勝利油田微生物吞吐體系的性能評(píng)價(jià)及應(yīng)用*

曹功澤，李彩風(fēng)，陳瓊瑤，劉 濤，汪衛(wèi)東，汪廬山，孫剛正

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

勝利油田河口采油廠羅9試1塊屬于羅家鼻狀構(gòu)造東翼斜坡帶，形態(tài)為被兩條近東西走向的北傾斷層切割而形成的斷鼻構(gòu)造，油藏中深2160 m，含油面積1.95 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為148×104t，屬于具邊水的構(gòu)造-巖性油藏。油藏溫度約95 ℃，地面原油黏度2 200～7 300 mPa·s，礦化度10 725～26 150 mg/L，滲透率約為0.60 μm2。經(jīng)過(guò)多年的注水開(kāi)發(fā)，油藏中產(chǎn)生了水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道，導(dǎo)致無(wú)效水循環(huán)，油井含水率普遍在90%以上［1-2］。由于原油溫度高、黏度高、含水高，該區(qū)塊的常規(guī)水驅(qū)采油技術(shù)實(shí)施效果差［3］。

前期現(xiàn)場(chǎng)研究表明微生物單井吞吐是一項(xiàng)有效提高單井產(chǎn)能的技術(shù)。其利用微生物或代謝產(chǎn)物來(lái)改善原油流動(dòng)性，解決油井產(chǎn)量下降的問(wèn)題［4-7］，具備操作方便、注入量少、成本低等優(yōu)勢(shì)。但是隨著油藏進(jìn)入注水開(kāi)發(fā)后期，油藏因素錯(cuò)綜復(fù)雜，給單一吞吐體系提出了更高的要求［8-9］。目前，國(guó)內(nèi)外在95 ℃油井中開(kāi)展微生物單井吞吐技術(shù)的應(yīng)用研究報(bào)道很少［10］。為了有效提高羅9試1塊的單井吞吐效果，首次采用了生物多糖+微生物發(fā)酵液復(fù)合吞吐技術(shù)。將生物多糖注入水驅(qū)長(zhǎng)期沖刷的優(yōu)勢(shì)通道中發(fā)揮堵水作用，使后續(xù)注入的兼具低表面張力和乳化能力的微生物發(fā)酵混合液體系能與原油充分接觸。一方面利用表面張力降低將原油從巖石剝離［11］，另一方面發(fā)揮其乳化降黏作用來(lái)提高原油流動(dòng)性［12-13］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)油水樣品來(lái)源于羅9 試1 塊，脫水原油黏度為2 850 mPa·s，地層水礦化度為13 976 mg/L，主要離子組成（單位mg/L）：Na+3 640、K+52、Mg2+228、Ca2+671、HCO3-173、NO3-32、Cl-9 180；0#柴油，中國(guó)石化加油站；生物多糖來(lái)源于黃原膠發(fā)酵液（產(chǎn)量35 g/L，原液黏度為2320 mPa·s，實(shí)驗(yàn)加量為10%），新型生物多糖發(fā)酵液（產(chǎn)量23 g/L，原液黏度為2880 mPa·s，實(shí)驗(yàn)加量為7%），普魯蘭多糖發(fā)酵液（產(chǎn)量41 g/L，原液黏度為1 580 mPa·s，實(shí)驗(yàn)加量為20%）；外源菌發(fā)酵液Ⅰ（主要成分為鼠李糖脂生物表面活性劑，表面張力為27 mN/m，具有剝離原油作用）［14-15］，外源菌發(fā)酵液Ⅱ（主要成分為糖-蛋白-脂生物乳化劑，乳化指數(shù)為100%，具有穩(wěn)定乳化作用）［16-17］，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

QBZY 全自動(dòng)表面張力儀，北京天創(chuàng)尚邦儀器設(shè)備有限公司；Olympus BX53 顯微鏡，日本Olympus 公司；Vortex Genius 3 型旋渦混合儀，德國(guó)艾卡公司；Brookfield DV-Ⅲ黏度計(jì)，美國(guó)Brookfield 公司；高溫巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置，海安石油科研儀器廠，包括高溫填砂模型管、恒溫箱、高溫恒速恒壓泵、中間容器、壓力表、圍壓泵、產(chǎn)出液收集器；填砂管巖心尺寸為φ38 mm×600 mm，用粒徑為0.075～0.428 mm 的石英砂填制而成，填充后巖心的滲透率范圍為500×10-3～600×10-3μm2。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 生物多糖評(píng)價(jià)

