CN107795305B - 一种调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法，该方法包括以下步骤：油藏现场取样；样品的预处理；内源微生物群落结构的分析；内源微生物多样性的计算；初步调控方案的确定；最终调控方案的确定；现场实施。本发明具有方法合理、工艺简单、操作简易、安全可靠、投入少和成本低的特点，同时能够有针对性的在现场实施过程中调控生产动态，有效延长内源微生物驱油现场试验的见效期和提高现场试验效果。因此，本发明可广泛用于内源微生物驱油提高采收率的现场试验中。
Description
技术领域
本发明属于微生物采油技术领域，具体涉及到一种调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法。
背景技术
内源微生物驱油是通过向油藏注水井中注入激活剂，利用激活后油藏内源微生物的生长代谢活动及代谢产物，改变原油的物化性质，改善原油流动性，从而提高原油采收率的一项综合性提高采收率的技术。与其他提高采收率技术相比，该技术具有适用范围广、操作简便、不污染地层和环境等优势。
目前，内源微生物驱油现场实施过程中，注入地层的激活剂配方组成都是根据前期室内激活实验确定，在实施过程中不再调整。该注入方式存在一定的局限性，最初激活剂注入后，油藏内的内源微生物多样性会随之降低，一些细菌成为油藏中的优势菌，现场原油产量随之升高。但是随着该激活剂长时间注入后，油藏微生物多样性会逐渐升高，现场的原油产量也随之开始降低。这种激活剂固定不变的注入方式，在一定程度上降低了内源微生物的驱油效果。其次，目前内源微生物驱油也一直缺乏针对性调控的生物指标，现场实施过程中实施方案的调整缺乏依据，在很大程度上限制了内源微生物驱油技术的现场推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法。本发明利用油藏内源微生物的多样性与驱油效果之间负相关的关系，在油藏中的微生物多样性呈现上升趋势的时候，通过调整激活剂配方可以进一步降低油藏内源微生物的多样性，从而改善内源微生物的驱油效果，同时，解决了内源微生物驱油过程缺乏有效调控方法的问题。
本发明公开了一种调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法，具体包括如下步骤：
(1)油藏现场取样
(2)样品的预处理
(3)内源微生物群落结构的分析
(4)内源微生物多样性的计算
(5)初步调控方案的确定
(6)最终调控方案的确定
(7)现场实施
其中，所述步骤(1)中的油藏现场取样，现场取样的要求如下：现场实施8～12个月后，开始油藏取样分析内源微生物多样性，每2～3个月取样1次，每次取样量为10～20L；现场取样的具体步骤如下：采用带胶塞和螺旋盖的灭菌玻璃瓶，在油井井口取产出液样品，将取到样品密封4℃条件下保存，4h内进行处理。
所述步骤(2)中的样品预处理，其具体步骤为：将现场取到的产出液样品进行油水分离得到地层水，再利用石油醚进行预处理，离心下层水体收集菌体。
所述步骤(3)中的内源微生物群落结构的分析，其具体步骤如下：
①DNA的提取及PCR反应
将收集的菌体利用基因组提取试剂盒进行基因组提取，然后PCR反应扩增样品DNA模板中的16SV4区。
②样品高通量测序及群落结构解析
样品高通量测序采用Illumina测序法，测序完成后，进行生物信息学解析，得到油藏样品的微生物群落结构。
所述步骤(4)中的油井样品多样性计算，其具体步骤如下：根据油藏样品的微生物群落结构信息，计算样品的shannon(多样性)指数，并找出shannon指数与油藏产油量的对应关系，当shannon指数连续3次呈上升趋势时，需要重新调整调控方案。
所述步骤(5)中的初步调控方案的确定，利用正交法，设计出不同激活剂的配方，通过室内静态培养15～30d后考察不同激活剂配方的多样性指数，筛选出多样性指数较低的两组激活剂配方作为初步的调控方案。
