賈鎖剛，張啟漢，張立會(huì)，扈福堂，陳富林

(1．中國(guó)石油股份有限公司青海油田鉆采工藝研究院，甘肅敦煌736202;2．西北大學(xué) 西安市油田微生物工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069)

青?；ㄍ翜嫌吞镂挥诓襁_(dá)木盆地西南。油田已探明石油儲(chǔ)量2 366×104t，埋藏深度120～1 100 m，巖石孔隙度18% ～22%，空氣滲透率(40～500)×10－3μm2，油藏溫度27 ～38 ℃，原始?jí)毫ο禂?shù)0．611 ～0．800，屬低壓低溫油藏，地層水總礦化度20×104mg/L，CaCl2型，鈣鎂離子含量高，屬于強(qiáng)礦化水［1］。高礦化度的特點(diǎn)使聚合物驅(qū)和化學(xué)表面活性驅(qū)的應(yīng)用受到了限制，油田穩(wěn)產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻［2］。

微生物強(qiáng)化采油技術(shù)(MEOR)是一種利用微生物自身在油藏中的活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物進(jìn)行有效驅(qū)油以提高原油采收率的技術(shù)［3］，具有適應(yīng)性廣、工藝簡(jiǎn)單、增油效果顯著和環(huán)境友好等特點(diǎn)，近年來(lái)在石油開采特別是提高枯竭油藏采收率中受到越來(lái)越多的重視［4］。目前，國(guó)內(nèi)外許多油田已相繼采用微生物采油技術(shù)，并取得良好的應(yīng)用效果。例如安塞特低滲透油田王16－5井組2009年開展本源微生物采油，有效期300 d，累計(jì)增油550 t，經(jīng)濟(jì)效益可觀［5］。微生物驅(qū)油技術(shù)在勝利油田盤2－33斷塊稠油油藏的應(yīng)用結(jié)果表明，措施后產(chǎn)油量上升，含水率下降，采收率提高［6］。因此，開展微生物驅(qū)油等先進(jìn)技術(shù)的研究和實(shí)驗(yàn)對(duì)提高油田產(chǎn)量有重要意義。

1 材料與方法

1．1 驅(qū)油菌株的篩選及鑒定

將從花土溝現(xiàn)場(chǎng)取回的油水樣經(jīng)稀釋后涂布LB平板，挑取菌落將其在血平板上劃線培養(yǎng)，觀察溶血圈大小，篩選透明圈較大的菌株進(jìn)行純化培養(yǎng)。對(duì)篩選的菌株進(jìn)行生理生化以及16S rRNA序列鑒定，明確微生物的分類地位。

1．2 驅(qū)油性能評(píng)價(jià)

將驅(qū)油菌株接種LB液體培養(yǎng)基，150 r/min、37℃恒溫培養(yǎng)2 d，分別用JYW－200A自動(dòng)界面張力儀和SVT－20旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)定發(fā)酵液的表、界面張力。

配制原油降解培養(yǎng)基，NH4Cl 3 g，MgSO40．2 g，K2HPO41．25 g，KH2PO40．5 g，CaCl20．01 g，酵母膏0．5 g，水1 L。取花土溝原油20 g，原油降解培養(yǎng)基200 mL，共同置于500 mL三角瓶中，121℃高壓滅菌30 min后，接種3%微生物混合菌液20 mL，于37℃、150 r/min恒溫?fù)u床中振蕩培養(yǎng)7 d，檢測(cè)微生物作用前后原油黏度、膠質(zhì)、蠟含量的變化，分析微生物降解原油特性。

1．3 石油烴組分變化

取微生物作用前后油樣1 mL，12 000 r/min離心5 min，取上層原油 100 μL，甲醇萃取，12 000 r/min再次離心5 min，取上清液過(guò)0．22 μm 濾膜，加入進(jìn)樣瓶中，用Agilent 6890氣相色譜進(jìn)行原油烴組分分析。色譜條件:色譜柱HP－5(0．32×0．25 mm×30 m);進(jìn)樣口溫度250℃，不分流進(jìn)樣，檢測(cè)器為FID氫火焰離子檢測(cè)器;檢測(cè)器溫度300℃，程序升溫，75℃升溫至280℃，保持3 min，載氣N2，燃?xì)釮2。

