CN108412474A - 一种持续激活油藏烃氧化菌并维持高比例和活跃状态的物理模型及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种持续激活油藏烃氧化菌并维持高比例和活跃状态的物理模型及方法。本发明利用发酵罐连续培养的方式模拟油藏近注水井地带持续激活的方法，得到烃氧化菌有机营养无机营养持续激活变化规律后，添加速效碳源以及段塞改变菌群衰退状态使烃氧化菌维持高比例的方法，根据激活规律优化得到的有机营养无机营养交替注入使烃氧化菌持续维持活跃状态的方法。有机营养无机营养交替激活的方式能提高烃氧化菌的比例、增加菌群的多样性，使菌群一直维持在比较活跃的状态，促使原油持续乳化，最大限度地提高原油的采收率。
Description
技术领域
本发明涉及油藏中重要功能微生物烃氧化菌的激活并保持其高比例的物理模型和方法，使激活过程中原油一直处于比较好的乳化状态，提高微生物的驱油效果，属于微生物生物技术和资源环境生物技术领域。
背景技术
我国大部分的油田经过一次采油技术和二次采油技术之后都进入了高含水期，之后油田面临开采难度大、开采成本高等问题。微生物提高原油的采收率技术作为新兴的三次采油技术，因其低成本，高环保，效果好的特点得到了普遍关注和快速的发展。此技术通常用于提高原油的采收率和延长油藏的开采寿命。与外源微生物采收技术相比，内源微生物采油技术通过直接向油藏中注入氮源、磷源、碳源等营养物质以及提高注入水中的溶氧等方式改善油藏内部贫瘠的环境，使油藏内部存在的土著微生物迅速的增长、繁殖产生有利于驱油的代谢产物，从而提高原油的采收率。而且内源微生物采油技术不需要进行外源功能菌的筛选评价和功能菌的发酵，也不需要添加任何大型的辅助设备，所以成本更低，具有很好的应用前景。
在油田注水开发以及添加营养物激活过程中，在注水井及近井底带首先激活了一类重要的采油功能菌——烃氧化菌。这类微生物可以利用营养物质以及石油烃为底物产生脂肪酸、醇类、芳香族化合物及细胞外代谢产物。这些代谢产物随着注入水进入地层深处又可以作为后续微生物生长的碳源，进而激活整个油藏生态系统。除了烃氧化菌以外的其他功能菌群基本上都不能直接利用石油烃作为碳源和能源，或者只能在厌氧条件下以非常缓慢的速度利用碳源和能源(例如部分硫酸盐或硝酸盐还原菌)，但是这些厌氧解烃菌所产生的代谢产物是非常有限的，不足以支撑整个油藏生态系统处于活跃状态，而烃氧化菌在注水井附近的有氧区发挥作用的反应速率更高。烃氧化菌为了更好的利用石油烃，进化出了多种方式来合成生物表面活性剂或者乳化剂将原油乳化，与此同时产生的代谢产物对于油水界面性质的改变，降低原油的流动阻力，乃至最终提高原油采收率都具有重要的意义。
烃氧化菌降解原油作为内源微生物食物链的启动环节，也是其他内源微生物激活基础，在内源微生物提高采油率方面起着举足轻重的作用。目前油藏对烃氧化菌的监测也只是局限于注水井和采油井中烃氧化菌浓度的检测。而且这类功能菌群在油藏生态系统激活过程中的演替规律及其对提高石油采收率的影响机制，现有技术中仍不是十分清楚。通过室内摇瓶实验发现，在初始水样中相比于烃氧化菌的绝对数量，烃氧化菌占总菌的比例与乳化之间具有重要的相关关系，比例越高活性越高，但是目前对于其保持在高的比例尚没有较好的办法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种使烃氧化菌的比例维持在高位，菌群维持活跃状态的模型和方法。本发明明确了烃氧化菌在油藏近注水井地带持续激活过程中的动态变化规律，针对持续激活过程中菌群的多样性和烃氧化菌的比例降低的特点，采用有机-无机营养激活剂间隔添加的方式来提高烃氧化菌的比例、增加菌群的多样性，使菌群一直维持在比较活跃的状态，促使原油持续乳化，最大限度地提高原油的采收率。
本发明的技术方案如下：
一种模拟油藏中烃氧化菌变化规律的物理模型，所述模型包括连续培养发酵罐，所述发酵罐内装有油藏原始采出液，所述发酵罐还设置有激活剂入口、原油入口以及培养液出口；所述激活剂入口和所述原油入口分别用于注入激活剂和原油，所述培养液出口用于发酵罐中的培养液流出；所述激活剂和原油注入发酵罐中的流入量与发酵罐中培养液的排出量维持在动态平衡的状态。
