（微生物学专业论文）油田调剖菌的筛选与性能评价.pdf

油田调剖菌的筛选与性能评价摘要 峨 ab s t r a c t s t o o v e r c o m e t h e s h o rt c o m i n g o f c o n v e n t io n a l ,n e a r - w e l l b o r e p r o f i l e m o d i f i c a t i o n m e t h o d s , a m ic r o b i a l p r o f i le m o d i f i c a t i o n ( mp m) m e t h e d w a s i n v e s t i g a t e d i n o u r l a b . f r o m t h e r e s e r v e d s t r a in s o f t h e l a b , t p - 1 w as s c r e e n e d w h i c h w a s i d e n t i fi e d a s 5 5 0c - r e s i s t a n t , n a c l 1 4 % - r e s i s t a n t s tr a i n s w h i c h c a n p r o d u c e g l y c o c a l y c e s . wi t h a s p e c i f i c a l l y f o r m u l a t e d n u t r i e n t p a c k a g e ,t h e y a r e r e a d i l y g e r m i n a t e d a n d p r o d u c e b i o f i l m , w h i c h r e d u c e s t h e p e r m e a b i l i t y o f t h e r o c k . u n d e r a p p r o p r i a t e c o n d i t i o n s , t h e f e r m e n t a t i o n s u p e rn a t a n t o f t h e s t r a i n s h a d b e e n g i v e n m o d e l t e s t i n p e r m e a b i l it y me c h a n i c s r e s e a r c h c e n t e r , c h i n a s c i e n c e i n s t i t u t e . t h e s t r a i n w a s p r o v e d t o b e a n e x c e l l e n t q u a l i f i e d o i l - f i e l d m i c r o b i a l p r o f i l e m o d i f i c a t i o n t h a t w a s e f f i c i e n t i n i n c r e as i n g me o r t o 9 . 5 7 % . i t h a s b e e n p r o v e d t h a t t h e y c a n r e d u c e t h e p e r m e a b i l i t y o f t h e r o c k a n d e n h a n c e s o i l r e c o v e ry .f u rt h e r r e s e a r c h p r o v e s t h a t t h e g l y c o c a l y c e s p r o d u c e d b y t h i s s t r a i n i s c o m p o s e d o f r h a m n o s e a n d g l u c o s e a n d t h e r a t e i s 7 : 1 . t h e s t r a i n g l o w m a s s p r o d u c e d b y t h e g l y c o c a l y c e s a n d t h e b i o f i l m f o r m e d i n t h e d r i l l - c o r e a r e t h e k e y m a t e r i a l s f o r t h e r e s e a r c h . t h e s t r a i n c a n p r o d u c e c h 4 , w h i c h a r e t h e k e y m a t e r i a l s f o r t h e f o rma t i o n o f g a s - l o c k i n d r i l l - c o r e a n d t h a t i s g o o d f o r mp m. a f t e r p r e l i m i n a ry r e s e a r c h , t h e s t r a i n i s p r o v e d t o b e b r e v i b a c i l l u s s p . k e y w o r d s : d r i l l - c o r e m o d e l t e s t ,p e r m e a b i l it y , mi c r o b i a l p r o f i l e m o d i f i c a t i o n ( m p m ) , m e or 一 w i 自.