（海洋化学专业论文）模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究.pdf

，1i_1， ；j ，1 ， 。 模拟油藏条件下激活剂运移与微生 物生长调控实验研究 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 注! 垫遗直墓丝盂要挂别直明的! 奎拦豆窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：当l 嘱 签字日期：驷。年莎月节日 、 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 刍i 噫导师签字：弓磊嗍 导师签字：么锄坳k j在。表匙 签字目期：驴f q 年月叶日签字日期：如4 年z 月十日 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 于两要 随着现代科技的发展，微生物采油技术也得到不断的改善与提高。当前微生 物采油技术在国内外许多油田已经得到了应用，提高了原油的采收率，并且取得 了一定的效果。同时微生物采油技术也面临着诸多的问题和挑战。在以前的研究 中多集中在油藏理化性质对微生物的影响，油藏本身可培养微生物筛选及油藏中 可培养微生物的菌种鉴定等。但是对激活剂在油藏条件下有效的运移激活，受激 活微生物的群落动态变化，以及物模实验过程中深入细致的考察激活剂、微生物 及其代谢产物、驱油效果的系统性研究较少。基于此本论文开展了如下研究工作： 1 在激活剂注入地层的过程中不可避免受地层多孔介质会对激活剂的运移产生 一定影响，如果激活剂运移过程中产生吸附甚至对多孔介质产生堵塞，激活剂达 不到应有的激活效果，就会对微生物驱油起到限制作用。研究表明： 1 ) 不同的激活剂溶液在模拟地层岩心中运移时会出现不同程度的堵塞，岩 心的多孔介质不会对葡萄糖运移产生明显影响，而玉米浆和淀粉溶液都有不同程 度的堵塞。改变不同玉米浆浓度时非饱和原油岩心比饱和原油岩心运移困难。当 浓度为1 0g l 1 时，注入压力最高为1 7m p a ，并没有严重堵塞，而注入速度不 同时，注入速度过快也出现了明显的堵塞，这在含油岩心中和非含油岩心中的实 验结果是一致的。 2 由于油藏高温、高压极端环境的限制，利用传统的培养方法并不能完全反映 地层中微生物的生长情况。本部分利用p c r d g g e 技术，模拟油藏条件考察不 同激活剂激活以后微生物群落d g g e 条带的变化，并对胜利油田沾三区块内源 微生物激活的可行性条件进行了优化，从而确定了激活剂的合理化用量，为后续 微生物驱油现场应用提供参考和依据。 1 ) 实验利用分子生物学技术，在模拟地层条件下用不同的激活剂将区块特 定的油井产出水及注入水中的微生物进行了激活。结果表明，激活2 0 天以后， 水样中微生物种群发生了显著变化，而且不同的激活剂激活以后微生物的种类有 明显的不同。 2 ) 在不同的激活剂激活实验的基础上，改变葡萄糖浓度进行了微生物激活 实验研究。结果表明对于注入水和产出水水样，激活以后微生物种群的数量是不 同的，产出水激活以后种群数量更多一些。葡萄糖作为激活剂时，适宜浓度范围 是5 7 5g l 。 3 利用物理模拟系统模拟油藏环境，监测微生物群落结构、驱油效果、代谢产 物以及环境参数变化，同时对比了不同配方及激活条件对微生物活性的影响。 1 ) 物模驱油实验表明淀粉水解液对微生物的激活效果显著，驱油效果明显， 同时根据不同的激活时间得出，随着培养时间的增加微生物群落结构发生明显的 变化。细菌的数量种群在培养后期比前期有所降低，而古菌的则是在培养的后期 逐渐占据优势，同时种类也趋于稳定单一。整个实验过程中从细菌到古菌的变化 反映了微生物在油藏中从好氧到厌氧的变化过程，这为探索油藏微生物群落以及 激活后动态变化过程提供了依据。 2 ) 对微生物驱油过程中的小分子酸的检测表明培养7 0 天时，乙酸的量较 4 0 天时有较大幅度降低，这反映了实验过程中微生物的生长代谢作用，同时从 检测气体的生成得出甲烷在培养后期逐渐增多。同时实验表明微生物代谢产物的 积累对驱油效果有较大影响。 