聚驅(qū)后油藏內(nèi)源微生物激活體系評價研究

張繼元

(中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

聚驅(qū)后油藏內(nèi)源微生物激活體系評價研究

張繼元

(中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

[摘要]針對聚驅(qū)后油藏如何進(jìn)一步提高石油采收率的技術(shù)難題，開發(fā)了一種用于促進(jìn)油藏內(nèi)源微生物生長代謝的高效激活體系。室內(nèi)通過物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)、產(chǎn)氣試驗(yàn)、巖心電鏡觀察試驗(yàn)對該激活體系激活聚驅(qū)后油藏內(nèi)源微生物生長以提高采收率的有效性進(jìn)行了評價，并將其應(yīng)用于大慶油田薩南開發(fā)區(qū)的一個試驗(yàn)井組。結(jié)果表明，該激活體系能夠激活聚驅(qū)油層注入污水中的內(nèi)源微生物，使其在巖心中大量生長繁殖，原油采收率在聚合物驅(qū)后基礎(chǔ)上可以再提高3%以上；產(chǎn)氣試驗(yàn)中激活體系能夠激活注入水中的內(nèi)源微生物代謝產(chǎn)生大量的生物氣，使密閉容器壓力呈階段性升高；現(xiàn)場注入激活體系后，聚合物驅(qū)后油藏中有明顯的產(chǎn)氣增壓效果，實(shí)現(xiàn)階段累計(jì)增油3068.1t，含水率下降2.2%，為化學(xué)驅(qū)后油藏進(jìn)一步提高石油采收率提供了一條有效途徑。

[關(guān)鍵詞]聚驅(qū)后油藏；內(nèi)源微生物；激活體系；提高采收率；評價

到2012年末，大慶油田已投入三次采油工業(yè)化區(qū)塊87個，其中21個聚驅(qū)區(qū)塊進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)，地質(zhì)儲量為3.34×108t，如聚驅(qū)后油藏最終采收率按50%考慮，仍有近一半的儲量沒得到開發(fā)[1，2]。為了探索聚驅(qū)后進(jìn)一步提高石油采收率技術(shù)，近年來在大慶油田的聚驅(qū)油藏開展了內(nèi)源微生物驅(qū)油室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)研究[3~10]。內(nèi)源微生物采油技術(shù)是利用地層中原有的內(nèi)源微生物群落，通過注水井向油層中注入適量的營養(yǎng)激活劑和混氣水，利用殘余油作為部分營養(yǎng)物活化內(nèi)源微生物群落，通過內(nèi)源微生物群落自身在油藏中的生長、代謝活動及其代謝產(chǎn)物與巖石、原油、水界面相互作用，降低界面張力，改善原油流動性，提高原油采收率[11~15]。針對特定油藏所篩選的激活體系的有效性是內(nèi)源微生物采油技術(shù)的關(guān)鍵，因而有必要對激活體系的有效性進(jìn)行評價。筆者針對室內(nèi)篩選的聚驅(qū)后油藏內(nèi)源微生物激活體系，開展了物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)、產(chǎn)氣試驗(yàn)、巖心電鏡觀察、現(xiàn)場試驗(yàn)等評價研究。

1材料與設(shè)備

1.1材料

試驗(yàn)用油樣為大慶油田聚驅(qū)油層模擬油，黏度9.5mPa·s(45℃)；水樣為聚驅(qū)油層注入污水；巖心為天然巖心，橫截面直徑2.5cm，長10cm；激活體系為室內(nèi)篩選的聚驅(qū)后油藏內(nèi)源微生物激活體系，其主要由玉米漿干粉、硝酸鈉、磷酸氫二銨組成。

1.2儀器設(shè)備

平流泵、壓力傳感器、巖心加持器、手搖泵、中間容器、恒溫箱、國產(chǎn)不銹鋼高壓容器(容積500ml，2.5MPa)、攪拌罐、注入泵等。

2試驗(yàn)方法

2.1內(nèi)源微生物天然巖心物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)

1)抽真空首先將烘干后的天然巖心稱重，再將稱重的巖心進(jìn)行抽真空，在1個真空度下抽真空5h后結(jié)束。

2)飽和水聚驅(qū)油層注入水飽和天然巖心，測量出飽和水后的重量，計(jì)算出天然巖心的孔隙體積和孔隙度。飽和水的天然巖心放置恒溫室中45℃老化潤濕12h。

3)飽和油將聚驅(qū)原油經(jīng)脫水后用煤油調(diào)至黏度9.5mPa·s后進(jìn)行飽和油驅(qū)替，使飽和地層水的巖心原油飽和度達(dá)到60%左右為止。飽和后的天然巖心放置恒溫箱中45℃老化24h。

