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        硝酸鹽還原菌提高原油采收率研究進展

        2021-03-25 06:57:54佘躍惠胡琳琪曾琦顧永安張凡
        關(guān)鍵詞:本源驅(qū)油硝酸鹽

        佘躍惠,胡琳琪,曾琦,顧永安,張凡

        1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院,湖北 武漢 430100 2.非常規(guī)油氣省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心(長江大學(xué)),湖北 武漢 430100 3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 100083

        原油資源的枯竭,全球能源需求的增加,當(dāng)前原油低位的不可預(yù)測的價格,以及主要油田的成熟度不斷提高,因此需要研究成本更低和更環(huán)保的提高原油采收率技術(shù)。采用當(dāng)前技術(shù),可通過一次采油方法采出油藏中20%~40%的原油,二次采油方法可進一步采出15%~25%的原油。因此,多達約55%的原始油殘留在儲層中而未被采出。三次采油過程涉及應(yīng)用不同的熱力、化學(xué)和微生物過程,以經(jīng)濟上可行的速度從不良和衰竭的油井中采收額外7%~15%的原油地質(zhì)儲量(original oil in place,OOIP)[1]。提高采收率可以顯著影響原油生產(chǎn),因為即使采收率提高很小的幅度,也可以帶來巨大的收益,而無需開發(fā)非常規(guī)油氣資源。微生物強化采油(microbial enhanced oil recovery,MEOR)是一種有吸引力的接替采油方法,該方法有可能采收高達50%的殘余油。在MEOR過程中原位生產(chǎn)生物表面活性化合物不需要大量的資金投入,也不受全球原油價格的影響。與其他EOR(enhanced oil recovery)方法相比,MEOR可以是一種更經(jīng)濟和更環(huán)保的選擇,因而在最近10年得到快速發(fā)展[1-4]。

        近年來,微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生生物碳酸鈣(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)或者微生物自修復(fù)水泥(microbial self-healing concrete,MSHC)成為材料和環(huán)保領(lǐng)域的熱點研究課題,天然環(huán)境包括深部地層廣泛存在MICP過程,包括CO2地質(zhì)埋藏和頁巖油氣開發(fā)等[5,6]。厭氧條件下硝酸鹽還原能強化油氣藏的MICP過程,并通過提高注入水波及效率這個途徑來提高原油采收率[7]。

        硝酸鹽還原菌(NRB,也稱反硝化菌)抑制硫酸鹽還原菌(SRB)產(chǎn)硫化氫(H2S)技術(shù),也稱生物競爭排斥技術(shù),在國外油氣藏得到大量應(yīng)用,被石油行業(yè)廣泛認(rèn)可[8-10]。注入硝酸鹽將地下油藏的微生物群落從主要的SRB變?yōu)楦缓琋RB的微生物,包括直接氧化H2S的硝酸鹽還原硫化物氧化細(xì)菌(NR-SOB)。此外,NRB都能通過產(chǎn)生硝酸鹽還原途徑中形成的亞硝酸鹽來促進抑制SRB。NRB的脫氮能力是眾所周知的,其中硝酸鹽或亞硝酸鹽被轉(zhuǎn)化為含氮氣體。該功能使NRB在全球氮循環(huán)和緩解及控制由硫化物引起的海上油田儲層變酸問題中發(fā)揮重要作用[9,10]。最近,在研究油藏硝酸鹽/亞硝酸鹽的注入過程中涉及NRB-SRB相互作用的詳細(xì)微生物機制時,發(fā)現(xiàn)NRB在還原硝酸鹽時,也能產(chǎn)生生物表面活性劑,因而能降低油水界面張力,促進原油乳化,易被微生物降解,改善油藏巖石潤濕性,再加上硝酸鹽還原時產(chǎn)生的氮氣和二氧化碳可以增加油藏壓力,解除近井地帶生物硫化物堵塞,這種多功能效應(yīng)能有效提高油氣采收率[9]。下面,筆者將對NRB的這種多功能特性和硝酸鹽還原介導(dǎo)的提高原油采收率技術(shù)進行詳細(xì)介紹。

