所述的乳化功能基因定量分析方法是指采用与生物乳化剂代谢合成密切相关的蛋白质酪氨酸磷酸酶基因的简并引物，通过实时PCR仪定量分析油藏样品微生物总DNA中该功能基因的数量，若油藏样品中该功能基因达到200copies/mL以上，则该油藏具备激活内源微生物产生物乳化剂进行驱油的潜力。

9.根据权利要求3所述的激活油藏内源微生物产生物乳化剂的方法，其特征在于所述的以原油、蔗糖和淀粉为碳源的激活剂进行激活实验，以原油为碳源的激活剂配方为原油质量浓度0.5%、玉米浆干粉质量浓度0.4%、(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%、NaNO₃质量浓度0.2%，以蔗糖为碳源的激活剂配方为蔗糖质量浓度0.5%、玉米浆干粉质量浓度0.4%、(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%、NaNO₃质量浓度0.2%，以淀粉为碳源的激活剂配方为淀粉质量浓度0.5%、玉米浆干粉质量浓度0.4%、(NH₄)₂HPO₄质量浓度0.3%、NaNO₃质量浓度0.2%。