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大庆石油地质与开发 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing2023 年 4 月 第 42 卷第 2 期Apr.，2023Vol.42 No.2DOI：10.19597/J.ISSN.1000-3754.202202017低渗透油藏激活前后微生物群落结构及演替规律以大庆油田葡南X区块为例 任国领1，2 窦绪谋3，4 曲丽娜1，2 胡敏2，4 石沛5李蔚3，4 侯兆伟3，4 郎亚军2，4 张奕婷2，4（1.黑龙江省油田应用化学与技术重点实验室，黑龙江 大庆163712；2.大庆师范学院生物工程学院，黑龙江 大庆163712；3.中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆163712；4.国家能源陆相砂岩老油田持续开采研发中心，黑龙江 大庆163712；5.中国石油大庆油田有限责任公司第七采油厂，黑龙江 大庆163517）摘要：为了研究大庆油田低渗透油藏激活前后微生物群落结构及其演替规律，采用16S rRNA高通量测序技术对大庆油田葡南X区块油藏激活前后采出液中的细菌和古菌群落结构进行分析。结果表明：激活前和激活2个月后细菌分别检测到894和389个OTUs（操作分类单元），古菌分别检测到77和49个OTUs；激活前优势细菌为未分类菌属Parcubacteria、未分类菌属JS1、未分类的厚壁菌门和假单胞菌属，优势古菌为甲烷鬃毛菌属、甲烷绳菌属、甲烷热杆菌属、甲烷球菌属和热自养甲烷嗜热球菌属；激活2个月后优势细菌为假单胞菌属和沃林氏菌属，优势古菌为甲烷鬃毛菌属、甲烷绳菌属、甲烷囊菌属和热自养甲烷嗜热球菌属；激活剂激活了采油优势细菌假单胞菌属和沃林氏菌属，对微生物古菌的激活效果不明显。研究成果为现场试验激活剂配方的优化和激活效果的监测提供了依据。关键词：低渗透油藏；微生物；16S rRNA；群落结构；演替规律中图分类号：TE357.9 文献标识码：A 文章编号：1000-3754（2023）02-0108-08Microbial community structure and succession laws before and after activation of lowpermeability reservoir:A case study of Block X in Punan area of Daqing OilfieldREN Guoling1，2，DOU Xumou3，4，QU Lina1，2，HU Min2，4，SHI Pei5LI Wei3，4，HOU Zhaowei3，4，LANG Yajun2，4，ZHANG Yiting2，4（1.Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Oilfield Applied Chemistry and Technology，Daqing 163712，China；2.School of Biological Engineering，Daqing Normal University，Daqing 163712，China；3.Exploration and Development Research Institute of PetroChina Daqing Oilfield Co Ltd，Daqing 163712，China；4.R&D Center of Sustainable Development of Continental Sandstone Mature Oilfield，Daqing 163712，China；5.No.7 Oil Production Company of PetroChina Daqing Oilfield Co Ltd，Daqing 163517，China）Abstract：In order to study the microbial community structure and succession before and after activation of low-permeability reservoir in Daqing Oilfield，in this experiment，16S rRNA high-throughput sequencing technology is used to analyze the community structure of bacteria and archaea in the produced fluid of Block X in Punan area of 收稿日期：2022-02-17 改回日期：2022-05-12基金项目：黑龙江省联合引导基金项目“化学驱后油藏石油烃生物降解产甲烷途径及分子机制研究”（LH2020C070）。第一作者：任国领，男，1980年生，博士，教授，从事微生物采油和微生物资源开发研究。E-mail：第 42 卷 第 2 期任国领 等：低渗透油藏激活前后微生物群落结构及演替规律Daqing Oilfield.The results show that，before and 2 months after activation，894 and 389 OTUs（operational taxonomy unit）are detected in bacteria，and 72 and 132 OTUs are detected in archaea.Before activation，the dominant bacteria are unclassified bacteria Parcubacteria，unclassified bacteria JS1，unclassified Firmicutes and Pseudomonas sp.