内源微生物驱油及其对油藏微生物活动的影响

【目的】新疆油田六中区为典型水驱普通稠油油藏，水驱效果较差，油藏具有丰富的内源微生物，本研究通过分析内源微生物驱油对油藏微生物活动的影响，确定内源微生物驱油技术在该类油藏的应用潜力。【方法】采用高通量测序及分析化学技术，系统研究实施内源微生物驱油技术后油藏细菌群落结构组成、细菌总数和功能菌群的浓度以及采出液的流体性质，总结内源微生物驱油对油藏微生物活动的影响。【结果】现场试验注入激活剂和空气后，内源微生物被显著激活，细菌群落结构发生明显变化，细菌总数及功能菌群浓度普遍提高了2–3个数量级；各种内源微生物代谢活动显著增强，与地层流体相互作用后，原油明显被乳化，最终石油采收率提高5.2%。【结论】对于内源微生物较为丰富的水驱普通稠油油藏，内源微生物驱油技术对油藏微生物活动的影响显著，具有显著的技术优势和较大的应用潜力，微生物群落结构、功能菌群浓度及其相关代谢产物可以作为评价内源微生物驱油现场激活效果的重要指标，为其他内源微生物驱油现场试验提供技术参考。     

中高温油藏内源微生物厌氧激活

为了明确中高温油藏内源微生物厌氧激活产气的特点,在胜利油田选取了11个区块开展产气研究,温度范围分别为55~65℃、65~79℃、79~95℃。在模拟油藏条件下厌氧激活发现,低于79℃时,油藏内源微生物普遍能被激活并代谢产气;而高于79℃时,无明显甲烷气产生。利用不同碳源激活后发现,H_2/CO_2为碳源时,最大产甲烷速率可达1 500μmol/(g·d),显著高于乙酸钠和淀粉,这表明中高温油藏内产甲烷古菌以氢营养型为主。进一步对正理庄正南区块内源微生物群落组成研究,发现厌氧激活后古菌中Methanobacterium被激活成为优势菌群,有利于在油藏内代谢产甲烷气。厌氧激活前油水样中优势菌都是Pseudomonas,不同激活剂条件下优势菌群发生明显变化,H2/CO2和淀粉以激活Thermotoga为主,而乙酸钠则主要激活了油井中的Deferribacter。此外,该区块不同油井在相同激活条件下,其优势菌群趋向于一致,但油井和水井中优势菌群存在明显差异。通过对中高温油藏内源微生物厌氧激活的研究,为进一步提高微生物采油的效果奠定了基础。     

内源微生物驱油过程中营养激活体系的优化

为了进一步提高内源微生物驱油效果,针对邵家油田沾3区块的1口注入井和4口油井分别开展不同种类的内源微生物营养激活体系评价实验。依据营养体系激活的菌体密度、产气量和原油乳化效果,对现有营养体系进行筛选优化。结果发现:最佳的营养体系为3g/L植物多糖,1g/L玉米浆干粉,2g/LNaNO_3,0.2g/L(NH_4)_2HPO_4。在该营养激活剂体系下,激活菌的密度大,达4×108个/mL,激活后产生的生物气可达到0.108MPa,原油采收率比原有体系提高2.8%,同时产出液中乙酸质量浓度上升至600mg/L,注入水的表面张力降低至34.1mN/m。     

不同激活剂对油藏内源微生物群落结构的影响

目的筛选大庆油田聚驱后油藏内源微生物采油激活剂的类型。方法在动态物理模拟实验模型基础上,利用基于16S rDNA的基因克隆文库方法,分析了两组激活剂配方激活的微生物群落结构。结果配方1激活的微生物菌群主要有假单胞菌属(75%)、深海弯曲菌属(18%)、陶厄菌属(6%);配方2激活的微生物菌群主要有陶厄菌属(50%)、假单胞菌属(26%)、螺杆菌属(15%)、梭菌属(9%)。结论激活剂配方2更适合大庆油田聚驱后油藏内源微生物采油。     

