本發(fā)明涉及一種腸桿菌和生物聚合物及生物聚合物在采油過程中的應(yīng)用。特別是指利用腸桿菌發(fā)酵制備生物聚合物及生物聚合物在采油過程中的用途，屬于利用微生物代謝產(chǎn)物在石油開采過程中實現(xiàn)石油增產(chǎn)增收的生物材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著石油資源的日益枯竭，主要產(chǎn)油國家的油田開發(fā)多進入中后期，采油率低而含水量增大，油井出水成為開發(fā)過程中普遍存在的問題。調(diào)驅(qū)技術(shù)作為改善油田注水開發(fā)效果、實現(xiàn)油藏穩(wěn)產(chǎn)的有效手段，在油田的不同開發(fā)階段發(fā)揮了重要的作用。生物聚合物作為調(diào)驅(qū)劑，對高含水、非均質(zhì)、低滲透等特殊油藏均能起到良好的驅(qū)油作用，在多次礦場實驗中獲得顯著的增油效果，具有良好的應(yīng)用前景。

目前可用于油田調(diào)驅(qū)的生物聚合物有多種，如黃原膠、韋蘭膠、雜多糖S-88等，這些生物聚合物具有許多優(yōu)良性能，如增稠、增粘、抗鹽、抗污染等能力，以及優(yōu)越的耐溫性和耐剪切稀釋性能，可以作為優(yōu)良的驅(qū)油制劑。但是這些生物聚合物原理價格昂貴，在一定程度上限制了其應(yīng)用，我國僅有南海、渤海油田以及中原、勝利、塔里木油田采用黃原膠作為驅(qū)油劑，進行油田開采。同時，上述高品質(zhì)生物聚合物多為國外公司通過專利保護而壟斷，也在一定程度上限制了在國內(nèi)的推廣及應(yīng)用。

因此，開發(fā)新型的自主研發(fā)的高性能生物聚合物，同時努力降低生產(chǎn)成本，有望產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟及社會效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在公開了一種利用腸桿菌制備耐高溫、耐鹽的生物聚合物方法及其在采油過程中應(yīng)用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：本發(fā)明所采用的菌種為一株腸桿菌，其是從塔里木油田土壤樣品中分離得到。命名為pscE202，即Enterobacter sp.pscE202，其保藏編號為CGMCC N0.5068，保藏單位名稱：中國普通微生物菌種保藏中心(位于北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號)，保藏日期：2011年8月11日。

菌株pscE202屬腸桿菌科腸桿菌屬，革蘭氏染色陰性桿菌，呈棒狀，有鞭毛能自由運動，G-，無芽孢桿菌。平板培養(yǎng)，菌落表面粘液狀，邊緣不規(guī)則，有明顯粘彈性。生化特性：氧化酶陰性，甘露醇陽性，過氧化氫酶陽性，檸檬酸水解陽性，精氨酸水解陽性。

本發(fā)明一種利用腸桿菌制備耐高溫、耐鹽的生物聚合物方法及其在采油過程中應(yīng)用，實施的技術(shù)路線：

1.將腸桿菌pscE202接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中，其中：

1)種子培養(yǎng)液(g/L)：葡萄糖5-20g/L，NH₄NO₃ 0.2-1.0g/L，KH₂PO₄ 0.2-1.0g/L，MgSO₄ 0.05-0.3g/L，酵母粉1.0-5.0g/L，蛋白胨2.0-10.0g/L，pH 4.0-8.0(較好為pH6.0-8.0)；

2)發(fā)酵培養(yǎng)液(g/L)：葡萄糖0.5-5，蔗糖20-90g/L，酵母粉0.5-5g/L，NaNO₃ 0.5-5g/L，K₂HPO₄ 0.1-1g/L，MgSO₄ 0.05-0.5g/L，pH 4.0-8.0(較好為6.0-8.0)；

