微生物驱油新型体系研究与应用.docx

微生物驱油新型体系研究与应用 摘 要：研究了以淀粉-纤维素为基础的颗粒状本源微生物驱油营养剂对菌群的激活过程，并利用不同岩心模型评价了体系的封堵作用与驱油效果，探讨了该营养体系的调驱机理。该体系在有氧和无氧条件下均能有效激活本源菌群，烃类氧化菌和发酵细菌是其激活的主要菌群，对原油有较好的乳化作用；现场试验表明，新体系能有效封堵高渗层，改变水驱方向，降水增油效果显著，投入产出比达1：9以上。 关键词：微生物驱油 营养体系 波及效率 采收率 近年来在大港油田进行的本源微生物驱油试验均采用水溶性的氮、磷盐体系，并补充定量空气以实现油藏好氧菌群的激活和原油的生物降解，这种体系主要强调驱的作用，而忽视了堵的作用。水溶性营养物在注入油藏时会沿高渗区域窜流，在油藏中滞留时间短，微生物利用程度低，生物产物与油藏岩石和流体相互作用时间短，这是造成本源微生物驱油技术现场效果不明显或见效慢的主要原因。 要解决上述问题，首先要延长营养组分在油层中的滞留时间，满足微生物（和代谢产物）与油藏岩石和流体作用的时间要求，使代谢产物浓度和菌群密度达到较高水平；其次，要充分发挥生物封堵作用，提高驱替压差，扩大波及体积。开发了新型颗粒状的淀粉-纤维素基本源微生物驱油体系，对体系的激活效果、微生物代谢过程、封堵作用等进行了系统研究，并进行了单井组的现场试验，深入探讨了新型微生物驱油体系的调驱作用及其应用前景。 一、室内实验 1. 营养剂、原油与水样 实验用营养剂是以工业副品为原料复配而成，加工成不同粒径的粉体或颗粒，属于天然产物，易悬浮于水中，具有廉价、易得、无污染、营养组分丰富等特点。其主要组分为淀粉与纤维素（质量比大于80%），另外含有蛋白质、脂肪及多种微量元素。油、水样取自港西油田，地面原油黏度为47 mPa?s，重度0.91。地层水矿化度9 029 mg/L，水型为NaHCO3型。实验温度为50。 2、营养剂对菌群激活效果 2.1有氧条件下的菌群激活 用无菌的三角瓶，在油井采出水中加入2.0%的淀粉-纤维素基营养物，恒温振荡培养，用细菌计数瓶法定期检测常规油藏菌群的密度。 图1 有氧条件下菌群密度随时间变化 图1菌群生长曲线表明新型体系在好氧条件下第2 d菌群密度即可达到108个/mL，优势菌群是烃类氧化菌（HOB）和腐生菌（TGB），而硫酸盐还原菌（SRB）和发酵菌（FMB）则没有大量生长。说明体系在氧气充足条件下，可以高效激活油藏中好氧微生物。 2.2无氧条件下的菌群激活 用灭菌后的400 mL不锈钢容器，在采出水中加入2.0%的营养剂，保持无氧状态，恒温静置培养，定期检测菌群密度。大约第2d以后，菌群密度达到生长稳定期，优势菌群为FMB，另外SRB在厌氧条件下浓度也大幅度提高。针对SRB的生长，在体系中添加硝酸盐可有效抑制其生长，同时还可激活对驱油有益的硝酸盐还原菌。 实验说明无论在有氧还是厌氧条件下，新型淀粉-纤维素基体系均能有效刺激本源菌群的生长，菌群密度能在较短时间内（2d）可达到108个/mL以上。 3、生物作用对原油的乳化 对新型营养体系与氮磷（N/P）体系在好氧菌群生长过程中对原油的乳化作用进行了评价（条件同1.2.1，原油浓度10%）。培养5 d天后新体系在好氧菌群作用下，代谢淀粉、纤维素等产生了表面活性物质，能较好地乳化原油；同时菌群计数结果表明，HOB密度也达到108个/mL。而N/P体系中，原油与水很容易实现分层，乳化程度低，HOB菌群密度也较低。 以上实验表明新型体系在好氧条件下能够有效激活产表活剂菌群和烃类氧化菌，以实现原油乳化。传统的N/P体系即使在氧气补充非常充分的条件下也不能有效激活HOB，这主要是由于使用N/P体系时虽然碳源和氮源充足，但是其他微量组分的缺乏大大限制了HOB菌群的生长，另外N/P体系中碳源和氮源过于单一也可能是重要原因。与N/P体系不同，新体系是以天然产物为主，各类营养组分丰富且配比更为合理。 4 主要代谢产物分析 4.1 生物表面活性剂 新型体系可被微生物代谢产生表活剂，对原油乳化效果良好。新体系与少量原油在地层水中培养10 d后，除去培养液中原油，分离产生的生物表面活性物质，利用TLC、FT-IR、GS-MS、HPLC-ESI-MS等方法对生物表活剂进行的定性与定量分析。 分析表明本源菌所产表面活性物质为鼠李糖脂，其结构都是由12 分子的鼠李糖和12个含-羟基的碳链长度为812的脂肪酸组成。其中，含量最高的两种组分分别为2-O-L-吡喃鼠李糖苷-L-吡喃鼠李糖苷-羟基癸酰-?C羟基癸酸和-L-吡喃鼠李糖苷-羟基癸酰-?C羟基癸酸，其含量分别达19.26%和14.56%。另外，在21种同系物中，有11种组分含不饱和脂肪酸，含不饱和脂肪酸组分的总含量达27.23%。鼠李糖脂组分的增多及不饱和脂肪酸含量的不同，与菌株特性及所用碳源有关。 4.2 生物气 在无氧条件下，本源微生物代谢新型体系可以产生大量气体，利用高压培养容器研究微生物代谢营养物质过程中产气量的变化情况。