CN111500480B - 驱油用复合微生物菌剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田采油技术领域，更具体地，涉及一种驱油用复合微生物菌剂及其应用。其中，复合微生物菌剂包括生产表面活性剂的好氧菌和厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)。本发明提供的驱油用复合微生物菌剂中的好氧菌能够产生表面活性剂，降低油水的界面张力，从而提高原油的采收率，还能够为厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)提供生长所需的碳源，不但能够以糖类和无机盐为营养厌氧生长代谢产生有机酸、有机醇和气体等，而且还能够以原油为碳源，降解原油，提高原油的流动性，从而提高原油的采收率。

Description

驱油用复合微生物菌剂及其应用

技术领域

本发明属于油田采油技术领域，更具体地，涉及一种驱油用复合微生物菌剂及其应用。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，对石油等化石能源的需求日益增加，致使石油能源短缺日益凸显。按照现有的石油开采技术，很多油田的平均采收率仅达到40％，油藏的剩余石油储量仍然很大，因此，如何开采油藏中的剩余石油成为备受石油工作者关注的焦点。

微生物提高采收率技术(Microbial Enhanced Oil Recovery，MEOR)是利用微生物在油藏中生长代谢所产生的表面活性剂、乳化剂、气体和有机酸等物质来降低地层中的原油粘度，增加原油的流动性，或者通过微生物生物量的增加及产生聚合物来选择性封堵油藏中的大孔道，提高注入水的波及体积，进而提高油藏采收率的一项技术。该技术是继热驱、化学驱、气驱之后的第四种提高原油采收率的技术，具有应用范围广，经济效益高和安全环保等特点。

微生物提高原油采收率的主要机理包括微生物产生生物表面活性剂和有机溶剂减低油水界面张力和原油粘度；代谢产生气体增加地层压力；代谢产生有机酸降低原油粘度和改善油藏的渗透率，从而提高原油的采收率。

公开号为CN102242076A的专利文献公开了一种驱油用微生物及含有该微生物的复合型驱油剂。其中，驱油用微生物包括白黄精朊细菌(Protaminobacter albofiavus)；复合驱油剂包括含有白黄精朊细菌(Protaminobacter albofiavus)的菌液、表面活性剂、高分子改性剂、以及降粘剂等。该专利文献利用利用单一的菌种驱油，单一菌种不耐环境冲击，并且还需要添加额外的表面活性剂、高分子改性剂、以及降粘剂等，对地层仍然会造成一定的损害和污染。

公开号为CN101892171A的专利文献公开了一种复合微生物菌剂及其制备方法和它在提高原油产量中的应用。其中，复合微生物菌剂包括产表面活性剂的好氧菌和产酸产气的厌氧发酵菌。产表面活性剂的好氧菌是地质芽孢杆菌(Geobacillus pallidus)，该地质芽孢杆菌能够以有机物或烃类为基质好氧生长并产生表面活性剂。产酸产气的厌氧发酵菌是嗜热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter tengcongensis)，该嗜热厌氧杆菌以糖类为基质厌氧生长并产生有机酸、醇和气体。该专利文献利用复合菌种提高了对环境冲击的能力，然而，地质芽孢杆菌(Geobacillus pallidus)在无氧的条件下迅速大量死亡，嗜热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter tengcongensis)在有氧的环境中成活率也比较低，从而不能大幅度提高原油采收率。

发明内容

本发明的目的是一种驱油用复合微生物菌剂及其应用，该驱油用复合微生物菌剂中的厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)在有氧条件下仍然保持很高的存活率，从而在注入至油井后，该微生物菌剂能够显著提高原油采收率。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种驱油用复合微生物菌剂，所述复合微生物菌剂包括生产表面活性剂的好氧菌和厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)。

具体地，所述好氧菌包括地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。

更具体地，所述地衣芽孢杆菌保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC10716；所述枯草芽孢杆菌保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC 35021；所述厌氧发酵单胞菌保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC 29501。