优选的，所述激活剂为无机营养激活剂或有机营养激活剂。
优选的，所述激活剂为有机营养激活剂与无机营养激活剂交替注入。
更优选的，所述所述无机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L；所述有机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L，糖蜜2～5g/L，玉米浆干粉1～3g/L。
优选的，所述原油占所述激活剂的体积比为1:6～12。
更优选的，所述激活剂补加的速率为200～800mL/天，所述原油补加速率为20～80mL/天。
本发明提供了一种持续激活油藏烃氧化菌并维持高比例和活跃状态的方法，包括以下步骤：向油藏中交替注入无机营养激活剂和有机营养激活剂，交替周期为烃氧化菌占总菌的比例首次达到最高位的时间；所述无机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L；所述有机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L，糖蜜2～5g/L，玉米浆干粉1～3g/L。
优选的，所述无机营养激活剂和有机营养激活剂交替注入的周期为9～12天。
优选的，所述无机营养激活剂注入的速率为200～800mL/天。
优选的，所述有机营养激活剂注入的速率为200～800mL/天。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明构建了模拟油藏的物理模型，利用物理模型模拟油藏中烃氧化菌变化规律，首次验证了在无机、有机营养持续激活过程中烃氧化菌占比的动态变化规律。烃氧化菌占总菌的比例在持续激活过程中首先会有一个波动上升再波动下降的趋势，而原油的乳化和烃氧化菌的比例具有一个正相关的关系。
2、本发明根据激活规律，通过在无机营养激活的后期添加速效碳源，在有机营养激活后期给予段塞的处理，都能使菌群的多样性升高，烃氧化菌的比例升高，乳化变好。
3、本发明持续激活油藏烃氧化菌并维持高比例和活跃状态的方法，通过有机-无机营养激活剂交替激活的方式，使原油一直呈现较好的乳化状态，而且根据多样性指数来看菌群一直呈现活跃的状态，相较于传统的单一激活剂持续激活具有较大的优势。本发明的方法只需变化注入的方式，就能达到较好的乳化效果，提高原油的流动性，最终提高原油的采收率，操作方便。
附图说明：
图1是本发明物理模型模拟装置的示意图；
图2是乳化效果示意图；
图3是无机营养持续激活(低位时添加速效碳源)过程中菌群的数量变化和乳化结果；
图4是无机营养持续激活(高位时添加速效碳源)过程中菌群的数量变化和乳化结果；
图5是无机营养持续激活过程中菌群结构；
图6是无机营养持续激活过程中菌群的多样性变化；
图7有机营养持续激活过程中菌群的数量变化和乳化结果；
图8是有机营养持续激活过程中菌群结构；
图9是有机营养持续激活过程中菌群多样性变化；
图10是有机营样无机营养交替激活过程中菌群的数量变化和乳化结果；
图11是有机无机营养交替持续激活过程中菌群结构；
图12是有机无机营养交替持续激活过程中菌群多样性变化。
具体实施方式
针对现有技术中烃氧化菌在油藏近注水井地带持续激活过程中变化规律并不明朗的现状，本发明利用发酵罐连续培养的方式模拟了油藏近注水井地带持续激活的条件，并每隔12小时取样，提取基因组，精确定量总菌和烃氧化菌的数量，同时对激活过程中的原油的乳化情况进行监测，每隔一段时间选择样品进行高通量测序，对菌群结构和多样性进行检测，实时监测功能菌群的动态变化情况，并根据菌群的变化情况给予添加速效碳源和段塞刺激菌群，并最终采用有机无机交替激活的方式达到最佳的驱油效果。
为了探究烃氧化菌在特定区域持续激活过程的演替规律，本发明提供了一种模拟油藏中烃氧化菌变化规律的物理模型，在连续培养发酵罐中注入油藏原始采出液，根据实施微生物驱油时的油藏近注水井地带的物理条件设置对应的发酵罐参数，向发酵罐中持续补加激活剂和原油，同时以相同的速度排出发酵罐中的培养液。
