南梁延10 层低成本微生物驱油技术研究与应用

杨 剑，马 健，苏 琪，侯艳敏

（中国石油长庆油田分公司第一采油厂，陕西延安 716000）

南梁延10 油藏为构造-岩性油藏，底水发育，随着开发时间的延长，油藏含水逐年上升，近5 年含水上升率8.6%、综合递减7.3%，稳油控水难度大。为兼顾能量补充和控制含水，2017 年逐步对14 个井组实施不稳定注水，实施后第一年递减下降明显，由措施前18.8%下降到11.8%，含水稳定，但后期随着底水锥进，含水迅速上升、递减再次增大至18.9%，常规措施控水效果较差。

微生物驱油是目前应用较为广泛的一种提高原油采收率技术[1]，主要通过注水井井口或阀组注入微生物菌液与营养剂的混合液[2]。随着应用的进一步深入，急需探索一种低成本微生物驱油技术。而将微生物菌种固定在水处理系统中，通过投加营养液，即可实现微生物的自我繁殖、生长及代谢[3]。相对于以往的微生物驱油技术，其无需采购大量微生物菌液，不仅可以节省药品成本，还运行稳定，可实现大规模注入。

1 油藏基本情况

南梁延10 油藏为构造-岩性油藏，底水发育，属底水驱动。采用反七点面积井网[4]，平均原始地层压力8.54 MPa，平均油层厚度10.4 m，视孔隙度18.20%，视渗透率40.27×10-3μm2，视含油饱和度56.01%。共有采油井81 口，日产油水平92 t，平均单井产能1.2 t，综合含水68.1%。注水井23 口，日注水平320 m3，单井日注14 m3，月注采比1.04，累积注采比0.68。

该油藏采出水进入山七转，目前站内采出水处理主要通过微生物除油、除杂，设备为一体化橇装微生物驱扩培装置（见图1）。

图1 采出水一体化橇装微生物驱扩培装置流程示意图

2 低成本微生物驱油技术研究

2.1 驱油微生物菌种筛选及评价

2.1.1 油藏本源微生物菌种普查 利用微生物及其代谢产物的有益作用提高原油采收率[5]，首先必须了解油藏内源微生物种类，进行微生物菌种多样性分析。提取目标油藏油水样品进行菌种分离培养，对所有菌种进行分离鉴定，判定菌属亲缘关系、菌种进化程度、菌种分布主从关系[6]。

采集6 个样本，经过16SrRNA 测序、生物信息学分析认为南梁延10 层本源微生物种类丰富，共检测到了1 271 个不同种属本源微生物，以γ-变形菌纲占绝对优势，占90%以上，其中假单胞菌属、不动杆菌属为绝对优势菌属，它们通常被认定为提高原油采收率的有益菌属，为后续驱油功能菌的分离筛选奠定了基础。

2.1.2 驱油微生物菌种筛选 采用稀释分离法将油井采出水进行梯度稀释后，取菌液涂平板，将混杂的菌种在琼脂平板表面上分散，培养获得单菌落。挑单菌落至血平板，利用产生物表面活性剂的菌株具有溶血的特性、形成透明圈特性，初筛产表面活性剂的驱油菌株6 株。测试表面张力、排油圈、乳化性能测定表明，S001、S003、S004 这3 株菌产表面活性剂能力最强（见表1，图2，图3）。

图2 初筛6 株菌种排油圈测试图（从左至右分别是S001～S009）

图3 初筛6 株菌种对原油乳化能力（从左至右分别是S001～S009）

表1 初筛6 株菌种表面张力测试结果

同源性对比16SrRNA，确定S001 菌株是枯草芽孢杆菌、S003 号菌株是铜绿假单胞菌、S004 号菌株是解淀粉芽孢杆菌。

2.1.3 驱油微生物菌种性能评价 将筛选出3 株菌种不同比例混合，浓度3%加入采出水中，对比加入前后表面张力变化（见表2），可以看出S001：S003：S004=1:1:1 组合效果最佳。同样该比例岩心模拟驱油试验提高驱油效率也是最优。确定菌种体系为S001：S003：S004=1:1:1。

表2 不同混合菌株体系的表面张力及驱油能力

测试了驱油微生物表面张力、表面活性剂含量、pH 值，数据表明驱油微生物附着生长10 d，体系表面张力下降了56.2%，表面活性剂含量提升了32.3%，体系由弱碱性转变成弱酸性，表明驱油微生物代谢产生酸类，总体认为菌体代谢性能良好。

3 驱油微生物菌株营养体系优化

油藏微生物生存所需的营养物质主要包括碳源、氮源、磷源、无机盐。延10 油藏氮、磷元素极为缺乏，不能满足微生物的生长需求，因此需要补充氮、磷营养素。钠、钾、钙、镁等无机盐离子含量比较充足，不需要再向油藏补充这类无机盐（见表3）。