2.進行發(fā)酵培養(yǎng)，其中：

1)種子液發(fā)酵條件：將凍存菌種按0.2-2.0％(v/v)的比例接種到種子培養(yǎng)基中，調(diào)節(jié)pH為4.0-7.0，搖床轉(zhuǎn)速為200-300rpm，培養(yǎng)溫度30-40℃，發(fā)酵周期為24-48小時；

2)發(fā)酵液培養(yǎng)條件：將種子液按3-10％(v/v)的比例接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中，裝液量為20-40％，調(diào)節(jié)pH為4.0-7.0，搖床轉(zhuǎn)速200-300rpm，培養(yǎng)溫度30-40℃，發(fā)酵周期為48-72小時。

3.發(fā)酵完成后，將發(fā)酵液進行滅活，加入乙醇進行沉淀、脫水，收集得到生物聚合物產(chǎn)品，其中分離步驟包括：

1)將發(fā)酵液經(jīng)110-120℃處理15-20min滅活；

2)向滅活后的發(fā)酵液中添加乙醇，添加量為2-4倍體積，靜置2-8h，形成絮狀沉淀；

3)醇沉之后的發(fā)酵液經(jīng)離心棄去上清，離心轉(zhuǎn)速為7000-10000rpm，離心時間為10-20min；

4)離心得到的沉淀經(jīng)常壓或冷凍干燥，研磨成粉即得到生物聚合物產(chǎn)品。

本發(fā)明所取得的實質(zhì)性特點和顯著的進步在于：

1.本發(fā)明的制備方法中采用腸桿菌為菌種進行發(fā)酵，在提取過程中，采用一次醇沉后直接冷凍干燥的方法制成生物聚合物干粉，工藝過程簡單整體上降低了生產(chǎn)成本；

2.所制備的生物聚合物具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可以耐受120-150℃的高溫，在pH 2-12、礦化度20×104mg/L范圍內(nèi)均可以保持粘度穩(wěn)定性；

3.所制備的生物聚合物溶液屬于假塑性流體，具有優(yōu)良的剪切稀釋性能。經(jīng)600rpm攪拌10min后粘度即可以由8000mpa·s下降到350mpa·s，而且靜置后仍可以恢復(fù)至原有粘度。

4.本發(fā)明所述一種利用腸桿菌制備的生物聚合物，可以廣泛應(yīng)用于油田鉆井、壓裂及調(diào)驅(qū)等方面。

本發(fā)明所述耐高溫、耐鹽生物聚合物的制備及其在采油工程中的應(yīng)用，其有益效果是：

1.屬于微生物代謝產(chǎn)物，無毒無害，不污染環(huán)境；

2.制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉；

3.用于注水井調(diào)驅(qū)作業(yè)時，不傷害地層，不會產(chǎn)生二次污染。

附圖說明：

附圖1濃度對生物聚合物粘度的影響

附圖2溫度對生物聚合物粘度的影響

附圖3生物聚合物的長效性

附圖4 pH對生物聚合物粘度的影響

附圖5礦化度對生物聚合物粘度的影響

附圖6剪切速率對生物聚合物粘度的影響

附圖7巖心評估生物聚合物驅(qū)替效率

附圖8現(xiàn)場井試措施前后壓力曲線

具體實施方式：

實施例1

利用pscE202發(fā)酵生產(chǎn)生物聚合物

1.將凍存pscE202菌種按1％(v/v)接種到種子培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，制得種子液，其中：

培養(yǎng)條件為搖瓶發(fā)酵，裝液量100mL/500mL，搖床轉(zhuǎn)速200rpm，培養(yǎng)溫度37℃，周期為24小時。

種子培養(yǎng)基成分：葡萄糖7g/L，NH₄NO₃ 0.4g/L，KH₂PO₄ 0.3g/L，MgSO₄ 0.15g/L，酵母粉2g/L，蛋白胨4.5g/L。培養(yǎng)基的pH為7.0。

