石油与天然气化工  2012, Vol. 41 Issue (4): 411-414
沾3区块内源微生物激活及现场试验
刘涛1 , 曹功泽1 , 巴燕1 , 潘洪哲2 , 刘岩2     
1. 中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院;
2. 中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室
收稿日期：2011-12-22
基金项目：国家自然科学基金“油藏环境中采油功能微生物群落选择性激活条件研究”(50604013)
作者简介：刘涛(1983-)，男，2010年毕业于中国海洋大学获硕士学位，现主要从事微生物采油方面的研究。E-mail: greensky1123@163.com.
摘要：分子生物学技术在石油微生物研究过程中凸显了其重要作用。利用物理模拟的手段在高温高压条件下模拟了胜利油田沾3区块的地层条件，并利用分子生物学的方法考察了不同激活剂对内源微生物的激活效果。实验以区块的注入水和产出水为激活对象，以葡萄糖、淀粉、玉米浆干粉、蔗糖作为激活碳源，以微生物激活的可行性作为目标，进行了微生物的激活优化。结果表明，微生物种群在激活以后发生了明显变化，其中葡萄糖为碳源激活效果尤为突出。另外现场单井吞吐试验表明，激活剂注入后含水下降明显，其中沾3-26井含水下降5%，原油日产由3.4 t提高到10.4 t，产生了明显的驱油效果。
关键词：内源微生物    激活剂    梯度凝胶变性电泳    单井吞吐    
Activation of the indigenous microorganism and field test in Zhan 3 block
Liu Tao , Cao Gongze , Ba Yan , et al     
Research Institute of Oil Production Technology, Shengli Oilfield Company, Sinopec, Dongying 257000, Shandong, China
Abstract: The molecular biotechnology showed an important role in the petroleum microorganisms studying. The formation conditions of Zhan 3 block in Shengli oilfield were simulated by physical methods at high temperature and high pressure, and the activating effect of different nutrients on indigenous microorganisms was investigated by molecular biotechnology(DGGE). The results showed that the microbial population was changed obviously in the injected water and produced water when using the glucose, starch solution, corn steep liquor, cane sugar as the carbon source. In addition, based on the effect and the practicability, the glucose was better than other activating nutrients. In the experiment of single well huff and puff, the water was decreased obviously. Especially for Zhan 3-26 well, the water was decreased by 5%, the crude oil output was increased from 3.4 t to 10.4 t per day, and the effect of the microbial enhanced oil recovery (MEOR) was obvious.
Key words: indigenous microorganisms    activating nutrients    DGGE    single well huff and puff    

近年来，以分析16SrDNA为主的分子指纹技术的发展为极端环境中不可培养微生物的研究提供了一种新的手段[1]。当前国内外对于油藏中微生物群落结构，不同群落的多样性研究较多[2-3]，但是对利用物理模拟的手段在油藏高温高压环境下不同激活剂激活油藏中微生物的研究较少[4-6]。基于此，本实验采用PCR-DGGE技术，利用物理模拟手段模拟油藏条件，并考察了不同激活剂激活微生物群落后DGGE条带的变化，同时对沾3区块内源微生物激活的可行性条件进行了优化。并依据室内研究的结果进行了现场的单井吞吐试验，结果表明激活剂注入后油井产量有较大提升，含水明显下降，这同时也为现场的大规模应用提供了一定的参考和依据。

1 油藏状况
1.1 油藏基本参数

胜利油田沾3区块含油面积1.5km2，地质储量282×104t，目前采出程度13%，综合含水92%，亟需开发新的提高采收率技术。该区块油藏的具体参数见表 1。

表 1    沾3区块油藏基础数据

根据上述数据, 并参照美国国家石油和能源研究所提出的微生物驱油油藏筛选标准[7], 认为该区块适于实施微生物驱油技术。

1.2 油藏井网分布

实验选取了注水井，沾3-X24井、沾3-14井和沾3-15井的水样作为激活样品。同时根据图 1所示，所选区的样品分布在油水井的均衡位置，能够反映试验区的基本情况，样品具有代表性。

图 1     沾三区块井网分布图

2 实验材料与方法
2.1 样品的采集与分析

样品取回后，在实验室用滤纸过滤以除去悬浮物等杂质，然后进行化学分析。结果见表 2。

表 2    沾3块地层水样化学分析结果      mg·L－1

结果表明，水样所含的各种离子有较高浓度，所以在培养基中不再加入上述无机离子，以免影响水的离子强度，对微生物生长不利[8]。

2.2 样品的激活培养方法

将实验样品放入300mL的锥形瓶中，同时将激活剂按照实验设计加入，并置于耐压容器中，用氮气加压到地层原始压力10MPa，然后放在54℃恒温箱内进行培养。实验设计见表 3。