具体地，所述复合微生物菌剂还包括培养基。

更具体地，所述培养基包含原油。

更具体地，所述好氧菌在所述培养基中的初始体积浓度为1％～4％；所述厌氧发酵单胞菌在所述培养基中的初始体积浓度为1％～10％。

更具体地，所述地衣芽孢杆菌在所述培养基中的初始体积浓度为0.5％～2％；所述枯草芽孢杆菌在所述培养基中的初始体积浓度为0.5％～2％。

更具体地，所述原油在所述培养基中的初始质量浓度为2％～5％。

更具体地，所述培养基还包括以下质量浓度的组分：0.2％～1.5％的糖蜜或蔗糖，0.1％～0.3％的NaH₂PO₄、0.1～0.3％的K₂HPO₄、0.1～0.3％的KCl、0.03～0.05％的酵母粉以及余量的水。

更具体地，所述培养基的pH值为6.5～7.5。

更具体地，所述复合微生物菌剂由包括以下步骤的方法制得：

1)配制培养基，对所述培养基进行灭菌处理；

2)将所述好氧菌和所述厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)接种至灭菌处理后的所述培养基中；

3)在自然溶氧条件下对所述好氧菌和所述厌氧发酵单胞菌(Zymomonasanaerobia)进行培养，即获得所述复合微生物菌剂。

本发明第二方面提供上述复合微生物菌剂在原油开采中的应用。

本发明提供的驱油用复合微生物菌剂中的好氧菌能够产生表面活性剂，降低油水的界面张力，从而提高原油的采收率，还能够为厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)提供生长所需的碳源，厌氧发酵单胞菌不但能够以糖类和无机盐为营养厌氧生长代谢产生有机酸、有机醇和气体等，而且还能够以原油为碳源，降解原油，提高原油的流动性，从而提高原油的采收率。

将本发明提供的驱油用复合微生物菌剂注入至地层后，在距离油井近的地层中，主要通过好氧菌在有氧条件下能够快速合成表面活性剂，降粘油水界面张力，剥离原油，在距离油井远的地层中，厌氧微生物在无氧条件下代谢合成有机酸、有机醇和气体，进一步提高原油流动性，从而提高原油采收率。

在具有培养基的条件下，驱油用复合微生物菌剂中的好氧菌和厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)能够快速扩繁，更加有利于提高原油流动性，从而提高原油采收率。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1为本发明实施例的复合微生物菌剂乳化原油的实验结果。

图2为本发明实施例的复合微生物菌剂降解稠油的实验结果。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

本发明第一方面提供一种驱油用复合微生物菌剂，所述复合微生物菌剂包括生产表面活性剂的好氧菌和厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)。

本发明提供的驱油用复合微生物菌剂中的好氧菌能够产生表面活性剂，降低油水的界面张力，从而提高原油的采收率，还能够为厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)提供生长所需的碳源，厌氧发酵单胞菌不但能够以糖类和无机盐为营养厌氧生长代谢产生有机酸、有机醇和气体等，而且还能够以原油为碳源，降解原油，提高原油的流动性，从而提高原油的采收率。

根据本发明一种优选实施方式，所述好氧菌包括地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)在无氧的条件下能够以原油为碳源存活较长时间。也就是说，在无氧的条件下，地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)能够降解原油，提高原油的流动性，从而提高原油的采收率。

本发明不对地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)和厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)的具体类型和来源做严格限定，为了达到更好地驱油降粘效果，选择以下来源的菌种：地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC 10716；枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC 35021；厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC 29501。

本发明的复合微生物菌剂还包括培养基。该培养基可以包括糖类和无机盐。更具体地，培养基还包括以下质量浓度的组分：0.2％～1.5％的糖蜜或蔗糖，0.1％～0.3％的NaH₂PO₄、0.1～0.3％的K₂HPO₄、0.1～0.3％的KCl、0.03～0.05％的酵母粉以及余量的水。优选地，1％的蔗糖，0.2％的NaH₂PO₄，0.2％的K₂HPO₄，0.2％的KCl和0.05％的酵母粉。该培养基还可以包含原油。原油可以为稠油，稠油的粘度为50～2000mPa·s，优选为稠油的粘度为500-2000mPa·s，更优选为1500-2000mPa·s。原油在所述培养基中的初始质量浓度为2％～5％。培养基的pH值为6.5～7.5，优选为7。