中高温油藏微生物单井激活现场试验

针对胜利油田中高温油藏微生物群落结构特点,开展室内模拟试验,对耐高温激活剂进行筛选和性能评价。室内筛选出的激活剂适应温度范围在60℃以上,该激活体系与稠油作用后乳化分散效果显著,激活后菌密度从1.3×10~5个/mL增至3×10~7~4×10~7个/mL,气压达到0.05 MPa以上,原油乳化指数达到90%以上。根据室内模拟条件,对中高温油藏单井进行现场激活试验,开井后,总菌密度由激活前的10~4~10~5个/mL增至3.2×10~7个/mL,在有效期136 d内,单井累计增油超过180 t,含水率降低约15%。试验证明,室内筛选出的激活剂可以激活中高温油藏內源微生物,提高单井产油量,为实施中高温油藏微生物驱油提供理论依据和技术支持。     

聚合物驱后油藏内源微生物驱油研究与试验

我国大多数陆上主力油田已进入"双高"(高含水、高采出程度)开采阶段。为进一步提高聚合物驱后油藏的石油采收率,本研究发现了一种促进油藏内源微生物生长代谢的高效激活剂,且该激活剂已通过室内产气和物理模拟驱油实验及岩心电镜观察和454(Pyrosequencing)焦磷酸测序方法的评价。结果表明激活剂在高压容器中静置培养60 d后产气增压达到2 MPa,用量0.35 PV,浓度为1.8%(W/W)的激活剂溶液在聚合物驱后的天然岩心上石油采收率可再提高3%,并在电镜观察到岩心内部激活的内源微生物菌体及其代谢产物。现场于2011年12月在萨南南二区东块的1注4采井组开展了试验,监测到4口有效生产井的甲烷和二氧化碳气体δ13C(PDB)含量产生明显变化,与萨南南二区东块对照试验区产油量增幅35.9%,含水稳定在94%,在3年半期间阶段累计增油5 957 t,为同类油藏进一步提高石油采收率提供了一条有效途径。     

新型稠化缓释营养剂的优化及其驱油潜力评价

基于当前内源微生物驱油技术研发和矿场应用现状,开发能够提供并延缓释放微生物营养、调堵高渗透层双重作用的新型激活剂体系,从而解决内源微生物驱油过程中营养剂随驱替液过快采出的问题。物理模拟驱油实验表明,该稠化缓释营养剂能够显著激活内源微生物和功能菌群,使总体菌密度提升2~3个数量级,并联填砂管岩心驱油效率提高21.8%,单只岩心最大提高约53.7%,具有较强的应用潜力。该研究对內源微生物驱油技术的应用具有参考价值。     

中高温油藏内源微生物驱油现场试验

针对胜利油田中高温油藏地质、开发情况及内源微生物群落特点,从中高温(55~85℃)油藏605个单元中选定沾3块为目标油藏区块,采用现场分阶段、逐步推进的方式实施微生物驱油试验。现场试验跟踪分析效果表明,对应油井产量从38.9 t/d升高到86.9 t/d,含水率从93.8%下降到89.1%;截至2016年3月,累计增油3.76万t,阶段提高采收率1.73%。沾3块油藏内源微生物被有效激活,油藏微生物多样性显著降低,与现场动态变化吻合。     

枯草芽胞杆菌M15-10-1强化内源微生物驱油模拟实验

以分离自油藏环境的产脂肽枯草芽胞杆菌M15-10-1为研究对象,探究了外源表面活性剂产生菌强化油藏内源微生物驱油过程中的原油乳化分散效果和菌群间的相互作用。配伍性实验表明,该菌株与油藏常见采油功能菌——迪茨氏菌、红球菌和肠杆菌具有良好的配伍性。荧光定量PCR和高通量测序分析结果表明,枯草芽胞杆菌M15-10-1对内源菌群结构无不利影响。摇瓶激活实验和气象色谱分析结果显示,枯草芽胞杆菌M15-10-1能够显著改善内源菌群激活初期油相乳化分散效果,促进原油降解,为后续广泛应用于现场试验提供基础。     