4)水驅(qū)在45℃的條件下，將飽和油后老化好的天然巖心進(jìn)行水驅(qū)(注入速度0.2ml/min)，水驅(qū)至2PV左右，既含水達(dá)98%以上時，水驅(qū)結(jié)束。

5)聚驅(qū)在45℃的條件下，注入0.5PV聚合物段塞(注入速度0.2ml/min)后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)跟進(jìn)(注入速度0.2ml/min)，含水達(dá)98%以上時，驅(qū)替試驗(yàn)結(jié)束，評價聚驅(qū)效果。

6)注入激活劑注入0.25PV的激活劑(注入速度0.2ml/min)，關(guān)閉模型，放置恒溫室45℃培養(yǎng)30d。

7)后續(xù)水驅(qū)在45℃的條件下，水驅(qū)含水達(dá)98%以上時結(jié)束驅(qū)替試驗(yàn)，評價內(nèi)源微生物驅(qū)油效果。

2.2電鏡觀察

試驗(yàn)巖心為內(nèi)源微生物物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)后的天然巖心。將天然巖心進(jìn)行切割，取天然巖心的注入端、中部、采出端3塊樣品在掃描電鏡下觀察內(nèi)源微生物的生長情況。

2.3內(nèi)源微生物產(chǎn)氣試驗(yàn)

用聚驅(qū)油層注入污水配置室內(nèi)篩選的聚驅(qū)后油藏內(nèi)源微生物激活體系，配置好后裝入滅菌的不銹鋼高壓容器，裝滿后擰緊蓋，連上壓力表，置于45℃恒溫箱培養(yǎng)，記錄不同時間壓力變化情況。

2.4現(xiàn)場試驗(yàn)

為了驗(yàn)證篩選的激活體系是否適用于聚驅(qū)后油藏，將其應(yīng)用于現(xiàn)場的一個試驗(yàn)井組，對試驗(yàn)后的注入壓力和油井生產(chǎn)動態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測。

試驗(yàn)區(qū)位于薩爾圖油田南二區(qū)東部，由1口注入井與4口采出井構(gòu)成一個注采井組。試驗(yàn)區(qū)屬于三角洲分流平原相和內(nèi)前緣相沉積，油層深度790.2～1155m,溫度44.6℃，面積為0.12km2，地質(zhì)儲量15.9×104t，孔隙體積27.26×104m3，平均砂巖厚度14.3m，平均有效厚度9.2m，平均有效滲透率414mD，地層水礦化度5.6g/L。4口采油井平均日產(chǎn)液105.5m3/d，平均日產(chǎn)油4.4t/d，含水95.8%。

現(xiàn)場試驗(yàn)于2011年12月10日開始。用現(xiàn)場的注入水在攪拌罐中配制激活體系溶液，濃度1.80%。激活體系分2個段塞注入，段塞1的注液量為3001m3，段塞2的注液量為2925m3，合計(jì)為5926m3。在注激活體系前，為使激活體系免于被地層水和注入水稀釋，保證激活體系的產(chǎn)氣增壓功效，提高驅(qū)油效果，在注2個激活體系段塞前用濃度為6000mg/L的聚合物母液808m3與回注來水按1∶2比例稀釋配注。為保證激活油藏內(nèi)源微生物有氧和無氧代謝的交替進(jìn)行，注入的激活體系溶液須在地下存留60d以上而不被采出。在不影響試驗(yàn)區(qū)油水井正常生產(chǎn)及井組注采平衡的情況下，監(jiān)測激活劑溶液注入后的作用效果。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1內(nèi)源微生物天然巖心物理模擬驅(qū)油效果評價

內(nèi)源微生物天然巖心物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1　內(nèi)源微生物物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，在聚驅(qū)后天然巖心中的剩余油僅為8.7%～18.6%，通過注入激活體系，激活巖心中的內(nèi)源微生物，可使采收率再提高3.2%～4.6%，最終巖心中的剩余油僅為5.5%～14.0%。說明該激活體系適用于聚驅(qū)后油藏，能夠激活油藏中的內(nèi)源微生物代謝產(chǎn)生有利于驅(qū)油的物質(zhì)，提高原油采收率，因而聚驅(qū)后利用內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)進(jìn)一步提高采收率是可行的。

3.2電鏡觀察

通過掃描電鏡觀察到內(nèi)源微生物驅(qū)后天然巖心的注入端、中部、采出端中內(nèi)源微生物的生長情況，結(jié)果見圖1。

圖1　內(nèi)源微生物驅(qū)后巖心中內(nèi)源菌的生長情況

從天然巖心的注入端到采出端的電鏡照片觀察到，注入激活體系后，注入水中的內(nèi)源菌獲得營養(yǎng)物，得以生長、繁殖和代謝，激活體系能夠較好的激活巖心中的內(nèi)源菌；大量菌體充填在巖石的孔道中，在巖心注入端和采出端內(nèi)源菌分布是均勻的，沒有明顯差異。不過內(nèi)源微生物在不同巖石礦物的表面和孔隙中的吸附滯留量存在一定差異，其中長石表面的吸附滯留量最多，石英表面幾乎沒有菌體吸附；黏土礦物、高嶺石表面的吸附滯留量較大，而伊犁石表面覆蓋的多是微生物的代謝產(chǎn)物，菌體稀少。