（1）耐溫性。在55～95 ℃的條件下，用黏度計(jì)測(cè)定不同生物多糖發(fā)酵液的黏度。

（2）巖心封堵能力。利用人工填砂巖心，氣測(cè)滲透率，抽真空飽和地層水，計(jì)算孔隙體積，注水驅(qū)替至壓力穩(wěn)定，然后注入0.3 PV 生物多糖，關(guān)閉進(jìn)出口閥門，于95 ℃下放置10 d后水驅(qū)，測(cè)定注入生物多糖前后的壓力變化。

1.2.2 微生物發(fā)酵液評(píng)價(jià)

（1）乳化穩(wěn)定性。在試管中加入等體積的微生物發(fā)酵液和柴油，渦旋振蕩器充分振蕩5 min，95 ℃靜置一段時(shí)間后測(cè)量乳化層高度，以乳化指數(shù)（EI）表示樣品的乳化能力。EI 為乳化層高度占有機(jī)相總高度的百分比［18］。

（2）原油降黏性。取70 g 原油于燒杯中，添加30 g 微生物發(fā)酵液，95 ℃下恒溫放置1 h 后以一定的速度攪拌形成O/W 型乳狀液。乳化均勻后用黏度計(jì)于95 ℃下測(cè)試原油黏度。按乳化前后的黏度差與乳化前原油黏度的比值計(jì)算降黏率。

1.2.3 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

模擬羅9 試1 塊高溫油藏環(huán)境，利用人工填砂巖心開(kāi)展驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。抽真空飽和地層水，測(cè)孔隙度和滲透率參數(shù)；飽和脫水原油，計(jì)算初始含油飽和度；一次水驅(qū)至巖心產(chǎn)出液中含水約95%；95 ℃下分別注入0.3 PV 生物多糖、0.3 PV 微生物發(fā)酵液、0.1 PV生物多糖+0.2 PV微生物發(fā)酵液；二次水驅(qū)至含水100%結(jié)束，計(jì)算驅(qū)油效率。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物多糖的耐溫性能

用地層水將黃原膠、普魯蘭多糖、新型生物多糖3種體系的初始黏度均配制為125 mPa·s左右，然后分別在55～95 ℃下進(jìn)行黏度測(cè)試。由圖1可見(jiàn)，隨著溫度升高，3 種生物多糖體系的黏度變化各不相同。黃原膠在＜85 ℃時(shí)表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，但當(dāng)溫度升高至85 ℃時(shí)，黏度開(kāi)始急劇下降。推測(cè)在高溫條件下，黃原膠規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)逐漸變?yōu)闊o(wú)序結(jié)構(gòu)［19］，導(dǎo)致黏度降低。普魯蘭多糖的黏度隨著溫度升高一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，95 ℃下的黏度為21 mPa·s，高溫穩(wěn)定性差。推測(cè)普魯蘭多糖在高溫下容易發(fā)生卷曲，引起黏度降低。新型微生物多糖的黏度始終沒(méi)有發(fā)生顯著的變化，具有較強(qiáng)的耐溫性，這與其穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)相關(guān)。

圖1 不同微生物多糖的耐溫曲線

2.2 生物多糖的巖心封堵效果

將黏度為125 mPa·s的新型耐溫生物多糖注入巖心以后，巖心壓力升高。生物多糖對(duì)巖心中的孔隙進(jìn)行了有效封堵，注入壓力由注入前的0.1 MPa上升至2.6 MPa。同時(shí)，巖心滲透率從0.60×10-3μm2降至0.28×10-3μm2，滲透率下降率為53.3%。由此可見(jiàn)，在模擬95 ℃的羅9 試1 區(qū)塊環(huán)境下，新型生物多糖體系能有效發(fā)揮巖心封堵的作用。實(shí)際高溫油藏應(yīng)用中注入新型生物多糖體系可以封堵大孔道，有利于增強(qiáng)后續(xù)微生物發(fā)酵液注入體系與油藏中剩余油的接觸效率。