表3 南梁延10 油藏地层水离子组成

根据以往研究成果及查询资料，初步确定6 组营养体系，培养微生物后测菌种浓度、表面张力和驱油效率，数据表明配方3、配方6 效果较佳（见表4，表5）。

表5 加入营养体系后微生物菌种浓度、表面张力及驱油能力变化

考虑成本及效果（见表6，表7），将配方3、6 用量略微调整，推荐使用配方3-1、6-3。

表6 优化后的6 组营养体系配方

表7 营养体系优化后微生物菌种浓度、表面张力及驱油能力变化

4 低成本微生物驱油技术研究

要实现低成本微生物驱油技术，核心就是实现微生物菌种在地面繁殖、良好生长代谢[7]。为了确保微生物不随水流流失，需要将微生物固定在地面水处理系统中，通过给予一定环境条件，使其良好生长。

4.1 固定材料的选择

初步选择了4 种固定材料：纤维球填料、聚氨酯填料、软性填料（醛化纤轮）、悬浮球填料。试验发现微生物在悬浮球填料附着能力最差，几乎不能贴壁生长。在纤维球、聚氨酯填料附着能力一般，且较易脱附。在软性填料上的附着能力最好，形成稳定菌膜，最终选择软性填料为固定材料。

4.2 地面水处理系统工艺参数确定

在地面水处理系统中投加驱油微生物和营养剂，浓度10：1，水流静止，35℃连续气浮。初次试验每7 d补加1%营养液，后期优化每3～5 d 补加1%营养剂（见图4）。

图4 投加营养剂后驱油微生物生长结果（上：每7 d 一次，下：每3 d 一次）

对比驱油微生物菌液和地面水系统繁殖后的微生物菌液，开展了驱油试验，数据表明驱油微生物菌液可提高驱油效率12.37%，地面水系统繁殖微生物菌液提高10.66%，二者仅相差1.71%，认为驱油效果相似。

根据上述研究结果，驱油微生物自我繁殖工艺条件为：（1）投加体系：驱油微生物、营养液，浓度10:1；（2）生长环境：35℃连续气浮，水流静止；（3）营养液投加周期：3～5 d。

5 现场试验

5.1 方案设计

为了让驱油微生物更好的实现固定生长，首先设计了静水培养期，投入微生物菌种和营养剂，35℃连续气浮，实现菌种的快速繁殖。后期将水处理系统接入流程，继续投加一定时间的微生物和营养剂。在扩培出口端检测菌种浓度，明确微生物菌种正常生长后，后期只需投加营养剂（见表8）。

表8 现场注入方案参数设计

5.2 现场注入及效果

5.2.1 现场注入情况 9 月1 日扩培，一次性投加微生物13 t、营养剂2 t。6 日检测菌浓7.2×106个/毫升，8日补加营养剂1 t，9 日检测菌浓1.2×108个/毫升，接入流程。9 月11 日-23 日（第一段塞）每天投加微生物1.5 t。9 月24 日-10 月6 日（第二段塞）每3 d 投加营养剂1.5 t。

5.2.2 流体检测 从投加菌剂到12 月底，共计检测菌浓33 批次，其中20 批次浓度在106个/毫升，12 批次浓度在107个/毫升，1 批次浓度在108个/毫升。达到了菌浓要求（不低于106个/毫升）。

注入后，检测了对应油井产出液中总菌数，数据表明随着微生物持续注入，油井产出液菌种逐渐升高，可以检出到微量生物表面活性剂，油水表面张力略下降。原油黏度平均下降12%，胶质、沥青质含量略下降（见表9～表11）。数据表明，微生物的注入对地层流体产生了影响，降低了油的流动阻力，有利于驱油效果。

表9 油井产出液菌浓检测

5.2.3 措施效果 2020 年9 月开始注入，注入4 个月区域整体动态稳定，阶段递减由措施前-0.4%下降到目前-2.0%，含水上升率由措施前3.4%下降到-0.7%，日产油增加1 t，区域开发形势有所好转。目前有见效井8口，比例24%，单井日产油由1.27 t 上升至1.49 t，含水稳定。6 口井表现为含水稳定，液量上升，2 口表现为含水下降，液量稳定（见表12）。

表10 生物表面活性剂含量及表面张力检测结果

表11 油井产出液原油黏度、原油族组分检测结果

表12 微生物水驱见效井动态

典型井分析：午034-051 位于注入区域中部，受4口注水井影响，油藏连通情况较好，注入1 月后日产油由1.59 t 上升至1.91 t，判断为见效井。

6 结论与认识

（1）低成本微生物驱油技术的核心是将微生物菌种固定在水处理系统中，通过添加营养液，实现菌种正常生长繁殖。相对于以往的微生物驱油技术，无需采购大量微生物菌液，节省了大量药品成本。按照单井连续注入一年计算，原有的微生物驱费用132 万元，而低成本微生物驱油仅需11.7 万元。

（2）低成本微生物技术一般应用于注水站，相对于以往单井或阀组微生物驱可实现大规模集中注入，具有运行稳定、操作简易等优点。