專利名稱：一種確定油藏微生物耗氧量和耗氧速率的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用高溫高壓培養(yǎng)和氣相色譜分析確定微生物在油藏環(huán) 境中耗氧量和耗氧速率的方法。
背景技術：
微生物驅油就是一種具有低成本、環(huán)境友好、施工方便等特點的提高采 收率技術。本源微生物驅油技術就是通過向油藏注入營養(yǎng)物，以剌激油藏內(nèi) 本身存在的微生物的生長與代謝，它們的代謝產(chǎn)物和菌體就與地層巖石、油 和水發(fā)生復雜的物理、化學和生物反應，從而改變巖石、油和水的某些物理 化學性質，最終改善原油流動性能以提高原油采收率。油藏環(huán)境中，根據(jù)微 生物對氧氣的需求不同，可以分為好氧微生物和厭氧微生物，它們共同組成 油藏環(huán)境中的微生物生態(tài)系統(tǒng)。研究表明，好氧微生物在繁殖與代謝速度上 比厭氧微生物有明顯的優(yōu)勢，而且許多生物表面活性劑和生物多糖都是由好 氧微生物產(chǎn)生的，因此對于微生物驅油技術的發(fā)展，油藏環(huán)境中的好氧微生 物要比厭氧微生物有更大的驅油潛力。
正是由于油藏好氧微生物具有更大的驅油潛力，近年來在傳統(tǒng)的本源微 生物驅油基礎上發(fā)展了好氧微生物驅油技術，也稱為空氣輔助微生物驅油。 空氣輔助微生物驅油技術不僅要向油藏注入營養(yǎng)激活劑，同時也要補充氧氣 (向油藏注入空氣)，這樣就可以大大提高油藏好氧微生物活性，另外注入空 氣中的氧氣消耗后，剩余的氮氣的存在可以強化好氧微生物代謝產(chǎn)物與原油 的作用。這種利用好氧微生物作用、厭氧微生物作用以及氣體這三類作用(或 協(xié)同作用)的驅油技術要比傳統(tǒng)的本源微生物驅油(主要是厭氧微生物作用)能更大程度的發(fā)揮油藏微生物驅油潛力。
由于對于營養(yǎng)劑量與氧氣消耗量之間關系沒有準確的方法去確定，現(xiàn)場 的注入方案設計中氧氣(空氣)注入量的設計一直缺乏理論依據(jù)。目前的現(xiàn)
場施工中，單井每年施工約6次，每次注入空氣約3000 6000m3 (標準條件)， 這些工藝參數(shù)主要根據(jù)經(jīng)驗來確定，并沒有理論依據(jù)。目前并沒有可靠的實 驗方法確定空氣注入?yún)?shù)是影響現(xiàn)場本源微生物驅油效果的一個重要要因 素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提出一種使用高溫、高壓培養(yǎng)和氣相色譜對氧氣的消 耗進行定量的方法，為油藏微生物在不同條件下對氧氣的消耗需求量及消耗 速率確定、代謝過程中生物氣組成的變化、現(xiàn)場注氣量的確定及營養(yǎng)體系優(yōu) 化等方面的研究提供方法基礎的確定油藏微生物耗氧量和耗氧速率的方法。
本發(fā)明的方法是通過一個實驗裝置實現(xiàn)的，實驗裝置由培養(yǎng)容器、恒溫箱、 壓力表、氣體流量控制儀、高壓氣瓶、培養(yǎng)液容器、驅替泵、取樣器和氣相 色譜分析儀組成；密閉的不銹鋼材質的培養(yǎng)容器置于恒溫箱中，高壓氣瓶通 過氣體流量控制儀與培養(yǎng)容器連通，培養(yǎng)液容器下部與驅替泵連接，上部與 培養(yǎng)容器連通，氣體取樣器一端與培養(yǎng)容器連通，另一端連接氣相色譜分析 儀，液體取樣器與培養(yǎng)容器的液體取樣口連通，壓力表位于培養(yǎng)容器上。