所述的碳源为葡萄糖、淀粉和糖蜜中的一种；氮源为玉米浆干粉、硝酸钠和尿素中的一种；磷源为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠和磷酸氢二胺中的一种。
所述步骤(6)中的最终调控方案的确定，是指利用物理模拟实验方法进行驱油效果评价，评价初步调控方案中各组激活剂的提高采收率值，筛选出采收率值最大的激活剂配方作为最终的调控方案。所述的驱油效果评价，具体步骤如下：填装与油藏渗透率相同的填砂岩心；岩心抽真空、饱和油藏的地层水，计算岩心的PV(孔隙体积)；饱和油藏脱水脱气原油，计算岩心的原始含油，静置5～7d；岩心一次水驱，一次水驱至岩心产出液含水率与油藏油井平均含水率为止，计算一次水驱采出程度；注入初步调控方案中筛选出的激活剂0.2～0.3PV后培养15-30d；进行二次水驱，计算激活剂的提高采收率值。
所述的调控方案的现场实施，是指根据最终调控方案确定的激活剂配方进行现场试验，现场试验的过程中按照步骤(1)～(4)的要求进行现场取样和油藏内源微生物的多样分析，直至出现shannon指数连续3次呈上升趋势，重新调整调控方案，否则，按照原调控方案继续进行现场试验。
本发明利用油藏内源微生物的多样性与驱油效果之间的对应关系，通过实时调整激活剂配方调控油藏内源微生物多样性的方法提高内源微生物驱油藏的现场实施效果。研究结果表明：激活剂注入地层后，改变了油藏原有的微生物群落结构，部分驱油功能菌被激活选择成为油藏的优势菌，表现出油藏内源微生物群落的多样性逐渐降低，随着驱油功能菌比例的增加，油藏原油产量逐渐升高，原油产量与多样性之间存在负相关的关系，随着多样性的降低，原油产量显著增加，但是长时间注入固定激活剂后，油藏地层水中内源微生物多样性会随着其它非优势细菌对该激活剂的适应性升高而逐渐升高，优势功能菌的比例下降，最终造成油藏的原油产量降低。通过调整激活剂配方进一步降低油藏内源微生物多样性，继而改善现场生产动态，进一步提高内源微生物驱油的现场实施效果。
本发明与现有技术相比具有如下优点及有益：
(1)本发明具有工艺简单合理、操作简易、安全可靠、投资成本低，有利于现场推广应用；
(2)本发明的针对性强、可操作性强、调控思路清晰，该发明能够随时掌握现场实施过程中油藏内源微生物多样性的变化，有针对性地调控内源微生物群落向着目标结构发展，并且明确了调控因子和优化方式；
(3)本发明具有成本低和现场实施效果好的特点，内源微生物驱油现场试验提高采收率大于12％。
附图说明
图1为区块G油井产出液的微生物群落结构；
图2为区块G月油产量与shannon指数关系图；
图3为区块M油井产出液的微生物群落结构；
图4为区块M月油产量与shannon指数关系图；
图5为区块M月油产量与shannon指数关系图；
图6为区块N油井产出液的微生物群落结构；
图7为区块N月油产量与shannon指数关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
胜利油田某区块G，该区块为中渗透、稠油油藏，油藏温度70℃，渗透率500×10-3μm2，原油粘度1256mPa.s，地质储量124.8×104t。该区块包括3口水井，12口油井。从2014年1月开始在该区块实施内源微生物驱油，并利用本发明的方法对该区块实施调控，具体步骤如下：
(1)油藏的现场取样
现场取样的要求如下：现场实施8个月后，即2014年9月开始油藏取样分析内源微生物多样性，每2个月取样1次，每次取样量为10L；现场取样的具体步骤如下：采用带胶塞和螺旋盖的灭菌玻璃瓶，在油井井口取产出液样品，将取到样品密封4℃条件下保存，4h内进行处理。
(2)样品的预处理
将现场取到的产出液样品进行油水分离得到地层水，再利用石油醚进行预处理，离心下层水体收集菌体。
(3)内源微生物群落结构的分析
①DNA的提取及PCR反应