口. 油田调剖菌的筛选与 性能l f 价 前言 前言 微生物提高原油采收率 ( me o r )是石油微生物学科中发展最快、最活跃的 一个分支。 微生物对地层的作用在于两个方面: 一方面， 采油微生物作用于原油， 以烃为碳源，在培养过程中产短链有机酸、产有机溶剂、产生物表面活性物质， 使石油粘度、凝固点降低， 提高其流动性，达到提高采收率的目 的。另一方面， 采油微生物作用于地层，可以 在地层迅速生长，产生粘性物质和气体，这些物质 可以堵塞大的孔道，使注水转向低渗透地层，增加注水波及面积，驱出贮藏在低 渗透层的残余油，这一过程叫做调剖。 微生物调剖( mic r o b i a l p r o f i l e m o d i f i c a t i o n ) 是指通过微生物代谢作用而在岩 芯大孔道表面积累起生物膜 ( 主要成分为胞外多糖及生物体) ， 它能有效地封堵孔 喉， 导致高渗透带渗透率降 低， 扩大注水波及面积， 达到 调整剖面和提高水驱采 收率的目的。 油田 注水开发，由于地层的非均质性等综合原因的影响，使得油藏在开采过 程中 注入水优先沿大孔道、高 渗透层不均推进，导 致低效或无效驱替。 经过几十 年开发，国内大部分油田已 进入高采出 程度、高含水期，控水稳油是当务之急， 油田高 含水对油田 开采不利: ( 1 ) 注水沿高 渗透层渗透， 降 低了 注水的 波及系数， 同时，注水沿高渗透层渗流又加剧了地层的不均质性，导致注入水的利用率不断 下降。( 2 )油田的高含水对油田开发带来两个负面影响:一是，大量的产出 水对 油田除水系统造成压力导致投入的增加，二是由于亲水层往往是高压层， 产出的 高压水对低压层的产油有抑制作用。因此作为控水稳油重要措施之一的调剖工艺 日 益显出其重要性和紧迫性，成为各油田着重研究的技术。 目前各国使用的调剖剂一般是有机或无机化合物， 如聚丙烯酞胺， 黄原胶等。 这些材料虽然具有适应范围宽、来源广的优点，但缺点也是显而易见的:比如其 作用受地层和施工条件的影响大，现场工艺复杂，有的在施工中有一定的危险性 等等。因此需要一种性能优越、经济简便的调剖技术，以 适应生产开发的需要。 随着微生物采油技术的研究和试验在深度和广度上的进展，使微生物调剖成为可 油田调剖菌的筛选与性能评价前言 育 旨 。 微生物调剖是九十年代发展起来的 经济简便的调剖技术，与化学技术比 较， 具有很多优点 ( 详见下表) 。 微生物调剖化学调剖 由菌体、生物膜构成，既达到封堵目 的 又有渗透性，弃井后地层不变。 能达到深封堵，只堵大孔喉 耐高温、高矿化度、适应性强 不伤害地层，不污染环境 封堵时间长 ( 六个月以上) 利用现有设备、 投入低、 可重复施工 由化合物构成， 造成死封堵， 失去渗透性， 弃井后造成死井。 浅层封堵，将所到之处全封堵 受各种条件限制 交联剂有毒，不易分解，污染环境 封堵持续时间短 ( 最多9 0 天) 需用特殊设备、 价格昂贵、 一次性使用 微生物调剖技术适用于厚油层或是高渗透层的深部处理，它克服了聚合物凝 胶、石英沙水泥封堵等常规做法的不足，即当油层中有窜留存在时，上述做法将 失去它的作用效果。该技术通过在油层岩石的空隙中注入廉价的细菌芽抱和营养 物质形成有弹性的生物膜来降低厚油层产水部位和高渗透层带的渗透率。因此， 微生物调剖技术尤为突出的表现是它的技术完备性的经济可行性。国内外实践表 明， 将该技术应用于长期注水开发的老油田可起到降水增油效果， 应用潜力巨大。 一、调剖的作用机理 油田注水开发是通过注水将油驱到生产井， 如果地层分布为理想的均质状态， 那么此时的波及系数为1 0 0 %， 是最为经济的理想状态。 但这种状态只有在实验室 用岩芯做流体驱替实验才能达到。实际上地层状况非常复杂，不仅存在着不同的 渗透层带，而且存在着大小不同的孔喉，甚至大小不一的溶洞，注入水以指状穿 过油层抵达生产井。 这样，水就象通过直管一样从注水井直达生产井，使波及面 积减少，采出油含水量高，开采成本提高，油井失去开采价值，因此必须在注水 油田调剖菌的筛选与性能评价前言 采油之前进行选择性封堵 ( 见附图 1 ) a 1 菌体注入方法 岩芯注入实验表明:岩芯孔隙大小，不影响菌体的代谢能力，只限制菌种的 活动范围。但是如果直接注入菌体和营养液，在注入前端，岩芯内有大量的生物 聚合物产生: 特别是在注入端面及裂缝内表面， 因生物聚合物的大量生成和聚集， 会形成较厚的生物膜。 模拟实验还表明: 产聚合物菌作为驱替的 流度控制计，如 水驱主要途径中的大孔道半径在注入菌菌体半径的 3 - 9倍之间，则微生物的调剖 作用能很好地实现。 