胡　婧，劉　濤

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營257000）

激活劑用量對油藏內源微生物群落的影響

胡婧，劉濤

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營257000）

為了明確激活劑用量對油藏內源微生物群落的影響，在沾3內源微生物試驗區(qū)塊細菌密度達到平臺期后，在激活劑注入階段實施了一個周期的寡營養(yǎng)期（2013年10月—11月）和一個周期的富營養(yǎng)期（2014年1月—2月）。結果發(fā)現(xiàn):該措施實施后，沾3區(qū)塊內源微生物群落結構發(fā)生了明顯改變。寡營養(yǎng)期后，油井產(chǎn)出液的細菌密度略有降低，同時群落多樣性明顯升高，富營養(yǎng)期后，細菌密度出現(xiàn)反彈，突破實施前的平臺期達到106個/mL以上，而油藏微生物多樣性明顯降低。本研究還發(fā)現(xiàn)，激活劑用量對油藏內源微生物群落結構的影響會進一步對現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)產(chǎn)生影響，降低激活劑濃度可以改善現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)。

激活劑用量；內源微生物群落；細菌濃度；群落多樣性

內源微生物驅油技術是通過向油藏內注入合適的激活劑，選擇性地激活油藏內源微生物，利用激活后的微生物及其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物來提高原油采收率，激活劑在內源微生物驅油過程中的作用至關重要。到目前為止，微生物驅油技術的大部分研究都集中在如何篩選有效的激活劑配方，考察不同配方對內源微生物的影響［1-4］，關于激活劑用量對油藏內源微生物的影響研究較少。

有研究證實油藏內源微生物長期處于寡營養(yǎng)狀態(tài)，若外界注入大量營養(yǎng)物質反而會抑制這些微生物的生長［5］。同時激活劑注入一段時間后，地層中細菌增殖到一定程度后，細菌密度加大的同時也加劇了不同微生物之間營養(yǎng)和空間的相互競爭，進而造成地層菌量及細菌代謝活性的下降。1992年，Sheehy等［6］研究表明內源微生物在有限的營養(yǎng)物條件下反而可以增強其代謝活動。這是因為細胞處于饑餓狀態(tài)的時候表現(xiàn)出疏水性，微生物的細胞壁物質能作為表面活性物質來提高原油采收率。所以在油藏內源微生物數(shù)量增殖到一定程度后，實施寡營養(yǎng)期和富集營養(yǎng)期的交替注入可以保證激活后細菌在油藏內增殖及其代謝活性的穩(wěn)態(tài)維持，從而進一步改善微生物驅油的效果。

激活劑用量的調整可以作為微生物內源驅油技術的一項重要調控手段，通過對菌群的影響進而調控現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)。本研究在室內激活劑配方篩選及現(xiàn)場單井吞吐的基礎上，進一步驗證激活劑體系注入量對內源微生物的激活效果，微生物群落的變化以及對生產(chǎn)動態(tài)的影響，以通過激活劑用量的調整，來提高現(xiàn)場的原油產(chǎn)量。

圖1　試驗區(qū)油水井分布圖Fig.1 Distribution of oil and water wells in test area

1　材料與方法

1.1現(xiàn)場試驗區(qū)塊概況

沾3試驗區(qū)位于山東省河口區(qū)境內，為義南斷裂斷階上的斷鼻構造（圖1），為水驅開發(fā)稠油油藏，該區(qū)塊含油面積0.69 km2，地質儲量2.02×106t，油藏深度1 240～1 360 m，油層溫度63℃，儲層孔隙度30%，滲透率0.682 μm2，原油黏度1 885 mPa·s，地層水礦化度8～10 g/L。1985年投入開發(fā)，1989年注水開發(fā)，微生物驅油試驗前已進入高含水開發(fā)、產(chǎn)量遞減階段，油藏綜合含水率93.8%，采出程度28.2%，水驅效果差，穩(wěn)產(chǎn)難度大。該區(qū)塊在實施內源微生物驅油的前期，在室內篩選了適合沾3內源微生物驅油的配方體系，并進一步進行了單井吞吐實驗，驗證了該區(qū)塊在該激活劑的作用下具有很好的內源微生物驅油提高采收率的潛力。

1.2激活劑井組注入及激活劑注入量設計

在前期室內試驗及現(xiàn)場單井吞吐的基礎上［7-9］，開展了激活劑井組注入實驗，并在注入過程中考察了激活劑注入量對油藏內微生物的激活效果、微生物群落的變化及對生產(chǎn)動態(tài)的影響。激活劑井組注入在沾3區(qū)塊的3口注水井進行，分別是沾3-N12、義古1、義古14，受效油井12口，其中中心受效油井有5口，圖1中紅色表示受效油井，藍色表示激活劑注入井。