将收集的菌体利用基因组提取试剂盒进行基因组提取，然后PCR反应扩增样品DNA模板中的16SV4区；
②样品高通量测序及群落结构解析
样品高通量测序采用Illumina测序法，测序完成后，进行生物信息学解析，得到油藏样品的微生物群落结构(见附图1)。
(4)内源微生物多样性的计算
根据油水井样品的微生物群落结构信息，计算样品的shannon指数，计算结果见表1。Shannon指数与区块的月油产量的关系见附图2，从表1和附图2可以看出该区块从2015年11月份开始出现多样性指数上升，且连续3个检测周期内(2015.11、2016.01、2016.03)呈上升的趋势，因此需要重新调整调控方案。
表1区块G产出液shannon指数计算结果
| 检测时间 | Shannon指数 | 检测时间 | Shannon指数 |
| 2014.09 | 3.88 | 2015.07 | 1.88 |
| 2014.11 | 2.91 | 2015.09 | 1.75 |
| 2015.01 | 2.53 | 2015.11 | 2.01 |
| 2015.03 | 2.51 | 2016.01 | 2.57 |
| 2015.05 | 2.09 | 2016.03 | 3.12 |
(5)初步调控方案的确定
该区块的原始激活剂碳源、氮源和磷源的质量浓度分别为0.3％、0.3％和0.2％，保持激活剂浓度不变，调整激活剂碳源、氮源和磷源的组分，设计出多样性调整试验因素水平表2和正交实验表3。通过室内静态培养15d后考察不同激活剂配方的多样性指数，筛选出多样性指数较低的两组激活剂配方作为初步的调控方案。
表2多样性调整试验因素水平表
表3多样性调整试验正交实验设计表
从表3可以看出，第3组(葡萄糖0.3wt％、尿素0.3wt％、磷酸氢二胺0.2wt％)和第5组(淀粉0.3wt％、硝酸钠0.3wt％、磷酸氢二胺0.2wt％)实验的多样性指数较低，分别为0.9和0.8，因此，初步筛选出上述两组激活剂配方作为初步的调控方案。
(6)最终调控方案的确定
是指利用物理模拟实验方法进行驱油效果评价，评价初步调控方案中各组激活剂的提高采收率值，筛选出采收率值最大的激活剂配方作为最终的调控方案。
所述的驱油效果评价，具体步骤如下：填装渗透率为500×10-3μm2的岩心；岩心抽真空、饱和区块G的地层水，计算岩心的PV为215ml；饱和区块G的脱水脱气原油，计算岩心的原始含油为195ml，静置5d；岩心一次水驱，一次水驱至岩心产出液含水率与区块G油井平均含水率87％为止，计算一次水驱采出程度为45.6％；注入激活剂43ml后培养15d；进行二次水驱，计算激活剂的提高采收率值，配方1(葡萄糖0.3wt％、尿素0.3wt％、磷酸氢二胺0.2wt％)和配方2(淀粉0.3wt％、硝酸钠0.3wt％、磷酸氢二胺0.2wt％)分别提高采收率值为12.5％和9.6％。
因此，选择葡萄糖0.3wt％、尿素0.3wt％、磷酸氢二胺0.2wt％作为最终的调控方案。
(7)现场实施
2016年3月开始调整激活剂配方进行现场实施，调整后的激活剂配方为葡萄糖0.3wt％、尿素0.3wt％、磷酸氢二胺0.2wt％，现场实施9个月后开始现场取样，每3个月取样一次，分析产出液中的shannon指数，直至出现shannon指数连续3次呈上升趋势，重新调整调控方案，否则，按照原调控方案继续进行现场试验。实施例2
胜利油田某区块M，该区块为中渗透、稠油油藏，油藏温度63℃，渗透率980×10-3μm2，原油粘度2768mPa.s，地质储量56.3×104t。该区块包括5口水井，18口油井。从2013年1月开始在该区块实施内源微生物驱油，并利用本发明的方法对该区块实施调控，具体步骤如下：
(1)油藏的现场取样
现场取样的要求如下：现场实施9个月后，即2013年10月开始油藏取样分析内源微生物多样性，每2个月取样1次，每次取样量为15L；现场取样的具体步骤如下：采用带胶塞和螺旋盖的灭菌玻璃瓶，在油井井口取产出液样品，将取到样品密封4℃条件下保存，4h内进行处理。
