微生物驅油產出液循環利用方法研究

付 穎 俞 理 修建龍 馬淑芬 嚴 力

1.中國科學院大學 2.中國科學院滲流流體力學研究所 3.中國石油勘探開發研究院滲流流體力學研究所4.中國石油華北油田分公司儲氣庫管理處 5.中國石油青海油田分公司采油三廠

微生物驅油產出液循環利用方法研究

付 穎1，2俞 理3修建龍3馬淑芬4嚴 力5

1.中國科學院大學 2.中國科學院滲流流體力學研究所 3.中國石油勘探開發研究院滲流流體力學研究所4.中國石油華北油田分公司儲氣庫管理處 5.中國石油青海油田分公司采油三廠

為了探究新疆油田六中區微生物驅油現場產出液循環利用的可行性，在對產出液組成及濃度分析研究的基礎上，利用物理模擬方法研究了產出液直接回注、添加營養后注入、地面擴大培養注入以及注入新油藏4種產出液循環利用方式對驅油效果的影響。實驗表明，產出液中營養濃度僅為注入濃度的10%左右，已不能滿足直接注入要求，需要添加營養才能進一步提高采收率。4種產出液循環利用方式對比發現：有益菌及代謝產物都可以循環利用，產出液地面擴大培養后驅油效果最好，菌濃達到2.1×108cfu/mL，表面張力由71.6 mN/m降低至55.9 mN/m，提高采收率14.2%。該研究能夠進一步降低驅油劑成本并為產出液循環利用提供參考。

微生物驅油 循環 驅油效果 提高采收率 注入成本

微生物驅油技術是指通過利用微生物的代謝活動及其代謝產物(生物表面活性劑、有機酸等)作用于油藏巖石和流體，提高原油采收率[1-3]。微生物驅油具有工藝簡單、施工方便、成本低等優點[4]，并在現場應用中取得了顯著的增油效果[5-6]。在當前低油價形勢下，急需尋找一種降低驅油成本、提高驅油效率的方法[7]。前期實驗研究和現場監測發現，微生物驅的采油井產出液中有益微生物濃度高，且油藏適應性好[8]。將產出液循環注入油藏，能夠進一步提升營養劑利用率，補充油藏有益微生物，大幅降低生物驅油劑成本。目前，國內外微生物驅油產出液循環利用的實驗研究與現場應用方面研究較少，對不同產出液利用方法并未深入研究[9-11]。本實驗以新疆油田六中區為研究對象，在模擬油藏條件下，通過物理模擬實驗，考察了產出液循環利用前后營養成分、菌濃、表面張力以及提高采收率情況，分析了產出液循環利用的可行性。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

高壓模型管(Φ×L:38 mm×300 mm)；2PB20C 平流泵；FY-3 型恒溫箱；ZXZ-0.5型旋片式真空泵；FTA100B界面張力儀；TGL-18C-C高速臺式離心機；PB30020-N電子天平；XPN-201型光催化流動注射總磷總氮分析儀；0.1 MPa 、4 MPa壓力表；篩分粒徑為0.106～0.150 mm、0.045 mm的石英砂；新疆油田六中區脫水原油；新疆油田六中區地層水；去離子水。

1.2 菌種與營養劑

1.2.1 菌種及產物性質

實驗采用由蒙古林油田地層水篩選馴化得到的一株高產鼠李糖脂的銅綠假單胞菌WJ-1為驅油功能菌。WJ-1的主要代謝產物為鼠李糖脂，是一種生物表面活性劑，不僅具有乳化、增溶、降低界面張力的作用，而且易于生物降解[12]。非油藏環境下，WJ-1發酵液表面張力可由71.2 mN/m降至23 mN/m，且該菌產生的表面活性劑可以在高溫、高鹽、強酸強堿條件下較長時間地保持穩定性[13]。

1.2.2 菌液制備

種子培養基采用LB培養基，其主要成分(質量濃度)為蛋白胨10 g/L、酵母粉5 g/L、NaCl 10 g/L，pH值為7.0～7.5。將WJ-1接種到種子培養基中，于37 ℃恒溫搖床以120 r/min轉速培養18 h至對數生長期，低溫保存作為種子液。

1.2.3 營養液

營養液組成(質量濃度)為：蔗糖3 g/L，KNO34 g/L、Na2HPO42 g/L、NaCl 1 g/L、MgSO40.5 g/L、 微量元素0.4 g/L、FeCl3·7H2O 0.01 g/L、CaCl20.01 g/L、ZnSO40.01 g/L、酵母粉3 g/L。

1.2.4 微生物驅油營養體系

營養體系：每100 mL營養液中添加對數生長期的種子液5 mL。

1.3 實驗方法與步驟

1.3.1 巖心制備

配制一定比例的石英砂，裝填5根巖心(Φ×L:38 mm×300 mm)，氣測滲透率Kg；將裝填好的巖心抽真空3 h后飽和地層水，測飽和地層水前后巖心質量，計算孔隙體積Vp與孔隙度φ；原油驅替巖心的地層水至出口含水率低于2%，被驅出的地層水體積即為巖心中原始含油體積，恒溫老化3天，計算巖心原始含油飽和度Soil[14-16](巖心參數見表1)。