关键词：激活剂； 微生物群落；运移；分子生态学；物理模拟 i l s t u d yo nm i g r a t i o no fa c t i v a t o ra n dg r o w t ho fm i c r o b ei n s i m u l a t e dr e s e r v o i rc o n d i t i o n a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fm o d e mt e c h n o l o g y , t h em i c r o b i a l e n h a n c e do i lr e c o v e r y ( m e o r ) w a su p g r a d e da n di m p r o v e di nt h ea p p l i c a t i o n a tp r e s e l l tt h em e o r w a s a p p l i e dt oe h h a n c er e c o v e r yi nm a n yo i lf i e l d sb o t hi n d o m e s t i ca n da b r o a d m e a n w h l i et h ee f f e c tw a sr e m a r k b l e b u tt h e r ew e r em a n y p r o b l e m sa l l dc h a l l e n 2 e s n e e dt ob er e s o l v e d i nt h ep a s tt h es t u d i e sw e r em a i n l yi n c l u d e dt h em i c r o b ew e r e i n f l u e n c e db yt h ep h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t yo fo i lr e s e r v i o r , t h es 仃a i l l sf i l t r a t i o n 孤1 d i d e n t i f i c a t i o no ft h ee d u c a b l es t r a t a lm i c r o f l o r ai nt h es t r a t u m b u ti tw a s i n s u 伍c i e n t t os t u d i e dt h em i g r a t i o no f a c t i v a t o ri nt h ep o r o u sm e d i ao fo i lr e s e r v i o r ；t h em i c r o b i a l c o m m u n i t yw a sc h a n g e di ns i m u l a t e dr e s e r v o i rc o n d i t i o n ；i na d d i t i o nt h e n l o r e i n t e n s i v es t u d yo f a c t i v a t o r , m i c r o b ea n dm e t a b o l i cp r o d u c t ，e f f e c to fd i s p l a c e m e n to f r e s e r v o l ro l lw e r en e c e s s a r yi nt h ep h y s i c a lm o d e lt e s t s b a s e do n t h ep r o b l e m s t h i s p a p e rw a sc a r r i e do u ta sf o l l o w s ： 1w h e nt h ea c t i v a t o rw a si n j c e t e di nt h es t r a t u m ，t h ep o r o u s m e d i ao fr e s e r v o i rm u s t b eh a da l le f f e c to nt h em i g r a t i o no fa c t i v a t o r i f t h ea c t i v a t o rw 勰a d s o r b e d 0 re v e n p l u g g e di nt h ep o r o u sm e d i a t h ef u n c t i o no fa c t i v a t o rw a sn o ts h o w e d a n dt l l e g r o w t ho fs t r a t a lm i c r o f l o r aw e r er e s t r i c t e d ，a tl a s tt h eo i lr e c o v e r yw a si n f l u e n c e d t h o u g ht h es t u d y , t h er e s u l t sa sf o l l o w s ： 1 ) w h e nt h ea c t i v a t o rw a sm i g r a t e di nt h ep o r o u sm e d i a , t h eb l o c k a g ew a s a p p e a r e di nt h ed i f f