图2是不同营养浓度培养液产气量随时间的变化。培养1 d后，产气量就达到约100 mL，直到第4 d产气量开始下降，整个过程累积气量可达到培养液体积的28倍。这些生物气组分通过气相色谱分析表明主要是CH4（56%）和CO2（42%）及少量C2H6气体。生物气中，CO2是微生物的重要产物，CH4则是处于极端厌氧条件下才能生长的产甲烷菌群的产物。由于厌氧环境中产甲烷菌通常处于碳循环的末端，生物气中CH4的大量出现说明体系有效激活了整个油藏微生物群落的生物链。这些生物气的产生在油藏环境中对于原油的乳化是有积极作用的。 图2 不同浓度营养在厌氧条件下产气量随时间的变化 5、 体系封堵性能评价 使用并联的填砂岩心管作为非均质模型，渗透率分别为5.56 m2和1.84 m2，孔隙度分别为38.2%和33.5%。模型用地层水饱和后，快速注入8%的营养液40 mL（0.3PV）放置2 d，之后在1.0 mL/min的驱替速率下连续驱替约300 min，以考察体系在岩心中形成封堵的稳定性，同时计量注入水在两个砂管中的分配比例。 由于注入的营养液是含营养颗粒（100目）的悬浮液，在注入过程中低渗砂管没有水流出，可以判断大部分悬浮液被注入高渗砂管，说明新型营养物具有良好的注入性能。开始水驱后压力由0.002 MPa快速升高到0.165 MPa，同时低渗砂管的出水量开始增加，在注入营养剂后水驱0.5 PV时，两支砂管的出水量非常接近，在此后至实验结束低渗砂管的出水量有所增加。这个过程说明营养剂的注入封堵了高渗砂管，改变了流量在高、低渗砂管中的分配；驱替过程中注入压力趋于平稳，驱替压差比注入前提高了约60倍。整个过程中驱替压差一直比较平稳，说明在高渗管中形成了稳定的封堵；320 min后，逐渐提高驱替速度到6 mL/min，驱替压差呈直线上升，而两支砂管中的流量分配比例并没有明显变化，说明形成的封堵有较强的耐冲刷能力。 6、驱油性能评价 利用非均质驱油模型对新型体系的驱油效果进行评价，2支并联砂管的渗透率分别为7.67和1.17 m2，岩心饱和油并老化后进行水驱。第一次水驱到综合含水95%时，高渗砂管驱油效率达47.8%，低渗砂管没有启动；之后注8%的营养液40 mL，实验温度下静置5 d后恢复水驱。二次水驱至出口综合含水到95%时，高渗砂管驱油效率提高2.8%，而低渗砂管提高幅度达45%，整个模型采收率提高幅度达20%以上。 对于非均质模型，营养剂注入浓度在3%8%时，采收率可提高12%20%。其主要驱油机理在于营养剂在岩心中的滞留使微生物有充分时间利用营养组分去产生有用的生物产物；由于微生物细胞体附着在淀粉-纤维素颗粒表面进行生长与代谢，会在颗粒表面形成生物膜（细胞聚集体及胞外多糖等产物），这些生物膜的形成会强化颗粒之间的黏附力，使封堵作用得到强化，有效扩大后续水驱波及体积。这些生物体系在多孔介质中的多种物理化学作用的存在，使本源微生物驱油效果得到大幅改善。 二、现场试验 1 试验井组概况 选择港西一区一断块西42-6-1单井组进行新体系的现场试验。该油藏埋深10611288 m，油层厚20 m，温度为50，渗透率约100010-3 m2，平均含水90%，该井注入层位Nm7899，对应3口油井。井组2008年3月开始注水，2010年上半年井组含水快速上升。注入井主要吸水层为Nm9（88%），Nm78吸水较少（12%），因此试验目的就是封堵Nm9，提高Nm78吸水量。 2 试验效果 2011年8月初向西42-6-1井注入淀粉-纤维素营养剂31 t，注入过程中水井压力由3.4 MPa升到9.0 MPa，施工结束后，压力稳定在7.5 MPa左右。试验后西42-6-1井吸水剖面测试表明，Nm78相对吸水量提高至49%，吸水剖面得到显著改善。 营养剂注入后，生产Nm78层位的3口油井中的西41-9-5和西43-6-4两口井见到明显的降水增油效果。8月下旬开始见效，井组含水由试验前95%最低降到84%，产量由6.0 t/d升至最高约16.4 t/d，有效期约90 d。截至2011年11月，2口井共增油480 t，投入产出比大于1：9。 通过微生物对原油的降解提高洗油效率的驱油机理无论在实验室还是现场均没有被有效证实，本源微生物驱油技术成功的关键在于如何通过不同生物作用提高高度分散的剩余油的启动压力，以提高注水波及效率。为了提高本源微生物驱油技术现场应用效果，笔者认为重点在于如何实现微生物体系的深部堵调作用、实现调、驱结合，在这些方面的研究可能会有更大的成功机会，西42-6-1井组的试验已初步证明了这些作用机理。 三、结论 1、淀粉-纤维素基营养体系是一种廉价、易得的天然多糖类营养剂，营养组分丰富。无论在有氧还是无氧条件下都能有效刺激本源微生物的生长，烃类氧化菌和发酵细菌是其激活的主要本源菌群。 2、新体系在有氧条件下能生产表面活性物质和生物气，能乳化原油；同时由于营养颗粒之间通过生物膜黏结而聚集，具有明显的堵调