注入油藏的微生物若在短时间内代谢产生较多的生物聚合物， 其菌体细胞将会被堵塞在注入区域岩石端面的浅层或表面，形成滤饼，严重影响 后续注入和菌种在油层内的活动和运移，将极大地限 制微生物进入更深更远的油 层岩 石内， 这必 然大 大制 约生 物聚合 物菌 种的 驱油能 力 和 应用 效 果 d 1 。 若控制 菌体 生长机制的有效成分、 或采用恰当的注入工艺，就能有效地控制微生物在注入井 的近井地带产出生物聚合物。如先将微生物菌种注入后再注入促使菌体产生生物 聚合 物的 营养 液， 或 在 注入时 加入一 定 量的 焦磷酸 钠13 5 1 ， 先限 制菌 体产生出 生物 聚合物，随着注入液的 推进和扩散， 焦磷酸钠被稀释， 菌体产出生物聚合物能力 将不再受到抑制，这样就可如期望的就地封堵油层岩石中的高渗透带，更好地调 剖和驱油。生物聚合物地产出将有利于增加注入液的粘度，降低油水流度比，选 择性封堵高渗透层段和大孔隙、调整注水剖面、提高波及效率、增大波及区域， 进而 增 加 产 量、 提高 采收 率 12 1 。 如 果当 微生 物萌 发以 后 被 注 入多 孔 介 质时， 他 会 粘附最先接触的介质表面，从而在靠近注水井的沙面处形成一层表皮堵塞。这种 浅堵不能使注入水转向进入未波及地带， 因为注水会很快绕过堵塞物而形成窜流， 而调剖的目的是使调剖剂尽可能多的进入高渗透层， 而避免对低渗透层造成伤害口 所以要提高采收率需要深封堵。 微生物调剖的效果不仅取决于细菌深入油藏内 部的能力， 他还与营养液的输 入有关。研究表明，在微生物进行选择封堵时，采用各种营养液混合在一起同时 注入的方法虽然施工方便，但效果不好。这是因为各种营养同时注入时，最易激 活近井地带的原生菌。这些均会过度消耗注入的营养，并大量繁殖造成堵塞，使 后来注入的营养达不到地层深处的高渗透带，从而使先期注入到那里的菌得不到 油田调剖菌的筛选与性能评价前言 营养。另外，由于物理吸附和化学吸附作用及沉淀作用等原因，营养液的各组分 在地层中的 滞留能力不同，这时的同时注入的各营养组分不能同时达到地层中的 预定位置，结果使预先注入的细菌得不到组分齐全的营养而不易被激活。为此， 可将己 确定的各种营养分别配成单一溶液，然后按各组分在地层中的滞留能力大 小顺序优先注入滞留能力大的单一溶液。 常用的各种营养液中磷源滞留能力最强， 其次是氮源，碳源滞留能力最弱。 另外，为了使芽饱悬液较易注入到地层深部， 在地上反应器中培养大量细菌 悬液应尽量减少多糖物质，这就需要从培养基配方的调整和培养条件加以控制。 不同的数量和质量的营养物将导致不同的封堵效果。实验表明，多孔介质的封堵 程度与通过介质的营养的数量成正比。 j . h .b a e 实验室采用一株耐盐地衣芽饱杆菌s a l t o n - 1 进行岩芯实验表明: 少量 的细菌液和营养物对岩芯的渗透率值降低影响不大， 这在矿场应用上是有利的。 在实际情况下，注入的细菌液和营养物质大部分进入油藏的高渗透层带，即使有 少量的细菌进入低渗透带，也不会对这里产生封堵。 实验表明， s a l t o n - 1 体积小， 外壁惰性， 在油层中易于运移， 通过控制注入的 细 菌 浓度 和注入量改 变 其渗 透深 度， 大 约1 0 c f u / u l 的 芽 抱液 有 利于萌发 和 有 效封 堵。另外需要2 %的n a c l 才能有效的降低渗透率和保持生物膜的稳定性。营养液 的 浓 度决定 渗透率的降 低 值和 达到 该 状 态的时 间， 较高的 注入率、 p h 值和原 有的 存在都对渗透率降 低和生物膜稳定性有影响。 如果精心选择营养注入方案，掌握 好营养与芽饱浓度与数量， 渗透率的降低可控制到一个显著的程度。 到1 9 9 8 年发 表文章时， 该菌生物膜维持时间己 达到8 个月， 将岩芯渗透率维持在较低的程度。 在新墨西哥州里县的e ms u碳酸岩储层作了顺序注入芽抱和营养的调剖矿场 试验。实验室的工作包括检测储油层中生物活性、营养优化、设计芽抱和营养的 浓度和数量。 本实验用的是占地8 0 英亩的五点井网。由中心注入井发现两个渗漏 层， 渗漏4 2 % 和5 8 % 的 注入水。 在注入1 6 0 0 0 桶i o l c f u / m l 的芽 抱液之后1 6 天注 入1 4 0 0 0 桶营养液。 水的注入压力3 0 p s i ， 每天1 0 0 0 桶。 处理后注入压力6 5 0 p s i , 每天5 0 0 桶。结果有几口井有效期达8 个月之久，表现出良 好的堵漏效果，且原 位生物膜稳定性好。 前苏联研究人员利用污水生物净化系统中的活性淤泥进行注水调剖，效果很 油田调剖菌的筛选与性能评价前言 好。1 9 8 3 年在沃亚金的一口注水井中进行了试验，处理后，该井周围的口生产井 含水 量下降、 采油 量上升。1 9 8 3 - - 1 9 8 4 年间 共增产原油1 .8 x 1 了吨。 上述实验表明，无论在实验室模拟实验还是矿场实验，微生物调剖都能起到 良好的作用，是切实可行的方法，具有推广价值。 2 .