1.3.2 產出液利用

(1) 產出液循環利用。將3根巖心(1#～3#)分別水驅至含水98%，注入微生物驅油營養體系，培養7天，后續水驅至含水98%，取樣檢測產出液剩余營養成分、菌濃、表面張力，并計算微生物驅油采收率；分別采用產出液直接回注、添加營養后注入、地面擴大培養注入3種循環利用方式注入并培養；后續水驅至含水98%，取樣檢測產出液剩余營養成分、菌濃、表面張力，并計算循環微生物驅油采收率。

表1 巖心基本參數與產出液循環利用方式Table1 Basicparametersofcoresandtherecyclingmethodsofproducedfluid巖心編號Vp/cm3?/%Kg/10-3μm2Soil/%產出液循環利用方式1#110．432．552281．4直接回注2#117．234．576182．5添加營養后注入3#115．233．956386．1地面擴大培養注入4#112．433．067880．0微生物驅5#113．533．454281．9添加營養注入新巖心

(2) 產出液注入新巖心。將兩根巖心分別水驅至含水98%；4#巖心注入微生物驅油營養體系，培養7天，后續水驅至含水98%，取樣檢測產出液剩余營養成分、菌濃、表面張力，并計算微生物驅油采收率；將4#巖心產出液添加營養注入5#巖心，培養7天，后續水驅至含水98%，取樣檢測產出液剩余營養成分、菌濃、表面張力，并計算產出液再利用采收率。

1.4 產出液循環利用方式

(1) 直接回注：產出液不添加營養直接注入巖心，培養7天。

(2) 添加營養后注入：產出液添加原始營養液一半濃度的營養物再注入巖心，培養7天。

(3) 地面擴大培養注入：產出液添加原始營養液一半濃度的營養物，在搖床20 ℃、120 r/min條件下發酵培養3天，注入巖心，培養4天。

(4) 注入新巖心：產出液添加原始營養液一半濃度的營養物注入到一次水驅后的巖心，培養7天。

各巖心產出液循環利用方式見表1。

1.5 取樣檢測

(1) 菌濃檢測。采用平板稀釋法[17]，將待測樣品稀釋到一定程度，涂布到平板上，經過培養，統計菌落數，根據稀釋倍數和取樣接種量計算出產出液中菌濃。

(2) 表面張力與氮、磷濃度檢測。產出液離心去除菌體并提出糖脂后，采用FTA100B界面張力儀測量，采用XPN-201型光催化流動注射總磷總氮分析儀測氮、磷含量。

2 結果與討論

2.1 產出液循環利用

2.1.1 營養成分檢測結果與分析

微生物驅和3種不同循環微生物驅油方法的產出液中氮、磷濃度檢測結果如圖1和圖2所示(圖中循環驅指循環微生物驅，下同)。微生物驅油后產出液中氮、磷質量濃度(0.051 g/mL、0.063 g/mL)與檢測到的微生物驅油營養體系氮、磷注入質量濃度(0.854 g/mL、0.792 g/mL)對比可知，產出液中營養含量較少，注入的營養基本已被微生物生長代謝所消耗，僅有一小部分產出，營養利用率在90%以上。

與微生物驅油相比，循環微生物驅油產出液中氮、磷濃度均有不同程度的下降，說明產出液循環利用還可以進一步提高營養利用效率；2#與3#都添加營養，而3#由于產出液地面擴大培養，生長環境易控制，條件更優越，營養消耗更多。因此，3#營養利用效率更高。

2.1.2 菌濃檢測結果與分析

菌濃是驅油效果的保障，由各巖心微生物驅、循環微生物驅產出液菌濃檢測結果(見圖3)可以看出，有益菌進入巖石孔隙中，在充足的營養條件下，經過一段時間的適應后，生長繁殖，微生物驅產出液菌濃達到4.53×108cfu/mL。

與微生物驅相比，2#、3#循環微生物驅產出液菌濃略有下降，而1#菌濃下降兩個數量級，說明產出液添加營養后注入巖心還能繼續維持較高菌濃。2#微生物驅產出液中驅油功能菌濃高，添加營養注入巖心后，因前期在巖心中已培養過一周而適應性強，可快速生長繁殖；3#產出液添加營養，地面擴大培養后注入，微生物生長繁殖更加旺盛；1#產出液直接注入巖心，由于營養匱乏，微生物生長速率低于死亡速率，且巖心內微生物滯留[18]，造成循環微生物驅產出液菌濃大幅下降。

2.1.3 表面張力檢測結果與分析

從各巖心產出液表面張力結果(見圖4)可以看出，產出液的表面張力均低于原始地層水的表面張力(71.6 mN/m)。微生物驅產出液表面張力降低至52 mN/m左右，第一次注菌后，微生物在巖石孔隙中，在充足的營養條件下，生長代謝旺盛，生物表面活性物質濃度高，能定向吸附在油水界面，降低單位面積上的油水界面能，進而降低表面張力。

