CN116285927A - 一种提高稠油中微生物代谢活动的方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高稠油中微生物代谢活动的方法与应用，方法包括：将营养液加入至稠油中，并振荡激励，以提高稠油中微生物代谢活动。与现有技术相比，本发明创新性地将振荡激励技术与微生物采油技术相结合，利用振荡激励作用在油藏原位稠油中形成营养液微水滴，从而改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。原油内微水滴环境中存在着能够进行烃降解等活动的微生物，向微生物提供更多的微水滴生存环境与生长所需的营养物质，有利于刺激微生物生长代谢，并有助于利用稠油内微水滴环境中微生物及其代谢产物来提高能源采收率。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，涉及一种提高稠油中微生物代谢活动的方法与应用。
背景技术
油田开发主要有三个阶段：一次采油，油井自喷阶段；二次采油，注水或注气阶段；三次采油，物理、化学、生物驱替阶段。如何提高这类油藏的开发效益已成为亟需解决的问题。目前人工地震波技术主要应用在油田勘探方面，其他方面的应用还有待深入开发。
微生物采油技术是将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入油藏，或单纯注入营养液或目标功能菌，使油藏微生物生长繁殖，通常认为油藏微生物的烃降解等活动多发生在油水过渡区(Oil-water transition zone,OWTZ)，然而近年来有研究报道，沥青湖油样中的微水滴环境内存在活跃的微生物及代谢活动，而针对油藏稠油内微水滴环境中微生物代谢活动的调控鲜有报道。通过外界刺激调控的方式，改变稠油内微水滴环境，调控微生物及其代谢活动，对于稠油开采具有创新性及重要应用价值。目前，未有研究报道利用打击式低频人工震动技术波场效应结合油藏原位稠油微水滴中微生物代谢活动的方法来提高稠油采收率。
发明内容
本发明的目的就是提供一种提高稠油中微生物代谢活动的方法与应用，通过将营养液输送至稠油中得到油水体系，同时采用能量激励方式，在油水体系中形成微水滴环境，并通过微水滴环境调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。本发明所采用的能量激励方式，具有安全简单且易获得等优点，现场可采用打击式低频人工地震技术作业实现，且能够根据油藏情况灵活调整工艺流程；同时营养液原料价廉易获取，能够降低成本，应用多数枯竭、低渗透等难以开采油藏中，提高原油开采量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，包括：将营养液加入至稠油中，并振荡激励，以提高稠油中微生物代谢活动。
进一步地，所述的营养液包括水和以下组分及浓度：
Na2HPO4 0.3～0.5g/L；蔗糖12～22g/L；MgSO4·7H2O 0.12～0.18g/L；FeSO4·7H2O0.004～0.008g/L；MnSO4·H2O 0.004～0.008g/L；CaCl2 0.005～0.009g/L；酵母粉1.8～2.2g/L。
进一步地，所述的营养液包括以下组分及浓度：
Na2HPO4 0.39g/L；蔗糖20g/L；MgSO4·7H2O 0.15g/L；FeSO4·7H2O 0.006g/L；MnSO4·H2O 0.006g/L；CaCl2 0.007g/L；酵母粉2g/L。
进一步地，所述的营养液的pH为7.0-7.2。
进一步地，所述的营养液与稠油的体积比为1:(1～2)。
进一步地，所述的振荡激励过程中，振荡频率为1.33Hz-6.67Hz。
进一步地，所述的振荡激励过程中，振荡时间为1.5～2.5h/天，振荡天数为10～30天。
进一步地，所述的振荡激励过程中，振荡时间为2h/天，振荡天数为22天。
一种提高稠油中微生物代谢活动的方法的应用，包括将该方法用于稠油开采。
进一步地，所述的振荡激励通过打击式低频人工地震技术实现。
