提高稠油中微生物代谢活动的方法与在稠油开采中的应用

1.本发明属于石油开采技术领域，涉及一种提高稠油中微生物代谢活动的方法与其在稠油生物强化开采中的应用。


背景技术：

2.中国已探明的石油资源储量占世界资源的3.3％，其中稠油、沥青等非常规油气资源占总量的20％，稠油的开发已成为当前重要的石油工业的重要方向。稠油粘度对温度比较敏感，中国稠油的开采主要方式是蒸汽吞吐，依靠热传导降低稠油粘度，但稠油导热性较差，造成大部分能源浪费，且大部分油田已进入到开采末期，开采效率低。微波采油技术处于初级发展阶段，主要利用微波加热原理使稠油粘度降低，增加采收率，而目前微波技术应用的认识仍很有限，还有待深入开发。
3.微生物采油技术是三次采油过程中重要的方法之一。通常认为，油藏微生物的烃降解等活动多发生在油水过渡区(oil-water transition zone,owtz)，然而近年来有研究报道，沥青湖油样中的微水滴环境内存在活跃的微生物及其代谢活动，而针对油藏原油微水滴的微生物鲜有报道。通过外界刺激调控的方式，充分利用油藏原位稠油微水滴环境中微生物及其代谢活动，对于强化稠油开采具有创新性及重要应用价值。目前，未有研究报道利用微波的非热效应结合油藏原位稠油微水滴中微生物代谢活动的方法来提高稠油采收率。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是提供一种稠油生物强化开采的方法，通过将营养液、采油菌及生物表面活性剂按比例配制成混合液，采用微波激励方式将混合液注入油藏原位稠油中形成微水滴，促进微水滴环境中微生物代谢活动，进而提高稠油采收率。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，包括：将营养液、采油菌液及生物表面活性剂加入至稠油中，并振荡激励，以提高稠油中微生物代谢活动。
7.进一步地，所述的营养液包括以下组分及浓度：
8.kh2po
4 0.3～0.4g/l；na2hpo
4 0.35～0.42g/l；蔗糖16～23g/l；nano
3 20～28g/l；mgso4·
7h2o 0.1～0.2g/l；feso4·
7h2o 0.002～0.01g/l；cacl
2 0.002～0.02g/l。
9.进一步地，所述的营养液包括以下组分及浓度：
10.kh2po
4 0.33g/l；na2hpo
4 0.39g/l；蔗糖20g/l；nano
3 25g/l；mgso4·
7h2o0.15g/l；feso4·
7h2o 0.006g/l；cacl
2 0.007g/l。
11.进一步地，所述的采油菌液为枯草芽孢杆菌液，微生物浓度od
600nm
＝0.3。
12.进一步地，所述的生物表面活性剂为鼠李糖脂，纯度为80～90％。
13.进一步地，所述的营养液、采油菌液及生物表面活性剂的体积比为(75～85):(15～25):(0.05～0.15)。
14.进一步地，所述的营养液、采油菌液及生物表面活性剂所组成的混合液，与稠油的体积比为1:(1～2)。
15.进一步地，所述的混合液与稠油混合前，调节混合液ph至7.0～7.2。
16.进一步地，所述的振荡激励过程中，振荡功率12.87～54.95kw，振荡频率为1.33hz～6.67hz，振荡时间为1.5～2.5h/天，振荡天数为10～30天。
17.一种提高稠油中微生物代谢活动的方法的应用，包括将所述的方法用于稠油生物开采。
18.进一步地，所述的振荡激励通过微波技术实现。
19.本发明可以改变油层中微水滴环境，刺激微生物活动，改变稠油性质；同时，能量激励方式安全简单易获得，现场可采用微波技术作业，且能够根据油藏情况灵活调整工艺流程；可根据生长情况适时补充营养液、采油菌来保持采油效能，提高稠油采收率。
20.与现有技术相比，本发明具有以下特点：