作为具体的实施方式，本发明利用新疆油田七中区油井采出液及连续培养模式的发酵罐构建了油藏近注水井地带的物理模拟装置(如图1所示)。所述装置包括连续培养发酵罐，所述发酵罐内装有油藏原始采出液，所述发酵罐还设置有激活剂入口、原油入口以及培养液出口；所述激活剂入口和所述原油入口分别用于注入激活剂和原油，所述培养液出口用于发酵罐中的培养液流出；所述激活剂和原油注入发酵罐中的流入量与发酵罐中培养液的排出量维持在动态平衡的状态。
本发明在灭菌的发酵罐中加入原始的油藏采出液，以及相应的有机营养和无机营养激活剂配方。根据实施微生物驱油时的油藏近注水井地带的物理条件设置对应的发酵罐的参数。向发酵罐中持续补加灭菌之后的油藏水样配制的激活剂和原油，为了保证发酵罐内液体量的恒定，同时以相同的速度排出培养液。本发明中，原油占所述激活剂的体积比优选为1:6～12，更优选为1:9。本发明所述激活剂补加的速率优选为200～800mL/天，更优选为500mL/天；所述原油补加速率优选为20～80mL/天，更优选为50mL/天。本发明定期取样监测原油的乳化状态，可选的为每隔12小时进行取样。
根据前期新疆油田七中区各井水样的激活后的乳化效果，本发明实施例选择了激活效果较好的7253井作为油藏近注水井地带物理模拟实验装置的取样井，该井一直在进行微生物驱油实验。选择的激活配方为优化过的七中区现场激活配方，其中有机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L，糖蜜2～5g/L，玉米浆干粉1～3g/L，优选为(NH4)2HPO43.0g/L，NaNO36.0g/L，糖蜜3.5g/L，玉米浆干粉1.5g/L；无机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L，优选为(NH4)2HPO43.0g/L，NaNO36.0g/L。
本发明定期从发酵罐中收集水样，收集水样中的菌体进行提取。本发明优选每隔12h从发酵罐中收集10mL水样，8000rpm/min，离心10min，收集菌体，然后放入-20℃的冰箱备用。每隔一星期将离心收集的菌体样品一并进行基因组的提取，提取方法采用Axygen细菌基因组提取试剂盒规定的方式进行提取。采用荧光定量PCR的方法对提取的基因组进行烃氧化菌和总菌的定量。
本发明将原油的乳化按照“-”到“++++”分为5个等级，乳化评级从0到4，具体分级情况如表1所示。图2所示的分别为乳化较差(左)和乳化较好(右)的发酵罐状态，图2右图乳化后发酵罐的下半部分变成黑色，乳化效果较好。
表1原油的乳化评级
本发明对提取得到的基因组进行高通量测序处理。本发明优选选择16SV4区引物(515F和806R)扩增样品，PCR产物使用2％浓度的琼脂糖凝胶进行电泳检测；根据PCR产物的浓度进行等量混样，然后再进行跑胶，回收。使用 DNAPCR-Free SamplePreparationKit试剂盒进行文库构建，对文库进行Qubit和qPCR定量，文库合格后，使用illumina的Miseq测序仪对PCR产物进行PE双端测区，测序过程分别由上海美吉生物医药科技有限公司、北京诺禾致源生物信息科技有限公司完成。
本发明利用上述物理模型研究持续激活油藏烃氧化菌并维持高比例和活跃状态的方法，包括：
当所述激活剂为无机营养激活剂时，在烃氧化菌占总菌的比例处于低位或高位时添加速效碳源；
当所述激活剂为有机营养激活剂时，烃氧化菌占总菌的比例处于低位时给予段塞处理；
当所述激活剂为无机营养激活剂和有机营养激活剂时，所述无机营养激活剂和有机营养激活剂交替补加，交替周期为烃氧化菌占总菌的比例首次达到最高位的时间；
测定不同时期烃氧化菌种类和数量的动态变化规律。
本发明采用无机营养激活剂进行持续的激活，优选利用新疆油田七中区7253井采出液作为初始水样，以上述技术方案所述无机营养激活剂配方进行了持续激活实验，并在激活后期菌群数量位于高位或低位时添加了速效碳源打破菌群的平衡。在本发明中，所述速效碳源优选为葡萄糖。在发酵罐中一次性加入一定量的葡萄糖，优选为15g葡萄糖；然后配置一定浓度的葡萄糖激活剂进行连续补加。本发明优选葡萄糖激活剂的浓度为2～10g/L，更优选为5g/L。所述无机营养激活剂的补加速率优选为200～800mL/天，更优选为500mL/天。