e r e n tc o r e s ( u n s a t u r a t e do i la n ds a t u r a t e do i l ) t h eg l u c o s ew a s n o ti n f l u e n c e db yt h ep o r o u sm e d i a , b u tt h ec o r nf l o u ra n ds t a r c hc 0 u l d b ei m p a c t e d i nt h ec o r e s i nt h es a t u r a t e do i lc o r e st h ec o r nf l o u rw a s s m o o t h l ym i g r a t e d 戗l a l li i l t h eu n s a t u r a t e do i lc o r e s w h e nt h ec o n c e n t r a t i o nw a sa b o u t 10g - u 1 ，t h ep r e s s u r e w a sm a x 1 7m p at h a tw a sn o tp r o d u c e db l o c k i n gs e r i o u s l y b e s i d e se h a n g i n gt h e i n j e c t i o nr a t e ，t h eb l o c k i n gw a sa l s ob e c a m e s e r i o u s l yb o t hi ns a t l l r a t e do i lc o r e sa i l d u n s a t u r a t e do i lc o r e s 2b e c a u s et h eo i lr e s e r v o i rw a sh i 曲t e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r e ，t h e 仃a d i t i o n a lc u l t u r a l m e t h o dw a sn o tc h a r a c t e r i z e dt h em i c r o b i a lc o m m u n i t yi nt h es t r a t u m i nt h i sp a n t h e i i i p c r - d g g ew a su s e dt oa n a l y z e dt h es t r a t a lm i c r o f l o r ai ns i m u l a t e dr e s e r v o i r c o n d i t i o no fz h a n3b l o c ki n s h e n g l io i lf i e l d a tl a s t t h er e a s o n a b l es u b s t r a t e c o n c e n t r a t i o nw a so b t a i n e d ，t h i sm a yb ep r o v i d e dr e f e r e n c ea n db a s i si nt h ef i e l d u s e d 1 ) t h es t r a t a lm i c r o f l o r ai nt h ei n je c t e dw a t e ra n dp r o d u c e dw a t e rw a sa c t i v a t e d b yd i f f e r e n tn u t r i t i o n f r o mt h eb a n d so fd g g e ，i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h es t r a t a l m i c r o f l o r aw e r eg r o w e dw h e nt h et i m ew a s2 0d a y s ，a n dt h a tt h em i c r o b ew e r e o b v i o u s l yd i f f e r e n c eb yt h ed i f f e r e n ta c t i v a t o r s 2 ) f u m l e rm o r et h ec o n c e n t r a t i o no fg l u c o s ew a sc h a n g e di nt h el a t e re x p e r i m e n t t h er e s u t ss h o w e dt h a tt h em i c r o b ei nt h ep r o d