，and the dominant archaea are Methanosaeta sp.，Methanolinea sp.，Methanothermobacter sp.，Methanococcus sp.and Methanomethylicus sp.After 2 months of activation，the dominant bacteria are Pseudomonas sp.and Wolinella sp.，and the dominant archaea are Methanosaeta sp.，Methanolinea sp.，Methanoculleus sp.and Methanomethylicus sp.，and the activator activates the dominant oil production bacteria Pseudomonas sp.and Wolinella sp.，and the activation effect on archaea is not obvious.The research provides basis for optimization of activator formula and monitoring of activation effect in field test.Key words：low-permeability reservoir；microbe；16S rRNA；community structure；succession law0引言微生物采油技术是利用微生物及代谢产物实现有效利用和高效开采滞留在地下原油、提高原油采收率的一项重要的三次采油技术13。近年来，包括大庆油田在内的陆相油田大都进入开采的后期阶段，含水高、开采难度增大、开采成本较高，大部分区块仍有 30%以上原油未被开采45。微生物采油技术具有成本低、工艺简单、无污染等优势，可作为聚驱后油藏、低渗透油藏和枯竭油藏开采的重要储备技术6。胜利油田微生物采油技术已进入全面先导实验向工业化应用的转化阶段7；大庆油田在朝阳沟油田和萨南油田等典型区块开展微生物采油现场试验，取得了较好的试验效果8。但是，微生物采油技术在采油现场试验以及大规模工业化应用方面尚存在一些问题，主要包括采油功能微生物的监测方法、评价机制和有效调控策略以及微生物采油配套技术等都需要进一步研究及完善910。大庆油田低渗透油藏具有储层渗透率低、储量丰度低和油井产量低等特点，长期的注水开发导致微生物菌群发生了很大的变化，微生物菌群丰度和多样性增加11。微生物采油技术的开发和应用需要充分认知油藏微生物细菌和古菌的群落结构和功能，油藏微生物的类型、比例和演替规律的解析对微生物采油试验的设计、监测、调控和评价都具有重要的意义1214。传统的纯培养技术解析自然环境（包括油藏环境）中的微生物个数比仅占 0.1%10%，无法真实反映油藏微生物细菌和古菌的群落信息15。基于16S rRNA 基因的高通量测序技术是第二代高通量测序技术，广泛应用在河口、土壤、油藏、肠道和空气等环境微生物的研究中，极大地增加了测序的深度和覆盖度1618。利用 16S rRNA 基因高通量测序技术解析微生物驱油前后微生物细菌和古菌的群落结构及其变化规律，旨在从微生物丰度、多样性和菌群结构等方面解析微生物驱油前后微生物细菌和古菌的演替规律及其优势微生物的采油功能，为进一步优化激活剂体系和调控策略提供理论参考。1材料与方法1.1样品来源样品取自大庆油田葡南 X 区块水驱油藏典型区块油井 7P167S82 井、7P16784 井、7P16982井、7P169S85 井、7P17182 井、7P17486 井。大庆油田葡南 X 区块 2021 年 4 月 28 日开始注入激活剂和目标菌假单胞菌实施微生物驱试验。为了检测微生物细菌和古菌在微生物驱前后的演替变化规律，2021 年 3 月 21 日样品记为激活前样品、2021年6月28日样品记为激活2个月后的样品。激活前样品命名为 B7P167S82、B7P16784、B7P16982、B7P169S85、B7P17182、B7P17486，合并样品命名 为 BID；激 活 后 的 样 品 命 名 为 A7P167 S82、A7P16784、A7P16982、A7P169S85、A7P17182、A7P17486，合并样品命名为AID。1.2激活剂配方糖蜜质量分数为 0.6%、NaNO3质量分数为0.1%、NH4Cl 质量分数为 0.1%、酵母粉质量分数为 0.02%、KH2PO4质量分数为 0.02%、MgSO4质量分数为0.02%和K2HPO4质量分数为0.01%。1.3微生物群落结构解析1.3.1DNA提取与PCR扩增基因组 DNA的提取参照文献19，提取的基1092023 年大庆石油地质与开发因组用于后续微生物细菌和古菌的 16S rRNA 基因扩增。细菌 16S rRNA 基因扩增引物序列是用于扩增V3-V4区的通用序列20；古菌16S rRNA基因扩增引物序列为用于扩增 V4-V5 区的通用序列21。PCR反应体系和反应条件参考文献22进行，扩增产物用于后续MiSeq高通量测序。1.3.2MiSeq高通量测序高通量测序由上海美吉生物医药科技有限公司完 成，使 用 Illumina MiSeq PE300 测 序 仪，对16S rRNA 基因 PCR 产物进行双端测序23。测序序列通过拼接、质控和去接头之后获得优化序列，基于优化序列将相似的优化序列进行 OTUs 聚类，获得OTUs丰度表，用于下一步生物信息分析24。1.3.3生物信息学分析采用 RDP classifier 贝叶斯算法对 OTUs 代表序列进行分类学分析，并分别在各个分类学水平统计各样本的群落物种组成25。基于 taxsummarya 文件夹中的数据表，利用 R 语言工具进行群落组成分析，运用Wilcoxon秩和检验分析2组物种组成的差异26。2结果与分析2.1测序数据信息分析2.1.1微生物细菌测