CN103628851A

CN103628851A - 一种激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法

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Publication number: CN103628851A
Application number: CN201310237017.4A
Authority: CN
Inventors: 高光军; 宋永亭; 郭辽原; 宋欣; 王静; 谭晓明; 林军章; 李彩风; 曹嫣镔; 郭省学; 汪卫东
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: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明属于微生物采油技术领域，特别涉及一种通过选择性激活水驱油藏内源微生物产生物表面活性剂来提高原油采收率的方法，其方法包括以下步骤：（1）现场取样，分析油藏样品中产生物表面活性剂的微生物和油水理化性质；（2）确定产生物表面活性剂的优势种群及其关键代谢底物，设计激活剂配方体系；（3）激活剂配方优化；（4）激活剂现场注入工艺优化；（5）现场试验。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表面活性剂的方法

技术领域

本发明属于微生物采油技术领域，特别涉及一种通过选择性激活水驱油藏内源微生物产生物表面活性剂来提高原油采收率的方法。

背景技术

生物表面活性剂的驱油作用是微生物采油的主要机理之一。目前生物表面活性剂在微生物采油技术中的应用主要采取向油藏注入地面发酵的产品（地面法）和外源菌种（外源微生物驱油）的方式。地面法发酵成本较高，是制约其大规模应用的主要因素之一，而外源微生物驱油仍然存在菌种对油藏环境的适应性问题。相对而言，内源微生物驱油技术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效能，克服了上述劣势。目前已报道的文献大多以激活内源微生物的总菌数为主要指标之一，或定性定量描述激活内源微生物后的原油乳化分散等理化性质的变化，缺乏对内源微生物产生物表面活性剂直接和针对性的研究。

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表面活性剂的方法，通过对油藏内源微生物中的产生物表面活性剂种群的分析，针对该种群的主要代谢底物设计激活剂配方体系，选择性激活产生物表面活性剂的内源微生物，在油藏中产生生物表面活性剂，从而提高原油采收率。

本发明提供的一种激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法包括以下步骤，但不限于以下步骤：

（1）现场取样，分析油藏样品的产生物表面活性剂微生物和油水理化性质；

（2）确定产生物表面活性剂的优势种群及其关键代谢底物，设计激活剂配方体系；

（3）激活剂配方优化；

（4）激活剂现场注入工艺优化；

（5）现场试验。

其中，所述的现场取样，取样对象为油藏1口注水井注入水和2～3口油井产出液；

所述的分析油藏样品的产生物表面活性剂微生物，分析方法采用选择性培养、功能基因定量和16S rDNA测序，所述的选择性培养分析方法，是指采用PCB培养基检测总菌数，采用E培养基检测芽胞杆菌数量，采用MOPS培养基检测假单胞菌数量，针对检测结果，若E培养基或MOPS培养基培养的菌数高于10cells/mL，则该油藏具备激活内源微生物产生物表面活性剂进行驱油的潜力；若PCB培养的菌数低于50cfu/mL，或E培养基、MOPS培养基培养的菌数低于10cells/mL，则该油藏不适宜进行激活内源微生物产生物表面活性剂的现场试验，所述的功能基因定量分析方法，是指采用与脂肽类生物表面活性剂代谢调节相关的合成基因的简并引物和与鼠李糖脂类生物表面活性剂代谢调节相关的基因的简并引物，对油藏样品的总DNA通过实时PCR仪定量分析这两类功能基因的数量，针对功能基因定量结果，若油藏样品中任一类功能基因达到100copies/mL以上，则该油藏具备激活内源微生物产生物表面活性剂进行驱油的潜力，所述的16S rDNA测序分析是指对提取的油藏样品总DNA进行16S rDNA测序，分析内源微生物结构及产生物表面活性剂的优势种属；

所述的分析油藏样品的油水理化性质，是指对油藏油井产出液中原油的粘度，产出水中的碳、氮、磷元素含量及矿化度进行分析；

所述的确定产生物表面活性剂的优势种群，其方法如下：（1）取1～2L的油藏样品，通过高速离心分离或微孔滤膜过滤，收集样品中的微生物细胞，提取其总DNA，（2）应用功能基因定量方法，结合16S rDNA测序，分析产生物表面活性剂的优势种属，（3）与选择性培养分析结果对照，确定产生物表面活性剂的优势种群；

所述的确定关键代谢底物，是指通过检索和查阅相关文献，明确油藏中产生物表面活性剂的优势种群的生理生化特性，分析确定其关键代谢底物；

所述的设计激活剂配方，是指根据确定的关键代谢底物和油藏产出液中碳、氮、磷元素含量的测试结果，设计出满足优势种群生长代谢的主要碳源、氮源和磷源的组成；

所述的激活剂配方优化，其具体步骤为：（1）在一系列灭菌的摇瓶中分别加入适量的油藏地层水和一定比例的原油，（2）根据设计的正交实验表分别加入设计出的激活剂组分后，将摇瓶在油藏温度下振荡培养，每隔4h取一次培养液样品，检测样品的产生物表面活性剂功能基因的数量和表面张力或原油粘度，（3）综合考虑功能基因数量、表面张力或原油粘度、培养时间，确定最佳激活剂配方；