3.3內(nèi)源微生物產(chǎn)氣試驗(yàn)

地層中的內(nèi)源微生物利用注入的營養(yǎng)體系代謝產(chǎn)生氣體，一方面可以增加地層壓力，另一方面可溶解于原油中，降低原油黏度，提高原油采收率[16]，因此有必要對內(nèi)源微生物激活后的產(chǎn)氣情況進(jìn)行評價。

圖2　內(nèi)源微生物激活后密閉容器壓力變化

試驗(yàn)用水樣為聚驅(qū)油層注入污水，激活劑為聚驅(qū)后油藏內(nèi)源微生物激活體系。通過內(nèi)源微生物激活后密閉容器中壓力的變化，可以看出內(nèi)源微生物的產(chǎn)氣情況(見圖2)。激活后的7d內(nèi)壓力一直在升高，此階段內(nèi)源微生物中的好氧菌首先被激活，產(chǎn)生了CO2氣體，當(dāng)注入水中攜帶的氧氣消耗完后，其中的厭氧發(fā)酵菌利用體系中剩余的營養(yǎng)物質(zhì)以及好氧菌產(chǎn)生的有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物繼續(xù)產(chǎn)生CO2、H2等氣體。之后的一段時間內(nèi)壓力比較平穩(wěn)，只有很小的波動，厭氧發(fā)酵菌處于穩(wěn)定的生長期，期間利用CO2、H2產(chǎn)生CH4的產(chǎn)甲烷菌可能被激活，導(dǎo)致氣體壓力稍有波動。在第57d壓力突然升高，這是因?yàn)槔眉姿?、乙酸、甲醇等產(chǎn)生CH4的產(chǎn)甲烷菌被激活，它利用好氧菌、厭氧發(fā)酵菌等代謝產(chǎn)生的甲酸、乙酸、甲醇等物質(zhì)大量生長繁殖并產(chǎn)生CH4。此外，隨著培養(yǎng)時間的增加，壓力呈現(xiàn)階段性的增長，這驗(yàn)證了內(nèi)源微生物分階段激活的觀點(diǎn)[16]。

3.4現(xiàn)場試驗(yàn)效果

圖3　注激活劑前后的壓力變化過程

1)內(nèi)源微生物驅(qū)壓力變化從注激活溶液后注入井的注入壓力變化可以看出(見圖3)，注入段塞1時，注入壓力由11.3MPa升到12.5MPa，特別是注入15~20d時，內(nèi)源微生物的產(chǎn)氣增壓效果明顯。在注段塞2時，注入壓力由12.5MPa升到13.5MPa，整個注入階段，累計(jì)壓力升高幅度為2.5MPa。改為后續(xù)水驅(qū)140d后，壓力降至注激活體系前的初始壓力11.0MPa，之后隨后續(xù)注水到280d時，壓力由11.0MPa緩慢回升到12.5MPa，之后壓力開始陡降，至320d時，壓力降為10.5MPa，低于注激活劑前的初始壓力0.5MPa。

從圖3可以看出，在激活油藏內(nèi)源微生物過程中，隨培養(yǎng)時間的延續(xù)，產(chǎn)氣過程具有2個不同階段特征，前一階段的產(chǎn)氣周期短，增壓幅度高，后一階段的產(chǎn)氣周期長，增壓緩慢，壓力的升高需有一個較長的積聚過程。

圖4　注激體系前后采油井生產(chǎn)動態(tài)變化

2)內(nèi)源微生物驅(qū)生產(chǎn)動態(tài)變化從注激活溶液前后采油井生產(chǎn)動態(tài)變化可以看出(見圖4)，試驗(yàn)前油井的產(chǎn)油量具有明顯的遞減趨勢。2011年12月注激活溶液后，試驗(yàn)區(qū)注采液量趨于穩(wěn)定，油井含水波動不明顯，產(chǎn)油量由試驗(yàn)前的20.0t/d降到15.5t/d。改為水驅(qū)后，試驗(yàn)區(qū)日產(chǎn)液量由482.0t增加到560.0t；產(chǎn)油量也明顯回升，日產(chǎn)油量由18.1t增加到31.5t；綜合含水率由96.1%下降至93.9%，現(xiàn)已穩(wěn)定在94.0%以上。到2013年1月止，試驗(yàn)區(qū)已階段累計(jì)產(chǎn)油9009.7t，扣除后續(xù)水驅(qū)的自然遞減以及機(jī)采井因設(shè)備故障影響的產(chǎn)量外，實(shí)際增油3068.1t，且仍在有效期內(nèi)。