循環微生物驅后，添加營養的循環利用方式產出液表面張力略有升高，未添加營養直接回注產出液表面張力升高較多。2#、3#補充營養后微生物繼續生長繁殖，產生鼠李糖脂，使表面活性劑維持較高濃度；1#未添加營養直接回注巖心，由于營養匱乏，微生物生長代謝微弱，循環微生物驅產出液中的代謝產物幾乎全部來自于注入的產出液，因此表面張力最高。

2.1.4 提高采收率評價

微生物驅產出液中驅油功能菌濃高，但營養濃度低。因此，添加營養可使功能菌繼續生長繁殖，產生生物表面活性物質，降低油水界面張力，乳化原油，改變巖石潤濕性，改善原油流動性，從而進一步提高原油采收率[19]。從巖心物理模擬提高采收率結果(見圖5)可知，微生物驅提高采收率8%，循環微生物驅可進一步提高采收率，產出液地面擴大培養注入(3#循環驅)可提高6.2%，添加營養后注入(2#循環驅)可提高5.4%，直接回注(1#循環驅)僅提高1.1%。

2.2 產出液注入新巖心

4#和5#巖心產出液各項檢測結果與提高采收率情況見表2。5#巖心產出液氮磷濃度與注入體系(可參考微生物驅油營養體系氮、磷注入濃度)相比非常低，說明產出液添加營養注入新巖心后，營養被微生物大量消耗；5#巖心產出液與4#巖心產出液相比，菌濃略低，表面張力小幅上升，說明產出液添加營養循環注入新巖心中，在添加營養后，微生物仍然可以生長代謝，產生生物表面活性物質，發揮驅油作用，提高采收率4.7%，但低于循環微生物驅2#、3#巖心驅油效果，可能因為產出液功能菌注入新巖心需要一個適應過程，微生物的生長代謝能力相對較弱。

表2 4#和5#巖心產出液各項檢測結果與提高采收率情況Table2 Testresultsofproducedfluidandenhancedoilrecoveryfrom4#～5#core巖心編號注入營養體系產出液檢測指標ρ(氮)/(mg·mL?1)ρ(磷)/(mg·mL?1)菌濃/(cfu·mL?1)表面張力/(mN·m?1)提高采收率/%4#微生物驅油營養體系0．0510．0635．2×10853．77．95#4#產出液添加營養0．0350．0414．3×10758．44．7

3 結 論

(1) 微生物驅產出液中營養濃度偏低，已不能滿足直接注入要求，需要添加營養后循環注入，提高采收率最高可達14.2%，具備較高的推廣應用價值。

(2) 產出液注入到原油藏和新油藏均具有一定的驅油效果，可根據現場工藝條件選擇產出液循環利用方式。建議利用現有地面污水處理系統或聯合站沉降罐擴大培養后回注到原油藏。

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Study of the methods for recycling produced fluid inmicroscopic oil displacement

Fu Ying1，2，Yu Li3，Xiu Jianlong3，Ma Shufen4, Yan Li5

1.UniversityofChineseAcademyofScience,Beijing,China; 2.InstituteofPorousFlow&FluidMechanics,UniversityofChineseAcademyofScience,Langfang,Hebei,China; 3.InstituteofPorousFlow&FluidMechanics,PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,LangfangHebei,China;4.AuthorityofUGSManagement,PetroChinaHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Henan,China;5.TheThirdOilProductionPlant,PetroChinaQinghaiOilfieldCompany,Haixi,Qinghai,China

In order to explore the feasibility of recycling on-site produced fluid in microscopic oil displacement in Xinjiang oilfield, based on the research of the composition and concentration of produced fluid, the method of physical simulation was used to research the oil displacement efficiency of four produced fluid injection methods: injecting produced fluid into the core without adding any nutrition, adding nutrition to produced fluid, adding nutrition to produced fluid and then cultivating it on the ground, and injecting produced fluid into a new core. Experimental results show that the nutrition concentration of produced fluid was just 10% of injecting fluid and can not meet the requirement of direct re-injection. Therefore, it needed adding nutrition to enhance oil recovery further. Comparing four produced fluid injection methods, it shows that the bacteria and metabolites of produced fluid can be recycled, and produced fluid injection method of adding nutrition to produced fluid and then cultivating it on the ground has the best oil displacement efficiency. The surface tension of produced fluid reduced from 71.6 mN/m to 58.9 mN/m, bacteria concentration was up to 2.1×108cfu /mL, and enhanced oil recovery was up to 14.2%. The research can reduce injection cost further and provide certain reference significance for recycling produced fluid in microscopic oil displacement.

microscopic oil displacement, recycling, oil displacement efficiency, enhanced oil recovery, injection cost

國家高新技術研究發展計劃(863)項目“中低溫油藏微生物定向激活與模擬技術研究”(2013AA064402)；中石油科學研究與技術開發項目“微生物驅油技術研究與應用”(2016B-1106)。

付穎(1990-)，女，四川德陽人，2013年獲西南石油大學學士學位，現為中科院滲流流體力學研究所碩士研究生，主要研究方向為微生物提高采收率。E-mail:mzfuying@126.com

TE357.9

B

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.04.014

2016-12-09；編輯：馮學軍