微生物代谢调控的方法效果通过激励后稠油中微水滴的形成与增加推测稠油内微水滴环境的改变对微生物活动的影响；通过观察与检测微水滴环境中微生物活/死菌的分布、代谢产物含量与群落变化说明营养液进入稠油后影响微水滴环境中微生物的生长，其代谢活动将改变稠油的性质；通过油样粘度的变化，说明在打击式低频人工地震激励与稠油内微水滴环境中微生物活动作用下能够提高稠油采收率。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明创新性地将振荡激励技术与微生物采油技术相结合，利用振荡激励作用在油藏原位稠油中形成营养液微水滴，从而改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。原油内微水滴环境中存在着能够进行烃降解等活动的微生物，向微生物提供更多的微水滴生存环境与生长所需的营养物质，有利于刺激微生物生长代谢，并有助于利用稠油内微水滴环境中微生物及其代谢产物来提高能源采收率；
2)营养液的配置原料价廉易获得，低成本的营养液可适用于很多枯竭、低渗透、稠油流动性差等开采难度较大的油藏，利于提高能源采收率且安全绿色环保；
3)采用打击式低频人工地震技术可以根据不同的油藏情况灵活调整工作参数，达到最大激励效果。这种方法能够改变稠油内微水滴环境并调控微水滴环境中微生物代谢活动，刺激功能采油菌的生长，同时应用现场打击式低频人工地震技术作业，缩短微生物生长时间，强化微生物采油技术，且工艺流程简单安全且可灵活调整，有助于增加能源产量，降低成本，提高经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，包括：将营养液加入至稠油中，并振荡激励，以提高稠油中微生物代谢活动。
其中，营养液包括水和以下组分及浓度：Na2HPO4 0.3～0.5g/L；蔗糖12～22g/L；MgSO4·7H2O 0.12～0.18g/L；FeSO4·7H2O 0.004～0.008g/L；MnSO4·H2O 0.004～0.008g/L；CaCl2 0.005～0.009g/L；酵母粉1.8～2.2g/L。
在一些优选的实施例中，营养液包括以下组分及浓度：Na2HPO4 0.39g/L；蔗糖20g/L；MgSO4·7H2O 0.15g/L；FeSO4·7H2O 0.006g/L；MnSO4·H2O 0.006g/L；CaCl2 0.007g/L；酵母粉2g/L。
在一些优选的实施例中，营养液的pH为7.0-7.2。
在一些优选的实施例中，营养液与稠油的体积比为1:(1～2)。
在一些优选的实施例中，振荡激励过程中，振荡频率为1.33Hz-6.67Hz，振荡时间优选为1.5～2.5h/天，振荡天数优选为10～30天。并且进一步优选的，振荡时间为2h/天，振荡天数为22天。更进一步优选的，在没有进行振害测试前的扰动力<350KN。
一种提高稠油中微生物代谢活动的方法的应用，包括将该方法用于稠油开采。
实验时环境下，振荡激励作用可通过可调频振动仪实现，例如：拓扑森科学仪器有限公司，设备型号TMM-5L，基于打击式低频人工地震技术利用声波原理与可调频振动仪作用机理的相似性，可将该方法拓展至现场采用打击式低频人工地震技术作业，即通过打击式低频人工地震技术实现振荡激励。
以下实施例以本发明上述技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中，微生物代谢调控的方法效果评价包括：
统计油相含水量：取油样50ml，卡尔﹒费休水分测定法检测油样中含水量；
观察油相微水滴形貌：取油样3ml，-20℃冷冻2h后，刮掉油表层，观察中间油层中微水滴结晶形貌；
观察微水滴中活/死菌的分布：用无菌移液枪拾取油样中微水滴置于共聚焦小皿中，汇集微水滴体积为20μl，对微水滴中活/死菌进行细胞膜染色，采用激光扫描共聚焦显微镜拍摄活/死菌分布情况；
检测气体和小分子酸含量：在激励22天后，采用气相色谱仪检测CO2浓度；激励(未激励)前后取油样20ml离心2min，转速8000rpm/min，保留下层水相，采用离子色谱检测小分子酸含量，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸；
微生物群落组成：取激励后(未激励)的油样50ml离心5min，转速8000rpm/min，保留下层水相，提DNA进行16S rRNA高通量测序；
油粘度的变化：取激励(未激励)前后油样1.5ml，采用流变仪进行油样粘度检测，温度设为50℃。