本发明有机营养进行持续的激活，优选利用新疆油田七中区7253井采出液作为初始水样，以上述技术方案所述有机营养激活剂配方进行了持续激活实验，并在激活后期(烃氧化菌占总菌的比例处于低位)给予段塞处理(不补加激活剂，同时阻断培养液的流出)打破菌群的平衡。有机营养激活剂的注入速率优选为200～800mL/天，更优选为500mL/天。
本发明有机无机营养进行交替的激活，优选利用新疆油田七中区7253井采出液作为初始水样，以上述技术方案所述有机营养激活剂配方和无机营养激活剂配方间隔进行了交替持续激活实验，间隔时间优选为9～12天，更优选为10天。本发明对先加入激活剂的种类没有特殊限定，可以为无机营养激活剂，也可以为有机营养激活剂。
本发明针对现场连续注入无机营养和有机营养激活剂的方式进行了模拟，首次揭示了持续激活过程中烃氧化菌的动态变化规律，又通过高通量测序揭示了菌群结构的变化情况。确认了烃氧化菌占总菌的比例在不添加干扰时会有波动上升再波动下降的趋势，并得到了菌群多样性的降低是导致持续激活过程中烃氧化菌菌群衰退的原因。针对这种现象，通过在无机营养激活的后期添加速效碳源进行刺激，打破菌群的平衡，最终使菌群的多样性和烃氧化菌的比例升高，原油乳化变好。
由于无机营养持续激活过程中烃氧化菌的数量和总菌的数量都比较低，原油前期的乳化显现的较为缓慢。本发明又模拟了有机营养持续激活过程，但是得到了相似的烃氧化菌的变化趋势，针对这种现象本发明在激活后期给予了段塞的处理，最终增加了菌群的多样性提高了烃氧化菌的比例和乳化效果。
在整个无机和有机营养持续激活的过程中，菌群的多样性都会在较早的时间出现衰退，都没有显示出持续较好的乳化效果，本发明又采用了有机无机交替激活的方式，向油藏中交替注入无机营养激活剂和有机营养激活剂，交替周期为烃氧化菌占总菌的比例首次达到最高位的时间；不断变化激活方式使菌群一直处于活跃的状态，最终达到较好的乳化效果。本发明优选所述无机营养激活剂和有机营养激活剂的交替周期为9～12天，更优选为10天。
本发明中，所述有机营养激活剂的注入速率优选为200～800mL/天，更优选为500mL/天；所述无机营养激活剂的注入速率优选为200～800mL/天，更优选为500mL/天。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
为了在持续激活过程中使烃氧化菌的比例维持在高位，菌群维持活跃状态。首先利用物理模拟装置分别模拟了无机营养连续激活，有机营养连续激活，有机营养无机营养交替激活这几种情况。并对持续激活过程中的烃氧化菌、总菌进行了定量，根据文献报导每个烃氧化菌细胞平均含有一个拷贝的CYP153基因或alkB基因和每个细菌中平均含有3.61个拷贝的16SrRNA基因换算对应的烃降解菌和总菌数目，由于烃氧化菌占总菌的比例能表示烃氧化菌功能菌群的活跃程度，利用烃氧化菌的比例的变化来表征烃氧化菌菌群的动态变化。并根据烃氧化菌的动态变化情况选择时间点进行干预(添加速效碳源)，监测扰动之后烃氧化菌的变化情况，选择代表性的各批数据进行了16SrRNA高通量测序，从菌群的结构和多样性的角度分析菌群的动态变化规律。
实施例1：无机营养连续激活过程中烃氧化菌的动态变化规律
在只以氮磷源为激活剂的无机营养持续激活条件下，进行了两个批次的监测，分别在烃氧化菌占比处于低位和高位时进行干预(添加速效碳源葡萄糖)。
第一批：在烃氧化菌的比例处于低位时添加速效碳源
选择15年12月份新疆油田七中区7253井的油水样在物理模拟装置中进行无机营养条件下的持续激活。在灭菌的5L发酵罐中加入原始的2.7L油井采出液和0.3L的原油，以及无机营养激活剂。根据实施微生物驱油时的油藏近注水井地带的物理条件设置对应的发酵罐的参数(温度30℃，通气量0.2(V/V·min)，搅拌110rpm/min，压力0.1MPa)。向发酵罐中持续补加灭菌之后的油藏水样配置的无机营养激活剂(500mL/天)和原油(50mL/天)。具体的无机营养激活剂配方为(NH4)2HPO43.0g/L，NaNO36.0g/L。为了保证发酵罐内液体量的恒定，同时以相同的速度(550mL/天)排出培养液。每隔12小时进行取样，并监测原油的乳化状态。