(2)样品的预处理
将现场取到的产出液样品进行油水分离得到地层水，再利用石油醚进行预处理，离心下层水体收集菌体。
(3)内源微生物群落结构的分析
①DNA的提取及PCR反应
将收集的菌体利用基因组提取试剂盒进行基因组提取，然后PCR反应扩增样品DNA模板中的16SV4区；
②样品高通量测序及群落结构解析
样品高通量测序采用Illumina测序法，测序完成后，进行生物信息学解析，得到油藏样品的微生物群落结构(见附图3)。
(4)内源微生物多样性的计算
根据油水井样品的微生物群落结构信息，计算样品的shannon指数，计算结果见表4。Shannon指数与区块的月油产量的关系见附图4，从表4和附图4可以看出该区块从2014年10月份开始出现多样性指数上升，且连续3个检测周期内(2014.10、2014.12、2015.02)呈上升的趋势，因此需要重新调整调控方案。
表4区块M产出液shannon指数计算结果
| 检测时间 | Shannon指数 | 检测时间 | Shannon指数 |
| 2013.10 | 3.53 | 2014.08 | 2.13 |
| 2013.12 | 3.02 | 2014.10 | 2.95 |
| 2014.02 | 2.56 | 2014.12 | 3.25 |
| 2014.04 | 2.72 | 2015.02 | 3.68 |
| 2014.06 | 2.75 |
(5)初步调控方案的确定
该区块的原始激活剂碳源、氮源和磷源的质量浓度分别为0.3％、0.2％和0.15％，保持激活剂浓度不变，调整激活剂碳源、氮源和磷源的组分，设计出多样性调整试验因素水平表5和正交实验表6。通过室内静态培养20d后考察不同激活剂配方的多样性指数，筛选出多样性指数较低的2组激活剂配方作为初步的调控方案。
表5多样性调整试验因素水平表
表6多样性调整试验正交实验设计表
从表6可以看出，第6组(葡萄糖0.3wt％、玉米浆干粉0.2wt％、磷酸二氢钠0.15wt％)和第7组(糖蜜0.3wt％、尿素0.2wt％、磷酸氢二胺0.15wt％)实验的多样性指数较低，分别为0.6和0.8，因此，初步筛选出上述两组激活剂配方作为初步的调控方案。
(6)最终调控方案的确定
是指利用物理模拟实验方法进行驱油效果评价，评价初步调控方案中各组激活剂的提高采收率值，筛选出采收率值最大的激活剂配方作为最终的调控方案。
所述的驱油效果评价，具体步骤如下：填装渗透率为980×10-3μm2的岩心；岩心抽真空、饱和区块M的地层水，计算岩心的PV为230ml；饱和区块M的脱水脱气原油，计算岩心的原始含油为205ml，静置6d；岩心一次水驱，一次水驱至岩心产出液含水率与区块M油井平均含水率86.5％为止，计算一次水驱采出程度为43.6％；注入激活剂69ml后培养18d；进行二次水驱，计算激活剂的提高采收率值，配方1(葡萄糖0.3wt％、玉米浆干粉0.2wt％、磷酸二氢钠0.15wt％)和配方2(糖蜜0.3wt％、尿素0.2wt％、磷酸氢二胺0.15wt％)分别提高采收率值为11.2％和13.6％。
因此，选择糖蜜0.3wt％、尿素0.2wt％、磷酸氢二胺0.15wt％作为最终的调控方案。
(7)现场实施
2015年3月开始调整激活剂配方进行现场实施，调整后的激活剂配方为糖蜜0.3wt％、尿素0.2wt％、磷酸氢二胺0.15wt％注入该油藏，现场实施8个月后，即2015年11月开始现场取样，每2个月取样一次，分析产出液中的shannon指数，检测结果见表7，直至出现shannon指数连续3次呈上升趋势，重新调整调控方案，否则，按照原调控方案继续进行现场试验。
截止到2016年7月没有出现shannon指数连续3次呈上升趋势(见附图5)，因此，按照调整后的调控方案继续进行现场试验。
表7区块M产出液shannon指数计算结果
| 检测时间 | Shannon指数 | 检测时间 | Shannon指数 |