根据本发明一种优选实施方式，所述好氧菌在所述培养基中的初始体积浓度为1％～4％；所述厌氧发酵单胞菌在所述培养基中的初始体积浓度为1％～10％。在好氧菌包括地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的情况下，所述地衣芽孢杆菌在所述培养基中的初始体积浓度为0.5％～2％；所述枯草芽孢杆菌在所述培养基中的初始体积浓度为0.5％～2％。地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)在复合微生物菌剂中的体积浓度可以相同也可以不同。本发明对于地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)与枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)之间的体积比不做具体限定。

在本发明中，由于将驱油用复合微生物菌剂注入地层后，主要是通过厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)的生长繁殖代谢对原油进行降粘，因此，厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)的体积浓度大于所述好氧菌的体积浓度，所述厌氧发酵单胞菌的体积浓度约为所述好氧菌的体积浓度的2.5～10倍。

在本发明中，所述复合微生物菌剂由包括以下步骤的方法制得：

1)配制培养基，对所述培养基进行灭菌处理。

2)将所述好氧菌和所述厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)接种至灭菌处理后的所述培养基中。

3)在自然溶氧条件下对所述好氧菌和所述厌氧发酵单胞菌(Zymomonasanaerobia)进行培养，即获得所述复合微生物菌剂。

在步骤1)中，对培养基进行灭菌处理可以为高压蒸汽灭菌。一般是在0.1MPa压力下，温度为121℃时，灭菌15～30分钟。在步骤2)中，优选地，在无菌的条件下将好氧菌和所述厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)接种至灭菌处理后的培养基中，其中好氧菌优选为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。在步骤3)中，利用培养基对地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)进行培养，使得地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)迅速生长扩繁，并且不影响厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)存活。培养温度为45～65℃，优选为45～60℃，更优选为50～55℃。培养时间为48～120h，优选为48～96h，更优选为60～72h。

本发明第二方面提供一种上述复合微生物菌剂在原油开采中的应用。将复合微生物菌剂与注入水一起注入至地层中，优选地，注入水为地层采出水。

实施例1

复合微生物菌剂的制备。

在500mL血清瓶中，加入400mL无机盐+蔗糖培养基，培养基的组成包括0.5％的蔗糖，0.2％的NaH₂PO₄，0.2％的K₂HPO₄，0.2％的KCl和0.05％的酵母粉，pH调整为7。然后分别按照2％的体积比接入地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，以5％的体积比接入厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)，在55℃的培养箱中静置培养72h，得到复合微生物菌剂。

实施例2

复合微生物菌剂的制备。

在500mL血清瓶中，加入400mL无机盐+蔗糖培养基，培养基包括以下重量比的组分：0.5％的蔗糖，0.2％的NaH₂PO₄，0.2％的K₂HPO₄，0.2％的KCl和0.05％的酵母粉。然后分别按照1％的体积比接入地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，以10％的体积比接入厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)，在55℃的培养箱中静置培养72h，得到复合微生物菌剂。

实施例3

复合微生物菌剂的制备。

在500mL血清瓶中，加入400mL无机盐+蔗糖培养基，培养基包括以下重量比的组分0.5％的蔗糖，0.2％的NaH₂PO₄，0.2％的K₂HPO₄，0.2％的KCl和0.05％的酵母粉，调整pH为7。然后分别按照0.5％的体积比接入地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，以1％的体积比接入厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)，在55℃的培养箱中静置培养72h，得到复合微生物菌剂。

实施例4

利用实施例2制备的复合微生物菌剂进行需氧实验。

将复合微生物菌剂进行半固体培养基穿刺培养，55℃恒温下静置培养72h后，观察其生长情况。结果表明，在半固体培养基的靠近顶部和底部，菌种生长较为旺盛。此结果表明该复合微生物菌剂中的菌种具有厌氧生长和好氧生长的特性，既可以在有氧条件下生长，也可以在低氧和无氧的环境中生长。