2.3 微生物發(fā)酵液的乳化穩(wěn)定性

配制微生物發(fā)酵液Ⅰ與微生物發(fā)酵液Ⅱ體積比不同的混合體系，在95 ℃下靜置5～20 d的乳化穩(wěn)定性如圖2 所示。隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物發(fā)酵混合液的乳化能力均有不同程度的降低。微生物發(fā)酵液Ⅰ占據(jù)主導(dǎo)地位時(shí)，微生物發(fā)酵混合液的高溫乳化穩(wěn)定性較差。放置20 d時(shí)，微生物發(fā)酵液Ⅰ與微生物發(fā)酵液Ⅱ體積比為3∶1的混合體系乳化指數(shù)為32%。微生物發(fā)酵液Ⅱ占據(jù)主導(dǎo)地位時(shí)，微生物發(fā)酵混合液的高溫乳化穩(wěn)定性增強(qiáng)。由于微生物發(fā)酵液Ⅱ以糖-蛋白-脂的生物乳化劑為主，具有突出的乳化穩(wěn)定性能，因此保證了混合體系在高溫條件下依然能長(zhǎng)期處于乳化狀態(tài)。微生物發(fā)酵液Ⅰ與微生物發(fā)酵液Ⅱ體積比1∶2的混合體系放置20 d后的乳化指數(shù)達(dá)90%；隨著微生物發(fā)酵液Ⅱ的比例繼續(xù)增加，混合體系的乳化指數(shù)沒(méi)有明顯變化。因此，選取微生物發(fā)酵液Ⅰ與微生物發(fā)酵液Ⅱ體積比為1∶2作為最佳比例的微生物發(fā)酵混合液。

圖2 不同比例微生物發(fā)酵液的乳化穩(wěn)定性

2.4 微生物發(fā)酵液的降黏效果

在模擬羅9 試1 塊油藏環(huán)境下，將上述優(yōu)化的微生物發(fā)酵混合液注入原油涂層的試管中，如圖3所示。與空白地層水相比，微生物發(fā)酵混合液注入的試管壁上原油呈現(xiàn)顯著的剝離上浮現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，低表面張力（27 mN/m）的微生物發(fā)酵液混合體系有效降低了原油對(duì)壁的黏著力，增強(qiáng)了原油與水相的相互作用，有利于在實(shí)際油藏中提高巖石表面原油的剝離。

圖3 不同注入體系的原油乳化狀態(tài)

將微生物發(fā)酵混合液與羅9試1塊原油在高溫環(huán)境下相互作用5 d。在顯微鏡下觀察乳化后的油水樣品可見(jiàn)，乳化油滴直徑約10～15 μm，形成了O/W 型乳狀液，從而可以降低原油之間的流動(dòng)阻力，使原油更容易流動(dòng)。同時(shí)，用微生物發(fā)酵混合液進(jìn)行原油乳化降黏實(shí)驗(yàn)。空白對(duì)照中原油與地層水作用后，原油黏度稍有上升，由初始的2850 mPa·s增至3020 mPa·s；而微生物發(fā)酵混合液作用后的原油黏度（530 mPa·s）大幅下降，乳化原油降黏率達(dá)81.4%。由此可見(jiàn)，微生物發(fā)酵混合液對(duì)于高溫油藏羅9 試1 塊的原油具有顯著的乳化降黏作用，這在實(shí)際油藏中有利于改善原油在開(kāi)采過(guò)程中的流動(dòng)性。

2.5 微生物復(fù)合體系的驅(qū)油效率

模擬羅9試1區(qū)塊95 ℃的油藏環(huán)境，一次水驅(qū)至巖心含水達(dá)95%以上，然后分別用微生物多糖、微生物發(fā)酵液等不同注入體系進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。由表1 可見(jiàn)，當(dāng)同時(shí)注入0.1 PV 微生物多糖和0.2 PV 微生物發(fā)酵液（微生物發(fā)酵液Ⅰ與微生物發(fā)酵液Ⅱ體積比為1∶2）的巖心，提高驅(qū)油效率達(dá)13.9%，驅(qū)替效果顯著優(yōu)于僅注入微生物多糖體系或微生物發(fā)酵液體系的巖心。由此可見(jiàn)，微生物多糖和微生物發(fā)酵液復(fù)合體系具有強(qiáng)化原油驅(qū)替效果的作用。當(dāng)微生物多糖注入巖心中，首先進(jìn)入優(yōu)勢(shì)水流孔道，封堵大孔道，起到了擴(kuò)大波及體積的作用，增加了后續(xù)微生物發(fā)酵液與剩余油的接觸效率，從而進(jìn)一步提高了原油的驅(qū)油效率。