| 2015.11 | 2.32 | 2016.05 | 1.95 |
| 2016.01 | 2.15 | 2016.07 | 2.23 |
| 2016.03 | 2.50 |
实施例3
胜利油田某区块N，该区块为中渗透、稠油油藏，油藏温度75℃，渗透率1150×10-3μm2，原油粘度1985mPa.s，地质储量85.2×104t。该区块包括6口水井，21口油井。从2013年7月开始在该区块实施内源微生物驱油，并利用本发明的方法对该区块实施调控，具体步骤如下：
(1)油藏的现场取样
现场取样的要求如下：现场实施12个月后，即2014年7月开始油藏取样分析内源微生物多样性，每3个月取样1次，每次取样量为20L；现场取样的具体步骤如下：采用带胶塞和螺旋盖的灭菌玻璃瓶，在油井井口取产出液样品，将取到样品密封4℃条件下保存，4h内进行处理。
(2)样品的预处理
将现场取到的产出液样品进行油水分离得到地层水，再利用石油醚进行预处理，离心下层水体收集菌体。
(3)内源微生物群落结构的分析
①DNA的提取及PCR反应
将收集的菌体利用基因组提取试剂盒进行基因组提取，然后PCR反应扩增样品DNA模板中的16SV4区；
②样品高通量测序及群落结构解析
样品高通量测序采用Illumina测序法，测序完成后，进行生物信息学解析，得到油藏样品的微生物群落结构(见附图6)。
(4)内源微生物多样性的计算
根据油水井样品的微生物群落结构信息，计算样品的shannon指数，计算结果见表8。Shannon指数与区块的月油产量的关系见附图7，从表8和附图7可以看出该区块从2015年10月份开始出现多样性指数上升，且连续3个检测周期内(2015.10、2016.01、2016.04)呈上升的趋势，因此需要重新调整调控方案。
表8区块N产出液shannon指数计算结果
| 检测时间 | Shannon指数 | 检测时间 | Shannon指数 |
| 2014.07 | 3.20 | 2015.07 | 1.75 |
| 2014.10 | 2.75 | 2015.10 | 2.17 |
| 2015.01 | 2.43 | 2016.01 | 2.65 |
| 2015.04 | 1.98 | 2016.04 | 3.26 |
(5)初步调控方案的确定
该区块的原始激活剂碳源、氮源和磷源的质量浓度分别为0.33％、0.25％和0.20％，保持激活剂浓度不变，调整激活剂碳源、氮源和磷源的组分，设计出多样性调整试验因素水平表9和正交实验表10。通过室内静态培养30d后考察不同激活剂配方的多样性指数，筛选出多样性指数较低的两组激活剂配方作为初步的调控方案。
表9多样性调整试验因素水平表
表10多样性调整试验正交实验设计表
从表10可以看出，第2组(糖蜜0.33wt％、玉米浆干粉0.25wt％、磷酸二氢钠0.20wt％)和第6组(淀粉0.33wt％、尿素0.25wt％、磷酸氢二胺0.20wt％)实验的多样性指数较低，分别为0.7和0.5，因此，初步筛选出上述两组激活剂配方作为初步的调控方案。
(6)最终调控方案的确定
是指利用物理模拟实验方法进行驱油效果评价，评价初步调控方案中各组激活剂的提高采收率值，筛选出采收率值最大的激活剂配方作为最终的调控方案。
所述的驱油效果评价，具体步骤如下：填装渗透率为1150×10-3μm2的岩心；岩心抽真空、饱和区块N的地层水，计算岩心的PV为220ml；饱和区块N的脱水脱气原油，计算岩心的原始含油为185ml，静置7d；岩心一次水驱，一次水驱至岩心产出液含水率与区块N油井平均含水率83.5％为止，计算一次水驱采出程度为44.8％；注入激活剂50ml后培养30d；进行二次水驱，计算激活剂的提高采收率值，配方1(糖蜜0.33wt％、玉米浆干粉0.25wt％、磷酸二氢钠0.20wt％)和配方2(淀粉0.33wt％、尿素0.25wt％、磷酸氢二胺0.20wt％)分别提高采收率值为15.2％和12.3％。