現(xiàn)場試注體系為室內篩選優(yōu)化的營養(yǎng)激活劑，該體系包括了玉米漿干粉（3 g/L）、（NH4）2HPO4（2 g/L）、NaNO3（4 g/L）組成。在試驗區(qū)3口注水井實施激活劑體系注入?，F(xiàn)場施工是通過注入設備依次向注水井中注入激活劑，完成一口井的注入以后接著恢復正常注水，以此保證激活劑體系能夠向油藏中推進?，F(xiàn)場試驗按照圖2的流程施工進行。

圖2　現(xiàn)場施工方式Fig.2 Field implemention method

按最初的方案設計，三口注入井每天的注水量為660 m3，激活劑的注入按照實際單井配注量的30%（200 t/d）進行注入，實施過程中，為了考察激活劑用量對內源微生物群落及開發(fā)效果的影響，在現(xiàn)場實施內源微生物驅油水井產(chǎn)出液菌量達到平臺期后，激活劑注入實施了一個周期的寡營養(yǎng)期（2013年10月—2013年11月）和一個富營養(yǎng)期（2014年1月—2014年2月），用量調整見圖3。寡營養(yǎng)期的激活劑注入量為65 t/d（2013年10月）和35 t/d（2013年11月），富營養(yǎng)期的激活劑注入量為350 t/d（2014年1月）和250 t/d（2014年2月）。

圖3　激活劑注入量Fig.3 Injection amount of activitor

1.3微生物群落結構分析

1.3.1現(xiàn)場樣品處理及DNA提取

從2013年1月—2014年5月對試驗區(qū)塊中的注入水（Z3-N12）及5口見效油井（Z3-13、15、23、26、X24）水樣中的細菌密度、細菌群落結構進行季度跟蹤檢測。油水井產(chǎn)出液直接從井口收集到一個無菌的容器中，每個樣品采集10 L油水樣，2 h內運送到實驗室開展后續(xù)分子生物學檢測工作，在水樣進行處理前，吸取少量進行鏡檢確定細菌密度。

油藏水樣中的微生物密度很低，而且存在原油污染，給后續(xù)微生物分離帶來了一定的難度。為了去除原油污染，先在樣品溶液中加入少量的石油醚萃取，攪拌靜置后原油被萃取到上層有機相中，下層水樣采用mediakap中空纖維膜過濾器（仕必純貿(mào)易（上海）有限公司）進行菌體收集。每個樣品收集6 L液體。截留在膜上的菌體用液體進行充分反復振蕩洗脫后高速離心（12 000 r/min，4℃，15 min）收集。收集到的菌體于-70℃冷凍保存。

1.3.2樣品DNA提取及高通量測序

樣品菌體DNA的提取利用AxyPrep基因組提取試劑盒。提取后的DNA利用nanodrop進行濃度檢測后，PCR反應擴增樣品DNA模板中的16SV4區(qū)，擴增利用通用引物515F和806 R，序列信息如下:515 F GTGCCAGCMGCCGCGGTAA，806RGGACTACHVGGGTWTCTAAT。

1.3.3高通量測序

PCR產(chǎn)物送至華大基因進行高通量測序及后續(xù)生物信息學分析來解析樣品中的群落結構，高通量測序采用Illumina測序法；測序完成后，首先進行序列質量篩選，去除低質量的序列，剩余高質量的序列利用之間的重疊關系進行拼接，然后將拼接的序列聚為OUT，最后通過OUT與數(shù)據(jù)庫的比對，對OUT進行物種注釋，得到每個樣品的微生物群落結構。

2　結果與討論

2.1細菌密度變化與群落多樣性的變化

圖4　激活劑注入不同階段的細菌密度及菌群多樣性Fig.4 Bacterial concentrations and bacterial diversity in different stages of activation

在激活劑井組注入后，從2013年1月開始對現(xiàn)場注入水和油井產(chǎn)出液中的菌密度及群落結構進行分析，結果見圖4。從圖4可以看出:在實施內源微生物驅油之前，沾3區(qū)塊油藏水樣中的內源菌密度很低，只有102個/mL，激活劑注入后，地層水樣中的細菌密度開始逐漸增加，2013年4月和5月的細菌密度接近106個/mL，菌密度的增長進入了平臺期。隨著2013年10月激活劑注入量的減少，細菌密度在2013年11月出現(xiàn)了小幅度的降低。2014年1月份開始進行富營養(yǎng)注入，在2月份檢測發(fā)現(xiàn)細菌密度沒有立刻升高，而是到了5月才明顯升高，超過了106個/mL。從該結果可以得出，激活劑的注入可以明顯地提高地層內源微生物的密度，在細菌增殖到一定程度后，激活劑大量注入一個階段后，細菌密度不再會隨著激活劑的注入而升高，細菌生長進入平臺期，代謝活性下降，這時降低激活劑的用量，在一定程度上降低細菌密度，恢復細菌的代謝生長能力后，再注入大劑量激活劑，細菌密度會突破前期的平臺繼續(xù)增長。