        1 油氣藏硝酸鹽還原菌資源分布

        純培養(yǎng)和分子生物學(xué)方法表明NRB廣泛分布在石油油藏中,能以烴類及其代謝產(chǎn)物為碳源和能源,厭氧代謝硝酸鹽而生長[11-16]。油藏酸化的處理和修復(fù)策略之一是硝酸鹽處理,目前在海上油田得到廣泛應(yīng)用[14-16]。項目組成員近5年來,在吐哈、青海和江漢等多個油田,開展地面污水站和油井井下NRB抑制SRB產(chǎn)H2S的現(xiàn)場試驗,取得了非常好的效果。在注入水中添加硝酸鹽可通過4種機制抑制儲層酸化[15]。硝酸鹽處理機制之一是刺激NRB生長,由于NRB和SRB(可還原硝酸鹽和硫酸鹽)使用相似的有機組分作為電子供體,因此NRB可以在碳源利用方面勝過SRB;硝酸鹽處理的第2種機制是使SRB的代謝途徑從硫酸鹽還原轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}還原;硝酸鹽處理的第3種機制是刺激NR-SOB生長,NR-SOB利用硝酸鹽或亞硝酸鹽將硫化物氧化成元素硫或硫酸鹽;硝酸鹽處理的第4種機制是硝酸鹽還原產(chǎn)物(如亞硝酸鹽)對SRB的抑制作用。

        在油藏本源NRB研究中,比較有意思的是TSESMETZIS等[17]通過油藏巖心中本源微生物分析表明NRB是原位油藏中主要的功能菌。TSESMETZIS從東南亞一個未開發(fā)海上油田探井中,使用油基鉆井液鉆探采集的巖心樣品,研究了高溫(溫度95℃)非水驅(qū)油藏中本源微生物菌群,在無菌條件下盡量排除污染,從每個巖心內(nèi)部提取DNA,并通過對16SrRNA基因進行測序來推導(dǎo)巖心本源微生物群落分布情況。結(jié)果表明草酸桿菌科是最主要的科(豐度31.4%±16.6%)。在土壤和水樣中普遍發(fā)現(xiàn)草酸桿菌科的幾個屬,以有氧降解芳香烴;在厭氧條件下還原硝酸鹽[18]。第二豐富的是假單胞菌科(豐度22.3%±7.9%)。已知該科包含的種能夠好氧或厭氧降解多環(huán)芳烴(PAH)。據(jù)報道,在厭氧條件下,許多假單胞菌種使用硝酸鹽或氯酸鹽作為首選電子受體[19]。豐度排名第三的細(xì)菌科是叢毛單胞菌(豐度10.1%±2.8%)。該科包含需氧和兼性厭氧細(xì)菌,它們能夠在需氧條件下和厭氧條件下降解單芳烴(BTEX)。已知其許多叢毛單胞菌種在厭氧條件下還原硝酸鹽和氯酸鹽[20,21]。

        從低溫稠油油藏中,以石油烴作碳源和能源,硝酸鹽作電子受體,也分離到2類厭氧NRB,表明NRB在高溫和低溫油藏中都普遍存在[21,22]。這些主要微生物類群的代表種都能在厭氧條件下降解碳?xì)浠衔锊⑹褂孟跛猁}作為末端電子受體。從油藏地層水的化學(xué)分析中,表明含有高質(zhì)量濃度低分子量的有機酸鹽(如乙酸鹽質(zhì)量濃度1308mg/L,丙酸鹽質(zhì)量濃度177mg/L,丁酸鹽質(zhì)量濃度34mg/L),說明油藏中存在高活性的原位厭氧降解石油烴代謝活動。如果這些主要的微生物是油藏儲層中固有的,并且沒有被油基鉆井液污染,它們可能對硝酸鹽注入以控制油藏變酸顯示出相對快速的響應(yīng),說明油藏本源NRB的存在,在存在硝酸鹽作為電子受體的情況下,NRB的性能將明顯優(yōu)于SRB,并能防止儲層變酸。相反,在這些巖心樣品中只檢測到了極少量的SRB(豐度<0.01%),測得的H2S濃度接近零,這表明該油藏條件不利于SRB的生長。但是,在不添加硝酸鹽的情況下,注入富含硫酸鹽的海水后,情況可能會迅速發(fā)生變化,這也可以解釋為何很多海上油田注海水后,或者陸上油田清水和污水混注,能刺激SRB快速生長,產(chǎn)生硫化氫而使油藏變酸。