1．4 油藏適應(yīng)性評(píng)價(jià)

于250 mL錐形瓶中加入100 mL原油降解培養(yǎng)基，10 mL原油，10 mL 3%微生物混合菌液，置于35℃、150 r/m恒溫?fù)u床中，每4 h測(cè)定一次菌濃度吸光值(用吸光值表示菌濃度，吸光值越大，菌濃度越高［7］)，繪制其生長(zhǎng)曲線。

模擬花土溝地層溫度，設(shè)計(jì)30、35、40℃3個(gè)溫度，將微生物混合菌液接種于LB培養(yǎng)基中，振蕩培養(yǎng)52 h，測(cè)定菌體光密度值，檢測(cè)菌株對(duì)花土溝地層溫度適應(yīng)性。

1．5 微生物驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)

將實(shí)驗(yàn)用的花土溝巖心抽真空飽和水，測(cè)量孔隙體積，將巖心放入恒溫箱內(nèi)，在35℃溫度下油驅(qū)水建立束縛水，測(cè)量原始含油飽和度，巖心在實(shí)驗(yàn)溫度下老化24 h;用地層水進(jìn)行驅(qū)油至極限含水率(98%)時(shí)停止水驅(qū)，計(jì)算水驅(qū)采收率;再注入混合微生物菌液恒溫放置7 d，關(guān)閉巖心進(jìn)出口，在巖心內(nèi)培養(yǎng)24 h;打開巖心進(jìn)出口，并用地層水進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，巖心流出液中含水率達(dá)到98%時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，計(jì)算總采收率。

2 結(jié)果分析

2．1 驅(qū)油菌株的篩選及鑒定

從花土溝油水樣中共分離篩選到125株微生物，根據(jù)溶血圈的大小優(yōu)選出2株，編號(hào)分別為QH2和QHQ110。QH2菌株革蘭氏陰性菌，短桿狀，單鞭毛，接觸酶反應(yīng)、氧化酶水解酶、精氨酸水解酶、油脂水解、反硝化實(shí)驗(yàn)反應(yīng)陽(yáng)性，不產(chǎn)H2S，發(fā)酵葡萄糖培養(yǎng)產(chǎn)氣產(chǎn)酸，淀粉水解、水解明膠反應(yīng)、吲哚實(shí)驗(yàn)陰性，M．R．陽(yáng)性，V．P．陰性，并產(chǎn)生綠膿菌素［8］。QHQ110菌株桿狀，革蘭氏陽(yáng)性，產(chǎn)芽孢，甲基紅實(shí)驗(yàn)、硝酸鹽還原實(shí)驗(yàn)、水解淀粉反應(yīng)、酪素水解、水解明膠實(shí)驗(yàn)均為陽(yáng)性，發(fā)酵葡萄糖培養(yǎng)產(chǎn)酸但不產(chǎn)氣［9］。

對(duì)2株菌進(jìn)行16S rDNA測(cè)定，PCR擴(kuò)增引物采用細(xì)菌通用引物。結(jié)果送上海生工生物工程公司測(cè)序。將測(cè)序結(jié)果輸入GenBank核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果表明，QH2菌和銅綠假單胞菌的相似度為99%，QHQ110和枯草芽孢桿菌的同源性達(dá)98%，因此驅(qū)油菌株分別命名為銅綠假單胞菌QH2(CCTCC NO:M2012468)和枯草芽孢桿菌QHQ110(CCTCC NO:M2012467)。

2．2 本源微生物驅(qū)油性能評(píng)價(jià)

2．2．1 表/界面張力測(cè)定 微生物發(fā)酵液的表/界面張力如表1所示。

表1 微生物發(fā)酵液的表/界面張力Tab．1 Surface/interfacial tension of microbial fermentation liquid