表1 不同微生物注入體系巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2020年開(kāi)始，利用微生物多糖和微生物發(fā)酵液復(fù)合體系在勝利油田羅9試1塊進(jìn)行微生物單井吞吐應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)配制單井吞吐注入體系，第1 段塞為30～50 m3生物多糖體系，第2 段塞為100～150 m3微生物發(fā)酵混合液體系，然后為40～50 m3注入水頂替段塞，注入結(jié)束后燜井約20 d。先后實(shí)施了羅9-7-8 井、羅9-5-12 井、羅901 井、羅9-6-71 井和羅9井5口油井。除了羅9-6-71井，其余4口油井均顯著有效。羅9-6-71 井之前為壓裂投產(chǎn)井，壓裂后油藏中存在較大的地層裂縫，注入的微生物多糖體系在油藏中的封堵效率有限，使后續(xù)注入的微生物發(fā)酵液難以與剩余油進(jìn)行充分接觸，導(dǎo)致該油井沒(méi)有顯著的增油效果?？梢試L試?yán)酶邚?qiáng)度的封堵體系進(jìn)行二次單井吞吐的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

截至2021年12月底，上述4口油井累計(jì)增油達(dá)2730 t，且目前繼續(xù)有效。利用微生物多糖和微生物發(fā)酵液復(fù)合體系進(jìn)行了單井吞吐的應(yīng)用，油井實(shí)施前后的效果變化如表2 所示。羅9-7-8 油井和羅9-5-12 油井在2019 年曾實(shí)施了化學(xué)降黏體系單井吞吐應(yīng)用，有效期較短，維持了約3個(gè)月。其中，羅9-7-8油井增油510t，羅9-5-12油井增油290 t。2020 年，為了改善油井的生產(chǎn)狀況，開(kāi)展了微生物多糖和微生物發(fā)酵液復(fù)合體系的單井吞吐現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。燜井一段時(shí)間開(kāi)井后，日產(chǎn)油曲線呈現(xiàn)“平緩、長(zhǎng)久”的獨(dú)特趨勢(shì)。羅9-7-8油井和羅9-5-12油井均取得了顯著的增油降水效果，目前仍繼續(xù)有效。隨著區(qū)塊不斷開(kāi)采，羅9 和羅901 兩口油井的含水逐漸上升，均在96%左右，油井處于低效開(kāi)發(fā)狀態(tài)。兩口油井實(shí)施微生物單井吞吐后，含水率顯著降低，有效改善了油井生產(chǎn)狀況，提高了單井產(chǎn)能，目前兩口油井均繼續(xù)有效。

表2 羅9試1塊微生物單井吞吐實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

注水開(kāi)發(fā)后期的勝利油田羅9試1塊油藏中存在優(yōu)勢(shì)孔道，水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果逐漸變差，油井含水率普遍大于90%。為了有效提高油井產(chǎn)量，研制了以生物多糖和微生物發(fā)酵液為核心的復(fù)合吞吐體系。在高溫95 ℃下，該復(fù)合體系具有較好的耐溫性、封堵性、乳化降黏作用及原油驅(qū)替效果。將該體系先后在羅9 試1 塊開(kāi)展了5 口油井的微生物單井吞吐應(yīng)用，其中4 口油井取得顯著的增油降水效果，充分發(fā)揮了微生物多糖封堵大孔道及微生物發(fā)酵液提高原油流動(dòng)性的雙重作用，實(shí)施成功率較高。截至2021年12月底，羅9試1塊油井累計(jì)增油達(dá)2730 t，目前吞吐井均繼續(xù)有效。