实施例1与实施例2中的稠油取自大庆油田未注水开发A油井，井深1253m，温度45～55℃，原油粘度94mPa·s(50℃)。实施例3与实施例4中的稠油取自大庆油田未注水开发B油井，井深1088m，温度45～50℃，原油粘度67mPa·s(50℃)。
可调频振动仪为拓普森科学仪器有限公司TMM-5型振动仪。
实施例1：
一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，包括以下步骤：
1)营养液的配制：组成包括(g/L)：Na2HPO4，0.39；蔗糖，20；MgSO4·7H2O，0.15；FeSO4·7H2O，0.006；MnSO4·H2O，0.006；CaCl2，0.007；酵母粉，2。10％NaHCO3溶液调pH＝7.0。
2)将营养液或无菌超纯水与稠油以体积用量比1:1混合，采用可调频振动仪对混合液提供振荡激励，工作参数包括频率1.33Hz，激励时间2h/天，激励22天。将营养液激励至稠油中形成水滴，调控微水滴环境内微生物的代谢活动。
同时做对照组C1，采用无菌超纯水替代营养液，并辅以振荡激励；对照组C2，加入营养液且无激励作用。
3)稠油采收效果评价：
对照组C1油样含水量为6％，对照组C2油样含水量为4.7％；而加入混合液的油样(实验组：营养液+振荡激励)中含水量为16％，且油样冷冻后观察到加入营养液的油样中微水滴结晶数量比对照组C1/C2多10％～13％，说明振荡激励够增加稠油含水量，有利于形成更多的微水滴，改变稠油微水滴环境。
营养液进入稠油后的微水滴中活菌数量明显增多，实验组油样中激励22天后CO2浓度为1.7mmol/L，小分子酸含量增加(甲酸8.7mg/L、乙酸585mg/L、丙酸7.8mg/L、丁酸2.1mg/L)且当中有益采油菌(细菌Bacillales相对丰度71.8％；古菌Methanothermobacter相对丰度36.7％、Methanosaeta相对丰度27.3％、Candidatus_Methanomethylicus相对丰度15.6％)变为优势菌，而对照组C1/C2活菌数量较低、CO2浓度分别为(0.02mmol/L)/(<0.01mmol/L)、小分子酸含量分别为(甲酸0.2mg/L、乙酸0.26mg/L、丙酸0.6mg/L、丁酸0.09mg/L)/(甲酸0.35mg/L、乙酸0.1mg/L、丙酸0.08mg/L、丁酸<0.07mg/L)，说明采用振荡激励方式能够使营养液进入稠油形成分散的大小不一的微水滴，为原位水滴中微生物提供大量所需的营养物质，促进微生物的代谢活动，从而影响稠油性质。
50℃下，原稠油粘度94mPa·s，加入实验组油样粘度54mPa·s，降低42％。说明在振荡激励作用与稠油内微水滴中微生物活动作用下，能够使稠油粘度降低，增加稠油流动性，进而提高采油率。
根据上述试验结果，可预见性的拓展至现场开采使用打击式低频人工地震技术在一定的工作参数范围内(频率1.33Hz、激励时间2h/天，激励22天、在没有进行振害测试前的扰动力<350KN)将营养液(pH＝7)激励至油藏原位稠油中形成微水滴，改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。
实施例2：
一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，与实施例1相比区别仅在于：
营养液组成包括(g/L)：Na2HPO4，0.39；蔗糖，20；MgSO4·7H2O，0.15；FeSO4·7H2O，0.006；MnSO4·H2O，0.006；CaCl2，0.007；酵母粉，2。10％NaHCO3溶液调pH＝7.2；
可调频振动仪的工作参数范围为频率6.67Hz、激励时间2h/天，激励22天；
同时做对照组C1，采用无菌超纯水替代营养液，并辅以振荡激励；对照组C2，加入营养液且无激励作用。
其余同实施例1。
结果显示，对照组C1油样含水量为10％，对照组C2油样含水量为4.7％，而实验组的油样中含水量为20％，且油样冷冻后观察到加入营养液的油样中微水滴结晶数量比对照组C1/C2多9％～15％，说明振荡激励作用能够增加稠油含水量，有利于形成更多的微水滴，改变稠油微水滴环境。