21.1)本发明提供一种稠油生物强化开采的方法，创新性地将营养液、采油菌液及生物表面活性剂按比例配制成混合液，采用微波激励方式将混合液注入油藏原位稠油中形成微水滴，以此调控稠油内微水滴环境中微生物代谢，改变稠油物理化学性质，进而提高采收率。原油内微水滴环境中可能存在着能够进行烃降解等活动的微生物，那么向微生物提供更多的微水滴生存环境与生长所需的营养物质，则有利于刺激微生物生长代谢，并有助于利用原油内微水滴环境中微生物及其代谢产物来提高能源采收率；
22.2)本发明中营养液配置的原料价廉易获得，低成本的营养液可适用于很多枯竭、低渗透、原油粘度大、流动性差的油藏，利于提高能源采收率且安全绿色环保。所用的采油菌为兼性厌氧菌，存活率高且可以产生物表面活性剂、气体等代谢产物。所用的生物表面活性剂鼠李糖脂乳化性较好，易于形成稳定的乳状液，进而向原油内输送更多的营养液与采油菌，改变原油内微水滴环境；
23.3)本发明中稠油微生物强化采油效果通过激励后稠油中微水滴含量变化推测稠油微水滴环境的改变对微生物活动的影响；通过微生物代谢产物含量与群落变化说明混合液注入稠油后影响微生物的生长，其代谢活动将改变稠油的性质；通过油样粘度的变化，说明在微波激励与稠油中微生物活动作用下能够提高稠油采收率，强化稠油开采；
24.4)本发明采用微波技术可以根据不同的油藏情况灵活调整工作参数，达到最大激励效果。过程中可根据生长情况适时营养液、采油菌来保持采油效能，运用微生物与物理方式强化稠油开采。这种方法促进原油内微生物生长效果明显且激励培养时间短，应用现场微波技术作业，工艺流程简单安全且可灵活调整，有助于增加能源产量，降低成本提高经济效益。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
26.一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，包括：将营养液、采油菌液及生物表面活性剂以体积比(75～85):(15～25):(0.05～0.15)配制成混合液，调节混合液ph至7.0～7.2，再加入至稠油中，混合液与稠油的体积比为1:(1～2)，微波振荡激励，将混合液注入油藏原位稠油中形成微水滴，促进微水滴环境中微生物代谢活动，进而提高稠油采收率。
27.其中，营养液包括以下组分及浓度：
28.kh2po
4 0.3～0.4g/l；na2hpo
4 0.35～0.42g/l；蔗糖16～23g/l；nano
3 20～28g/l；mgso4·
7h2o 0.1～0.2g/l；feso4·
7h2o 0.002～0.01g/l；cacl
2 0.002～0.02g/l；
29.优选地包括以下组分及浓度：
30.kh2po
4 0.33g/l；na2hpo
4 0.39g/l；蔗糖20g/l；nano
3 25g/l；mgso4·
7h2o0.15g/l；feso4·
7h2o 0.006g/l；cacl
2 0.007g/l。
31.采油菌液为枯草芽孢杆菌液，菌浓od
600nm
＝0.3，代谢产物为生物表面活性剂、气体、有机酸等；生物表面活性剂为鼠李糖脂，纯度为80％～90％。
32.混合液注入方式为微波技术，根据效果要求与原油日产量，微波工作参数为：振荡功率12.87～54.95kw，振荡频率为1.33hz-6.67hz，振荡时间为1.5～2.5h/天，振荡天数为10～30天。
33.在一些具体的实施例中，营养液、采油菌液、生物表面活性剂的体积比为79.9:20:0.1。
34.基于微波技术利用非热效应引起地层流体强烈的共振，与可调频振动仪作用机理的相似性，可将该方法拓展至现场采用微波技术作业，即通过微波技术实现振荡激励。以下实施例中若非特别指出，均在50℃下进行。
35.一种提高稠油中微生物代谢活动的方法的应用，包括将该方法用于稠油生物开采。优选地，振荡激励通过微波技术实现。
36.以下实施例以本发明上述技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
37.以下实施例中，稠油生物强化开采方法效果评价包括：
38.统计油相含水量：取油样40ml，卡尔
·
费休水分测定法检测油样中含水量；
