陳瓊瑤，劉 濤，于 瑤，李彩風(fēng)，曹嫣鑌，林軍章

（1.中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營257000；2.中國石化勝利油田分公司東勝公司，山東東營257000）

0 前言

隨著原油的長期開采，國內(nèi)外大多數(shù)油藏進(jìn)入高含水期，剩余油更加分散，開采難度加大，油田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)開發(fā)形勢嚴(yán)峻。微生物采油技術(shù)是利用向油藏中注入激活劑或者補(bǔ)充微生物，通過激活油藏微生物的方式強(qiáng)化其生長代謝作用而達(dá)到提高原油采收率的技術(shù)［1-3］。近幾年微生物采油技術(shù)在國內(nèi)外都得到了廣泛應(yīng)用，且在現(xiàn)場取得了顯著的效果［4-6］。目前在驅(qū)油現(xiàn)場微生物注入主要以常規(guī)微生物激活劑體系為主，雖然能夠激活油藏微生物而產(chǎn)生驅(qū)油效果，但由于常規(guī)激活劑主要以低碳數(shù)的單糖為碳源，隨著常規(guī)激活劑在油藏中的運(yùn)移、消耗，常規(guī)激活劑在油藏深部的激活作用較弱［7-8］，因此，需要研發(fā)新的高效、長效的激活劑體系，以實(shí)現(xiàn)微生物的深部激活代謝。本文報道了由勝利油田石油工程技術(shù)研究院研發(fā)的以長碳鏈高分子多糖為碳源的長效功能性激活劑的好氧激活、厭氧激活特性以及使用該功能激活劑的驅(qū)油效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

功能性激活劑體系，配方為0.5%長碳鏈高分子多糖+0.2%蛋白胨+0.05%磷酸氫二鉀，為勝利油田石油工程技術(shù)研究院研發(fā)產(chǎn)品，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)；常規(guī)激活劑體系，配方為2%葡萄糖+0.5%酵母粉+0.2%磷酸氫二鉀。配液用水為區(qū)塊注入水，礦化度70000 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：Na+18228 mg/L、K+266 mg/L、Mg2+1146 mg/L、Ca2+3379 mg/L、HCO3-921 mg/L、NO3-160 mg/L、Cl-45900 mg/L；實(shí)驗(yàn)用油為勝利油田沾3區(qū)塊原油，脫水脫氣原油黏度為1160 mPa·s（50℃）。實(shí)驗(yàn)用巖心為填砂管巖心，巖心尺寸為φ38 mm×600 mm，用粒徑0.075數(shù)0.428 mm的石英砂填制而成，充填后巖心滲透率范圍為1300×10-3數(shù) 1400×10-3μm3。

BX53型顯微鏡，日本奧林巴斯公司；7890A型氣相色譜儀，美國安捷倫公司；Vortex Genius 3型旋渦混合儀，德國艾卡公司。實(shí)驗(yàn)所用的物模裝置如圖1所示。

圖1 巖心驅(qū)替模擬實(shí)驗(yàn)裝置

1.2 功能性激活劑激活實(shí)驗(yàn)

1.2.1 功能性激活劑好氧激活

將功能性激活劑溶于注入水中進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)并分析菌數(shù)變化和作用效果，搖床轉(zhuǎn)速為120 r/min，搖瓶體積為500 mL，裝入液量為200 mL，激活培養(yǎng)溫度為60℃。對照組是常規(guī)激活劑的好氧激活。乳化指數(shù)測定方法如下：在試管中加入加等體積的培養(yǎng)液和柴油，利用微型旋渦混合儀高速渦旋混勻震蕩2 min，在避光、60℃下靜置24 h，然后測量乳化液和油相體積，由乳化液與油相的體積之比計算乳化指數(shù)［9］。

1.2.2 功能性激活劑厭氧激活

采用亨蓋特厭氧培養(yǎng)的方式［10］進(jìn)行功能激活劑的厭氧培養(yǎng)并分析菌數(shù)變化和作用效果，厭氧瓶體積為300 mL，裝入液量為100 mL，激活培養(yǎng)溫度為60℃。對照組是常規(guī)激活劑的厭氧激活。產(chǎn)氣壓力通過連接厭氧瓶的壓力表進(jìn)行測定。