從表1中可以看出，枯草芽孢桿菌QHQ110、銅綠假單胞菌株QH2發(fā)酵液具有較強(qiáng)的降低表面張力的能力，而混合發(fā)酵液作用效果更強(qiáng)，可將水的表面張力從72 mN/m降低到26．29 mN/m。QHQ110、QH2混合菌液的界面張力值更低到了10－1的數(shù)量級(jí)，為0．272 8 mN/m。已有研究資料表明，銅綠假單胞菌可產(chǎn)生鼠李糖脂類表面活性劑［10］，枯草芽孢桿菌產(chǎn)生脂肽類表面活性劑［11］，從2株菌發(fā)酵液以及混合菌液具有極低的表面張力和界面張力來(lái)看，這2株菌可產(chǎn)生大量的生物表面活性劑類次級(jí)代謝產(chǎn)物。

2．2．2 原油黏度變化 混合菌液作用后原油黏度變化情況見表2。

表2 混合菌液作用后原油黏度變化情況Tab．2 Change of oil viscosity under the effect of mixed fermentation liquid

混合菌液作用7 d后，原油黏度、蠟?zāi)z含量降低，說(shuō)明菌種具有一定的降蠟和降膠效果，從而使原油的黏度下降，流動(dòng)性增加，有利于驅(qū)油［12］。

2．2．3 菌株對(duì)原油烴組分的作用 混合菌液作用花土溝原油7 d后，微生物作用后的峰高要大大低于作用前，表明微生物對(duì)原油產(chǎn)生了降解作用［13］，

不僅對(duì)中長(zhǎng)鏈烷烴而且對(duì)長(zhǎng)鏈烷烴的降解作用都很好，說(shuō)明該混合菌液具備驅(qū)油應(yīng)用潛力。

圖1 微生物作用前后原油烴組分變化Fig．1 Change of crude oil hydrocarbon composition under the effect of microorganism

2．3 驅(qū)油微生物油藏適應(yīng)性評(píng)價(jià)

2．3．1 菌株繁殖能力測(cè)定 驅(qū)油菌株生長(zhǎng)曲線見圖2。

圖2 驅(qū)油菌株生長(zhǎng)曲線Fig．2 Growth curves of two strains

圖2 表明2株菌生長(zhǎng)情況良好，培養(yǎng)8～12 h后即進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，約24～32 h后進(jìn)入穩(wěn)定期，菌濃度基本一致，經(jīng)平板菌落計(jì)數(shù)，菌數(shù)約107～108個(gè)/mL。花土溝油層溫度27～38℃，在此條件下微生物可快速生長(zhǎng)，短時(shí)間內(nèi)菌濃度越大，微生物驅(qū)油效率越高。

2．3．2 溫度對(duì)菌株生長(zhǎng)的影響 混合菌液中驅(qū)油微生物在30～40℃之間生長(zhǎng)繁殖旺盛(見圖3)，生長(zhǎng)2 d內(nèi)可達(dá)到設(shè)計(jì)要求的生物量指標(biāo)107～108個(gè)/mL。

圖3 溫度對(duì)混合菌株生長(zhǎng)的影響Fig．3 Effect of temperature on growth and reproduction of the mixed strains

青海油田花土溝氣候寒冷干燥、冬長(zhǎng)夏短、晝夜溫差大，全年平均氣溫3．8℃，最熱天氣為7月份，平均18．5℃，極端最高氣溫30．6℃，最冷天氣出現(xiàn)在1月，平均氣溫 －12．4℃［14］，交通方面只有公路運(yùn)輸通行。為了確?；旌暇何⑸镌诘蜏?、短途運(yùn)輸過(guò)程中保持其生物繁殖能力和濃度，設(shè)計(jì)檢測(cè)菌株生長(zhǎng)達(dá)到108個(gè)/mL后在低溫0℃冰箱存放1～5 d的菌體濃度，同時(shí)按照平板法計(jì)量活菌數(shù)。低溫0℃對(duì)菌株存活及生長(zhǎng)的影響見表3。

由表3可知，菌液在0℃靜置5 d，其活菌數(shù)仍然保持在0．664×108個(gè)/mL，與對(duì)照常溫(25℃)靜置5 d活菌數(shù)在0．79×108個(gè)/mL相差不大，這與微生物在0℃環(huán)境下生長(zhǎng)受抑制而不會(huì)死亡的規(guī)律相符。實(shí)驗(yàn)表明，混合菌液微生物在低溫短途運(yùn)輸過(guò)程中，其生長(zhǎng)繁殖能力不會(huì)受到影響。