本發(fā)明的方法包括如下步驟
(1)按重量比將含有營養(yǎng)組分為0.5 5%的油井采出水或注入水通過驅替 泵注入不銹鋼材質、容積為100 500ml的培養(yǎng)容器；(2)通過氣體流量控制 儀將氣瓶中的氧氣或空氣注入培養(yǎng)容器，氣量為水樣體積1 5倍；(3)將培 養(yǎng)容器置于模擬油藏溫度45 80。C和壓力10 20MPa的恒溫箱中進行5-30 天培養(yǎng)；(4)培養(yǎng)結束后，取水樣進行菌群密度計數(shù)分析和群落結構分析；(5) 取氣樣進行氣相色譜分析，結合菌群計數(shù)分析結果，推算氧氣的消耗量。
4步驟(4)中培養(yǎng)液理化性質分析項目包括表面張力、揮發(fā)性脂肪酸含
步驟(5)中氣樣中各種氣體組分分析通過氣相色譜確定，結果用每種組 分所占體積百分比表示，所分析的氣體種類包括氧氣、氮氣、甲烷、乙烷、 丙垸、二氧化碳；
步驟(5)中菌群計數(shù)采用細菌瓶稀釋法，分析的菌群包括烴類氧化菌、 腐生菌、發(fā)酵菌、硫酸鹽還原菌、硝酸鹽還原菌、鐵細菌及產(chǎn)甲烷菌，細菌 培養(yǎng)是在所模擬油藏環(huán)境的溫度下進行；
最終微生物耗氧量與耗氧速率的確定是通過氣相色譜分析的氧氣含量的 變化速率來確定；
在培養(yǎng)期間的任何時間均可取氣樣進行氣體組分的色譜定量分析，確定 不同時間的微生物代謝特征。
步驟(2)中的氣體流量控制儀由一臺Brooks氣體流量計和一臺控制儀 組成。
在微生物驅油的研究與現(xiàn)場實施過程中，利用本方法可以確定不同條件下 的油藏微生物能進行有效生長與繁殖所需要的氧氣量，進而推算出需要向油 藏注入的空氣總量、消耗速率，可以為營養(yǎng)體系的優(yōu)化、本源微生物驅油效 果的評價提供有效研究手段，也可為現(xiàn)場注入方案設計提供依據(jù)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、 本發(fā)明方法是利用氣相色譜定量各氣體組分濃度，分析快速、準確，
每個樣品分析不超過30min。
2、 本發(fā)明方法應用范圍廣泛。在微生物驅油技術研究領域，本發(fā)明不僅 可以用于確定油藏微生物的耗氧量與耗氧速率，也可以用于營養(yǎng)體系優(yōu)化、 注氣工藝參數(shù)確定、油藏微生物菌群產(chǎn)生生物氣分析、驅油機理研究等方面。


圖1確定油藏微生物耗氧量和耗氧速率的方法流程圖。
圖2確定油藏微生物耗氧量和耗氧速率的方法實驗裝置示意圖。
其中1、驅替泵2、高壓氣瓶 3、氣體流量控制儀4、壓力表 5、 氣體取樣器6、氣相色譜分析儀7、液體取樣口 8、培養(yǎng)容器 9、 恒溫箱10、培養(yǎng)液容器。
圖3為N/P營養(yǎng)體系氧氣消耗量與培養(yǎng)時間的關系。
圖4為一種淀粉基營養(yǎng)體系氧氣消耗量與培養(yǎng)時間的關系。
圖5為硝酸鹽對硫酸鹽還原菌生長過程的影響。
圖6為通過本發(fā)明分析的生物氣組成對比結果
具體實施例方式
本發(fā)明的方法是通過一個實驗裝置實現(xiàn)的，實驗裝置由培養(yǎng)容器8、恒溫 箱9、壓力表4、氣體流量控制儀3、高壓氣瓶2、培養(yǎng)液容器IO、驅替泵l、 取樣器和氣相色譜分析儀6組成；密閉的不銹鋼材質的培養(yǎng)容器8置于恒溫 箱中9，高壓氣瓶2通過氣體流量控制儀3與培養(yǎng)容器8連通，培養(yǎng)液容器 10下部與驅替泵1連接，上部與培養(yǎng)容器8連通，氣體取樣器5—端與培養(yǎng) 容器8連通，另一端連接氣相色譜分析儀6，液體取樣器與培養(yǎng)容器8的液體 取樣口7連通，壓力表4位于培養(yǎng)容器8上。 實施例l