1.3 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

利用人工填砂管進(jìn)行物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，具體步驟如下：（1）將填砂管巖心抽真空、飽和地層水，測定巖心孔隙體積、孔隙度；（2）飽和原油造束縛水，計算巖心的原始含水飽和度；（3）將巖心在60℃下老化7 d后，一次水驅(qū)驅(qū)替3 PV，記錄驅(qū)替過程中產(chǎn)出油量、產(chǎn)出水量，驅(qū)替壓力變化；（4）注入0.3 PV功能性激活劑，培養(yǎng)50 d；（5）二次水驅(qū)驅(qū)替3 PV，記錄驅(qū)替過程中產(chǎn)出油量、產(chǎn)出水量，驅(qū)替壓力變化，計算采收率、含水率的變化；（6）驅(qū)替結(jié)束后拆卸巖心內(nèi)部石英砂，測定不同部位剩余油［12］。

2 結(jié)果與討論

2.1 功能性激活劑的激活效果

常規(guī)激活劑和功能性激活劑好氧激活和厭氧激活后，菌數(shù)隨時間變化見圖2。由圖2可知，常規(guī)激活劑和功能性激活劑均能激活油藏微生物，菌數(shù)達(dá)到107個/mL以上，且好氧激活后菌濃比厭氧激活后的高一個數(shù)量級以上［11-13］。好氧激活后，常規(guī)激活劑激活微生物菌數(shù)峰值出現(xiàn)在20 d，而功能性激活劑激活微生物峰值出現(xiàn)在40 d，且高菌數(shù)保持時間從30 d持續(xù)到60 d，菌數(shù)均在5×108個/mL以上。厭氧激活后，功能性激活劑激活微生物的菌數(shù)也比常規(guī)激活劑激活的高，功能性激活劑長時間激活效果也明顯優(yōu)于常規(guī)激活劑。這表明無論好氧激活還是厭氧激活，功能性激活劑的長碳鏈分子結(jié)構(gòu)能夠更加持久地提供微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，尤其是在高溫、高壓、高礦化度的油藏環(huán)境中，能夠保持長時間的高效激活特性，提高微生物對原油的有效作用時間。

圖2 常規(guī)激活劑和功能性激活劑好氧激活和厭氧激活后菌數(shù)隨時間變化

好氧激活后原油乳化特性分析結(jié)果表明，功能性激活劑體系的乳化指數(shù)在95%以上［14-15］，優(yōu)于常規(guī)激活劑體系的（86%），具體見表1。這表明功能性激活劑激活后，微生物生長代謝產(chǎn)物累積量增加，能夠更好地乳化分散原油。厭氧激活的微生物代謝產(chǎn)生的甲烷等生物氣能夠溶于原油，降低原油黏度，提高原油流動性［16-17］。功能性激活劑激活厭氧微生物后產(chǎn)生的生物氣壓力為0.058 MPa，高于常規(guī)激活劑體系厭氧微生物后產(chǎn)生的生物氣壓力（0.046 MPa），具體見表1。表2給出了微生物厭氧激活后的產(chǎn)氣組成，功能性激活劑激活厭氧微生物產(chǎn)甲烷量達(dá)到了35.43%，優(yōu)于常規(guī)激活劑產(chǎn)甲烷量，而且根據(jù)厭氧瓶體積為100 mL，培養(yǎng)溫度為60℃，利用理想氣體狀態(tài)方程［18］折算為標(biāo)準(zhǔn)氣體體積為46.93 mL，產(chǎn)生氣體量占到了厭氧瓶體積的46.93%，此結(jié)果對油藏條件下微生物產(chǎn)氣量的計算具有參考價值。