        目前關(guān)于油藏巖心中微生物研究的報道很少,盡管該巖心中微生物群落結(jié)果與文獻中結(jié)果無可比性,但各種證據(jù)表明該非水驅(qū)高溫油藏的硝酸鹽還原可能是一個重要的原位過程,只是由于缺乏營養(yǎng)物和硝酸鹽電子受體,硝酸鹽還原菌菌體含量很低。相反,盡管地層水中硫酸鹽含量適中,但微生物特征表明硫酸鹽還原活動卻很低。如果檢測的微生物特征反映了儲層的原位微生物群落,則表明硝酸鹽還原可能會在比以前認(rèn)為的更高溫度下發(fā)生。該項研究盡管存在很多疑問和不足(如沒有開展巖心中的古菌研究),但是關(guān)于巖心中本源微生物的研究還是非常有意義,建議今后加強類似研究,加深人們對油藏本源微生物的認(rèn)識。

        2 硝酸鹽還原菌介導(dǎo)選擇性封堵

        ZHU等[23]研究了一種獨特的方法,基于自生生物礦物沉淀改變儲層巖石孔隙通道,提高水力和體積波及效率。該方法由厭氧無機營養(yǎng)硝酸鹽還原-Fe2+氧化微生物Acidovoraxebreus(nitrate-dependent Fe(II)-oxidizing,NDFO)介導(dǎo),在厭氧條件下,以硝酸鹽作為唯一的電子受體,氧化可溶性亞鐵離子(Fe2+),生成不溶性鐵氧化物礦物沉淀[24]。這種穩(wěn)定的生物礦物沉淀填充孔隙,減少巖石基質(zhì)孔喉直徑,降低高滲透區(qū)的滲透率,使注入水均勻分布。

        NDFO過程伴隨氮氣產(chǎn)生。在該研究中,在處理的模擬柱中觀察到氮氣小氣泡的產(chǎn)生。由于氮氣在油中的混溶性,能降低原油的黏度。此外,就地生產(chǎn)氮氣增加油藏的驅(qū)動壓力,從而使原油易于流動。因為廉價和無腐蝕性,氮氣已經(jīng)長期被成功地用作注入流體提高采收率,以及廣泛用于油藏壓力保持和氣體舉升[25]。在油藏高壓下,氮氣與原油能形成可混相的段塞,這有助于從油藏巖石中驅(qū)替原油。該研究代表傳統(tǒng)微生物提高采收率方法的一個新的方向,并表明硝酸鹽還原-Fe2+生物氧化改善體積波及效率,以及提高原油采收率的巨大潛力。

        MARTIN等[27]報道兼性厭氧菌Halomonashalodenitrificans在厭氧和高壓(8MPa)下,利用硝酸鹽還原誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀,能固結(jié)地層砂,降低高滲透層滲透性,結(jié)果與之前報道的在厭氧常壓下產(chǎn)生的碳酸鈣沉淀類似,用來封堵裂縫和穩(wěn)定固結(jié)頁巖氣壓裂地層支撐劑,說明油藏在高溫高壓下,也能實現(xiàn)硝酸鹽還原誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀封堵高滲透層。DOPFFEL等[7]在德國北部油田進行短期和長期(10-160d)注硝酸鹽控制油藏酸敗提高原油采收率時,發(fā)現(xiàn)脫鐵桿菌也能產(chǎn)生鐵和鈣質(zhì)沉淀。砂巖模擬柱試驗表明,產(chǎn)生的生物沉淀會明顯降低砂巖滲透率。雖然油藏中的礦物沉淀會隨著時間的推移降低儲層滲透性,造成嚴(yán)重的注入問題,但由于滲透性較高的通道流量減少,導(dǎo)致原油產(chǎn)量增加,原位產(chǎn)生礦物沉淀可能是改善液流方向的方法。MICP是微生物活動的副產(chǎn)品,在自然地質(zhì)環(huán)境中起著重要的金屬共沉淀和固結(jié)作用,在土壤加固、二氧化碳地質(zhì)埋藏和微生物提高原油采收率中具有廣泛用途[3-6]。

        盡管已經(jīng)研究了油藏環(huán)境高壓下的MICP過程,通過模擬試驗評價了以改善波及效率為目的的提高原油采收率效果,地下固結(jié)巖層裂縫的礦場試驗也取得了成功。但是,還需要全面調(diào)查原位油藏中能誘導(dǎo)產(chǎn)生生物沉淀或?qū)е律锏V化的本源微生物分布及其生物活性,加強各類油藏高溫高壓高鹽度下的模擬驅(qū)油效果研究,結(jié)合微生物產(chǎn)生胞外多糖(exopoly saccharides,EPS)增加MICP強度,降低微生物營養(yǎng)物的成本,提高驅(qū)油效率。