激活过程中的烃氧化菌的动态变化规律如图3所示。随着无机营养的持续激活，烃氧化菌占总菌的比例先会有一个波动性的上升在第21天时达到最大(占总菌的27.88％)，然后会有一个波动性的的下降，在第25天到39天这段时间维持在7％左右。同时原油的乳化情况也发生了变化，在烃氧化菌的占比上升阶段发酵罐内原油乳化现象越来越显著，原油变为细小的颗粒，随后烃氧化菌的比例降低原油此时的乳化也慢慢变差。
由于烃氧化菌的占比在25天至39天时维持在较低的水平，为了打破这种平衡，在第40天开始补加速效碳源葡萄糖(在发酵罐中一次性加入15g葡萄糖，然后配置浓度5g/L的葡萄糖激活剂,补加速率500mL/天)，第44天停止补加葡萄糖，经过生物传感器分析仪测定葡萄糖在第52天基本消耗完毕，残糖量接近于0。在添加葡萄糖之后，烃氧化菌的占比首先会有一个小幅度的上升，然后会有一个急剧的下降，从第41天至第52天葡萄糖消耗完毕这一段时间内烃氧化菌的占比始终处于一个较低的水平。从第52天开始到第58天，又出现波动上升的现象。添加葡萄糖之后原油的乳化情况迅速变差，这说明整个微生物群落包括烃氧化菌和非解烃菌都首先利用葡萄糖作为碳源，烃氧化菌产生表面活性剂乳化原油的的能力变差。但是，添加的速效碳源扰乱了烃氧化菌激活后期的衰退状态，能使烃氧化菌的比例再次波动上升，乳化变好。
第二批：在烃氧化菌的比例处于高位时添加速效碳源
选择15年6月份新疆油田七中区7253井的油水样进行无机营养条件下的持续激活，与上一批次结果不同这一批次选择在烃氧化菌的比例处于高位时添加速效碳源扰乱菌群的平衡状态，并对这一批数据进行了高通量测序。
(1)激活过程中的烃氧化菌的动态变化规律如图4所示。在持续激活过程中总菌和烃氧化菌的数目在达到1010个/mL后基本稳定在这个数量级，较烃氧化菌占比在低位添加速效碳源那一批次的绝对数量要高。这可能由于不同月份的菌群结构不同造成的。在持续激活过程中，烃氧化菌的占比从初始激活到第21天(添加速效碳源葡萄糖之前)始终处在波动上升的状态，烃氧化菌的占比最高可达39.71％。
根据上一批次的实验结果，烃氧化菌的比例在处于高位后会出现波动下降并在低位处于稳定的状态，本发明试着在烃氧化菌的比例处于高位时添加速效碳源，希望打破这种后续的烃氧化菌的衰退状态。因此，在第22天开始补加速效碳源葡萄糖，第26天停止补加葡萄糖，经过生物传感器分析仪测定葡萄糖在第30天基本消耗完毕。与上批次结果相似，在添加葡萄糖之后，烃氧化菌的占比首先会有一个小幅度的上升，然后会有一个急剧的下降，从第22天至第30天葡萄糖消耗完毕这一段时间之内，烃氧化菌的占比出现了急剧的下降。从第31天开始到第38天，又出现波动上升的现象。整个激活过程中原油的乳化情况也随着烃氧化菌的占比发生了变化，在初始激活过程中原油逐渐乳化，在添加葡萄糖后乳化迅速变差，葡萄糖消耗完毕之后乳化又逐渐变好。
(2)本批次无机盐持续激活过程中，每隔3天选择一个基因组进行了16SrRNA高通量测序测序，希望从菌群的结构和多样性的角度分析无机盐持续激活过程中菌群的变化。
在属水平上Alcanivorax，Aquamicrobium，Aliidiomarina，Pseudomonas，Halomonas，Marinobacter，Saccharibacteria_norank，Marinobacterium，Acinetobacter，Chryseobacterium，Rhizobium在各测序样品中占有绝对的优势(图5)。在初始水样中主要的优势菌群为Pseudomonas(50.28％)和Rhizobium(10.86％)，随着激活时间的延长，在第3-6天时Pseudomonas和Marinobacterium占据优势。从第9天开始，原始水样水样中并不占据优势的食烷菌(Alcanivorax)比例迅速增加，在第21天(未添加速效碳源葡萄糖之前)时达到最大(80.83％)。添加速效碳之后，食烷菌的比例有所降低，葡萄糖的添加激活了Aquamicrobium和Halomonas，它们所占的比例有所上升。在第30天葡萄糖消耗完之后食烷菌的数量又开始增加。属水平Alcanivorax所占的比例的变化趋势和定量得到的烃氧化菌占比的变化趋势非常一致，这也证明了定量的准确性。而且表明在此批次的无机盐持续激活过程中，激活的烃氧化菌主要为Alcanivorax。