营养液进入稠油后的微水滴中活菌数量明显增多，实验组油样中激励22天后CO2浓度为1.9mmol/L，小分子酸含量增加(甲酸7.6mg/L、乙酸574mg/L、丙酸12mg/L、丁酸2.14mg/L)，油层中有益采油菌(细菌Bacillales相对丰度73.4％；古菌Methanothermobacter相对丰度31％、Methanosaeta相对丰度29.8％、Candidatus_Methanomethylicus相对丰度16.6％)变为优势菌，而对照组C1/C2活菌数量较低、CO2浓度分别为(0.01mmol/L)/(0.02mmol/L)、小分子酸含量分别为(甲酸0.44mg/L、乙酸0.53mg/L、丙酸<0.04mg/L、丁酸<0.01mg/L)/(甲酸0.24mg/L、乙酸0.96mg/L、丙酸0.1mg/L、丁酸0.22mg/L)，说明采用振荡激励方式能够使营养液进入稠油形成分散的大小不一的微水滴，为原位水滴中微生物提供大量所需的营养物质，促进微生物的代谢活动，从而影响稠油性质。
50℃下，原稠油粘度94mPa·s，加入实验组油样粘度53mPa·s，降低43％。说明在振荡激励作用与稠油内微水滴中微生物活动作用下，能够使稠油粘度降低，增加稠油流动性，进而提高采油率。
根据上述试验结果，可预见性的拓展至现场开采使用打击式低频人工地震技术在一定的工作参数范围内(频率6.67Hz、激励时间2h/天，激励22天、在没有进行振害测试前的扰动力<350KN)将营养液(pH＝7.2)激励至油藏原位稠油中形成微水滴，改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。
实施例3：
一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，与实施例1相比区别仅在于：所用稠油不同。同时做对照组C1，采用无菌超纯水替代营养液，并辅以振荡激励；对照组C2，加入营养液且无激励作用。
其余同实施例1。
结果显示，加入营养液的油样中含水量为24％，C1组含水量12％，C2组含水量10％，且油样冷冻后观察到加入营养液的油样中微水滴结晶数量比对照组C1/C2多10％～15％，说明振荡激励作用能够增加稠油含水量，有利于形成更多的微水滴，改变稠油微水滴环境。
营养液进入稠油后的微水滴中活菌数量明显增多，实验组油样中CO2浓度为0.35mmol/L，大部分小分子酸变化明显(甲酸0.8mg/L、乙酸9.7mg/L、丙酸0.04mg/L、丁酸0.01mg/L)且当中有益采油菌(细菌Betaproteobacteriales相对丰度73％；古菌Methanococcus相对丰度55％)变为优势菌，而对照组C1/C2活菌数量较低、CO2浓度分别为(0.1mmol/L)/(0.03mmol/L)、小分子酸含量分别为(甲酸0.19mg/L、乙酸0.26mg/L、丙酸0.65mg/L、丁酸0.09mg/L)/(甲酸0.19mg/L、乙酸0.65mg/L、丙酸<0.04mg/L、丁酸<0.01mg/L)，说明采用振荡激励方式能够使营养液进入稠油形成分散的大小不一的微水滴，为原位水滴中微生物提供大量所需的营养物质，促进微生物的代谢活动，从而影响稠油性质。
50℃下，原稠油粘度67mPa·s，加入实验组油样粘度59mPa·s，降低12％。说明在振荡激励作用与稠油内微水滴中微生物活动作用下，能够使稠油粘度降低，增加稠油流动性，进而提高采油率。
根据上述试验结果，可预见性的拓展至现场开采使用打击式低频人工地震技术在一定的工作参数范围内(频率1.33Hz、激励时间2h/天，激励22天、在没有进行振害测试前的扰动力<350KN)将营养液(pH＝7)激励至油藏原位稠油中形成微水滴，改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。
实施例4：
一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，与实施例3相比区别仅在于：营养液组成包括(g/L)：Na2HPO4，0.39；蔗糖，20；MgSO4·7H2O，0.15；FeSO4·7H2O，0.006；MnSO4·H2O，0.006；CaCl2，0.007；酵母粉，2。10％NaHCO3溶液调pH＝7.2；
可调频振动仪的工作参数范围为频率6.67Hz、激励时间2h/天，激励22天；
同时做对照组C1，采用无菌超纯水替代营养液，并辅以振荡激励；对照组C2，加入营养液且无激励作用。
其余同实施例1。