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）注入不同PV的激活剂及不同气液比的空气，（6）培养7d～30d后，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，（7）根据二次采收率值确定激活剂现场注入工艺；

所述的现场试验，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1～2口油井，每隔1个月取一次产出液样品，应用功能基因定量方法和16S rDNA测序方法分析样品中的产生物表面活性剂种群的变化，结合油藏生产动态，分析现场试验效果。

本发明的有益效果是：

（1）该发明针对性强和可靠性高，本发明针对具体油藏采用定量化分析方法分析油藏中内源产生物表面活性剂种群，提高测试结果的准确性，为实现选择性激活该种群提供了可靠的依据；

（2）该发明油藏适用范围广，既适合中高温油藏，又适合低温油藏；

（3）该发明的方法简单、可操作性强，现场实施效果好，现场试验提高原油采收率大于8%。

具体实施方式

图1是Z1块注入水测序结果图；

图2是Z1块生产井1产出液测序结果；

图3是Z1块生产井2产出液测序结果。

实施例1：以胜利油田Z1区块为例

该油藏的埋藏深度1240m～1360m，地层温度60℃，平均孔隙度31.3%，平均渗透率989×10^-3μm²，原始含油饱和度62%。利用本发明激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法开展了微生物驱油先导试验，具体步骤如下：

1、现场取样，分析油藏样品产生物表面活性剂的微生物和油水理化性质

对该区块注采关系对应明确的1口注水井和2口生产井进行取样，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1。

表1Z1块油藏样品的选择性培养和功能基因定量分析

对油藏样品进行16S rDNA测序分析，结果见附图1～附图3。

对油藏样品进行油水理化性质分析的结果见表2。

表2Z1块流体理化性质分析结果

2、确定产生物表面活性剂的优势种群及其关键代谢底物，设计激活剂配方体系

从表1的选择性培养和功能基因定量分析结果可以看出，该区块样品中芽孢杆菌密度在150～300cells/mL之间，产脂肽类生物表面活性剂的功能基因在250～450copies/mL，远大于假单胞菌和产糖脂类生物表面活性剂的功能基因的数量，表明该区块具备激活芽孢杆菌产生脂肽类生物表面活性剂的潜力。同时16S rDNA测序分析结果也表明芽孢杆菌（Bacillus）在内源微生物群落中的占比在20～31%，是内源微生物群落中的优势属。

对16S rDNA测序结果中的芽孢杆菌属（Bacillus）进一步细分到种，发现在3个样品中，地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）占芽孢杆菌属（Bacillus）的比例在75～96%，是绝对优势种，表明地衣芽孢杆菌是产生物表面活性剂的最主要种群。

查阅相关文献，选择地衣芽孢杆菌的培养基，结合表2的油藏水样的理化性质特点，确定如下激活剂配方：

蔗糖2%，NH₄Cl0.6%，酵母浸粉0.1%，KH₂PO₄0.041%，Na₂HPO₄0.14%，pH7.0。

3、激活剂配方优化

以上述配方为基础，利用正交实验方法，选择蔗糖、氯化铵、酵母浸粉、磷酸盐进行添加量的优化，设计四因素三水平的正交表（表3），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。

表3配方优化因素表

磷酸盐根据激活剂筛选结果，按Na₂HPO₄：KH₂PO₄质量比1：3.4添加。

选用L₉(3⁴)正交表，见表4。

表4配方优化实验表

以表4中9组实验配方对混合样品在60℃、160r/min条件下振荡培养。培养过程中每隔4h取样检测培养液的脂肽基因含量和表面张力。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表面张力和脂肽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2%，氯化铵0.4%，酵母粉0.05%，磷酸盐0.026%。

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）注入不同PV的激活剂及不同气液比的空气，（6）培养10d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15.3%。

5、现场试验

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1个月检测一次产出液中的脂肽基因含量，至脂肽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1个月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1:11，取得良好经济效益。

实施例2：以胜利油田的T7区块为例

该油藏的埋藏深度938m~1027m，地层温度49℃，平均孔隙度28.5%，平均渗透率1212×10^-3μm²，原始含油饱和度68%。利用本发明激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法开展了微生物驱油试验，具体步骤如下：

对该区块注采关系对应明确的1口注水井和2口生产井进行取样，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8T7块油藏样品的选择性培养和功能基因定量分析

对油藏样品进行油水理化性质分析的结果见表9。

表9T7块流体理化性质分析

从表8的选择性培养和功能基因定量分析结果可以看出，该区块样品中产生物表面活性剂的微生物以假单胞菌（Pseudomonase）为主，是激活内源微生物产生物表面活性剂的优势属。对16S rDNA测序结果中的假单胞菌属进一步细分到种，发现在3个样品中，铜绿假单胞菌（Pseudomonase aeruginosa）占假单胞菌属的比例在68～90%，是绝对优势种，表明铜绿假单胞菌是该区块产生物表面活性剂的最主要种群。