        3 硝酸鹽還原菌產(chǎn)生的生物表面活性劑

        MULLIGAN等[27]和RODRIGUES等[28]研究注硝酸鹽刺激油藏本源NRB生長,抑制SRB和修復(fù)油藏酸敗時,提出該過程中有可能產(chǎn)生生物表面活性物質(zhì),以提高油溶性碳源(原油)利用率,促進NRB快速生長,提高NRB對SRB的生物競爭能力。FALLON等[29]發(fā)表的專利證實天然的NRB能產(chǎn)生生物表面活性劑。作為能夠利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚春湍茉吹奈⑸?,NRB將產(chǎn)生的生物表面活性劑作為副產(chǎn)物,以促進疏水性烴類底物的降解[30]。NRB產(chǎn)生的生物表面活性劑增加了疏水性水不溶性底物的表面積,并增加了其溶解度,從而提高了NRB對烴類化合物的生物利用度。當(dāng)在NRB的細(xì)胞表面附近產(chǎn)生乳狀液時,每個細(xì)胞簇都會形成自己的微環(huán)境,并刺激NRB在油氣藏中的生長[30]。

        HUI等[31]使用依賴于培養(yǎng)和不依賴于培養(yǎng)的方法,對來自淺層、中溫和低鹽度大慶油田陸上油藏的3種采出水樣品中的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能進行了研究。首次分離到多功能惡臭假單胞菌BBAL5-01,能代謝硝酸鹽,產(chǎn)生生物表面活性劑和生物聚合物,這表明厭氧本源NRB具有在油層中生產(chǎn)生物表面活性劑的能力,并且具有提高原油采收率的巨大潛力。

        FAN等[32]從海上油藏采出的油水樣品中篩選出5株產(chǎn)生物表面活性劑的NRB菌,所有菌株都被鑒定為施氏假單胞菌,并研究了它們在以葡萄糖或甘油介質(zhì)為碳源和能源時的產(chǎn)生物表面活性劑能力。其中施氏假單胞菌 CX3在葡萄糖或甘油培養(yǎng)基上生長時,分別將培養(yǎng)基表面張力降低至33.5mN/m和29.6mN/m。將CX3菌株進一步接種以檢測其生長代謝硝酸鹽的能力,在2種培養(yǎng)基中進行228h的監(jiān)測后,硝酸鹽消耗量分別為32.4%和94.5%。通過薄層色譜、帶火焰離子化檢測器的氣相色譜儀(FID)和傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對施氏假單胞菌CX3生成的生物表面活性劑產(chǎn)物進行組成分析。經(jīng)鑒定,生物表面活性劑產(chǎn)物為一小部分脂肽和一大部分糖脂的混合物,其臨界膠束濃度(CMC)低至35mg/L。 產(chǎn)生的生物表面活性劑在很寬的溫度(4~121℃),pH(2~10)和鹽度(0~0.2g/mL)范圍內(nèi)都顯示出高穩(wěn)定性。

        油藏本源的NRB普遍存在,注硝酸鹽控制油藏酸敗在海上油田已得到廣泛應(yīng)用,但關(guān)于NRB抑制SRB的分子機理還有待深入研究。最近關(guān)于NRB產(chǎn)生物表面活性劑的研究[9,31,32],表明NRB在抑制SRB產(chǎn)硫化氫的同時,能產(chǎn)生物表面活性劑促進菌體自身生長,提高對SRB競爭能力,并且對于降解油溶性烴類碳源和提高原油采收率具有巨大應(yīng)用潛力。今后的研究要加強產(chǎn)生物表面活性劑的NRB單菌提高原油采收率的模擬試驗研究,特別關(guān)注在模擬油藏高溫、高壓和高鹽度環(huán)境下的生存競爭能力和提高原油采收率的應(yīng)用效果。

        4 硝酸鹽還原菌提高原油采收率

        MEOR在稠油油藏的應(yīng)用一直面臨著挑戰(zhàn),以往文獻報道的稠油MEOR,其黏度要求低于2000mPa·s,最佳為低于500mPa·s。2014年以來,卡爾加里大學(xué)的VOORDOUW教授和他的同事GASSARA等,一直致力于硝酸鹽還原介導(dǎo)的微生物提高稠油采收率研究,取得了很大的進展,主要研究結(jié)果如表1和圖1所示[33-38]。