调剖菌的特性、调剖方式和作用机制 用于调剖的 微生物应具备以 下特性3 . 用于微生物采油技术的微生物所要求的一些条件是基本的，或在很大程度上 是应具备的。首先，他们在油藏环境条件下能够生长并生成生物膜，这意味着所 使用的微生物英能适应厌氧条件，是应有藏的温度和矿化度，以及同油层原油特 性相匹配。因此，用于微生物调剖的菌中应为耐盐性的厌氧菌。概括的讲，厌氧 菌可跟为两种类型， 一种为严格的厌氧， 几分字样的存在对细胞生长有毒害作用; 另一种为兼性厌氧，既有氧或无氧条件下细胞都能生长。遵照菌种保存和注入期 间易于操作的要求， 兼性厌氧菌更适用于操作的要求， 兼性厌氧菌更适用于微生 物调剖技术。 厌氧微生物不能 利用碳氢化合物作为碳源和能 源， 这就需要提供营养物 质， ， 包括细胞生长所需要的碳源和其他元素。例如氮和磷，这些营养对满足细胞的生 长算不上是奢求。 为便于推广应用， 微生物所承受的温度范围相应的同油层温度保持一致。 嗜 温菌通常最适应的生长温度范围 在2 0 - 5 5 c ， 这就要比 嗜冷性微生物只生长在2 0 范围内更合适。在高温环境的油层中，嗜热菌无疑是最佳的候选者。 此外，由于微生物能运移到油层较深的部位，就必须具有较小的体积。二细 菌的芽抱，则石油一些微生物细胞所产生的，体积小，对外界的恶劣环境适应性 强。芽抱在休眠状态下可存活几年。有关芽抱在微生物提高石油采收率的应用层 报道国。当外界环境适合时芽抱开始萌发，变成有生长能力的活性细胞，并不断 产生生物膜。由于芽抱的体积较小，且外壁是惰性的，使得它要比活性细胞更容 易在油藏岩石中运移。当他遇到营养物的刺激时，芽抱会迅速萌发并生长，产生 生物聚合物，促进了生物膜的形成并提高其稳定性。因此，筛选能产生大量生物 聚合物的菌种正是所期望的。 油r l i 调剖菌的筛选与性能评价前言 从安全角度讲，筛选的菌种应是非治病菌，并且对动物和植物不产生毒害作 用。 调剖方式 ( 1 ) 微生物在多孔介质形成菌丝团，在岩芯中形成网 状分布， 类似化学凝胶 网状分布，但比凝胶广泛明显。 ( 2 ) 微生物个体比较小，能进入岩芯深部，形成菌落吸附沉淀，并吸附其他 颗粒、菌体形成桥塞，使孔喉直径减小。 ( 3 )微生物代谢产生气体，形成气锁，堵塞水流通道。 作用机理 微生 物 代谢形 成 蛋白 质一 多 糖 ( g l y c o a l y c e s ) 一 类的 胞外多 糖。 它具有 封堵高 渗透层带的能力， 在地层中游离的细菌，被吸附到岩石表面后，开始形成附着的 微菌落，细菌细胞被其代谢形成的蛋白 质一 多糖复合物包裹着。细胞周围的蛋白质 一 多糖复合物将大量细菌粘附在孔隙岩石表面上，与有机营养物熬合并吸附浮游生 物群体中的其他细菌，形成较大体积的菌团或菌泼;微生物代谢产出的蛋白 质一 多 糖复合物是一种水合度很高的非离子或阴离子聚合物，可以以 离子交换等方式结 合带电荷的和不带电荷的有机或无机物，使菌落逐渐增大形成生物膜，从而封堵 高渗透层段大孔隙。即使使用杀菌剂杀死生物膜中的菌体细胞， 但蛋白 质一 多糖复 合物仍可较长时间存在，并堵塞岩芯 孔隙空间 1 1 另外，生物产生的气体可以生成气锁使注水阻力增大，注水压力提高， 渗透 能力下降。 注水被迫绕过阻 塞区， 形成新的旁流通道， 从而启动低渗透区， 波及 原来水驱没有波及的区 域， 提高 注水波及面积4 1 二、国内外研究进展 8 0 年代至9 0 年代初， 美国对微生物提高 石油采收率进行了 较为系统的研究， 并进 行了多种形式的矿场研究， 为后来的微生物提高石油采收率发展提供了宝贵经验。 我国许多油田己 进入开发后期，正在研究并开始试验微生物提高石油采收率。相 对来讲，微生物驱油和微生物选择性封堵更适合于油田后期开发应用.另外，微 生物处理抽由技术也是今后发展的重要方向。但在实际应用中，应根据各油田的 具体特点，选择相适应的微生物提高石油采收率方法。 油田调剖菌的筛选与 性能评价前言 i .实验室机理研究进展 美国 f y 8 8计划继续进行室内岩心模拟实验研究，结果发现 c l o s t r i d i u m 和 b a c i l l u s 两类细菌有协同效应。实验显示， 产生表面活性剂的b a c i l l u s 细菌和产生 气体及溶剂的c lo s t r i d i u m细菌在多孔介质中共同作用， 驱出6 0 %的残余油， 提高 了采收率。 f y 8 9 研究计划实 施过程中， 应用了 一种特殊细菌组合， 并尝试将其与 某中的 浓度的化学物质结合实验， 来分析驱油效果的变化。结果发现，以一定浓度的碳 酸 氢 钠 作为 前置 液， 能 够 提高 微 生 物驱 油 能 力( b ry a n t 等1 9 8 9 ,c h a s e 等1 9 9 0 ) n i p e r研究还发现微生 物能改 变岩石的 润湿性。 润湿性从高亲油性向中性转 变时，残油饱和度也从高于2 5 % 降至2 0 %以下。 2 .菌种库的建立 b e 3 研究计划收集了 用于不同条件下的不同菌种。 从1 9 8 4 年开 始， n i p e r用各种 细菌做了岩心驱油实验。