在持续激活过程中菌群的多样性在初始阶段首先会有一个升高，在第6天时达到最大(图6)。此后，在未干预之前菌群的多样性持续的变低，而此阶段Alcanivorax的比例逐渐的升高且占据绝对的优势。多样性的降低会导致菌群的衰退，这也可能是上一批次烃氧化菌的比例在达到最高点之后持续降低的原因。在第22天添加速效碳源之后多样性指数逐渐的升高，这表明葡萄糖的加入扰乱的菌群的平衡，打破了菌群的衰退状态。在葡萄糖消耗完之后，菌群的多样性指数又有一个稍微的下降。在持续激活过程中的多样性变化趋势表明，在持续激活过程中多样性在后期会逐渐的降低，葡萄糖的添加有助于多样性的恢复。
实施例2：有机营养连续激活过程中烃氧化菌的动态变化规律
由于无机营养激活过程中总菌和功能菌群的数量较有机营养激活较低，为了提高乳化效果，因此又模拟了有机营养激活的方式。选择15年12月份新疆油田七中区7253井的油水样进行有机营养条件下的持续激活，与无机营养只添加氮磷源不同，有机营养配方中增加了糖蜜和玉米浆干粉，这些有机营养有助于微生物快速的产酸、产气、提高原油的乳化。具体的有机营养激活剂配方为(NH4)2HPO43.0g/L，NaNO36.0g/L，糖蜜3.5g/L，玉米浆干粉1.5g/L。选择持续激活过程中相同的间隔时间点对这一批数据进行了高通量测序。
(1)有机营养持续激活过程中的烃氧化菌的动态变化规律如图7所示。由于有机营养、氧气的添加，总菌数在激活的初期迅速的增加。从烃氧化菌占总菌比例的变化来看，在第1天时会有一个升高再降低的波动，从第2天开始烃氧化菌的占比首先会有一个波动上升的过程，在第9天时达到最高(15.27％)。此后，会有一个波动性的下降，在第25天时达到最低值(0.95％)。在第25天之后烃氧化菌的占比有小幅的增加。在烃氧化菌的占比在第25天时达到最低，且直到第37天这段时间，一直处于较低的水平(基本在5％以下)。和持续性的无机营养激活类似，持续性的有机营养激活也会导致菌群的衰退，而且有机营养的添加可以使非解烃菌不依赖烃氧化菌降解原油产生的代谢产物来生存。为了打破这种衰退的状态，本发明从第37天开始停止补加有机营养，第41天又重新开始补加。在停止补加营养这段时间和以及后续激活过程中，烃氧化菌的占比又会有一个波动性上升的过程。
有机营养持续激活过程中，原油的乳化情况相较于无机营养持续激活过程有些变化。由于有机营养激活过程中，烃氧化菌和总菌的数目增长十分的迅速，原油乳化状态的显现也要比无机营养激活要早。但是，有机营养持续激活过程中衰退现象也迅速出现，烃氧化菌比例的快速降低，原油的乳化情况也快速的变差。总之，有机营养激活过程中，原油的乳化显现较快，但是变差也较快。在持续激活后期，在停止补加营养一段时间之后，原油的乳化现象有所改善。
(2)本批次有机营养持续激活过程中，每隔5天选择一个基因组进行16SrRNA高通量测序。
在属水平上Pseudomonas，Actinotalea，Aliidiomarina，Shewanella，Jonesia，Marinobacter，Halomonas，Exiguobacterium，Lactobacillus，Bacillus在各测序样品中占有绝对的优势(图8)。在初始水样中主要的优势菌群为Pseudomonas，随后菌群结构发生了显著的变化，激活前期(5-15天)占据优势的菌群为Marinobacter，Shewanella，Jonesia，而激活后期(20-52天)占据优势的菌群为Jonesia，Aliidiomarina，Actinotalea，Halomonas，Pseudomonas。激活前期占据优势的Marinobacter是代表性的烃氧化菌，它的激活有利于原油的乳化。而激活后期占有优势的这些菌属，大多数是非解烃菌，它们的激活不利于原油的降解和乳化，这也可能是原油乳化在激活后期变差的原因。无机营养激活过程中菌群的分布和有机营养激活过程中菌群的分布差别显著，有机营养激活过程中烃氧化菌的比例始终较低，而且解烃菌的种类十分的繁杂，没有像无机营养激活过程中占据绝对主导地位的烃氧化菌(Alcanivorax)。所以，有机营养激活过程的测序结果的属水平来看，没有哪一类烃氧化菌的比例变化和定量得到的烃氧化菌比例的变化一致。