内源微生物驱油功能菌定量化分析技术

为了解决培养法无法对油藏内驱油功能菌进行定量检测的难题,利用荧光定量PCR技术,通过对功能基因进行定量实现了油藏内产脂肽菌、产甲烷菌的定量化检测,其中产脂肽菌选择srfA基因、产甲烷菌选择mcr A基因。结果发现,该方法具有很好的特异性和重复性,标准曲线的相关系数达到0.99以上,扩增效率达到100%。在检测未知样品时,证实该方法的检测下限可以达到10拷贝/μL。利用该技术监测了胜利油田沾三区块驱油一口油井(Z3-X24)在内源微生物驱油过程中2种功能菌的定量化变化,数据表明:内源激活前期,产脂肽菌密度快速升高到10~4拷贝/μL,内源激活后期,厌氧的产甲烷古菌密度升高到104拷贝/μL,该数据表明微生物驱油过程中存在好、厌氧菌的演替规律,将2种菌的定量检测结果与现场油井的产量进行对比,发现油井日油水平的动态变化与这2种菌的动态变化存在明显对应关系。该研究建立的功能菌定量化检测技术为内源微生物驱油现场实施效果的准确预测及驱油机理分析提供了一个有效的分析手段,可以进一步提高微生物驱油工艺措施的针对性和有效性。     

中高温油藏内源微生物好氧激活技术研究

为了掌握中高温油藏内源微生物好氧激活特征,在胜利油田选取12个中高温油藏典型区块开展了好氧激活评价:在所选油藏温度范围分别为55~65℃、65~79℃、79~95℃,通过模拟油藏条件下好氧激活评价发现:在小于79℃油藏区块中,以玉米浆干粉、糖蜜、酵母粉等作为外加营养剂能够有效激活水样中的功能菌株,激活后菌密度最高能够达到3×109个/mL,原油乳化分散作用明显;在大于79℃的油藏区块中,激活效果和原油乳化效果普遍比小于79℃的油藏区块差。各区块中心井激活后的菌密度与乳化效果呈现出一定的正相关性,而表面张力与乳化效果无明显对应关系,好氧激活后的溶液表面张力由65 mN/m降至47 mN/m。好氧激活后形成的优势菌主要以地衣芽胞杆菌(Geobacillus)和热嗜淀粉芽胞杆菌属(Bacillus thermoamylovorans)为主。     

油藏样本潜在核心功能微生物群的宏基因组挖掘

【背景】识别出具有驱油功能的内源性微生物群是当前设计高效微生物采油技术的迫切需求。【目的】通过宏基因组分析找出原位油藏微生物中具有产酸/产气功能的潜在核心微生物群。【方法】利用室内模拟体系,对原位油藏微生物进行有机营养(从有氧到无氧)的激活,运用生物信息、多元统计分析以及网络分析等方法,寻找潜在内源性核心功能微生物群。【结果】有机营养激活了原位油藏样本中以Bacillus licheniformis为核心的产酸菌群(包括Coprothermobacter proteolyticus、Marinobacterspp.、Anaerobaculumhydrogeniformans和Petrotogamobilis),该菌群具有以丙酮酸/乙酰辅酶A为原料发酵乳酸、乙酸以及甲酸的功能;激活了以Enterococcus faecium为核心的产气菌群(包括Shinella zoogloeoides、Paracoccus denitrificans、Paracoccus spp.和Enterobacter cloacae),该菌群具备以(亚)硝酸盐、(亚)硫酸盐、石油烃为原料生产含氮/硫/碳等气体的能力。2个核心菌群内部分菌同时具有产酸和产气通路基因,激活过程中2个菌群的丰度变化呈负相关关系。【结论】利用有机营养激活体系及宏基因组测序分析技术,筛选出了油藏样本中具备产酸、产气能力的核心功能菌群,为后续进一步的功能菌株研究提供了潜在靶标及功能指向。     