2.按照發(fā)酵培養(yǎng)基的3％(v/v)的接種量，將搖瓶種子液接種，此時裝液量為1L/2L，開始發(fā)酵培養(yǎng)，其中：

發(fā)酵條件為搖瓶發(fā)酵，搖床轉(zhuǎn)速150rpm，培養(yǎng)溫度37℃，發(fā)酵周期為48小時。

發(fā)酵培養(yǎng)基成分：葡萄糖2g/L，蔗糖30g/L，酵母粉0.5g/L，NaNO₃0.5g/L，K₂HPO₄0.2g/L，MgSO₄ 0.2g/L。培養(yǎng)基的pH為7.0。

3.產(chǎn)物提取，具體過程包括：

(1)發(fā)酵完成后，取發(fā)酵液置于高壓滅菌鍋中，115℃處理15min，滅活；

(2)將滅活后的發(fā)酵液中添加乙醇，添加量為發(fā)酵液的4倍體積，靜置5h， 形成絮狀沉淀；

(3)醇沉之后的發(fā)酵液使用離心機離心，棄去上清，離心機轉(zhuǎn)速為7000rpm，離心時間15min；

(4)離心得到的沉淀置于真空冷凍干燥機中進行干燥，研磨成粉即得到生物聚合物粗品。

實施例2

利用pscE202發(fā)酵生產(chǎn)生物聚合物

1.將凍存pscE202菌種按1％(v/v)接種到種子培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，制得種子液，其中：

培養(yǎng)條件為搖瓶發(fā)酵，裝液量100mL/500mL，搖床轉(zhuǎn)速200rpm，培養(yǎng)溫度37℃，周期為24小時。

種子培養(yǎng)基成分：葡萄糖7g/L，NH₄NO₃ 0.4g/L，KH₂PO₄ 0.3g/L，MgSO₄ 0.15g/L，酵母粉2g/L，蛋白胨4.5g/L。培養(yǎng)基的pH為7.0。

2.按照發(fā)酵培養(yǎng)基的8％(v/v)的接種量，將搖瓶種子液接種，此時裝液量為60％，開始發(fā)酵培養(yǎng)，其中：

發(fā)酵條件為5L發(fā)酵罐發(fā)酵，通氣量10L/min，轉(zhuǎn)速150rpm，培養(yǎng)溫度37℃，發(fā)酵周期為30小時。

發(fā)酵培養(yǎng)基成分：葡萄糖8g/L，蔗糖50g/L，酵母粉1g/L，NaNO₃ 1.5g/L，K₂HPO₄0.4g/L，MgSO₄ 0.4g/L。培養(yǎng)基的pH為7.0。

3.產(chǎn)物提取，具體過程包括：

(1)發(fā)酵完成后，升溫至115℃處理15min，滅活；

(2)將滅活后的發(fā)酵液中添加乙醇，添加量為發(fā)酵液的4倍體積，靜置5h，形成絮狀沉淀；

(3)醇沉之后的發(fā)酵液使用離心機離心，棄去上清，離心機轉(zhuǎn)速為5000rpm，離心時間30min；

(4)離心得到的沉淀置于真空冷凍干燥機中進行干燥，研磨成粉即得到生物聚合物粗品。

實施例3

利用pscE202發(fā)酵生產(chǎn)生物聚合物

1.將凍存pscE202菌種按1％(v/v)接種到種子培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，制得種子液，其中：

培養(yǎng)條件為搖瓶發(fā)酵，裝液量100mL/500mL，搖床轉(zhuǎn)速200rpm，培養(yǎng)溫度37℃，周期為24小時。

種子培養(yǎng)基成分：葡萄糖7g/L，NH₄NO₃ 0.4g/L，KH₂PO₄ 0.3g/L，MgSO₄ 0.15g/L，酵母粉2g/L，蛋白胨4.5g/L。培養(yǎng)基的pH為7.0。

2.按照發(fā)酵培養(yǎng)基的10％(v/v)的接種量，將搖瓶種子液接種，其中：

一級發(fā)酵條件為5L發(fā)酵，裝液量為60％，通氣量為10L/min，轉(zhuǎn)速150rpm，培養(yǎng)溫度37℃，發(fā)酵周期為5小時。