表3 低溫0℃對(duì)菌株存活及生長(zhǎng)的影響Tab．3 Survival and growth state of the mixed strain at 0 ℃

2．3．3 礦化度對(duì)菌株生長(zhǎng)的影響 花土溝油田地層水為CaCl2型，鈣鎂離子含量高，總礦化度為20×104mg/L，屬于強(qiáng)礦化水。為了準(zhǔn)確模擬礦化水中各個(gè)離子濃度含量，采用純凈水、純凈水+地層水(體積比1∶1)、地層水不同礦化度水為溶劑，將3%混合菌液接種于LB培養(yǎng)基中，35℃搖床振蕩培養(yǎng)40 h，每4 h測(cè)定發(fā)酵液的菌體光密度值，用以檢測(cè)不同礦化水對(duì)菌株生長(zhǎng)的影響(見圖4)。

由圖4可知，礦化度在(10～20)×104mg/L范圍內(nèi)，本源驅(qū)油菌株都可以生長(zhǎng)繁殖，100%的地層水會(huì)延緩微生物菌體的生長(zhǎng)繁殖速度，與正常LB培養(yǎng)基相比，雖然菌株的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期延緩了10 h，但仍然能在2 d內(nèi)達(dá)到較大光密度值，微生物生長(zhǎng)狀態(tài)良好，生物量指標(biāo)達(dá)到107～108個(gè)/mL，表明菌株可以很好地適應(yīng)花土溝油田環(huán)境。

2．4 生物驅(qū)油室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)

挑選3根滲透率分別小于50×10－3μm2、大于100×10－3μm2、大于500 ×10－3μm2的巖心進(jìn)行驅(qū)油率測(cè)定(見表4)。結(jié)果表明，經(jīng)微生物驅(qū)替作用后，巖心驅(qū)替效率提高了3．03% ～25．00%。水驅(qū)實(shí)驗(yàn)時(shí)，采收率平均達(dá)到57．48%;微生物驅(qū)提高采收率最高為14．29%。隨著微生物驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)，注入量逐漸增加，注入壓力增大，水相滲透率上升，采收率分別提高了 3．03%(657 ×10－3μm2)、17．86%(30 × 10－3μm2)、25．00%(123 × 10－3μm2)，平均提高了15．3%，說(shuō)明注入微生物有洗油功效，從而提高了驅(qū)替效率。

表4 各巖心提高采收率結(jié)果Tab．4 EOR results of the cores

3 結(jié)論

(1)通過(guò)大量的菌株篩選工作，分離得到2株產(chǎn)生物表面活性劑的優(yōu)良菌株，經(jīng)鑒定為銅綠假單胞菌和枯草芽孢桿菌。

(2)混合菌株發(fā)酵液具有更好的降低表、界面張力的能力，可將水的表面張力從72 mN/m降低到26．29 mN/m，并且發(fā)酵液的油水界面活性較高，平衡界面張力約為0．272 8 mN/m。

(3)篩選的本源微生物能夠適應(yīng)青海油田花土溝油藏環(huán)境。微生物菌體在該油藏環(huán)境中大量繁殖，在100%地層水配置的培養(yǎng)基中，驅(qū)油菌株生長(zhǎng)速度較正常水體延緩10 h左右，但仍能在48 h內(nèi)達(dá)到107～108個(gè)/mL;花土溝地層溫度平均35℃，非常適合微生物的生長(zhǎng)繁殖;花土溝本源驅(qū)油菌株發(fā)酵液在0℃靜置5 d仍然能保持108個(gè)/mL的活菌濃度，有利于低溫存儲(chǔ)、運(yùn)輸。

(4)室內(nèi)驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)微生物驅(qū)替段塞作用后，采收率平均可提高15．3%，說(shuō)明篩選的菌株驅(qū)油性能較強(qiáng)，微生物驅(qū)油室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果為其在花土溝油藏現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供了可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

［1］ 李永太，劉易非，唐長(zhǎng)久．提高石油采收率原理和方法［M］．北京:石油工業(yè)出版社，2008．

［2］ 申坤，李斌，黃戰(zhàn)衛(wèi)，等．復(fù)合本源微生物驅(qū)油技術(shù)在低滲透油藏的應(yīng)用研究［J］．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013，28(3):63-69．SHEN Kun，LI Bin，HUANG Zhan-wei，et al．Application of composite indigenous microorganism oil displacement technology in low-permeability reservoirs［J］．Journal of Xi＇an Shiyou University:Natural Science Edition，2013，28(3):63-69．