為了進行淀粉基體系與N/P體系(銨鹽)在激活油藏本源微生物過程中 對氧氣消耗速率的評價，使用本方法評價油藏微生物氧氣消耗速率。在模擬 油藏溫度與壓力條件下(5(TC和10MPa)，向培養(yǎng)容器中加含重量5%營養(yǎng)物質 的油井采出水和空氣(氣液比4:1)，進行20天培養(yǎng)后，取氣體通過氣相色譜 對其組分進行定量，以判斷微生物消耗營養(yǎng)過程中對氧氣的利用狀況。
圖3是N/P營養(yǎng)對氧氣消耗過程中不同時期取樣氣體中02和C02組成比 例的變化曲線。從圖中可看出，本源微生物在補充氧氣條件下，以原油為碳源的生長過程中氧氣的消耗變化不大，初始氣體中氧氣含量約占21%，直到 培養(yǎng)20天后，氧氣含量約為19.5%，而作為本源微生物代謝產(chǎn)物的C02氣體 比例也僅為2.5%。與此同時的烴類氧化菌計數(shù)分析表明密度也比較低(<104 個/ml)，充分說明目前的N/P體系在模擬油藏條件下對氧氣的消耗速率很低， 對烴類氧化菌的激活效果也較差。
圖4是淀粉基營養(yǎng)體系對氧氣消耗過程中不同時期取樣氣體中02和C02 組成比例的變化曲線。同樣條件下，本源微生物對新體系的代謝過程中氧氣 的消耗很快，在2天以后，所補充的氧氣就被消耗完，同時產(chǎn)生了大量C02 氣體，說明好氧菌群在新型淀粉基營養(yǎng)體系中激活效率很高。
以上實驗說明在以空氣的形式補充氧氣后，N/P體系并不能較快地消耗氧 氣以代謝原油；而淀粉基體系對氧氣地利用速率很快，能有效激活本源菌群。 利用這種方法可以來確定不同營養(yǎng)體系用量時，其激活還原菌所需的有效氧 氣需要量、氧氣消耗速率等參數(shù)，進而確定現(xiàn)場氧氣注入量、注入周期等參 數(shù)。
實施例2
為了研究硝酸鹽對于硫酸鹽還原菌的抑制作用，優(yōu)化微生物驅油營養(yǎng)體 系，利用本發(fā)明方法分別將兩種營養(yǎng)體系注入培養(yǎng)容器，進行為期30天的培 養(yǎng)。這兩種培養(yǎng)液組成為(1)地層水400ml，營養(yǎng)劑2.0°%，密閉無氧條件 培養(yǎng)；(2)地層水400ml，營養(yǎng)劑2.0%，硝酸鈉0.5%,密閉無氧條件培養(yǎng)。 以上培養(yǎng)都是在5(TC高溫下進行。
培養(yǎng)過程中定期取樣分析硝酸鹽還原菌與硫酸鹽還原菌濃度變化，其隨 時間的變化曲線見圖5。
圖5是在地層水中加入2.0%的營養(yǎng)后，存在和不存在硝酸鹽條件下，地 層水在5(TC下培養(yǎng)過程中硫酸鹽還原菌濃度的變化。不加硝酸鹽時，SRB濃 度一直處于上升趨勢，大約15天后濃度由最初的450個/ml繁殖到1()6個/ml
7以上。而添加0. 5%的硝酸鈉后，SRB沒有大量繁殖，濃度一直小于100個/ml， 處于被抑制狀態(tài)，這是因為硝酸根的存在是地層水中的脫氮菌(硝酸鹽還原 菌)大量繁殖，同時硝酸鹽還原菌可以氧化S2—為S0/—，從而抑制SRB的生長。
同時，在厭氧條件下培養(yǎng)的第10天，兩個培養(yǎng)液中產(chǎn)生的生物氣利用氣 相色譜進行了組分分析，圖6中列出了生物氣組分的比例。在添加0.5%硝酸 鈉的2#樣品中，出現(xiàn)了N2，約占總體積的35%，這說明2#樣品中的硝酸 鹽還原菌充分生長，將硝酸根還原產(chǎn)生氮氣。本發(fā)明方法有效地證明了硝酸 鹽對硫酸鹽還原菌地抑制作用。