这些细菌是从地层、被原油污染的土壤或其他自 然环境 中分离得到的， 没有进行基因 工程改造， 保持其自 然属性。 n i p e r建立这样的菌 种库， 对今后m e o r的发展有着重要的意义。 3 .数值模拟研究 1 9 9 0 年z h a n g等人开发出 微生物在三位、 三相、多 组分的多 孔介质中运移过程， 涉及内容有 1 、细菌的生长和死亡;2 ，细菌的沉淀:3 . 生化代谢途径;4 .对流散热作 用;6 .混合作用:7 .营养消耗 模拟研究和室内 研究相互配合、 相互支持。 室内实验为模拟细菌生长、 死亡、 营养消耗、沉淀、生化代谢、扩散等过程提供数据，并研究微生物对地层渗透率 的影响及其与提高采收率的关系。实验获得的数据，经数模再用到矿场，就可知 道微生物参与水驱提高采收率的效果。 4 .矿场试验 b e 3 室内研究结果也支持了强化水驱矿场试验。n i p e r从菌种库中选出一阻力详 细菌，用于俄克拉荷马州的d e l a w e a r - c h i l d e r s 油田矿场试验，该试验区面积约为 2 0 英亩。实验结果表明，细菌、营养剂与水一起，很容易注入地下，原油产量也 得到很大提高。 这次试验为后来强化水驱应用打下良 好的基础。当这个驱快取得 增油1 3 % 的效果后，又设计出一个3 8 0 英亩的试验区块。 所有的注水井都可由中 油田 调剖菌的筛选与 性能评价 前言 心注水系统注入细菌和营养剂，这样， 在经济上更合算。 扩大试验的目 的是为了确定微生物强化水驱是否能推广应用到整个油藏，从而获 得较好的经济效益。根据递减曲线分析，经微生物作用后， 原油产量增加 2 0 %. 而矿场试验所用的营养剂费用很低，没增一桶原油成本仅增加2 . 3 3 美元。所以， 微生物强化水驱技术可进行商业性应用。 矿场试验表明，微生物提高石油采收率是一种很简便的方法，生产商容易接受。 值得一提的是，在试验上没有出现任何操作或生产上的问 题，也没造成设备的腐 蚀，展示了微生物提高石油采收旅游较好的应用前景。 微生物提高石油采收率地质数据库 己设计一个微生物提高石油采收率矿场试验数据库，这个数据提供了各个微 生物提高石油采收率矿场试验区块的地层性质，可用来修订己 发表的微生物提高 石油采收率的标准。目 前， 粗数据库己有6 9 个不同的微生物提高石油采收率矿场 实验数据。 重要成果: a . 美国国家石油能源研究所s g p 1 3 计划的研究成果 1 9 8 6 年， 公布了俄克拉荷马州n o w a t a 县mi n k u n i t 油区注入微生物矿场试验 方案。 1 9 8 7 年，进行单井注入试验，已 确定细菌的注入能力和在地层环境中的存活 能力。 在mi n k u n it 油驱进行了2 0 英亩的区块注入试验， 2 1 口 注水井中，由 4口 注入了微生物。 发现注入微生物中， 井口反排液中有微生物的代谢产物的 存在。 1 9 8 8 年，首次证实了微生物经注水井运移到生产井。在整个mi n k u n it 矿场 试验中，采收率提高1 3 %0 1 9 9 0 年， 在俄克拉荷马州阿肯色县附近的c h e l s e a - a l l u w e 油田开始扩大生产， 试验区面积5 2 0 英亩 ( 生产面积3 8 0 英亩) 。通过中心注水站，在 1 9口注水 井中注入微生物。 1 9 9 2 年到1 9 9 3 年5 月， c h e l s e a - a l l u w e 油田 通过注入微生物试验， 原油产量 增加2 0 %. b . 美国国家石油能源所b e 3 计划的研究成果 油田调剖菌的筛选与性能评价前言 1 9 8 4 年 发表了微生物提高石油采收率的技术综述报告， 并设计了 微生物 提高石油采收率数据库。 研制了室内模型，模拟了微生物提高石油采收率方法。 筹建了 微生物提高石油采收率菌种库，其中含有和使各种地层条件的、性能 的不同菌种。 1 9 8 5 年，发现注入菌与内源菌相容性对微生物提高石油采收率和评价环境影 响十分必要。 1 9 8 6 年，建立了细菌对矿场条件适应性的测试方法，并确定了一系列微生物 提高石油采收率矿场试验的环境标准。 发现微生物提高石油采收率能有效的用于重油开采。 1 9 8 7 年，发现有些微生物提高石油采收率方法可降 低硫酸盐还原菌群落， 减 少腐蚀。 向d o e 提交微生物提高石油采收率现场试验数据库。 为石油生产上举办了一次微生物提高 石油采收率讲习班。 筹备了一次油1 0 0 多人参加的微生物提高石油采收率专题协作讨论会。 1 9 8 8 年，发现芽抱杆菌和所菌之间的协同效应，两者共同作用比单独作用更 能提高采收率。 首次发现微生物能改变秦水岩石的润湿性。 发现细菌细胞对微生物提高石油采收率有着重要作用。 发现细菌的代谢产物，如，醇、酸等在多孔介质中比细菌细胞移动的更快。 出版了 微生物技术在石油领域的应用国际会议论文集。 1 9 8 9 年， 发现某些低度 ( 1 % - 2 %) 的添加剂可提高微生物提高石油采收率效 果， 其中一种重要的添加剂就是n a h c 0 3 a 1 9 9 0 年， 建立了一个微生物在三维、 三相、 多组酚的多孔介质中运一的模型。 