除了菌密度，菌群多樣性也呈現(xiàn)了一定的規(guī)律性變化，原始油藏中的內源微生物多樣性高，細菌種類豐富。在注入激活劑后，油藏水樣中的細菌多樣性明顯降低，在2013年1月，多樣性指數(shù)從最初的1.8降到了0.7。后面隨著激活劑的持續(xù)注入，多樣性呈現(xiàn)升高的趨勢，2013年4月至7月，多樣性指數(shù)穩(wěn)定在1.1左右，在寡營養(yǎng)和富營養(yǎng)激活劑的交替注入結束后，群落結構的穩(wěn)態(tài)被打亂，多樣性在2014年5月降低至0.8?？梢钥闯?，激活劑的用量對油藏細菌群落結構多樣性存在明顯影響，可以在群落多樣性穩(wěn)定后進一步降低菌群的多樣性。

2.2細菌群落結構的變化

由菌密度和多樣性數(shù)據(jù)可知，激活劑的注入，細菌密度明顯升高的同時，生物多樣性卻在降低，這說明激活劑在油藏中只是選擇性地激活了某些細菌，而不是廣泛激活了油藏中的所有內源微生物。通過高通量測序解析了所有油水井樣品中的細菌群落結構，將不同檢測時間內細菌群落結構中含量在前4位的優(yōu)勢菌進行總結，結果見表1。從表1可以看出:激活劑注入后，菌群結構與注入前發(fā)生了明顯的變化，而且在激活劑注入過程中，油水井產(chǎn)出液中的細菌群落結構也一直在動態(tài)變化，其中2013年4月和2013年7月2個季度的細菌群落結構在穩(wěn)定的激活劑注入量下保持穩(wěn)定，4種優(yōu)勢菌相同。2013年10月開始寡營養(yǎng)激活劑注入后，已建立起來的優(yōu)勢菌結構被打亂，以前不是優(yōu)勢的脫鐵桿菌成為其中的一個優(yōu)勢菌，假單胞菌的含量在富營養(yǎng)激活劑注入后比例明顯升高。從該結果可以看出，激活劑用量的改變可以對細菌菌群產(chǎn)生明顯影響，改變了菌群結構。

表1　激活劑注入過程中群落結構中優(yōu)勢菌的變化Table 1 Change of dominant bacteria in community stucture in the precess of activator injection

將優(yōu)勢菌群結構的變化與區(qū)塊日油水平的變化進行對比分析，結果見圖5。從圖5可以看出，寡營養(yǎng)注入后，產(chǎn)量快速達到峰值，在后期富營養(yǎng)注入后，產(chǎn)量卻呈現(xiàn)小幅度降低。該結果證明，激活劑穩(wěn)定注入一個階段，細菌密度達到平臺期后，適當降低激活劑的濃度反而可以快速提高現(xiàn)場原油產(chǎn)量，而持續(xù)高濃度激活劑的注入雖然可以提高細菌的數(shù)量，但菌群的多樣性會逐漸升高，優(yōu)勢菌比例下降引起現(xiàn)場原油產(chǎn)量的下降。

3　結論

激活劑是內源微生物驅油的最關鍵因素，除了激活劑的配方外，激活劑的用量也是一個重要的影響因素。通過研究發(fā)現(xiàn)，激活劑用量對油藏內源微生物群落結構有明顯影響，內源細菌密度達到平臺期后，降低激活劑用量，油井產(chǎn)出液的細菌密度隨之降低，同時群落多樣性明顯升高，提高激活劑用量后，細菌密度出現(xiàn)反彈，而油藏微生物多樣性開始降低。與現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)進行對比發(fā)現(xiàn)，通過調整激活劑用量可以有效改善內源微生物驅油生產(chǎn)動態(tài)，進一步提高該技術的驅油潛力。

圖5　細菌優(yōu)勢菌群結構與區(qū)塊的生產(chǎn)動態(tài)對比Fig.5 comparison of the dominant bacterial community and the oil production

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（責任編輯 荀志金）

Effect of activator amount on endogenous microbial community in reservoirs

HU Jing，LIU Tao
（Research Institute of Petroleum Engineering Technology，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying 257000，China）

In order to determine the effect of activator amount on the endogenous microbial community in reservoirs，we implemented a program with one period of little nutrition（2013-10-2013-11）continued with one period of rich nutrition（2014-01-2014-02）when the bacterial concentration of endogenous microbial reached to a platform stage.This program was carried out in Zhan 3 block of Shengli Oilfield. After the implementation of the program，the microbial community structure in the Zhan 3 block changed obviously.The bacteria concentration of the oil well production fluid decreased slightly and community diversity increased in the little nutrition stage significantly.While the concentration of bacteria broke through the platform reached above 106cell/mL and the microbial diversity began to decrease in the rich nutrition stage.We also found that the regulation of activator amount will further affect the production of the field.Decrease of the concentration of activator will improve the production of oil in a certain extent. Keywords:activator amount；endogenous；bacterial concentration；community diversity

TE357.9

A

1672-3678（2016）03-0007-05

10.3969/j.issn.1672-3678.2016.03.002

2016-03-18

國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）（2013AA064401）

胡 婧（1980—），女，河南許昌人，博士，研究方向:微生物采油，E-mail:tomatohu@163.com