查阅相关文献，选择铜绿假单胞菌的培养基，结合表9的理化性质特点，确定如下激活剂配方：

甘油1.5%，尿素0.2%，KH₂PO₄0.09%，Na₂HPO₄0.11%，pH7.0。

3、激活剂配方优化

采用上述配方，利用正交实验方法，选择其中主要成分甘油、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49℃、100r/min条件下振荡培养。培养过程中每隔4h取样检测培养液的糖脂基因含量和原油粘度。

综合激活剂对培养液的糖脂基因含量、原油降粘率及培养时间考虑，最优组合为：甘油1.0%，尿素0.2%，KH₂PO₄0.09%，Na₂HPO₄0.11%。

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11.8%。

5、现场试验

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1个月检测一次产出液中的糖脂基因含量，至糖脂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1个月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T7区块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现场试验，在注入0.3PV激活剂后，试验有效期达36个月，试验期间提高原油采收率达8.17%，投入产出比达1:9，取得良好经济效益。

实施例3：以胜利油田的L9区块为例

该油藏的埋藏深度2020～2040m，地层温度95℃，平均孔隙度30.8%，平均渗透率315×10^-3μm²，原始含油饱和度56%。利用本发明激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法开展微生物驱油试验，具体步骤如下：

对该区块注采关系对应明确的1口注水井和2口生产井进行取样，每个样品取5L。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12L9块油藏样品的选择性培养和功能基因定量分析

从表12看以看出，对于L9块油藏样品，选择性培养和功能基因检测的结果均低于本发明规定的检测值，该区块不适宜采用本发明的方法激活内源微生物产生物表面活性剂。

Claims

1.一种激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法，包括以下步骤：

（3）激活剂配方优化；

（4）激活剂现场注入工艺优化；

（5）现场试验。

2.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法，其特征在所述的分析油藏样品的产生物表面活性剂微生物，是指采用选择性培养、功能基因定量和16S rDNA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表面活性剂的方法，其特征在所述的分析油藏样品的油水理化性质，是指对油藏产出液中原油的粘度，产出水中的碳、氮、磷元素含量及矿化度进行分析。

4.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法，其特征在所述的确定产生物表面活性剂的优势种群，其方法如下：（1）取1～2L的油藏样品，通过高速离心分离或微孔滤膜过滤，收集样品中的微生物细胞，提取其总DNA，（2）应用功能基因定量方法，结合16S rDNA测序，分析产生物表面活性剂的优势种属，（3）与选择性培养分析结果对照，确定产生物表面活性剂的优势种群。

5.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法，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，明确油藏中产生物表面活性剂的优势种群的生理生化特性，分析确定其关键代谢底物。

6.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法，其特征在所述的设计激活剂配方体系，是指根据确定的关键代谢底物和油藏产出液中碳、氮、磷元素含量的测试结果，设计出满足优势种群生长代谢的主要碳源、氮源和磷源的组成。

7.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法，其特征在所述的激活剂配方优化，其具体步骤为：（1）在一系列灭菌的摇瓶中分别加入适量的油藏地层水和一定比例的原油，（2）根据设计的正交实验表分别加入设计出的激活剂组分后，将摇瓶在油藏温度下振荡培养，每隔4h取一次培养液样品，检测样品的产生物表面活性剂功能基因的数量和表面张力或原油粘度，（3）综合考虑功能基因数量、表面张力或原油粘度、培养时间，确定最佳激活剂配方。

8.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法，其特征在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的激活剂和不同气液比的空气，（6）培养7d～30d后，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，（7）根据二次水驱采收率值确定激活剂现场注入工艺。

9.根据权利要求1所述的激活油藏内源微生物产生物表面活性剂的方法，其特征在所述的现场试验，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1～2口油井，每隔1个月取一次产出液样品，应用功能基因定量方法和16S rDNA测序方法分析样品中的产生物表面活性剂种群的变化，结合油藏生产动态，分析现场试验效果。

10.根据权利要求2所述的选择性培养分析方法，其特征在于采用PCB培养基检测总菌数，采用E培养基检测芽胞杆菌数量，采用MOPS培养基检测假单胞菌数量。针对检测结果，若E培养基或MOPS培养基培养的菌数高于10cells/mL，则该油藏具备激活内源微生物产生物表面活性剂进行驱油的潜力；若PCB培养的菌数低于50cfu/mL，或E培养基、MOPS培养基培养的菌数低于10cells/mL，则该油藏不适宜进行激活内源微生物产生物表面活性剂的现场试验。

11.根据权利要求2所述的功能基因定量分析方法，其特征在于采用与脂肽类生物表面活性剂代谢调节相关的合成基因的简并引物和与鼠李糖脂类生物表面活性剂代谢调节相关的基因的简并引物，对油藏样品的总DNA通过实时PCR仪定量分析这两类功能基因的数量。针对功能基因定量结果，若油藏样品中任一类功能基因达到100copies/mL以上，则该油藏具备激活内源微生物产生物表面活性剂进行驱油的潜力。