超低渗油藏微生物吞吐技术的矿场试验

【目的】通过对渭北低渗油藏内源微生物的研究,考察分离纯化的内源解烃菌产生表面活性剂和降解原油的能力、岩心驱替增油效率,同时验证其在超低渗油田单井吞吐矿场实验的应用效果,探讨微生物采油技术在超低渗油田提高采收率的工艺和可行性。【方法】采集超低渗油藏的油水样,应用油平板进行产表面活性剂解烃菌的分离,通过生理生化特性和16S r RNA基因序列分析对菌株进行种属鉴定,评价其油藏环境适应性,利用内源-外源功能微生物复配体系进行原油降解,在填砂管和岩心物模上进行驱油实验,将优化好的微生物复配体系应用于现场实施单井吞吐工艺的实验。【结果】从渭北某区块超低渗油藏的原油样品中分离得到一株铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),命名为WB-001。该菌株可使发酵液的表面张力降至29.04 m N/m,使渭北原油蜡质含量降至8.48%。填砂管实验表明WB-001与外源枯草芽胞杆菌OPUS-HOB-001(Bacillus subtilis)复配后,驱油效率较单纯水驱提高了9.72%;岩心驱替实验较水驱提高12.54%。微生物单井吞吐措施后,平均日产油由措施前的0.42 t增加到0.89 t,累计增油44.47 t;原油降粘率为11.70%,降凝率为9.41%,采出水表面张力降低幅度为18.93%。【结论】通过详细的室内评估和成功的矿场实验,证明微生物采油技术在超低渗油藏有一定的应用可行性,并为后续规模化应用提供了理论基础和物质基础,为超低渗油田的高效精细开发探索一条新的途径。     

激活剂用量对油藏内源微生物群落的影响

为了明确激活剂用量对油藏内源微生物群落的影响,在沾3内源微生物试验区块细菌密度达到平台期后,在激活剂注入阶段实施了一个周期的寡营养期(2013年10月—11月)和一个周期的富营养期(2014年1月—2月)。结果发现:该措施实施后,沾3区块内源微生物群落结构发生了明显改变。寡营养期后,油井产出液的细菌密度略有降低,同时群落多样性明显升高,富营养期后,细菌密度出现反弹,突破实施前的平台期达到106个/mL以上,而油藏微生物多样性明显降低。本研究还发现,激活剂用量对油藏内源微生物群落结构的影响会进一步对现场生产动态产生影响,降低激活剂浓度可以改善现场生产动态。     

内源微生物激活剂在人造长岩心中的分布规律

为了明确油藏微生物激活剂组分在油藏中的分布规律,以5 600 mm的人造岩心为物理模型,研究了沾3现场激活剂配方在长时间水驱过程中的动态变化规律,分别在不含微生物消耗和含微生物消耗的情况下,拟合出内源微生物激活剂组分的长距离运移衰减方程。研究表明:长岩心运移实验中,硝酸盐、磷酸盐、玉米浆3种组分随运移距离增加都呈现出衰减趋势,峰值浓度和衰减速度不断降低。长岩心对于激活剂各组分的吸附能力有一定的差别,吸附能力由小到大依次是N、P、玉米浆,微生物对于激活剂各组分的消耗比例由小到大依次是玉米浆、N、P。在开始注入阶段,带微生物消耗的激活剂运移损耗巨大并出现色谱分离现象,当激活剂运移到2.5 m的位置时,基本消耗殆尽。因此,常规注入方式很难使激活剂有效进入到油藏深处。     

采油微生物在微驱过程中的生长、运移及分布规律

[目的]深入了解现场微生物驱油机理、效果评价标准及影响因素.[方法]结合现场微生物驱油过程产出液的跟踪监测及室内物模实验对微生物在地层中的生长繁殖、运移及分布规律进行研究.[结果]结果表明,通过从水井注入的外源微生物在油藏中能够有效生长繁殖,而且注入的营养液也能够激活内源微生物,但由于地层渗透率及营养液浓度的影响,产出液菌浓要比注入菌浓低1-2个数量级;葡萄糖的快速降解以及地层对微生物的过滤及吸附作用使大量的微生物停留在近井地带,仅有部分微生物能够从生产井采出,而且其运移速度要比营养液慢.[结论]地层渗透率和产出液中营养物浓度是影响微生物数量及分布的两个关键因素,现场微生物驱油产出液中的菌浓一般很难达到106个/mL以上,该研究结果对微生物驱油技术的发展和应用具有重要意义.     