u c e dw a t e rw a sm u c hm o r et h a ni nt h e i n j e c t e dw a t e r , a tt h es a m et i m et h ep r o p e rc o n c e n t r a t i o no fg l u c o s ew a s5 - 7 5g - l 一 3i n ls i m u l a t e dr e s e r v i o rc o n d i t i o nt h em i c r o b i a lc o m m u n i t ys t r u c t u r e ，t h ee f f c e to f d i s p l a c e m e n to fo i l ，t h em e t a b o l i cp r o d u c t sa n dt h ee n i v r o n m e n t a lp a r a m e t e r sw e r e s t u d i e db yt h ep h y s i c a lm o d e lt e s t s m e a n w h i l et h ed i f f e r e n tf o r m u l aa n dt h e c o n d i t i o no fa c t i v a t i n gw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d 1 ) t h ee x p e r i m e n tp r o v e dt h a tt h es t r a t a lm i c r o f l o r aw e r eg r o w e da f t e ra c t i v a t e db y t h es t a r c h h y d r o l y s a t e sa n dt h e e f f e c to fd i s p l a c e m e n to fo i lw a sr e m a r k a b l e m e a n w h i l ew h e nt h ei n c u b a t i o nt i m ew a si n c r e a s e d ，t h em i c r o b i a lc o m m u n i t y s t r u c t u r ew a sa l s oc h a n g e do b v i o u s l y t h ep o p u l a t i o nq u a n t i t yo fb a c t e r i aw a s r e d u c e di nt h el a t e rp e r i o d ，h o w e v e rt h ea r c h a e b a c t e r i aw e r ed o m i n a t e di nt h el a t e r p e r i o da n dt h e s p e c i e sw e r et e n d e dt os i n g l e t h ee n t i r ee x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a tt h e t r a n s f o r m a t i o no fm i c r o b ef r o ma e r o b i ct oa n a e r o b i ci nt h eo i ld e p o s i t ，t h i sp r o v i d e d r e a s o n sf o rt h ec h a n g eo fs t r a t a lm i c r o f l o r aa n dt h ed y n a m i cc h a n g ei nt h er e s e r v o i r 2 ) t h es m a l lm o l e c u l ea c i dw a st e s t e db yt h eg a sc h r o m a t o g r a m ，t h er e s u l t s h o w e dt h a tt h ea c e t i ca c i dw a sd e c r e a s e dw h e nt h et i m ew a s7 0d a y s ，t h i sr e f l e c t e d t h eg r o w t ha n dm e t a b o l i s mo fm i c r o o r g a n i s m a tt h es a m et i m et h em e t h a n ew a s i n c r e a s e di nt h el a t e rp e r i o