实施例5

利用悬滴法对实施例1制备的复合微生物菌剂的表面张力和界面张力进行测定。

分别在0小时和72小时对复合微生物菌剂测定表面张力和界面张力。该复合微生物菌剂的表面张力从64.57mN/m降低到34.53mN/m，界面张力从24.34mN/m降低到0.143mN/m。可见，经过72小时发酵，复合微生物菌剂中的菌种产生了可以降低复合微生物菌剂粘度的物质，即表面活性剂，使得复合微生物菌剂的表/界面张力下降。

实施例6

利用实施例1发酵72小时的复合微生物菌剂对柴油进行乳化。

乳化指数的测定方法如下：取带刻度试管，加入柴油5mL，再加入5mL的复合微生物菌剂发酵液，剧烈振荡1分钟，室温静置24小时后测量，以乳化层的高度除以有机相的总高度的百分比，即EI₂₄，如果EI₂₄>50％，则认为该乳状液是稳定的。

将复合微生物菌剂作为种子液按照5％的比例接入100mL无机盐+糖类的培养基(0.2％的K₂HPO₄，0.2％的NaH₂PO₄，0.2％的NaNO₃，0.2％的KCl，0.05％的酵母粉，0.5％的蔗糖，pH调整为7)中，55℃振荡培养(120rpm)7天。用其发酵液对0号柴油进行乳化活性分析。分析结果表明本发明的菌株Q20发酵液能很好的乳化柴油，EI₂₄为100％。而作为对照的以豆油为碳源的原始培养基，EI₂₄仅为1％左右，基本看不到乳化层。

实施例7

利用实施例1制备的复合微生物菌剂乳化稠油乳状液进行稳定性分析实验。

利用全能近红外线稳定分析仪对摇瓶中复合微生物菌剂乳化粘度15.8mPa.s的油水体系(复合微生物菌剂在以无机盐+2％原油的培养基中生长，55℃振荡发酵培养7天，用其发酵液对原油进行乳化)进行乳化分析。扫描程序为0～60min，每1分钟扫描一次，60～180分钟，每5分钟扫描一次。根据全能近红外线稳定分析仪扫描结果得到微生物乳化原油的稳定系数。复合微生物菌剂乳化原油后乳状液的稳定性很强，静置48小时乳状液没有出现分层现象。根据全能近红外线稳定分析仪扫描结果参见图1，如图1所示，复合微生物菌剂乳化原油的稳定系数为1.12。此结果说明复合微生物菌剂乳化原油后乳状液具有很强的稳定性。

实施例8

利用实施例1制备的复合微生物菌剂对稠油进行降粘实验。

将实施例1制备的复合微生物菌剂作为种子液按照5％的比例接入100mL以2％粘度为1146和1688mPa·s稠油分别为唯一碳源的无机盐的培养基(0.2％的K₂HPO₄，0.2％的NaH₂PO₄，0.2％的NaNO₃，0.2％的KCl，0.05％的酵母粉，pH调整为7，55℃振荡培养(120rpm)7天。培养结束后，转移摇瓶内的所有原油和培养基到预先称重的250mL离心杯中，8000rpm离心10min，除去培养基和菌体。80℃温箱烘干到恒重，称重，计算离心杯的重量变化。结果如表1所示，培养体系中对粘度为1146mPa·s的稠油的代谢速率达到0.145g/天；对粘度为1688mPa·s的稠油的代谢速率达到0.128g/天。请继续参见表1，复合微生物菌剂可以产生表面活性剂，使稠油发生乳化降粘。其对50％粘度为1146mPa·s的稠油降粘率为84.5％，对50％粘度为1688mPa·s的稠油降粘率为74.3％。

表1复合微生物菌剂的降粘能力

项目	乳化粘度(mPa·s)	降粘率(％)	原油代谢速率(g/天)
				稠油1	/	/	/
复合微生物菌剂	178	84.5	0.145
				稠油2	/	/
复合微生物菌剂	434	74.3	0.128