模拟油藏条件下内源微生物群落空间分布规律

【背景】油藏内源微生物群落是开展内源微生物驱油技术的物质基础,由于油藏多孔介质取样技术难度大、成本高,实施内源微生物驱油后从注入端到产出端多孔介质中的内源微生物空间分布规律尚不明确。【目的】通过室内长岩心连续驱替实验模拟油藏内源微生物驱油过程,分析实施后不同空间位点油砂上吸附的内源微生物群落结构,揭示从注入端到产出端内源微生物群落的空间分布规律。【方法】借助高通量测序技术及荧光定量PCR技术解析不同空间位点油砂原位微生物群落信息。【结果】注入端到产出端不同空间位点生态环境的差异及菌属间的相互作用造成油藏内源微生物群落空间分布差异,存在明显的好氧、厌氧空间演替变化规律。岩心前端主要存在一些好氧类的产生物表面活性剂类微生物如假单胞菌属,岩心中部主要存在兼性和厌氧类的微生物如地芽孢杆菌、厌氧杆菌属,岩心末端主要分布严格厌氧类细菌和产甲烷古菌,厌氧类微生物代谢产生的H2、CO2和乙酸分子可以为产甲烷古菌提供代谢底物。【结论】通过室内物模油砂研究,首次明确了内源微生物群落在多孔介质中从注入端到产出端的空间分布规律,证实油藏内源微生物的好氧、厌氧空间接替分布规律,深化了对油藏内源微生物的认识。     

三元(碱-表面活性剂-聚合物)复合驱油藏采出水微生物群落特征

与水驱技术相比,向油藏中注入碱、表面活性剂和聚合物(简称三元复合驱,ASP)能大幅提高石油采收率,但这些驱油剂对油藏中微生物多样性与群落结构的影响尚亟待阐明,这对油田水质管理与腐蚀控制均具有的重要意义. 本研究采用高通量测序技术解析了大庆油田ASP油藏4口油井采出水中的微生物多样性与群落结构. 结果表明: ASP油藏采出水的pH高达9.65. 采出水中微生物Shannon多样性指数为2.00～3.56,采出井间菌群多样性存在差异. 在门、纲、属分类水平上,变形菌门(85.5%～98.3%)、γ-变形菌纲(83.7%～97.8%)、栖碱菌属(51.8%～82.5%)是绝对优势菌群. 共检测到12个属的潜在硫化氢产生菌,以硫磺单胞菌属丰度最高(0.4%～7.4%). 与已发表的水驱油藏研究结果相比,三元复合驱油藏采出水微生物群落组成独特,呈嗜/耐碱趋势,其多样性偏低,群落结构更单一.     

一株耐热石油烃降解菌的细胞疏水性及乳化、润湿作用研究

从胜利油田油水样中分离到一株能够在60℃高温条件下利用烃类产生生物表面活性剂的菌株芽孢杆菌(Bacillus sp.)A1.结果表明:A1的细胞表面具有很强的疏水性,这有助于菌体细胞对烃类的摄取.该菌株对石油烃具有良好的乳化作用,并可在20%的高盐环境和100℃高温条件下仍显示很高的乳化活性.同时,A1可明显改变油藏岩石表面的润湿性,使其亲水性显著增强.对油藏中的岩石模拟试片石英、灰岩和玻璃作用后的接触角均减小60%以上.油藏中岩石的润湿性能增强,水驱油时更易于剥落滞留在岩石表面上的油滴或油膜,从而提高石油采收率.     

大庆油田微生物采油现场试验进展

本文介绍近十几年以来大庆油田利用具有产气、降解原油、产生物表面活性剂及堵调性能的菌剂,通过地下发酵,开展微生物采油现场试验取得的进展.分析了该项技术适用的油藏条件和应用特点.截止到2012年底,应用微生物采油技术增产原油达12×104 t.其中微生物单井吞吐518口,累计增油6.3×104t,实施微生物驱和调驱项目10项(45个井组),累计增油5.7×104 t,为大庆油田稳产发挥了重要作用.