39.统计微水滴分布：每组5个平行样，每个平行样取油样0.04g，优选100μm厚度的硅胶垫片贴于一个玻璃片边缘，再用另一个玻璃片盖上，挤压使油样充分接触2个玻璃片，进行拍照，image j软件进行图像处理(参考:牟伯中；刘一凡；周蕾；杨世忠；王巧慧,一种稠油中微水滴分布的分析方法,申请号cn202210773294)；
40.检测气体和小分子酸含量：在激励22天后，采用气相色谱仪检测co2浓度；激励前后取油样30ml离心5min，转速8000rpm/min，保留下层水相，采用离子色谱检测小分子酸含量，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸；
41.微生物群落组成：取激励前后的油样50ml离心5min，转速8000rpm/min，保留下层水相，提dna进行16s rrna高通量测序；
42.油粘度的变化：取激励前后油样1-1.5ml，采用流变仪进行油样粘度检测，温度设为50℃。
43.实施例1与实施例2中的稠油取自大庆油田未注水开发a油井，井深1253m，温度45～55℃，原油粘度94mpa
·
s(50℃)。实施例3与实施例4中的稠油取自大庆油田未注水开发b油井，井深1088m，温度45～50℃，原油粘度67mpa
·
s(50℃)。
44.采油菌液为枯草芽孢杆菌液，菌浓od
600nm
＝0.3；生物表面活性剂为鼠李糖脂纯度为80％～90％。
45.可调频振动仪为拓普森科学仪器有限公司tmm-5l型振动仪。
46.实施例1：
47.一种稠油生物强化开采的方法，包括以下步骤：
48.(1)营养液组成包括(g/l)：kh2po4，0.33；na2hpo4，0.39；蔗糖，20；nano3，25；mgso4·
7h2o，0.15；feso4·
7h2o，0.006；cacl2，0.007。
49.(2)将营养液、采油菌液、生物表面活性剂按体积比79.9：20：0.1的比例制成混合液，10％nahco3溶液调ph＝7.0。
50.(3)将混合液或无菌超纯水与稠油以体积用量比1:1混合，采用可调频振动仪对混合液提供振荡激励，工作参数范围为功率12.87kw、频率6hz、激励时长2h/天、温度变化≤5℃，激励22天。将混合液激励至稠油中形成水滴，调控微水滴环境内微生物的代谢活动。
51.同时做对照组c1，采用无菌超纯水替代混合液，并辅以振荡激励；对照组c2，加入混合液且无激励作用。
52.(4)稠油采收效果评价：
53.对照组c1油样含水量为6.3％，对照组c2油样含水量为4.7％，而加入混合液的油样(实验组：营养液、采油菌液、表面活性剂+振荡激励)中含水量为76％；对照组c1水滴数量13～60个/0.04g，直径7.744～1009.78μm，大部分在50μm(118个)，水滴体积2.433
×
10-10
～5.388
×
10-4
ml，对照组c2水滴数量13～31个/0.04g，直径7.74～953.98μm，大部分在50μm(61个)，水滴2.433
×
10-10
～4.544
×
10-4
ml，而实验组水滴数量50～81个/0.04g，直径7.67～1040.72μm，大部分在50μm(202个)，水滴体积2.364
×
10-10
～5.899
×
10-4
ml。说明营养液、采油菌及表面活性剂的添加与振动激励作用能够增加稠油含水量，有利于形成更多的微水滴，改变稠油微水滴环境。
54.实验组油样中激励22天后co2浓度为0.21mmol/l，小分子酸含量变化明显(甲酸3.3mg/l、乙酸95.2mg/l、丙酸1.0mg/l、丁酸0.7mg/l)且当中有益采油菌变为优势菌(细菌tepidiphilus相对丰度74.9％、bacillales相对丰度22.2％；古菌methanothermobacter相对丰度77％)，而对照组c1/c2的co2浓度分别为(0.01mmol/l)/(《0.01mmol/l)、小分子酸含量无明显变化(甲酸0.4mg/l、乙酸0.5mg/l、丙酸《0.04mg/l、丁酸《0.01mg/l)/(甲酸0.2mg/l、乙酸0.4mg/l、丙酸10.2mg/l、丁酸0.45mg/l)，说明稠油中微水滴环境的改变，促进微生物的代谢活动，将影响原油性质。