向n i p e r申请了微生物强化水区的专利。 向d o e提交新的微生物提高石油采收率矿场试验数据库， 含有6 9 个矿物试 验数据。 在 石油与天然气杂志发表了有关微生物提高石油采收率标准。 1 9 9 0 年5 月 在俄克拉荷马州的 诺曼举行了 第三次微生物提高 石油 采收率国际 1 4 油田调剖菌的筛选与性能评价 前言 会议，会议一矿场试验为主要内容。 向第三次微生物提高石油采收率国际会议提交两篇论文。 1 9 9 1 年，首次公布微生物的作用对相对渗透率的影响数据。 模拟研究表明， 微生物处理比单独水驱能获得更高的油气材收率。 c t成像技术研究表明， 再多孔介质中， 微生物产生的气体能降低残余油的饱 和度。 8 月举行了d o e / s p e f o r讨论会， 并提交了生物技术在提高石油采收率种的 应用论文。1 1 月在纽约长岛举行了第四次微生物提高石油采收率国际会议， 会上提交了两篇论文。 f y 9 3 研究计划 f y 9 3 研究计划继续开展室内 研究， 完善微生物提高石油采收率的三维数 模，同时获得能说明微生物提高石油采收率有关机理的数据。机理的研究包 括: 微生物对油藏微观性质的改变，如表面张力、润湿性、吸附作用等，其 中吸附作用影响原油的流动性、方向性和渗透性。通过对三个试验进行核磁 共振分析表明，微生物的存在，改变了液相流方向。 f y 9 3 研究计划评价了微生物在实际应用过程中对环境、 安全和健康的影 响，完成了 装备改造。 由以 上成果可以 看出， 1 微生物提高石油采收率比 其他提高采收率方法成 本低，其所需费用为:针对特殊地层环境，筛选菌种的费用;营养剂的费用; 地面注入流程设备改造的费用 ( 改造工程不大，费用也很少) 。2 微生物提高 石油采收率矿场试验的难度和复杂性主要来源于对地层条件等因素的研究， 所以 要加强矿场试验强的 精心设计， 同时必须考虑采取那种处理方式更理想。 要实现这一点，首先必须弄清矿厂生产中存在的实际问题，然后针对这些问 题， 设计微生物提高石油采收率实施方案。 3 细菌能在地层迅速繁殖， 并能利 用相对廉价的营养剂，最终提高采收率。当然，没有一种微生物处理技术是 万能的。能适合各种油藏。但是，微生物提高石油采收率却是有着较好的应 用前景。 目 前国内 外对微生物油田 注水调剖的研究都处于摸索阶段， 研究重点多 油川调剖菌的筛选与性能评价前言 放在岩芯模拟和现场实验上，室内实验相对较少，根据美国国家石油研究所研究 成果 报告显示3 6 1 ， 美国 俄克拉河马大学1 9 8 5 年在该州沙层作过一个井组的m e o r 矿场试验，目 的是确定微生物受能优先封堵高渗透区， 从而提高波及效率。试验 用糖蜜和n h 4 n 0 3 作为营养剂，结果表明， 试验区地层中液流方向改变，油水井 之间连通性降低，以前只产水的油井产出了油。这是最早的有计划的微生物调剖 文献报道， 荷兰1 9 8 5 年开展了微生物选择性封堵的矿场试验， 结果原油产量大幅 增加， 油水比也增加了。 前苏联1 9 8 3 年开始进行单井组调剖试验， 取得良 好效果。 我国油田 对调剖堵水的认识起始于二十世纪六十年代， 六十年代到七十年代主要 发展了 凝胶型和沉淀型调剖剂， 八十年代发展了 脉胶型调剖剂，九十年代发展了 分散型和其他类型 ( 其中包括微生物调剖) 。 也就是说，我国真正进行微生物调剖 的 研究是在九十年代以 后。 从查到的 文献 看出，国内 油田 中 大庆油田1 9 % 年 1 1 月开始注入微生物芽抱，到文章发表还没有结果。大港油田 在进行菌种的筛选和 岩芯模拟试验，目 前没有文章发表。从上述情况可以看出，国内外对微生物调剖 的研究重点都放在矿场试验上， 缺乏相关的室内 研究。 据了 解， 在室内 研究方面， 目 前国 外b a e , j .h和l e e ,h .0的 培养基和培养条 件的 优化、 芽抱和营养液注入等室 内 研 究16 7 1 1 已 经发 表。 国内 天津 微生 物研究 所筛 选 到 三株性能 较好的 菌 株， 己 进 行了 初步的 岩芯 模拟实 验 2 9 1除 此 之外的 有关 微生 物 调剖的 室内 研究 报 道没 有查 到。 三、本课题立题的意义与技术关键 经项目 查新5 1 ， 国内 很多 油田 在作这方面研究， 其中 大港油田 较为突出， 据称 己筛选到一株性能较好的菌株，但目 前尚无任何文献发表。据了解，由于缺乏微 生物学方面的研究人员，进行微生物调剖的 研究油田 方面不具优势。因此，从事 微生物注水调剖的研究具有创新意义。如能取得成功，将能够为老油田挖潜和提 高采收率开辟新途径，不仅具有理论探索方面的意义而且经济效益也很可观。 进行微生物调剖研究的技术关键是能够筛选到性能优良 的调剖菌株。 即: 所选 菌株能够耐受地层高温、高矿化度、缺氧的环境，能够在地层环境下迅速萌发、 产生粘性物质，形成生物膜。因此，室内 研究的重点应放在耐高温产粘菌的筛选 油田调剖菌的筛选与性能评价前言 和提高粘性物质产量的条件摸索上。 油i i i 调剖菌的筛选与 性能评价材料与方法 材料和方法 一、材料: i . 