结果显示，加入营养液的油样中含水量为25％，C1组含水量12％，C2组含水量10％，且油样冷冻后观察到加入营养液的油样中微水滴结晶数量比对照组C1/C2多10％～20％，说明打击式低频人工地震激励够增加稠油含水量，有利于形成更多的微水滴，改变稠油微水滴环境。
营养液进入稠油后的微水滴中活菌数量明显增多，实验组油样中CO2浓度为0.1mmol/L，油层水中大部分小分子酸含量变化明显(甲酸0.64mg/L、乙酸10.3mg/L、丙酸0.12mg/L、丁酸0.07mg/L)，油层水中有益采油菌(细菌Betaproteobacteriales相对丰度64％；古菌Methanococcus相对丰度60％)变为优势菌，而对照组C1/C2活菌数量较低、CO2浓度分别为(0.01mmol/L)/(0.03mmol/L)、小分子酸含量分别为(甲酸0.35mg/L、乙酸0.47mg/L、丙酸0.08mg/L、丁酸0.04mg/L)/(甲酸0.23mg/L、乙酸1.14mg/L、丙酸<0.04mg/L、丁酸<0.01mg/L)，说明采用振动激励方式能够使营养液进入稠油形成分散的大小不一的微水滴，为原位水滴中微生物提供大量所需的营养物质，促进微生物的代谢活动，从而影响稠油性质。
50℃下，原稠油粘度67mPa·s，加入实验组油样粘度57mPa·s，降低15％。说明在振荡激励作用与稠油内微水滴中微生物活动作用下，能够使稠油粘度降低，增加稠油流动性，进而提高采油率。
根据上述试验结果，可预见性的拓展至现场开采使用打击式低频人工地震技术在一定的工作参数范围内(频率6.67Hz、激励时间2h/天，激励22天、在没有进行振害测试前的扰动力<350KN)将营养液(pH＝7.2)激励至油藏原位稠油中形成微水滴，改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，包括：将营养液加入至稠油中，并振荡激励，以提高稠油中微生物代谢活动。
2.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的营养液包括以下组分及浓度：
Na2HPO4 0.3～0.5g/L；蔗糖12～22g/L；MgSO4·7H2O 0.12～0.18g/L；FeSO4·7H2O0.004～0.008g/L；MnSO4·H2O 0.004～0.008g/L；CaCl2 0.005～0.009g/L；酵母粉1.8～2.2g/L。
3.根据权利要求2所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的营养液包括以下组分及浓度：
Na2HPO4 0.39g/L；蔗糖20g/L；MgSO4·7H2O 0.15g/L；FeSO4·7H2O 0.006g/L；MnSO4·H2O 0.006g/L；CaCl2 0.007g/L；酵母粉2g/L。
4.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的营养液的pH为7.0-7.2。
5.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的营养液与稠油的体积比为1:(1～2)。
6.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的振荡激励过程中，振荡频率为1.33Hz-6.67Hz。
7.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的振荡激励过程中，振荡时间为1.5～2.5h/天，振荡天数为10～30天。
8.根据权利要求7所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的振荡激励过程中，振荡时间为2h/天，振荡天数为22天。
9.如权利要求1至8任一项所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法的应用，其特征在于，所述的方法用于稠油开采。
10.根据权利要求9所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法的应用，其特征在于，所述的振荡激励通过打击式低频人工地震技术实现。
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