4結(jié)論

1) 室內(nèi)篩選的激活體系能夠較好的激活天然巖心中的內(nèi)源微生物，通過內(nèi)源微生物群落的生長、代謝活動及其代謝產(chǎn)物能夠使聚驅(qū)后原油采收率再提高3%以上。

2) 激活后的內(nèi)源微生物在天然巖心中大量生長繁殖，但不同巖石礦物的表面和孔隙中的吸附滯留量存在一定差異，其中長石表面的吸附滯留量最多，石英表面幾乎沒有菌體吸附；黏土礦物、高齡石表面的吸附滯留量較大，而伊犁石表面覆蓋的多是微生物的代謝產(chǎn)物，菌體稀少。

3) 激活體系能夠激活聚驅(qū)油層注入水中的內(nèi)源微生物產(chǎn)生生物氣，從產(chǎn)氣曲線可以看出，激活劑不但激活了水樣中的好氧菌，而且激活了其中的厭氧菌，壓力呈現(xiàn)階段性的增長，驗(yàn)證了內(nèi)源微生物分階段激活的觀點(diǎn)。

4) 試驗(yàn)井組注入激活體系后，聚合物驅(qū)后油藏中有明顯的產(chǎn)氣增壓效果，試驗(yàn)區(qū)階段累計(jì)增油3068.13t，含水率下降2.2%，驅(qū)油增產(chǎn)效果明顯，表明該激活體系應(yīng)用于聚合物驅(qū)后油藏提高采收率的可行性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉合.大慶油田聚合物驅(qū)后采油技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J]. 石油鉆采工藝， 2008，33(3)：1~6.

[2] 曹瑞波，韓培慧，高淑玲，等.不同驅(qū)油劑應(yīng)用于聚合物驅(qū)油后油層的適應(yīng)性分析[J]. 特種油氣藏，2012，19(4)：100~103.

[3] 柏璐璐. 基于分子生物學(xué)的大慶油田聚驅(qū)后內(nèi)源微生物資源評價[J]. 大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),2011,35(5)：35~41.

[4] 佘躍惠，夏晶晶，黃金鳳，等. 大慶油田聚驅(qū)后油藏驅(qū)油本源菌研究[J]. 油田化學(xué)，2009，26(1)：98~101.

[5] 李凌云. 聚驅(qū)后微生物驅(qū)提高采收率室內(nèi)試驗(yàn)研究[J]. 化學(xué)與生物工程，2012，29(3) ：82~88.

[6] 張虹，任國領(lǐng)，曲麗娜，等. 大慶油田聚驅(qū)后油藏細(xì)菌群落演替規(guī)律研究[J]. 大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，33(3) ：90~93.

[7] 趙玲俠，高配科，曹美娜，等. 大慶聚驅(qū)后油藏內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)解析與分布特征研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012， 33(2)：625~632.

[8] 郭盟華，陸原鵬，竇緒謀，等 大慶聚驅(qū)后油藏微生物群落結(jié)構(gòu)分析[J]. 生物技術(shù)，2010 ，20( 6)：69~72.

[9] 張繼元.大慶聚合物驅(qū)后二類油層細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及其多樣性分析[J].化學(xué)與生物工程，2013，30(8)：32~36.

[10] 樂建君，劉芳，張繼元，等.聚合物驅(qū)后油藏激活內(nèi)源微生物驅(qū)油現(xiàn)場試驗(yàn)[J]. 石油學(xué)報(bào)，2014， 35(1)：99~106.

[11] 汪衛(wèi)東. 我國微生物采油技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景 [J]. 石油勘探與開發(fā)，2002， 29(6)：87~90.

[12] 竇啟龍， 陳踐發(fā)， 王杰， 等. 微生物采油技術(shù)的研究進(jìn)展及展望 [J].天然氣地球科學(xué)， 2004， 15(5)：559~563.

[13] 包木太，汪衛(wèi)東，王修林，等.激活內(nèi)源微生物提高原油采收率技術(shù)[J].油田化學(xué)，2002，19(4)：382~386.

[14] 向廷生，馮慶賢，Nazina N T，等.本源微生物驅(qū)油機(jī)理研究及現(xiàn)場應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào)，2004，25(6)：63~67.

[15] 郭遼原，張玉真，楊年文，等.邵家油田沾3塊內(nèi)源微生物驅(qū)激活劑優(yōu)化及現(xiàn)場試驗(yàn)[J].油氣地質(zhì)與采收率，2012，19(1)：79~81.

[16] 包木太，孔祥平，宋永亭，等.勝利油田S12塊內(nèi)源微生物群落選擇性激活條件研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，28(6)：44~48.

[編輯]洪云飛

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)16-0021-04

[中圖分類號]TE357