［3］ 王俊，黃立信，俞理．花土溝高礦化度油藏內(nèi)源微生物提高采收率實(shí)驗(yàn)研究［J］．科技導(dǎo)報(bào)，2011，29(3):26-28．WANG Jun，HUANG Li-xin，YU Li．Laboratory study of enhancing oil recovery rate by indigenous microorganism in hyper-salinity reservoir［J］．Science ＆ Technology Review，2011，29(3):26-28．

［4］ 劉建英，申坤，黃戰(zhàn)衛(wèi)，等．安塞特低滲透油田微生物驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)［J］．新疆石油地質(zhì)，2010，31(6):634-636．LIU Jian-ying，SHEN Kun，HUANG Zhan-wei，et al．A pilot study on MEOR in Ansai extra-low permeability oil field［J］．Xinjiang Petroleum Geology，2010，31(6):634-636．

［5］ 孫德寬，王勤田，王海峰，等．微生物驅(qū)油技術(shù)在盤2-33斷塊常規(guī)稠油油藏的應(yīng)用［J］．?dāng)鄩K油氣田，2004，11(4):52-54．SUN De-kuan，WANG Qin-tian，WANG Hai-feng，et al．Application of microorganism flooding technology in Pan2-33 fault block of routine heavy oil reservoir［J］．Faultblock Oil＆ Gas Field，2004，11(4):52-54．

［6］ 左良成．微生物提高石油采收率菌種的篩選及其驅(qū)油效能研究［D］．西安:西北大學(xué)，2003．

［7］ 袁姝玲．定邊油田微生物采油菌株的篩選與性能評(píng)價(jià)［D］．西安:西安石油大學(xué)，2011．

［8］ 柯從玉，吳剛，游靖，等．微生物驅(qū)油產(chǎn)出液中有機(jī)酸的監(jiān)測(cè)及對(duì)提高采收率的作用研究［J］．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013，28(3):54-58．KE Cong-yu，WU Gang，YOU Jing，et al．Monitoring of the organic acid in the produced liquid in microbial flooding process and effect of the organic acid on enhancing oil recovery factor［J］．Journal of Xi＇an Shiyou University:Natural Science Edition，2013，28(3):54-58．

［9］ 包木太，汪衛(wèi)東，王修林，等．激活內(nèi)源微生物提高原油采收率技術(shù)［J］．油田化學(xué)，2002，19(4):382-386．BAO Mu-tai，WANG Wei-dong，WANG Xiu-lin，et al．Microbial enhanced oil recovery by activation of stratal microflora:a review［J］．Oilfield Chemistry，2002，19(4):382-386．

［10］LI Qing-xin，KANG Cong-bao，WANG Hao，et al．Application of microbial enhanced oil recovery technique to Daqing Oilfield［J］．Biochemical Engineering Journal，2002，11(2/3):197-199．

［11］Bordoloi N K，Konwar B K．Microbial surfactant-enhanced mineral oil recovery under laboratory conditions［J］．Colloids and Surfaces B-Biointerfaces，2008，63(1):73-82．

［12］Ramkrishna Sen．Biotechnology in petroleum recovery:The microbial EOR［J］．Progress in Energy and Combustion Science，2008，34:714-724．

［13］曹書瑜，涂書培，李志偉，等．青海七個(gè)泉油田復(fù)合微生物驅(qū)油試驗(yàn)［J］．石油天然氣學(xué)報(bào)，2007，29(6):124-127．CAO Shu-yu，TU Shu-pei，LI Zhi-wei，et al．Study on composite microorganism oildisplacementtechnology in Qigequan of Qinghai field［J］．Journal of Oil and Gas Technology，2007，29(6):124-127．

［14］張紅麗．青海躍進(jìn)油區(qū)微生物驅(qū)技術(shù)研究［D］．廊坊:中國(guó)科學(xué)院滲透流體力學(xué)研究所，2009．