菌种: t p - 1 - 短芽抱杆菌，由 本室保藏菌 种选出。 2 . 培养基: ( 1 ) 菌种斜面培养基: 蛋白 脉1 %， 牛肉膏0 . 5 % , 琼脂粉1 .8 %, n a c l 0 .5 %. p h 7 . 5 ( 2 ) 摇瓶利 子培养 基: 蔗糖1 % , 酵 母 粉。 .0 5 % , k h 2 p o 0 .5 % , n a c i 0 . 1 % , mg s 0 4 0 . 0 2 %, ( n h 4 ) 2 s o 4 0 .5 %, p h 7 .27 . 5 ( 3 ) 调剖基础培养基: n a c i 6 %, n a n 0 3 0 . 1 %. n h 4 n o 3 0 .0 7 % , m g s 0 4 0 .0 2 5 %, k h 2 p o 4 0 .5 %, 蔗糖1 % ， 柠檬酸0 . 1 3 %， 牛肉膏0 .0 5 %, p h 8 . 0 3 . 主要仪器、设备: 高速离心机美国b e c k m a n j 2 - m c 真空冷冻干燥器美国l a b c o n c o 核 磁 共 振v a r ia n u n it y - p lu s 4 0 0 傅立叶变换红外光谱仪日 本岛津5 d x s h i m a d z u g c - 7 a型气相层析仪日 本岛 津 s h i m a d z u c - r i b型数据处理仪日本岛津 高效液相色谱仪 l c - 4 a日本岛津 s s i 柱幅温箱 a n a s t a r色谱工作站 u v - 9 1 0 0 紫外分光光度计北京瑞利分析仪器厂 平氏粘度计浙江椒江玻璃仪器厂 光学显微镜日 本o l y m p u s 笔式酸度计葡萄牙h a n n a公司 水浴振荡器江苏太仓实验仪器厂 微量注射器上海医用激光仪器厂 电泳仪:e s p 3 0 0 p h a m a c i a b i o t e c h 电泳槽:h o e f e r m i g h t y s m a l l 1 1 p h a m a c i a b i o t e c h 油田调剖菌的筛选与性能评价材料与方法 4 . 主要试剂 ( 1 )多糖的水解:2 m h 2 s o 4 ( 2 ) 单糖的纸层析展开系统及显色剂 ! 2 6 1 : 展开系统:正丁醇:乙 酸: 水= 4 : 1 : 2 ( v / v ) 显色剂:苯胺一 磷酸盐溶液 溶液 a :按顺序混合2 0 m l 苯胺、2 0 0 m l 水、1 8 0 m l 醋酸和 l o m l 磷酸。 溶液 b :丙酮 显色试剂:a : b = 2 : 3 ( 3 )工业乙醇 ( 4 ) t r i s 、甘氨酸、s d s 等天象人生物公司 油田调剖菌的筛选与性能评价材料与方法 二、方法: ( 一)技术路线 供筛选的3 4 6 个菌种 分别于7 0 0c . 5 5 烘箱培养 选平板菌落粘稠者 1，|十|亨 筛 初 产粘菌株 选培养液粘度高者 |甲 筛 复 最适菌株( t p - 1 ) t p - 1 产粘培养基及培养条件优化 杏 性能分析及评价 t p - 1 菌种鉴定 t p - 1 产物分析 t p - 1 所产气体分析 t p - 1 培养液 岩芯模拟实验 收集气体 气相色谱分析 纸层析分析 高效液相分析 红外光谱分析 核磁共振分析 油田调剖菌的筛选与性能评价材料与方法 ( 二)研究方法 1 .调剖菌株的筛选 从含糖 1 %的肉汤固体培养基上对保存的3 4 6 个菌进行划线初筛， 挑取产粘菌 转入斜面， 培养并妥善保藏。 液体培养法用摇瓶复筛选取培养液粘度最高的菌株。 2 .调剖菌培养基与培养条件的优化 以j . h . b a e 和h . o . l e e 【 美 研 制 的 调 剖 用 基 础 培 养 基为 基 础 3 1 ， 在5 5 下 进 行单因子摇瓶实验确定产粘性物质较多的配比。 3 .发酵动态研究 在发酵过程中定时取样检测以下项目: ( 2 ) 生长曲线测定:用测o d 5 4 。 值结合平板计数的方法; ( 3 ) p h值的测定:用笔式酸度计测定 ( 4 ) 粘度的测定:用平氏 粘度计测定 ( 5 ) 粘物质量的测定:取5 0 m 1 发酵液上清液，加入2 倍工业乙醇， 得到多 糖沉淀， 6 0 0c 烘干，得到多糖粗品，称重。 ( 6 ) 产气量的测定:用改进的杜氏管法测产气量。 ( 7 ) 残糖量的测定:取发酵上清液，加 2 倍工业乙醇去除多糖，用 r o e比 色法测残余蔗糖的 含量2 4 1 4 .调剖菌种鉴定 1 8 2 0 1 依据伯杰氏 手册 ( 第八版) ， 就t p - i 的 各项特征进行实验， 确定其分类地位。 5 .调剖菌产物分析 ( 1 ) 产物的提取和纯化 a . 粗产物提取2 ) 7 22 ) : 在发酵液中加入2 倍工业乙醇， 出现絮状乳白色沉淀 分离。再用少量工业乙 醇浸泡洗涤沉淀，分别用乙醚和甲醇脱色，压榨脱 水后6 0 烘干，得到产物粗品。 b . 分析样品的制备工 2 1 :配制0 .4 % 的粗产物，1 2 0 0 0 r / m i n离心3 0 m i n ， 去 油田调剖菌的筛选与性能评价 材料与方法 菌体。