表1 不同激活劑激活效果對比

表2 常規(guī)激活劑、功能激活劑厭氧激活產(chǎn)氣組成對比

2.2 物模驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 功能性激活劑的驅(qū)油效果

為進(jìn)一步研究功能性激活劑的驅(qū)油性能，分別采用功能性激活劑和常規(guī)激活劑進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對比了空白巖心、注入常規(guī)激活劑及功能性激活劑驅(qū)替過程中含水率、采出程度及壓力的變化，結(jié)果見圖3數(shù)5?？瞻讕r心驅(qū)替過程中含水上升，驅(qū)替壓力逐漸降低，呈現(xiàn)了典型的水驅(qū)過程的變化規(guī)律［19］（圖3），一次水驅(qū)3 PV后含水達(dá)到94.8%，繼續(xù)后續(xù)水驅(qū)過程中含水率上升幅度變緩，驅(qū)替壓力緩慢降低。注入功能性激活劑的巖心驅(qū)替過程中一次水驅(qū)與空白巖心相比沒有明顯變化，但是注入功能性激活劑培養(yǎng)后驅(qū)替壓力明顯升高，含水率最大降幅達(dá)到14.52%（圖5），而常規(guī)激活劑驅(qū)替后含水率降幅只有4.28%（圖4）。這表明功能性激活劑能夠更加明顯地產(chǎn)生驅(qū)油效果，這與有效激活的好氧微生物對原油產(chǎn)生乳化分散有關(guān)，微生物乳化、分散原油后隨著后續(xù)驅(qū)替的進(jìn)行，原油向前運(yùn)移，在多孔介質(zhì)中向前推移，同時激活后的厭氧微生物的產(chǎn)氣作用強(qiáng)化了對原油的乳化分散效果。乳化原油不斷推移過程中，整體驅(qū)替壓力升高，產(chǎn)出液含水率逐漸降低，原油被采出。

圖3 空白巖心驅(qū)替過程中含水率、采出程度和壓力的變化

圖4 常規(guī)激活劑驅(qū)替過程中含水率、采出程度和壓力的變化

圖5 功能性激活劑驅(qū)替過程中含水率、采出程度和壓力的變化

空白巖心、注入常規(guī)激活劑及功能性激活劑驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。結(jié)果表明，功能性激活劑能夠在空白水驅(qū)基礎(chǔ)上提高驅(qū)替效率14.1%，與常規(guī)激活劑相比提高了4.5%，功能性激活劑表現(xiàn)了較好的驅(qū)油效果，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性。

2.2.2 巖心驅(qū)替后不同部位剩余油分布情況

巖心驅(qū)替結(jié)束以后，為明確巖心內(nèi)部不同部位微生物作用后剩余油的分布規(guī)律，對巖心內(nèi)不同部位的剩余油進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖6。結(jié)果表明，空白巖心驅(qū)替后，從巖心入口到巖心出口剩余油整體變化規(guī)律不明顯，巖心出口剩余油濃度比入口和中部的略高。用功能性激活劑驅(qū)替后的巖心從入口到出口剩余油濃度逐漸升高，且入口濃度遠(yuǎn)低于出口濃度，這進(jìn)一步證明了微生物作用后巖心內(nèi)原油被驅(qū)動，逐步向出口運(yùn)移的規(guī)律。用常規(guī)激活劑驅(qū)替后的巖心從入口到出口變化趨勢與功能性激活劑激活驅(qū)替規(guī)律類似，但是剩余油濃度比功能性激活劑驅(qū)替后的高，這說明功能性激活劑激活驅(qū)替后驅(qū)替效果優(yōu)于常規(guī)激活劑激活驅(qū)替效果。

表3 功能性激活劑提高采收率效果

圖6 巖心水驅(qū)后不同部位剩余油的分布

3 結(jié)論

以長碳鏈高分子多糖為碳源的功能性激活劑，可實(shí)現(xiàn)微生物在油藏深部的有效激活生長，在油藏中有效激活滯留激活時間延長到60 d以上。

經(jīng)功能性激活劑激活后微生物代謝產(chǎn)物對原油的乳化分散及產(chǎn)氣效果明顯提高，證明了功能性激活劑能夠有效激活好氧及厭氧微生物生長代謝產(chǎn)生驅(qū)油作用。

功能性激活劑具有較好的驅(qū)替效果，微生物作用后剩余油顯著降低，能提高驅(qū)替效率14.1%，具備廣闊的現(xiàn)場應(yīng)用前景。