二級發(fā)酵條件為50L發(fā)酵，裝液量為60％，通氣量為40L/min，轉(zhuǎn)速150rpm，培養(yǎng)溫度37℃，發(fā)酵周期為24小時。

發(fā)酵培養(yǎng)基成分：葡萄糖2g/L，蔗糖30g/L，酵母粉0.5g/L，NaNO₃ 0.5g/L，K₂HPO₄0.2g/L，MgSO₄ 0.2g/L。培養(yǎng)基的pH為7.0。

3.產(chǎn)物提取，具體過程包括：

(1)發(fā)酵完成后，將發(fā)酵罐升溫至115℃處理15min，滅活；

(2)將滅活后的發(fā)酵液中添加乙醇，添加量為發(fā)酵液的3倍體積，靜置5h，形成絮狀沉淀；

(3)醇沉之后的發(fā)酵液使用離心機離心，棄去上清，離心機轉(zhuǎn)速為5000rpm，離心時間30min；

(4)離心得到的沉淀置于真空冷凍干燥機中進行干燥，研磨成粉即得到生物聚合物粗品。

實施例4

生物聚合物的性能評價

1)生物聚合物溶液的制備：稱取一定質(zhì)量的生物聚合物粉末，溶于適量熱水(溫度80℃)中，不斷攪拌使其充分溶脹。分別配制質(zhì)量濃度0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％的生物聚合物溶液，使用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計，轉(zhuǎn)速6rpm，于室溫下測定溶液粘度。該生物聚合物溶液的粘度隨著濃度的增大而增大，特別是在較高濃度范圍(＞0.3％)內(nèi)幾乎呈線性增長(圖1)。

2)溫度對生物聚合物粘度的影響：配制質(zhì)量濃度0.3％的生物聚合物溶液，使用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計，轉(zhuǎn)速6rpm，測定溫度為20℃、40℃、60℃、80℃、100℃條件下聚合物溶液的粘度。在小于60℃的條件下，溶液粘度變化不大，溫度繼續(xù)升高以后，溶液略有下降，表明該聚合物具有較好的耐溫性能(圖2)。

3)聚合物溶液長效性研究配制質(zhì)量濃度0.3％的生物聚合物溶液，于100℃烘箱中靜置，使用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計，轉(zhuǎn)速6rpm，每天測定聚合物溶液的粘度。該聚合物溶液可以在100℃條件下30天內(nèi)維持粘度在200mPa·s左右，具有優(yōu)良的長效性(圖3)。

4)pH對生物聚合物溶液粘度的影響：配制質(zhì)量濃度0.3％的生物聚合物溶液，分別調(diào)節(jié)pH為2、4、6、8、10、12，使用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計，轉(zhuǎn)速6rpm，于室溫下測定生物聚合物的粘度。在恒定的pH條件下，溶液粘度變化不大，在pH為2或12的條件下，溶液粘度仍可以維持在2000mPa·s以上。表明該聚合物具有較強的pH耐受能力(圖4)。

5)礦化度對生物聚合物溶液粘度的影響：配制質(zhì)量濃度0.3％的生物聚合物溶液，分別調(diào)節(jié)礦化度為5×10⁴、10×10⁴、15×10⁴、20×10⁴mg/L，使用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計，轉(zhuǎn)速6rpm，于室溫下測定生物聚合物溶液的粘度。該聚合物溶液在礦化度20×10⁴mg/L的條件下可以維持粘度在2000mPa·s以上，而且在一定Ca²⁺、Mg²⁺存在的條件下可以在一定程度上促進該聚合物的交流，增加溶液的粘度(圖5)。

6)生物聚合物溶液的剪切稀釋性能：配制質(zhì)量濃度0.4％的生物聚合物溶液，使用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計，分別在轉(zhuǎn)速6、12、30、60rpm的條件下測定生物聚合物溶液的粘度。該生物聚合物溶液的表觀粘度隨著轉(zhuǎn)速的增加而急劇下降，表現(xiàn)出典型的假塑性流體特征一流體的表觀粘度隨剪切速度的增加而減小，即剪切稀釋現(xiàn)象(圖6)。