d a tt h es a m et i m et h ea c c u m u l a t eo fm e t a b o l i t ew a s i m p o r t a n tf o re n h a n c e i n gt h eo i lr e c o v e r y k e y w o r d s ：a c t i v a t o r ；m i c r o b i a lc o m m u n i t y ；m i g r a t i o n ；m o l e c u l a re c o l o g y ；p h y s i c a l s i m u l a t i o n i v 目录 0 前言1 1 文献综述一4 1 1 微生物采油技术4 1 1 1 影响微生物活动的油藏环境4 1 1 2 国内外微生物采油技术的研究进展8 1 2 分子生物学技术在微生物采油中的应用2 0 1 2 1 变性梯度凝胶电泳技术2 0 1 2 2 末端限制性酶切片段长度多态性分析技术的应用2 4 1 3 油藏微生物群落研究的发展趋势2 5 1 3 1 静态描述向调控条件下动态过程的研究2 5 1 3 2 非培养、大通量分子生物学方法2 6 1 3 3 多领域研究力量整合，加强研究基础、提升研究水平2 6 1 4 论文研究内容及实验技术路线框图2 7 1 4 1 主要研究内容2 7 1 4 2 技术路线图一2 8 2 微生物驱油过程中多孔介质对激活剂运移的影响2 9 2 1 实验材料与方法2 9 2 1 1 实验仪器与材料2 9 2 1 2 实验方法3 0 2 2 实验结果与讨论3 0 2 2 1 注入水运移实验3 1 2 2 2 非饱和原油岩心运移堵塞实验3 1 2 2 3 饱和原油岩心运移堵塞实验。3 5 2 3 刊、结3 9 3 不同激活剂条件下油藏内源微生物激活过程中d g g e 分析4 0 3 1 油藏状况4 0 3 1 1 油藏基本参数4 0 3 1 2 油藏井网分布4 1 3 2 实验材料与方法4 2 3 2 1 实验材料及样品的采集4 2 3 2 2 样品的分析4 3 3 2 3 样品的激活培养方法4 3 3 2 4d n a 的提取4 4 3 2 51 6 sr d n a 的p c r 扩增4 4 3 2 6 扩增1 6 sr d n a 序列中可变区d g g e 分析一4 4 3 2 7 不同浓度葡萄糖激活效果分析4 6 3 3 结果与讨论4 7 3 3 1 样品总d n a 提取结果4 7 3 3 21 6 sr d n a 的聚合酶链反应扩增结果4 7 3 3 3 变性梯度凝胶电泳( d g g e ) 分析结果4 8 3 3 4 激活剂为葡萄糖时提取d n a 分析结果5 0 3 3 5 激活剂为葡萄糖时聚合酶链式反应扩增结果5 0 3 3 6 激活剂为葡萄糖时d g g e 分析结果5 1 3 4 小结，5 3 4 微生物驱油物模实验研究5 4 4 1 实验材料与方法5 4 4 1 1 实验对象及实验材料5 4 4 1 3 分析检测方法。5 5 4 2 结果与讨论5 7 4 2 1 调控因素确定及配方设计。5 7 4 2 2 物模实验驱油效果及微生物相关分析结果6 0 4 3 结论7 7 5 结论与展望7 8 5 1 结j 沧：。7 8 5 2 存在问题及展望7 9 参考文献8 0 附录8 9 致谢9 4 硕士期间发表的论文9 5 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 o 前言 我国大多数油田已经进入高含水中后期开发阶段，普遍面临着开采成本高、 采收率低的难题和巨大压力，剩余可采储量不足，稳产难度不断增大。化学驱作 为目前提高采收率的主要手段，发挥了重要的作用，但仍然面临两个突出问题： 一是高温、高盐油藏条件限制了其应用；二是部分油田区块聚合物驱后仍有4 0 一6 0 的原油滞留在地下。近年来，微生物采油作为一项具有前景的接替技术已受到 普遍重视，得到迅速的发展，并显示出良好的应用前景。 微生物采油通过油藏中微生物的活动及其代谢产物的综合作用实现原油采 收率的提高，与其它驱油方法相比，具有多方面的优势。1 ) ，适用范围广，仅胜 利油田即有1 0 亿吨储量适合实施微生物采油；2 ) ，成本低，施工简便；3 ) ，不 伤害储层，没有产出液后处理问题，符合可持续发展的要求。胜利采油研究院微 生物中心在胜利油田罗8 0 1 区块和单1 2 区块分别开展的外源及内源微生物驱油 现场试验都取得明显的增油效果。 油藏中的微生物是微生物采油技术发挥作用的根本和物质基础，也是重要的 研究对象。目前，该对象已经从单一的微生物上升到所有共存微生物组成的群落， 从生态学的层次上明确研究对象，提高了调控的针对性和可操作性，对于了解和 掌握微生物驱油的机理和效果具有很大的作用。因此，油藏微生物群落研究已成 ， 为新的热点。