55.50℃下，原稠油粘度94mpa
·
s，加入实验组油样粘度74.5mpa
·
s，降低21％。说明在振荡激励作用与稠油内微水滴中微生物活动作用下，能够使稠油粘度降低，增加稠油流动性，进而提高采油率。
56.根据上述试验结果，可预见性的拓展至现场开采使用微波技术在一定的工作参数范围内(功率12.87kw、频率6hz、激励时长2h/天、温度变化≤5℃，激励22天。)将混合液(ph＝7)激励至油藏原位稠油中形成微水滴，改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。
57.实施例2：
58.一种稠油生物强化开采的方法，与实施例1相比，区别仅在于步骤(2)(3)中的个别条件，其余同实施例1。
59.(2)将营养液、采油菌液、生物表面活性剂按体积比79.9：20：0.1的比例制成混合溶液，10％nahco3溶液调ph＝7.2。
60.(3)可调频振动仪的工作参数范围为功率54.95kw、频率6hz、激励时长2h/天、油藏温度变化≤5℃，激励22天。将水相激励至原油中形成水滴，调控微水滴环境内微生物的代谢活动。
61.同时做对照组c1，采用无菌超纯水替代营养液，并辅以振荡激励；对照组c2，加入营养液且无激励作用。
62.结果显示，对照组c1油样含水量为16％，对照组c2油样含水量为4.7％，而实验组的油样中含水量为77％；对照组c1水滴数量17～58个/0.04g，直径7.632～1008.451μm，大部分在50μm(94个)，水滴体积2.326
×
10-10
～5.367
×
10-4
ml，对照组c2水滴数量9～33个/0.04g，直径7.71～954.18μm，大部分在50μm(64个)，水滴体积2.392
×
10-10
～4.546
×
10-4
ml，而实验组水滴数量46～85个/0.04g，直径7.6～1043.02μm，大部分在50μm(212个)，水滴体积2.197
×
10-10
～5.938
×
10-4
ml。说明营养液、采油菌及表面活性剂的添加与振动激励作用能够增加稠油含水量，有利于形成更多的微水滴，改变稠油微水滴环境。
63.实验组油样中激励22天后co2浓度为1.23mmol/l，小分子酸含量变化明显(甲酸3.3mg/l、乙酸96mg/l、丙酸1.0mg/l、丁酸0.7mg/l)，油层水中有益采油菌变为优势菌(细菌tepidiphilus相对丰度67.2％、bacillales相对丰度28.6％；古菌methanothermobacter相对丰度79％)，而对照组c1/c2的co2浓度分别为(0.015mmol/l)/(《0.01mmol/l)、小分子酸含量无明显变化(甲酸0.2mg/l、乙酸0.2mg/l、丙酸0.6mg/l、丁酸0.1mg/l)/(甲酸2.8mg/l、乙酸0.3mg/l、丙酸1.9mg/l、丁酸0.3mg/l)，说明稠油中微水滴环境的改变，促进微生物的代谢活动，将影响稠油性质。
64.50℃下，原稠油粘度94mpa
·
s，加入实验组油样粘度75.2mpa
·
s，降低20％。说明在振荡激励与微生物活动作用下，能够使稠油粘度降低，增加稠油流动性，进而提高采油率。
65.根据上述试验结果，可预见性的拓展至现场开采使用微波技术在一定的工作参数范围内(功率54.95kw、频率6hz、激励时长2h/天、温度变化≤5℃，激励22天)将混合液(ph＝7.2)激励至油藏原位稠油中形成微水滴，改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。
66.实施例3：
67.一种稠油生物强化开采的方法，与实施例1相比区别仅在于：所用稠油不同。同时做对照组c1，采用无菌超纯水替代营养液，并辅以振荡激励；对照组c2，加入营养液且无激励作用。
68.其余同实施例1。