取上清液加入1 / 5 体积的氯仿一 异戊醇 ( 2 4 : 1 ) 振荡，1 2 0 0 0 r / m i n 离心3 0 m i n ， 反复去除蛋白， 直至两层之间无淡黄色膜为止。 对无离子水4 透析脱盐两天。真空冷冻干燥，得产物分析样品。 c . 产物中 蛋白 质检测 19 1 聚丙烯酞胺凝胶电 泳检测蛋白，方法如下: 凝胶的配制:本实验采用 1 0 %的分离胶，5 %的浓缩胶。 用p h 8 - 9 的t r i s 一 甘氨酸缓冲液进行。 样品为 将电 泳后的 凝胶在1 2 .5 % 的三 氯乙 酸中固定3 m i n ， 在含有0 .0 5 % 考马斯亮蓝r - 2 5 0 及1 2 .5 % 三氯乙 酸中 浸染3 0 m i n 后，再浸于1 2 .5 %三氯乙酸中。 . 凝胶试剂配比 丝28066 3 . 1 2 . 8 2 . 6 0 . 0 8 0 . 0 8 0 . 0 0 4 5 %浓缩胶 d d h2 0 3 0 %凝胶储备液 1 .o m t r i s ( p h 8 . 8 ) s d s ( 1 0 % ) a p s ( 1 0 % ) t emed 鲤1514 1 0 % 分离胶 d d h2 0 3 0 %凝胶储备液 1 . 5 m t r i s ( p h 8 . 8 ) s d s ( 1 0 % ) a p s ( 1 0 % ) temed 1 . 3 0 . 0 4 0 . 0 4 0 . 0 0 2 0 . 0 0 2 0 . 5 0 . 0 4 0 . 0 4 0 . 0 0 2 型14033025002002 方法: 灌胶，取3 m l 分离胶注入模具中， 小b 得在分离胶的 表面加一层水( 或水饱和的 的异丁醇)， 封住胶面， 以 促使聚合并使凝胶表面平直。 待凝胶后，吸掉水。 灌注浓缩 胶，并插入与模具大小相同，与凝胶厚度相当的梳子。 待胶凝后， 放入电泳槽内， 加入电泳缓冲液，拔掉梳子。 取 1 0 0 1 样品加入 2 01 6 x样品处理液，开水煮沸 5 m i n ，然后点样，1 o m a 电泳至分离胶后，加大电流至2 0 m a . 电 泳结束后，拆板，取出电泳胶，准备染色。 1 .固定 2 .染色 3 .脱色 染色方法 考马斯亮蓝 r - 2 5 0 染色方法 固定液 ( 5 0 %乙醇，1 0 %乙酸)固定半小时以上 染 色 液 染 色 ( 0 .2 9 g 考马 斯 亮 蓝r - 2 5 0 溶于2 5 0 m 1 脱 色 液中) l o m in 脱色液( 2 5 %乙 醇， 8 % 乙 酸) 脱色， 可多次更换并加热脱色， 直至背景干 油田调剖菌的筛选与性能i f 价 制料与方法 净 ( 1 )3 0 % 丙烯酞胺储备液 ( 丙 烯酞胺: n , n 一 甲 叉双丙烯酞胺丙烯酸胺=2 9 : 1 ) 1 5 .5 5 g 丙烯酞胺+ 0 .4 5 n , n 一 甲 叉双丙 烯酞胺丙 烯酞胺溶于5 0 m l d d h 2 0 中。 浓缩胶缓冲液储液 ( i m t r i s - h c i , p h 6 .8 ) 分离胶缓冲液储液 ( 1 . 5 m t r i s - h c i , p h 8 . 8 ) 电极缓冲液 ( 0 . 0 2 5 m t r i s , 0 .2 m 甘氨酸，p h 8 .3 ) 6 x样品处理液( 0 . 3 5 m t r i s c l , 1 0 % s d s , 3 0 % g l y c e e r o l , 9 . 3 % d t t , p h 6 . 8 ) 、产、廿，、1矛 勺气、45 护才.、r毛了r、 电泳仪 电泳槽 e p s 3 0 0 ( e l e c t r o p h o r e s i s p o w e r s u p p l y )，p h a r m a c i a b i o t e c h h o e f e r m i g h t y s m a l l i i，p h a r m a c i a b i o t e c h ( 2 ) 色谱分析 a . 纸 层 析 2 6 1 : 取o . l g 分 析 样品 ， 加 入2 m o l/ l h 2 s o 4 5 m 1 ， 在 沸 水中 水 解 多 糖 1 0 小时， 加入过量b a c o 3 中 和，离心取上 清液， 浓缩点 样，新华1 号 滤 纸展开， 检验单糖组分的展开剂为: 正丁醇:乙 酸: 水 (4 : 1 : 2 , v n) 展开时间: 9 h r , 展开结束后将滤纸风干， 显色剂为 苯胺一 磷酸盐溶液， 喷显 色剂，吹千，置1 0 0 加热2 - 5 分钟。 b .产物红 外吸收 特征的 测 定 2 3 1 : 取提 纯 产 物适量， k b r 鸦片 法 测红外 吸收图 谱。 c .核磁共振分析2 3 1 : 取提纯产物适量， 作 核磁共振分析。 d .液相 色谱 分析多 糖 成分2 5 1 :以 多 糖水解 液为 样品 检测。 色谱条件:o d s 柱为分离柱，流动