        表1 硝酸鹽還原菌提高原油采收率

        圖1 硝酸鹽還原菌提高原油采收率過程Fig.1 Process of nitrate-reducing mediated MEOR

        VOORDOUW選擇加拿大MHGC淺層稠油油田(原油API為16)進行NRB提高稠油采收率研究,溫度20℃時黏度為3400mPa·s,遠高于目前報道的MEOR稠油黏度。試驗壓力選擇常壓和高壓2.72MPa;通過富集培養(yǎng)分離出2類NRB菌,一類是假單胞菌屬,與施氏假單胞菌NBRC 12695菌株[21]的16SrRNA序列有99.0%相似性,能利用揮發(fā)性脂肪酸、苯甲酸鹽、甲苯、乙苯、甲酚和萘等芳香化合物進行硝酸鹽還原;另一類是陶厄氏菌屬,與陶厄氏芳香菌S100的16SrRNA序列相似性為99%[22],能利用醋酸鹽、苯甲酸鹽、甲苯和乙苯進行硝酸鹽還原。

        采用低成本的水溶性電子供體如糖蜜、葡萄糖、醋酸鹽,以及較高濃度電子受體硝酸鹽80mmol/L,在模擬柱中溫度30℃下采稠油[34]。結(jié)果表明,激活的是以假單胞菌和陶厄氏菌為主的本源微生物,代謝水溶性碳水化合物電子供體和硝酸鹽電子受體,產(chǎn)生N2和CO2混合氣體,還可能產(chǎn)生有機酸和醇類、生物表面活性劑等,稠油被乳化為水包油乳狀液,乳化指數(shù)E24達到60以上,殘余油采收率達到14.4%~36.1%。此外,陶厄氏菌NRB還能利用比糖類電子供體更好的工業(yè)廢溶劑異丙醇和丙酮,在電子受體硝酸鹽存在下,在常壓和高壓下,提高稠油采收率18.2%[34]。

        基于水溶性電子供體如碳水化合物[33,34]的MEOR的缺點是,該技術(shù)不使用油藏中可用的烴類底物,并且必須同時注入所有底物和發(fā)酵微生物。一旦所有組分混合在一起,發(fā)酵才開始,因此營養(yǎng)物滲透深度取決于其組成和運移特征,注營養(yǎng)物流速與反應(yīng)半衰期之間的關(guān)系。相比之下,在烴和硝酸鹽介導(dǎo)的MEOR中,石油烴(如甲苯)用作底物,面臨稠油中輕質(zhì)烴如甲苯等含量低,因此只需通過注水添加單環(huán)芳烴提高稠油中甲苯的濃度,從而提高MEOR效率[35-38]。

        不添加水溶性電子供體,僅以硝酸鹽和原油從該稠油地層富集本源NRB,富集的NRB主要為固氮弓菌屬和陶厄氏菌屬[35],能以正庚烷和殘余油為碳源和能源生長,產(chǎn)生氣體如N2和CO2,以及生物表面活性物質(zhì),細(xì)胞吸附在殘余油膜上,使殘余油乳化,驅(qū)替殘余油。固氮弓菌屬和陶厄氏菌屬NRB在以前文獻中已有報道[36],能以原油為碳源和能源,尤其是降解碳5-12短鏈烴和甲苯。

        由于稠油中輕質(zhì)烴類含量低,尤其是甲苯含量低,不利于陶厄氏菌生長,因此在NRB提高稠油采收率中時,需要補充加入甲苯。在稠油中加入甲苯,稠油黏度有所降低,增強了NRB對硝酸鹽的還原作用,由此提出了一種新的硝酸鹽+輕質(zhì)烴MEOR技術(shù)[37]。在含有0.5倍孔隙體積剩余油的高壓、水濕砂柱生物反應(yīng)器中,進行了甲苯和硝酸鹽介導(dǎo)的生物反應(yīng)器(ROR)的測試。與對照生物反應(yīng)器相比,在原油中添加11~12mmol/L甲苯(直接加或加入水相中)和在水相中添加80mmol/L硝酸鹽可增加16.5%±4.4%的采收率。由于甲苯是一種廉價的工業(yè)化學(xué)品,因此即使在目前的低油價環(huán)境下,NRB-MEOR仍有可能成為增加原油產(chǎn)量的一種成本效益高的方法[37]。SURI等[38]通過高壓模擬柱試驗,進一步驗證了硝酸鹽+甲苯提高稠油采收率的效果。在11.2mmol/L甲苯和80mmol/L硝酸鹽介導(dǎo)下,陶厄氏菌和假單胞菌在稠油模擬高壓驅(qū)油試驗中(溫度25℃,壓力2.72MPa),硝酸鹽還原率60%左右,提高稠油采收率11.2%。