现已通过大量基础研究对油藏中的微生物群落取得一些定性的认 识，其种类繁多、种间关系复杂；并已通过人工干预在现场见到一定效果，但对 油藏微生物的生长调控还远未达到预期的效果，尚未充分发挥微生物的优势。可 见，基于群落理论的油藏微生物生长调控体系仍有待进一步的完善。本论文将开 展针对性研究，为微生物驱油技术进一步提高理论水平和应用效果、扩大应用范 围打下更为坚实的基础，为油田可持续发展提供有力的技术支撑。 微生物采油技术是最具前景、绿色的提高采收率技术。我国大多数油田已经 进入高含水中后期开发阶段，普遍面临着开采成本高、采收率低的难题和巨大压 力。近年来，化学驱作为提高采收率的主要手段，在我国油田开发中发挥了重要 作用，但是高温、高盐油藏条件限制聚合物驱的应用。另外，聚合物驱后油藏面 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 临如何进一步提高采收率的问题。因此，针对我国油藏特征和开发状况，发展功 能配套、经济有效的提高采收率技术，是亟待解决的重大战略性课题。 微生物采油技术是通过油藏中微生物的活动及代谢产物等综合作用实现采 收率的提高，具有提高驱油效率和扩大波及体积的作用。其优势有：( 1 ) 适用范 围广，根据油藏温度、渗透率等指标筛选，胜利油田有1 0 亿吨储量适合微生物 采油，适用范围还会随技术发展进一步扩大。( 2 ) 成本低，施工简便。( 3 ) 不伤 害储层，没有产出液后处理问题，环境友好。另外，对于聚合物驱后油藏，微生 物采油可作为一项接替技术。 八十年代以来，由美国政府支持了多项微生物采油研究项目。俄罗斯微生物 采油已增产5 5 万吨原油。英国、德国、法国、挪威、日本等也开展了相关的研 究和试验。在我国，胜利、大庆、辽河、大港、吉林等油田都己开展微生物采油 技术的研究和现场试验，并已在现场见效。 微生物采油技术尚有巨大潜力有待进一步发挥。虽然通过大量基础研究和现 场试验，已对微生物采油有了一定的认识，并已在现场见到增油效果，但由于油 藏的极端环境增大了研究难度，加上油藏环境中微生物的复杂性，使我们仍未充 分明确，外部调控手段到最终实现驱油效果这一过程的关键作用机制，使得油藏 微生物调控的进一步优化缺乏方向性，导致现场调控所获得的驱油效果难以进一 步提高，未能充分发挥微生物采油的优势。突破这些关键科学问题，是微生物采 油技术进一步发展的必要基础。 油藏微生物生长调控体系是提高现场应用效果的最佳途径。通过各国多年 的研究和实践，普遍认为微生物采油的机理并非单纯某一方面的作用，而是包括 微生物本身和微生物代谢产物等多方面的综合作用。油藏中的微生物种类繁多、 种间关系复杂，易受环境影响，其群落结构和功能都存在着动态变化，而非固定 不变。因此从更为宏观、系统的角度观察和分析微生物采油机理显得更为现实和 重要，基于这一情况，微生物采油技术已从面向单个菌种的研究上升到以群落为 对象，来研究其与提高采收率之间关系。研究对象上的这一进步，更利于提高油 藏微生物人工调控的针对性和可操作性。许多国家都已开展针对油藏环境中微生 物群落种类及结构的调研工作。总之，通过实验研究，将为微生物驱油技术进一 步提高理论水平和应用效果、扩大应用范围打下更为坚实的基础，为微生物采油 2 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 技术的发展提供有力的技术支撑。 针对目前对油藏微生物的生长调控尚未充分发挥微生物优势的现状，同时 为进一步考察激活剂营养组分在油藏地层中运移的影响，以及不同的激活剂在模 拟地层条件对微生物生长的影响，本论文拟开展三个方面的研究： 1 ) 激活剂在模拟油藏多孔介质中的运移研究。模拟地层多孔介质的条件， 考察不同激活剂在多孔介质中的运移，为地层条件下激活剂顺利达到目的油层并 激活其中的微生物群落提供可靠的依据。 2 ) 模拟地层高温高压条件下微生物激活的分子生态学研究。在研究考察激 活剂的运移以后，对激活剂的激活效果进行研究，模拟地层的高温高压条件，将 激活以后的样品进行了分子生态学研究，为激活剂的效果评价以及激活剂的合理 用量做了迸一步考察。 3 ) 模拟油藏条件下驱油实验研究。利用物模驱油实验手段，对微生物激活 后的驱油效果，以及驱油的过程中微生物群落结构、代谢底物、代谢产物以及环 境参数变化进行了分析研究。从而为现场的实际应用提供一定的理论依据和指导 意义。 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 1 文献综述 世界各国对提高石油采收率的迫切需求，促使微生物采油技术经历了一个高 速发展过程，并已经从实验室研究走向矿场试验，而且在大量矿场试验中收到积 极的效果，同时也发现了许多需要进一步解释和解决的问题，指引研究人员，包 括地质、油田开发和微生物方面的研究者，共同重新回到机理研究层面，更为集 中、深入地研究微生物采油过程中微生物的生长、代谢作用。