有机营养持续激活过程中菌群的多样性指数要远远高于无机营激活(图9)，而且多样性指数的变化趋势和烃氧化菌的占比变化的趋势相一致，这可能是由于多样性的增高有利于烃氧化菌比例维持在高位。
实施例3：有机营养无机营养交替激活过程中烃氧化菌的动态变化规律
前几批次无机营养持续激活和有机营养持续激活都没有得到较好的乳化效果，因此又选择了有机营养无机营养交替激活的方案，希望在菌群的多样性未出现衰退之前给予间断性的刺激使菌群一直处于活跃的状态，提升持续激活过程中原油的乳化效果。根据上一批次有机营养持续激活的结果，多样性达到最高的时间为第10天，因此选择了有机营养和无机营养间隔的周期为10天。此批次选择的油水样为2016年8月份新疆油田七中区7253井的油水样。最后每间隔5天对这一批样品进行了高通量测序。
(1)有机营养无机营养间隔持续激活过程中的烃氧化菌的动态变化规律如图10所示。与有机营养持续激活的结果相似，总菌数在激活的初期迅速的增加。由于是有机营养无机营养间隔添加，总菌和烃氧化菌的数目在每10天间隔周期的后几天会发生较大的波动。这可能的原因是随着有机无机激活条件的改变，在每个周期的前几天需要把发酵罐中有机、无机原始体积的培养液进行缓慢的置换，每个周期的后几天原始的培养液被置换完毕菌群开始完全接触新的不同有机或无机的培养液，菌群的变化较为剧烈。在持续激活过程中，烃氧化菌的占比在第1天时会有一个降低的波动，从第2天开始烃氧化菌的占比首先会有一个波动上升的过程，在第9天时达到最高(17.88％)。这和上一批次有机营养持续激活的结果十分的类似，上一批次也是在第9天时比例达到最高的15.27％。虽然此后一直在不断的变化无机有机的激活条件，但是第9天至25天这段时间烃氧化菌的占比的总的趋势还是呈现波动下降的状态。第25天至50天这段时间，烃氧化菌的占比一直在较低的比例上下波动。从第50天开始到最后，烃氧化菌的比例又有了一个波动上升再波动下降的过程。在每次转换补加营养的小周期之内，烃氧化菌的占例都会呈现先波动上升再波动下降的状态。而从总体的趋势来看，有机营养和无机营养交替间隔添加，烃氧化菌的占比表现为先增加达到最高再衰退的趋势。
原油初始的乳化情况与上一批次有机营养持续激活过程相似，原油在激活初期迅速乳化变为细小的颗粒。但是原油乳化变差的现象并没有迅速出现，直到第30天原油的乳化才稍微变差，在第50天之后原油的乳化又恢复到了之前乳化较好的状态，持续一段时间后又变差。与前几个批次的无机营养持续激活和有机营养持续激活相比，此次激活过程中原油的乳化状态一直较好，并没有出现乳化评级为“1”的时期。
(2)本批次有机营养无机营养间隔激活过程中，每隔5天选择一个基因组进行16SrRNA高通量测序。
在属水平上Arcobacter，Marinobacter，Pseudomonas，Aliidiomarina，Halomonas，Aquamicrobium，Lactobacillus，Bacillus，Romboutsia在各测序样品中占有绝对的优势(图11)。在初始水样中主要的优势菌群为Arcobacter、Pseudomonas，在随后的激活过程中菌群结构发生了显著的变化，第5天时占据优势的菌群变为了Marinobacter(占比可以达到55.8％)、Pseudomonas、Bacillus，这些菌属都是具有代表性的烃氧化菌和表面活性剂产生菌，这也可能是原油在此阶段迅速乳化的原因。从第10天到第45天之间，Marinobacter的比例持续的降低，而Aquamicrobium，Aliidiomarina，Halomonas和一些不能分类到属的菌逐渐占据优势，第50天之后Marinobacter，Halomonas，Lactobacillus，Aliidiomarina的比例有所增加。从属水平来看Marinobacter比例的变化趋势和定量得到的烃氧化菌的比例变化趋势大体一致，Marinobacter应该是有机无机营养持续激活过程中主要的烃氧化菌，但是激活过程中的烃氧化菌的种类不止Marinobacter这一种，它们多样比例也一直在变化，这也是造成Marinobacter属水平和定量得到的烃氧化菌占比在一些点趋势不一致的原因。第50天附近定量得到的烃氧化菌的比例有一个显著的升高，在第50天这个点菌群的多样性也有一个明显的增高，菌群内多样性的调整特别是烃氧化菌种类的增加可能是导致定量比例显著增加的原因。