本源微生物驅油需要向油藏注入營養(yǎng)物質，在激活有利于驅油的菌群的 同時，要求不能激活對石油生產(chǎn)有害的硫酸鹽還原菌。利用本發(fā)明方法進行 的研究表明，硝酸根是硫酸鹽還原菌的一種有效抑制劑，在抑制硫酸鹽還原 菌的同時，硝酸鹽還原菌這類有益菌群也被激活，因為其產(chǎn)生的N2是有利于 驅油的。
權利要求
1、一種確定油藏微生物耗氧量和耗氧速率的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將按重量含有0.5～5％營養(yǎng)組分的油井采出水或注入水通過驅替泵注入不銹鋼材質，容積為100～500ml的培養(yǎng)容器；(2)通過氣體流量控制儀將氣瓶中的氧氣或空氣注入培養(yǎng)容器，氣量為水樣體積1～5倍；(3)將培養(yǎng)容器置于模擬油藏溫度45～80℃和壓力10～20MPa的恒溫箱中進行5～30天培養(yǎng)；(4)培養(yǎng)結束后，取水樣進行菌群密度計數(shù)分析和群落結構分析；(5)取氣樣進行氣相色譜分析，結合菌群計數(shù)分析結果，推算氧氣的消耗量；步驟(4)中培養(yǎng)液理化性質分析項目包括表面張力、揮發(fā)性脂肪酸含量；步驟(5)中氣樣中各種氣體組分分析通過氣相色譜確定，結果用每種組分所占體積百分比表示，所分析的氣體種類包括氧氣、氮氣、甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳；步驟(5)中菌群計數(shù)采用細菌瓶稀釋法，分析的菌群包括烴類氧化菌、腐生菌、發(fā)酵菌、硫酸鹽還原菌、硝酸鹽還原菌、鐵細菌及產(chǎn)甲烷菌，細菌培養(yǎng)是在所模擬油藏環(huán)境的溫度下進行；最終微生物耗氧量與好氧速率的確定是通過氣相色譜分析的氧氣含量的變化速率來確定；在培養(yǎng)期間的任何時間均可取氣樣進行氣體組分的色譜定量分析，確定不同時間的微生物代謝特征；步驟(2)中的氣體流量控制儀由一臺Brooks氣體流量計和一臺控制儀組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定油藏微生物耗氧量和耗氧速率的方法，(1)將含有0.5～5％營養(yǎng)組分的油井采出水或注入水通過驅替泵注入培養(yǎng)容器；(2)向培養(yǎng)容器補充氧氣或空氣，氣量體積為水樣體積1～5倍；(3)模擬油藏溫度45～80℃和壓力10～20MPa培養(yǎng)5-30天；(4)培養(yǎng)結束后，取水樣進行菌群密度計數(shù)分析和群落結構分析；(5)取氣樣進行氣相色譜分析，結合菌群計數(shù)分析結果，推算氧氣的消耗量；利用本方法可以確定不同條件下的油藏微生物能進行有效生長與繁殖所需要的氧氣量，進而推算出需要向油藏注入的空氣總量，可以為營養(yǎng)體系的優(yōu)化、本源微生物驅油效果的評價提供有效研究手段，也可為現(xiàn)場注入方案設計提供依據(jù)。
文檔編號G01N30/02GK101575634SQ200810105908
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月5日 優(yōu)先權日2008年5月5日
發(fā)明者倪方天, 馮慶賢, 敏 柳, 梁建春, 滕克孟, 程海鷹, 馬先平 申請人:中國石油天然氣股份有限公司