微生物采油技术中 的许多疑问正在被层层揭开，人们对该技术的认识也在逐步深入。持续不断的研 究工作增添了微生物提高采收率技术成为成熟实用技术的信心。 微生物采油通过油藏中微生物的活动及其代谢产物的综合作用实现石油采 收率的提高，与其它驱油方法相比，具有多方面的突出优势。1 ) ，适用范围广， 胜利油田有1 0 亿吨的储量适合实施微生物采油；2 ) ，成本低，施工简便；3 ) ， 不伤害储层，没有产出液后处理问题，符合可持续发展的要求。 油藏中的微生物是微生物采油技术发挥作用的根本和物质基础，也是重要的 研究对象。目前，该对象已经从单一的微生物上升到所有共存微生物组成的群落， 从生态学层次上明确研究对象，提高了微生物生长调控的针对性和可操作性，油 藏微生物群落研究已成为新的热点。现已通过大量基础研究对油藏中的微生物群 落取得一些定性的认识，其种类繁多、种间关系复杂；并己通过人工干预在现场 见到一定效果，但目前对油藏微生物的生长调控还远未达到预期的效果，尚未充 分发挥微生物的优势。可见，基于群落理论的油藏微生物生长调控体系仍有待进 一步的完善。 1 1 微生物采油技术 1 1 1 影响微生物活动的油藏环境 油藏是由固、液、气三相组成的，每种组成都有可能对微生物的存活和生长 产生有利或不利的影响。对微生物在油藏中运移、生长、代谢作用而言，其主要 影响因素有地层矿物的组成及性质，孔隙度和渗透率，地层压力，流体的温度、 p h 值、矿化度，原油性质，。残余油饱和度等，这些因素都会进一步影响到微生 物提高采收率的效果【卜5 1 ，对微生物在现场的应用都会产生一定的影响，甚至会 4 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 成为制约微生物采油发展的限制性因素。 1 1 1 1 地层矿物 油藏的固相主要由各种岩石和粘土矿物组成，石油主要存储于由砂岩和碳酸 岩组成的沉积岩的孔隙或裂隙中【6 】。虽然硅酸盐和碳酸岩对微生物的活动没有太 大的影响，但这些岩石孔隙中的粘土和其它矿物对微生物和营养物的吸附会影响 微生物在油藏中的运移和生长。粘土矿物、尤其是蒙脱石粘土有很高的阳离子交 换容量，遇水容易水化膨胀和分散，分散后颗粒的表平面显负电，端面显正电， 对微生物活动的影响更大啊。另外，油藏也是一个具有很大比表面积的毛细孔隙 体系，大的比表面积对微生物的活动亦有直接的影响。巨大的岩石比表面积一方 面会对注入的营养液产生浓缩作用，使微生物在注入低浓度营养液时也能生长； 另一方面由于微生物体在岩石表面上的附着，形成一层生物膜，减少了孔隙尺寸， 降低了营养液和微生物体的流动能力。 1 1 1 2 孔隙度和渗透率 孔隙度和渗透率对细菌活动的影响反映在两个方面。一是对细菌运移的影 响，总体来说，细菌菌体的大小一般为长0 5 1 0 0 岫，宽0 5 2 0p a n ，这意味着 孔喉尺寸小于0 51 t m 、渗透率小于7 5 x 1 0 。3 岫2 时会阻碍细菌在孔隙中的运移； 二是对细菌生长速率和菌体大小的影响，以毛细管模拟岩右孔隙的实验表明 8 1 ， 毛细管尺寸减小时，细菌生长速率和菌体大小也减小。一般来说，岩石孔隙大小 同岩石渗透率呈正相关关系，故使微生物有效传输的岩石渗透率的最低限值为 7 5 x 1 0 - 3 一l o o x l o 3 岬2 【9 1 。但是从美国和俄罗斯油藏微生物驱的渗透率只要在 5 0 x l o 。3 岬2 以上，都可以实验微生物的生长并产生驱油效果。 1 1 1 3 地层压力 与其它因素相比，一般认为压力对细菌的活动影响较小。对大多数自然界中 存在的细菌，1 0 一2 0 v i p a 一般不影响微生物生长，但有迹象表明，压力可能通 过其它因素对微生物生长起影响作用【10 1 。这种认识来源于对海洋微生物群体活 动的研究【l l j 2 。因此，目前压力因素对石油微生物的生长影响考虑较少。目前已 有研究表明压力对石油微生物的生长和代谢均有一定程度的影响【1 3 砌。 s 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 1 1 1 4 温度 地层的温度一般与其深度有关，其关系式( h i l c h i c1 9 8 2 1 7 】) 为：t f = t o + g g d f 1 0 d ，其中t f 是地层温度，单位为下；t 。为地面温度，单位为下；g g 是 地热梯度，一般1 2 0 下1 0 0 f t ；d f 为地层深度，单位为r 。 对采油微生物而言，温度是影响其生长和代谢的一个重要因素【1 8 】。高温会引 起微生物生长缓慢，甚至导致其死亡。虽然某些微生物在可以低到一2 4 或高达 1 0 4 下存活，但它们不一定能满足采油微生物的要求，即在油藏条件下能否正 常生长繁殖并代谢有利于提高采收率的产物。