表 3    激活剂激活实验设计

2.3 DNA的提取

待激活培养结束后, 提取每个样品中微生物的DNA，提取DNA的方法有很多种[9-10]，本实验使用DNA标准试剂盒进行提取。

2.4 16SrDNA的PCR扩增

实验对DNA序列中的16SrDNA可变区V3片段进行扩增，其中PCR扩增仪为美国Bio-rad公司生产的PTC220型。PCR扩增反应体系为25μL体积，体系中所用的反应物见表 4。

表 4    PCR扩增反应体系

2.5 DGGE分析

DGGE每个条带可能代表一个不同的微生物物种，故DGGE带谱中包含的条带数量，就能反映出该环境中微生物群落的数量，而且从DGGE带谱中还可得出样品中微生物群落的多少，通过条带分析可以鉴定微生物的种属[11-12]，从而为优化激活剂配方，激活油藏中对驱油有利的微生物提供依据。

2.6 现场单井吞吐

试验选择了沾3-25、沾3-26和沾3-X24三口井进行，激活剂注入后关井一周。一周后正常开井生产，检测激活剂的激活效果，并跟踪油井的生产动态。油井生产情况见表 5。

表 5    试验区油井生产情况

3 结果与讨论
3.1 样品中总DNA的提取

实验过程中微生物是在激活剂激活的条件下作为一个微生物群落生长的，因此得到具有代表性的样品的DNA才能进一步进行后续的分析[14-16]。本实验考察了不同激活剂激活以后微生物的生长，并提取了激活后微生物的DNA，结果见图 2。

图 2     DNA电泳结果

从图 2可看出, 每个样品对应都有亮带，这表明实验激活以后能够获得微生物的DNA，同时从图中看出样品条带亮度有所不同，这可能和菌体的数量及菌体裂解的程度有关，但这不会影响实验的结果。最终实验表明, 已经获得样品中微生物较长片断的DNA。

3.2 16SrDNA扩增反应结果

实验得到样品总DNA以后，用特异性引物对每个样品的V3基因组片段进行了扩增，从而得到了200bp的DNA片段。图 3是V3片段电泳图。

图 3     16S rDNA中V3可变区电泳结果

在图 3中，每个样品的条带非常明显，这说明在扩增16SrDNA以后得到了200bp的目标DNA片段。这为下一步进行DGGE分析提供了保障[17]。

3.3 DGGE分析结果

DGGE即变性梯度凝胶电泳，此技术是基于双链DNA在变性剂(如尿素或甲酰胺)浓度或温度梯度增高的凝胶中电泳，随变性剂浓度或温度升高，由于DNA熔解温度不同，DNA的某些区域解链，降低其电泳泳动性，导致迁移率下降。从而能够把同样长度但序列不同的DNA片段区分开来，以达到对微生物分析鉴定的目的[18-20]。图 4是微生物的DGGE条带图谱。

图 4     DGGE电泳图

从图 4可看出，不同的激活剂激活以后，样品中微生物能够被大量激活。但是从不同的泳道中亮带的多少可见，4种不同的激活剂激活以后还是有较大的区别。以葡萄糖为激活剂激活以后，与其他激活剂相比，样品中条带数量较多，这说明微生物被有效激活；而用玉米浆干粉做激活剂时，微生物种类的数量则相对于其他的激活剂少一些；但从淀粉激活后的条带数量得出，淀粉作为激活剂激活以后微生物数量也较丰富；用蔗糖做激活剂时，与葡萄糖相比微生物明显偏低。从总体DGGE结果分析得出，微生物种群数量还是很丰富的，尤其以葡萄糖为碳源激活后最明显，这同时也体现了激活的可行性。

3.4 现场试验结果

开井生产后，沾3-26井产量有明显改善，在生产参数不变的情况下，开井后日产液由试验前的55t提高到84t，日产油由3.4t提高到10.4t，含水率由试验前93%下降到88%，具体见图 5。同时生物检测表明，沾3-26和沾3-X24两口井的菌浓度均比试验前有大幅度提高，具体见图 6。不同之处在于沾3-26井厌氧发酵菌浓度上升幅度非常大，而沾3-X24井好氧菌浓度的上升幅度较大。沾3-25井菌浓度没有大幅度提高，仅好氧菌总数和硫酸盐还原菌浓度提高了两个数量级。

图 5     沾3-26井生产动态分析

图 6     微生物DGGE检测结果

4 结论

(1) 通过对沾3区块的分析，确定此油藏条件适宜，内源微生物丰富，适合开展微生物驱油实验。

(2) 利用不同的激活剂将区块注入水和产出水中微生物进行了激活，并利用DGGE分析的手段，进行了不同微生物基因片段的分析。结果表明，激活剂能够激活微生物生长繁殖，且激活剂的改变对不同微生物的生长能起到积极的促进作用。

(3) 单井吞吐试验表明, 激活剂注入后微生物被有效激活，菌浓度比试验前有较大幅度上升。同时试验产生了一定的驱油效果，单井日产油由原来的3.4t上升到10.4t，含水降低5%。

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