由表1可知，本发明提供的复合微生物菌剂对稠油具有很好的降粘效果。

实施例9

利用实施例1制备的复合微生物菌剂对稠油进行降解实验。

将实施例1制备的复合微生物菌剂作为种子液按照5％的比例接入100mL以2％粘度为1146mPa·s稠油分别为唯一碳源的无机盐的培养基(0.2％的K₂HPO₄，0.2％的NaH₂PO₄，0.2％的NaNO₃，0.2％的KCl，0.05％的酵母粉，pH调整为7，55℃振荡培养(120rpm)7天。培养结束后，复合微生物菌剂对粘度为1146mPa·s的稠油降解前后的饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质四组分含量进行分析，分析结果参见图2。如图2所示，微生物降解后原油的化学组分发生了一定程度的变化，饱和烃相对含量下降了9.1％，而芳香烃相对含量降低了8.2％。

可见，本发明提供的复合微生物菌剂能够降解原油，尤其是能够降解原油中的饱和烃和芳香烃，提高原油的流动性，从而提高原油的采收率。

实施例10

利用实施例1制备的复合微生物菌剂模拟驱油实验。

利用填砂管岩心模拟油藏条件，参数如下表2，温度为55℃，围压为5MPa，驱替速度为1.0mL/min。

表2填砂管岩心的参数

孔隙度(％)	长*宽*高(cm<sup>3</sup>)	渗透率(10<sup>-3</sup>μm<sup>2</sup>)
			23.7	30.0×4.5×4.5	500

实验步骤

1)装填岩心，抽真空2小时后饱和地层水；

2)测定岩心孔隙度、渗透率。

3)用粘度为50mPa·s的原油饱和岩心，出口设背压阀，加压至5MPa并全程保持，计算含油饱和度，老化岩心3天。

4)一次水驱，注地层水至待产出液含水率达到现场含水率98％。

5)注入0.4PV复配微生物菌剂，空白岩心注入0.4PV地层水，55℃下放置7天。

6)二次水驱，注地层水至待产出液含水率达98％，计算驱油效率。

实验结果如表3所示。

表3复合微生物菌剂物理模拟驱油结果

项目	一次水驱采收率(％)	最终采收率(％)	提高采收率(％)
				空白填砂管岩心	34.58	/	/
复合微生物菌剂	32.15	45.69	13.54

表3的实验结果表明，复合微生物菌剂能大幅地提高原油的驱油效率。在物理模拟驱油实验中，相比于空白填砂管岩心，本发明的复合微生物菌剂能够提高13.54％的驱油效率。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (5)

1.一种驱油用复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂包括生产表面活性剂的好氧菌和厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)；

所述好氧菌包括地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)；

所述复合微生物菌剂还包括培养基；

所述好氧菌在所述培养基中的初始体积浓度为1％～4％；所述厌氧发酵单胞菌在所述培养基中的初始体积浓度为1％～10％；

所述培养基还包括以下质量浓度的组分：0.2％～1.5％的糖蜜或蔗糖，0.1％～0.3％的NaH₂PO₄、0.1～0.3％的K₂HPO₄、0.1～0.3％的KCl、0.03～0.05％的酵母粉以及余量的水；所述培养基的pH值为6.5～7.5；

所述地衣芽孢杆菌保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC 10716；所述枯草芽孢杆菌保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC 35021；所述厌氧发酵单胞菌保藏于美国微生物菌种保藏中心，保藏编号为ATCC 29501。

2.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述地衣芽孢杆菌在所述培养基中的初始体积浓度为0.5％～2％；所述枯草芽孢杆菌在所述培养基中的初始体积浓度为0.5％～2％。

3.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述培养基包含原油；所述原油在所述培养基中的初始质量浓度为2％～5％。

4.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂由包括以下步骤的方法制得：

1)配制培养基，对所述培养基进行灭菌处理；

2)将所述好氧菌和所述厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)接种至灭菌处理后的所述培养基中；

3)在自然溶氧条件下对所述好氧菌和所述厌氧发酵单胞菌(Zymomonas anaerobia)进行培养，即获得所述复合微生物菌剂。

5.权利要求1～4任一项所述的复合微生物菌剂在原油开采中的应用。

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