69.结果显示，c1组含水量13％，c2组含水量10.2％，加入混合液的油样中含水量为25％；对照组c1水滴数量194～767个/0.04g，直径7.67～531.69μm，大部分在25μm(1735个)，水滴体积2.364
×
10-10
～7.866
×
10-5
ml，对照组c2水滴数量23～78个/0.04g，直径7.67～659.14μm，大部分在25μm(104个)，水滴体积2.364
×
10-10
～1.499
×
10-4
ml，而实验组水滴数量31～2404个/0.04g，直径7.67～944.06μm，大部分在25μm(4865个)，水滴体积2.364
×
10-10
～4.403
×
10-4
ml。说明营养液、采油菌及表面活性剂的添加与振动激励作用能够增加稠油含水量，有利于形成更多的微水滴，改变稠油微水滴环境。
70.实验组油样中co2浓度为0.55mmol/l，小分子酸含量变化明显(甲酸2.5mg/l、乙酸
104mg/l、丙酸0.5mg/l、丁酸0.3mg/l)，且当中有益采油菌变为优势菌(细菌tepidiphilus相对丰度93％；古菌methanococcus相对丰度38％)，而对照组c1/c2的co2浓度分别为(0.1mmol/l)/(《0.01mmol/l)、小分子酸含量无明显变化(甲酸0.2mg/l、乙酸0.6mg/l、丙酸《0.04mg/l、丁酸《0.01mg/l)/(甲酸0.03mg/l、乙酸13.9mg/l、丙酸0.3mg/l、丁酸0.2mg/l)，说明稠油中微水滴环境的改变，促进微生物的代谢活动，将影响稠油性质。
71.50℃下，原稠油粘度67mpa
·
s，加入实验组油样粘度58.6mpa
·
s，降低12.5％。说明在振荡激励与微生物活动作用下，能够使稠油粘度降低，增加稠油流动性，进而提高采油率。
72.根据上述试验结果，可预见性的拓展至现场开采使用微波技术在一定的工作参数范围内(功率12.87kw、频率6hz、激励时长2h/天、温度变化≤5℃，激励22天)将混合液(ph＝7.0)激励至油藏原位稠油中形成微水滴，改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。
73.实施例4：
74.一种稠油生物强化开采的方法，与实施例3相比，区别仅在于：将营养液、采油菌液、生物表面活性剂按体积比79.9：20：0.1的比例制成混合溶液，10％nahco3溶液调ph＝7.2；
75.可调频振动仪的工作参数范围为为功率54.95kw、频率6hz、激励时长2h/天、油藏温度变化≤5℃，激励22天。将水相激励至原油中形成水滴，调控微水滴环境内微生物的代谢活动；
76.同时做对照组c1，采用无菌超纯水替代营养液，并辅以振荡激励；对照组c2，加入营养液且无激励作用。
77.其余同实施例3。
78.结果显示，对照组c1含水量13.4％，对照组c2含水量10.2％，加入混合液的油样中含水量为27％；对照组c1水滴数量186～797个/0.04g，直径7.66～531.89μm，大部分在25μm(1756个)，水滴体积2.352
×
10-10
～7.874
×
10-5
ml，对照组c2水滴数量25～82个/0.04g，直径7.71～659.74μm，大部分在25μm(109个)，水滴体积2.398
×
10-10
～1.502
×
10-4
ml，而实验组水滴数量46～2408个/0.04g，直径7.73～944.26μm，大部分在25μm(4871个)，水滴体积2.417
×
10-10
～4.406
×
10-4
ml。说明营养液、采油菌及表面活性剂的添加与振动激励作用能够增加稠油含水量，有利于形成更多的微水滴，改变稠油微水滴环境。
79.实验组油样中co2浓度为0.78mmol/l，油层水中小分子酸含量变化明显(甲酸3.0mg/l、乙酸114mg/l、丙酸0.8mg/l、丁酸0.3mg/l)，油层水中有益采油菌变为优势菌(细菌tepidiphilus相对丰度88％；古菌methanococcus相对丰度41％)，而对照组c1/c2的co2浓度分别为(0.12mmol/l)/(《0.01mmol/l)、小分子酸含量无明显变化(甲酸0.2mg/l、乙酸0.4mg/l、丙酸10.2mg/l、丁酸0.4mg/l)/(甲酸0.03mg/l、乙酸11.4mg/l、丙酸0.3mg/l、丁酸0.3mg/l)，说明稠油中微水滴环境的改变，促进微生物的代谢活动，将影响稠油性质。