        疏水性電子供體中,乙苯和甲苯是硝酸鹽還原的重要電子供體[39-47],硝酸鹽電子受體可能參與烷基苯底物的活化,但兩者的代謝途徑不同。甲苯通過富馬酸加成進行厭氧代謝,而乙苯的氧化涉及乙基側(cè)鏈的脫氫,醋酸鹽和苯甲酸是這些代謝途徑的中間產(chǎn)物[48]。在模擬驅(qū)油使用的批量和連續(xù)培養(yǎng)試驗中,陶厄氏菌和假單胞菌是最主要的本源NRB類群,在反硝化條件下均能在醋酸、苯甲酸鹽、乙苯和甲苯上生長。陶厄氏菌屬是目前研究比較多的NRB,它還可以利用苯乙酸、吲哚、對甲酚、苯酚和其他電子供體[49-51]。β-變形桿菌Azoarcus/“Aromatoleum”/Thauera菌群含有多種能夠厭氧降解芳香化合物和碳水化合物的NRB?;蚪M學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)與靶向代謝產(chǎn)物分析的應(yīng)用已被證明有助于發(fā)現(xiàn)各種新的反應(yīng)和途徑,重建復(fù)雜的芳烴厭氧降解代謝網(wǎng)絡(luò),以及了解后者是如何適應(yīng)環(huán)境變化的。在過去的二十年里,在3個主要的NRB有機體/方法的特定方向上取得了重大進展:

        1)ThaueraaromaticaK172和AromoilumaromaticumEBN1的新型酶促反應(yīng)的生物化學(xué);

        2)A.aromaticumEBN1的生理學(xué)和蛋白質(zhì)基因組學(xué);

        3)Azoarcussp.菌株 CIB轉(zhuǎn)錄因子的分子機制[51]。

        5 結(jié)論與建議

        通過對近年來硝酸鹽還原介導(dǎo)的MEOR研究進行總結(jié)和回顧,得出如下結(jié)論:

        1)原位油藏環(huán)境廣泛分布著本源微生物NRB,厭氧條件下以硝酸鹽作為電子受體,原油輕質(zhì)烴作為電子供體生長,其中代表種屬主要有陶厄氏菌和假單胞菌。

        2)在油藏高溫高壓條件下,硝酸鹽能誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鐵或碳酸鈣沉淀,降低高滲透層滲透性,封堵裂縫,通過改善波及效率途徑提高原油采收率。

        3)在硝酸鹽還原介導(dǎo)下,油藏本源NRB如施氏假單胞菌能產(chǎn)生物表面活性劑,改變巖石礦物潤濕性,降低油水界面張力,乳化原油,通過改善驅(qū)油效率途徑提高原油采收率。

        4)稠油油藏NRB,在添加硝酸鹽和水溶性碳水化合物或者油溶性單環(huán)芳香烴化合物后,能產(chǎn)生N2和CO2混合氣體,增加地層壓力,降低原油黏度,乳化原油,通過烴-硝酸鹽代謝途徑提高原油采收率。

        盡管NRB的EOR機理比較明確,也開展了部分NRB驅(qū)油模擬試驗,并取得了良好的驅(qū)油效果,但還存在一些問題亟待解決,如原位油藏NRB資源多樣性,以及與其他本源菌的協(xié)同作用或競爭作用,油藏高壓條件對NRB生長和代謝產(chǎn)生物表面活性劑的影響、原油被乳化驅(qū)動的機理、NRB驅(qū)油的分子機制等,還需要進一步研究。建議全面調(diào)查不同溫度和地質(zhì)條件油藏中本源NRB資源分布和多樣性,加強油藏高溫高壓高鹽等環(huán)境條件下,開展原位油藏下NRB誘導(dǎo)礦物沉淀和產(chǎn)生物表面活性劑研究,NRB驅(qū)油的二維或者三維模擬驅(qū)油試驗研究,考察各種油藏環(huán)境因素和營養(yǎng)組分對提高原油采收率的影響,優(yōu)化驅(qū)油參數(shù);并借助CT掃描、XRD巖石礦物分析、核磁共振NMR等手段,表征巖心驅(qū)油前后孔滲和礦物組成變化,殘余油分布。此外,通過色質(zhì)聯(lián)用儀器和傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜等手段,表征NRB驅(qū)油前后原油組成變化、代謝物結(jié)構(gòu)特征以及對驅(qū)油效果影響,從分子水平上揭示NRB的驅(qū)油機理,為NRB提高原油采收率工業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和指導(dǎo)作用。

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