与有机营养持续激活相似，有机无机营养间隔激活过程中菌群的多样性指数也要远远高于无机营养激活(图12)，而且多样性指数在激活前期没有出现过急剧的下降，反而是在0-55天之间呈波动上升的趋势。有机营养无机营养间隔激活的方式能使菌群的多样性在明显降低之前重新恢复到较高的水平，此批次原油的乳化一直较好，说明该种激活方式能使菌群一直处于活跃的状态有利于原油的乳化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种模拟油藏中烃氧化菌变化规律的物理模型，其特征在于，所述模型包括连续培养发酵罐，所述发酵罐内装有油藏原始采出液，所述发酵罐还设置有激活剂入口、原油入口以及培养液出口；所述激活剂入口和所述原油入口分别用于注入激活剂和原油，所述培养液出口用于发酵罐中的培养液流出；所述激活剂和原油注入发酵罐中的流入量与发酵罐中培养液的排出量维持在动态平衡的状态。
2.根据权利要求1所述的物理模型，其特征在于，所述激活剂为无机营养激活剂或有机营养激活剂。
3.根据权利要求1所述的物理模型，其特征在于，所述激活剂为有机营养激活剂与无机营养激活剂交替注入。
4.根据权利要求2或3所述的物理模型，其特征在于，所述所述无机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L；
所述有机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L，糖蜜2～5g/L，玉米浆干粉1～3g/L。
5.根据权利要求1所述的物理模型，其特征在于，所述原油占所述激活剂的体积比为1:6～12。
6.根据权利要求1或5所述的物理模型，其特征在于，所述激活剂补加的速率为200～800mL/天，所述原油补加速率为20～80mL/天。
7.一种持续激活油藏烃氧化菌并维持高比例和活跃状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：向油藏中交替注入无机营养激活剂和有机营养激活剂，交替周期为烃氧化菌占总菌的比例首次达到最高位的时间；所述无机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L；所述有机营养激活剂包括以下浓度的组分：(NH4)2HPO42～5g/L，NaNO34～10g/L，糖蜜2～5g/L，玉米浆干粉1～3g/L。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无机营养激活剂和有机营养激活剂交替注入的周期为9～12天。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无机营养激活剂的注入的速率为200～800mL/天。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述有机营养激活剂注入的速率为200～800mL/天。
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2018
- 2018-04-13 CN CN201810328202.7A patent/CN108412474B/zh active Active
Patent Citations (4)
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Also Published As
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