因此，选择糖蜜0.33wt％、玉米浆干粉0.25wt％、磷酸二氢钠0.20wt％作为最终的调控方案。
(7)现场实施
2016年5月开始调整激活剂配方进行现场实施，调整后的激活剂配方为糖蜜0.33wt％、玉米浆干粉0.25wt％、磷酸二氢钠0.20wt％注入该油藏，现场实施12个月后开始现场取样，每3个月取样一次，分析产出液中的shannon指数，直至出现shannon指数连续3次呈上升趋势，重新调整调控方案，否则，按照原调控方案继续进行现场试验。
Claims (6)
1.一种调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)油藏现场取样；
(2)样品的预处理；
(3)内源微生物群落结构的分析；
(4)内源微生物多样性的计算；
所述的内源微生物多样性计算，其具体步骤如下：根据油藏样品的微生物群落结构信息，计算样品的shannon指数，并找出shannon指数与油藏产油量的对应关系，当shannon指数连续3次呈上升趋势时，需要重新调整调控方案；
原油产量与多样性之间存在负相关的关系，随着多样性的降低，原油产量显著增加；
(5)初步调控方案的确定；
所述的初步调控方案的确定，利用正交法，设计出不同激活剂的配方，通过室内静态培养15～30d后考察不同激活剂配方的多样性指数，筛选出多样性指数较低的两组激活剂配方作为初步的调控方案；
(6)最终调控方案的确定；
(7)现场实施；
通过调整激活剂配方可以进一步降低油藏内源微生物的多样性，从而改善内源微生物的驱油效果。
2.根据权利要求1所述的调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法，其特征在于，所述的油藏现场取样，其要求如下：现场实施8～12个月后，开始油藏取样分析内源微生物多样性，每2～3个月取样1次，每次取样量为10～20L；其具体步骤如下：采用带胶塞和螺旋盖的灭菌玻璃瓶，在油井井口取产出液样品，将取到样品密封4℃条件下保存，4h内进行处理。
3.根据权利要求1或2所述的调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法，其特征在于，所述的样品预处理，其具体步骤为：将现场取到的产出液样品进行油水分离得到地层水，再利用石油醚进行预处理，离心下层水体收集菌体。
4.根据权利要求3所述的调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法，其特征在于，所述的内源微生物群落结构的分析，其具体步骤如下：
(1)DNA的提取及PCR反应
将收集的菌体利用基因组提取试剂盒进行基因组提取，然后PCR反应扩增样品DNA模板中的16SV4区；
(2)样品高通量测序及群落结构解析
样品高通量测序采用Illumina测序法，测序完成后，进行生物信息学解析，得到油藏样品的微生物群落结构。
5.根据权利要求1所述的调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法，其特征在于，所述的最终调控方案的确定，是指利用物理模拟实验方法进行驱油效果评价，评价初步调控方案中各组激活剂的提高采收率值，筛选出采收率值最大的激活剂配方作为最终的调控方案。
6.根据权利要求5所述的调控油藏内源微生物多样性提高采收率的方法，其特征在于，所述的驱油效果评价，具体步骤如下：填装与油藏渗透率相同的填砂岩心；岩心抽真空、饱和油藏的地层水，计算岩心的PV；饱和油藏脱水脱气原油，计算岩心的原始含油，静置5～7d；岩心一次水驱，一次水驱至岩心产出液含水率与油藏油井平均含水率为止，计算一次水驱采出程度；注入初步调控方案中筛选出的激活剂0.2～0.3PV后培养15-30d；进行二次水驱，计算激活剂的提高采收率值。
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