对高温油藏，应用嗜热菌是解决这 个问题的一条途径。就目前的应用情况来看，对油层温度高于7 5 的油藏，应用 的微生物应该是经过专门筛选和研究的嗜热菌【1 9 之0 1 。 1 1 1 5 原油性质 原油的性质是又一个对采油微生物有重要影响的因素。原油性质对微生物的 影响来源于两个方面。一方面是原油中易挥发的轻质组分对微生物的毒性，一般 认为，原油中碳数少于1 0 个的烷烃都可能会对微生物产生毒性，毒性的大小因 微生物种类的不同而异；另一方面，原油中的沥青等重质组分亦对微生物的活动 不利【2 1 1 。通常以原油的o a p i 重度( 相对密度) 来反映原油性质，它反映了原油 中重质组分的多少，o a p i 小于1 8 的原油被认为是重质油或稠油。对于这类稠油， 应该有针对性地筛选能利用大分子烃或非烃化合物的菌种。事实上，f i n n e r t y 等 瞄1 已经报道了他们筛选出来了一种能将重度为8 1 5o a p i 稠油粘度由2 5 0 0 0 m p a s 降低到2 5 0m p a s 的菌种。 1 1 1 6 矿化度 水是采油微生物生长繁殖的介质环境，与其它生物一样，一定量的矿物质在 微生物生长体系中充当无机营养物，矿物质的类型和含量在很大程度上控制着微 生物的生长形态和代谢产物的类型以及产量。地层水的矿化度一般都比较高，包 括许多种盐类，其中9 0 以上为n a c l 2 3 1 。矿化度是影响采油微生物活动的另 重要因素。矿化度对微生物的影响不仅反映在其高低上，矿化度过高对微生物生 长不利，同时还反映在矿物质离子的类型和组成上，组成的改变可能会抑制微生 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 物的生长繁殖、代谢机制和代谢产物的类型，如地层中缺氮、磷也不利于微生物 生长。因此，采油微生物菌种筛选出来后，应该在所应用油藏区块的地层水条件 下再进行培养试验，进一步考察其生长繁殖速率、与提高采收率有关的代谢产物 类型和产量以及菌种传代和变异等。 1 1 1 7 可溶性物质 作为营养物，普遍来说，微生物生长过程中对c 、n 、p 、s 、f e 、m g 、k 、 c a 的需求量较大，而对z n 、c o 、n i 、n a 、w 、m o 、s e 、c o 等需求量较小( 一 ， 般低于1 0 4 m ) 。地层水中除了大量的n a c l 外，还溶解有许多种其它可溶性盐类 物质，它们可以作为微生物生长所需要的营养物质，但其浓度太大时会对微生物 的生长代谢产生不利的影响、甚至会对微生物造成毒性。 1 1 1 8 重金属 油藏流体中一般都有重金属存在，如c u 2 + 、f e 3 + 、z n 2 + 等。大部分油藏中重 金属的浓度不高( p p m 级) ，还不至于对微生物造成毒性，但重金属的存在会对 微生物生长速率和代谢机制产生影响2 4 1 ，这种影响大小与菌种，其它环境条件 如温度、p h 、矿化度等有关。同样地，采油微生物菌种筛选出来后，应该对微 生物生长条件的优化做进一步的实验分析。 1 1 1 9p h 值 p h 是影响微生物生长和代谢的一个重要的生物化学因素。一般地，微生物 能够在p h 为4 o 一9 0 的范围内正常生长，大多数油藏p h 在6 o 一8 0 范围内， 自然界的微生物一般能够满足这个要求 2 5 1 。对特殊油藏，应该专门筛选开发嗜 酸或嗜碱菌。 1 1 1 1 0 缺氧环境 地层中氧气含量很低，在注水井周围小范围内的地层中含有一定的氧，这主 要是注入水带入的，但在地层深处几乎是无氧的。自然界中有不少细菌可在无氧 条件下生存如兼性厌氧菌，还有些细菌不能在有氧条件下生存，氧对其生长甚至 有毒害作用，如专性厌氧菌：所以m e o r 尽可能利用兼性厌氧菌。目前国内一 些研究者开始发展空气辅助微生物驱油技术，部分解决了油藏缺氧的问题，发挥 7 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究 了好氧微生物的驱油效果，并取得了较好的现场试验效果 2 6 1 。 除了上述影响因素外，还有其它一些影响因素，如地层流体中微量有毒元素 砷、汞等，油藏残余油分布、束缚水饱和度等。 目前研究较多的是单一因素对采油微生物活动的影响，对这些因素共同存 在、且又都是极端条件下共同对微生物活动影响的研究较少，注入的微生物能否 在地下存活还不太清楚。因此，激活油藏中现有的微生物群落，发挥微生物群落 的采油技术意义更大，具体的油藏条件是采油微生物生长代谢的重要基础【16 1 。 ， 1 1 2 国内外微生物采油技术的研究进展 当前微生物采油技术在国内外都做了较多的研究，而且也取得了一定的成 果，这就为继续研究微生物采油技术，促进此项技术的应用，以及可行的效益的 获得产生了很多积极的意义。同时也为微生物采油过程中出现的问题，以及对问 题的解决，提供有