80.50℃下，原稠油粘度67mpa
·
s，加入实验组油样粘度59mpa
·
s，降低11.9％。说明在振荡激励与微生物活动作用下，能够使稠油粘度降低，增加稠油流动性，进而提高采油率。
81.根据上述试验结果，可预见性的拓展至现场开采使用微波技术在一定的工作参数
范围内(功率54.95kw、频率6hz、激励时长2h/天、温度变化≤5℃，激励22天)将混合液(ph＝7.2)激励至油藏原位稠油中形成微水滴，改变稠油内微水滴环境，调控原位稠油微水滴中微生物的代谢活动，进而提高稠油采收率。
82.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，包括：将营养液、采油菌液及生物表面活性剂加入至稠油中，并振荡激励，以提高稠油中微生物代谢活动。2.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的营养液包括以下组分及浓度：kh2po
4 0.3～0.4g/l；na2hpo
4 0.35～0.42g/l；蔗糖16～23g/l；nano
3 20～28g/l；mgso4·
7h2o 0.1～0.2g/l；feso4·
7h2o 0.002～0.01g/l；cacl
2 0.002～0.02g/l。3.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的采油菌液为枯草芽孢杆菌液，微生物浓度od
600nm
＝0.3。4.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的生物表面活性剂为鼠李糖脂。5.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的营养液、采油菌液及生物表面活性剂的体积比为(75～85):(15～25):(0.05～0.15)。6.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的营养液、采油菌液及生物表面活性剂所组成的混合液，与稠油的体积比为1:(1～2)。7.根据权利要求6所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的混合液与稠油混合前，调节混合液ph至7.0～7.2。8.根据权利要求1所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法，其特征在于，所述的振荡激励过程中，振荡功率12.87～54.95kw，振荡频率为1.33hz～6.67hz，振荡时间为1.5～2.5h/天，振荡天数为10～30天。9.如权利要求1至8任一项所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法的应用，其特征在于，所述的方法用于稠油生物开采。10.根据权利要求9所述的一种提高稠油中微生物代谢活动的方法的应用，其特征在于，所述的振荡激励通过微波技术实现。

技术总结
本发明涉及提高稠油中微生物代谢活动的方法与在稠油开采中的应用，提高稠油中微生物代谢活动的方法，包括：将营养液、采油菌液及生物表面活性剂加入至稠油中，并振荡激励，以提高稠油中微生物代谢活动。因此，该方法可用于稠油的生物开采。与现有技术相比，本发明通过将营养液、采油菌及生物表面活性剂按比例配制成混合液，采用微波激励方式将混合液注入油藏原位稠油中形成微水滴，促进微水滴环境中微生物代谢活动，进而提高稠油采收率。进而提高稠油采收率。


技术研发人员：牟伯中 刘一凡 周蕾 杨世忠 蒋雪莲
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/28