實施例5

巖心模擬

取一定量pscE202發(fā)酵制備的生物聚合物，溶解稀釋，同實施例2。稀釋至溶液粘度為100mPa·s。選用多功能蒸汽及泡沫驅(qū)替實驗裝置(ZQPM-II)，直徑3.80cm，長度60.00cm，孔隙度40.44％的人工松散巖心。巖心條件：飽和油體積275ml；溫度：60℃；聚合物驅(qū)注入速度：240ml/h；驅(qū)替液注入速度：240ml/h。方法：①空白組：模型飽和油后40℃，12h老化，60℃正向注蒸餾水驅(qū)替10PV。②實驗組：模型飽和油后40℃，12h老化，60℃正向注蒸餾水驅(qū)替6PV，轉(zhuǎn)聚合物驅(qū)4PV。

評估結(jié)果：驅(qū)油過程中，注水6PV后驅(qū)油體積不再增長，此時注入生物聚合物驅(qū)油。注入0.5PV生物聚合物后即有大量的原油被驅(qū)出，驅(qū)油效率提高主要集中在0.5-1.0PV之內(nèi)(圖7)。注水驅(qū)油驅(qū)油體積204ml驅(qū)油效率74.18％。生物聚合物驅(qū)替驅(qū)油體積221ml，驅(qū)油效率80.36％。驅(qū)油效率提高6.18％。

應(yīng)用例1

針對中石油某稠油區(qū)塊采出液多重組份沉積、弱凝膠深部調(diào)剖技術(shù)適應(yīng)性變差，以及大劑量弱凝膠深部調(diào)剖造成聯(lián)合站脫水處理難度加大等問題，設(shè)計稠油 油藏高含水后期新型環(huán)保的調(diào)剖技術(shù)。

本實施例共實施生物聚合物調(diào)剖2個試驗井組：1號井組和2號井組。通過對兩口注水井的地質(zhì)條件進行分析，結(jié)合數(shù)模和物模的研究結(jié)果，最終確定了兩口井的總施工注入量分別為2500方和2800方。按照室內(nèi)確定的工藝路線，依次注入前置液優(yōu)化劑、生物聚合物和生物表面活性劑等。根據(jù)該井的油層壓力等指標(biāo)確定施工注入壓力不超過15MPa，保持注水流速不超過100方/天。

1號井組于2010年9月30日開始施工，10月20日施工完成，施工周期共計21天，總注入量為2500方。2號井組于2010年10月21日施工，11月15日施工完成，施工周期共計24天，總注入量為2800方。施工后水井恢復(fù)正常作業(yè)，產(chǎn)量統(tǒng)計至2011年3月16日，共計增產(chǎn)原油1400噸，如表1。1號井組增產(chǎn)1194噸，含水率總計下降4.43％。2號井組由于其他作業(yè)，油井間開，影響其產(chǎn)量統(tǒng)計，共計增產(chǎn)206噸。由于兩井組在同一區(qū)塊，可以預(yù)見如施工井組水井油井均正常作業(yè)，調(diào)驅(qū)增產(chǎn)效果將更加明顯。

表1調(diào)驅(qū)前后井組產(chǎn)量變化

圖8顯示為1號水井調(diào)驅(qū)前后壓力變化情況，可以看出，施工前注水壓力為7.5Mpa，施工后壓力穩(wěn)步上升至13Mpa。分析因為調(diào)驅(qū)過程中，注入的生物聚合物選擇性的對高滲層進行封堵。施工后正常注水驅(qū)，進入低滲透層，而低滲透層的啟動壓力高于高滲透層，后續(xù)水驅(qū)壓力增高，從而提高了注水驅(qū)的效率。從注入壓力指標(biāo)來看，生物聚合物完全可以改變注水井地層剖面，提高注水波及系數(shù)，全方位掃油以提高注水效率，達到增產(chǎn)的最終目的。