沾3塊內源微生物驅現場注入工藝參數優(yōu)化

杜榮光， 郭遼原， 郭省學

( 1. 勝利油田分公司 油田機關開發(fā)處，山東 東營 257001；2. 勝利油田分公司 采油工藝研究院，山東 東營 257000 )

0 引言

油藏內源微生物比外源微生物具有更高的代謝活性，且內源微生物驅以工藝簡單、投資少、成本低、適用范圍廣等優(yōu)勢越來越受到人們的重視[1-3].內源微生物驅油工藝參數包括激活劑注入量(注入孔隙體積倍數，PV)、注入質量濃度、注入方式及其他配套參數(空氣配注量等).微生物驅注入方式的選擇影響提高采收率的程度.激活劑的注入量及注入質量濃度的選擇，既要考慮提高采收率程度，又要考慮投資成本.內源微生物驅注入工藝參數優(yōu)化設計是內源微生物驅進入現場試驗的前提條件，并為現場試驗方案設計提供依據.目前關于內源微生物驅油工藝參數優(yōu)化方面的研究很少.

前期實驗研究表明，沾3塊內源微生物群落結構比較豐富，且具有可激活性，激活后微生物群落總數達到108個/mL，物模實驗提高采收率大于7.0%[4]，具有實施內源微生物驅提高采收率的潛力.因此，有必要進行內源微生物驅注入工藝參數優(yōu)化研究.

1 油藏概況

表1 沾3區(qū)塊油藏參數

2 實驗

針對勝利油田河口采油廠沾3塊，進行內源微生物驅現場注入工藝參數優(yōu)化研究，優(yōu)化一套現場注入工藝參數，包括最佳激活劑注入量、注入方式及空氣配注量；實驗所用的激活劑配方為：玉米漿干粉3.3 g/L、磷酸銨3.12 g/L、硝酸鈉2.0 g/L.采用正交設計法優(yōu)化出最佳現場注入工藝參數，為沾3塊內源微生物驅現場實施提供理論依據.

2.1 器材與條件

2.1.1 儀器

高壓模型管(φ×l:21.5 mm×160 mm)16根，P2000型平流泵2臺，Ⅲ型1 L中間容器2個，氣相色譜儀1臺，表面張力測定儀1臺，手搖式加壓泵1臺，恒溫培養(yǎng)箱1個.

2.1.2 材料

實驗用水，沾3塊注入水和沾3x24井產出水；實驗用油，沾3x24井原油；激活劑，玉米漿干粉0.33 g/L、磷酸銨0.312 g/L、硝酸鈉0.2 g/L.

2.1.3 條件

實驗溫度，油藏溫度54 ℃；實驗壓力，油藏壓力10 MPa.

2.2 方法及方案

2.2.1 方法

實驗采用正交設計法.正交設計法主要使用正交表工具進行整體設計、綜合比較、統(tǒng)計分析.它的處理方法是使用正交表從所有可能搭配中挑出若干必需的試驗；然后再用統(tǒng)計分析方法對試驗結果進行綜合處理，進而解決問題.其主要優(yōu)點：(1)能夠用盡可能少的試驗次數尋求各因子間的最佳協(xié)同；(2)能夠分析各因子之間的交互作用.

2.2.2 方案

在內源微生物驅油過程中，影響現場試驗結果的因素多種多樣，工藝參數優(yōu)化涉及的參數也很多，鑒于現場先導試驗的經驗及研究資料的收集與綜合分析，初步篩選激活劑注入量、段塞注入方式和空氣配注量作為主要工藝參數因素.將內源微生物驅注采參數的優(yōu)化設計過程看作是一個多因子多水平的數值試驗過程[6].選取激活劑注入量(A)、段塞注入方式(B)和空氣配注量(C)等3個因子作為考察對象，每個因子按3種水平進行水驅試驗，選擇 L16(43)四水平正交表設計16個試驗方案[7]，見表2.

表2 微生物驅激活劑注入量、段塞及配氣量優(yōu)化參數水平取值

2.3 步驟

(1)配制石英砂，模型管前期準備，填裝巖心；

(2)巖心抽真空飽和地層水；

(3)測巖心水相滲透率，計算巖心孔隙體積和孔隙度；

(4)巖心飽和油，并在油藏溫度(54 ℃)下放置7 d；

(5)進行一次水驅，至出口含水率為90%；

(6)按照正交實驗方案以1.0 mL/min速度注入一定體積激活劑(第一段塞)和配注一定量的空氣，然后在54 ℃條件下恒溫培養(yǎng)15 d；

(7)進行二次水驅，水驅1 PV(PV為注入孔隙體積倍數)，計算增油量；

(8)注入第二段塞激活劑，然后在54 ℃條件下恒溫培養(yǎng)15 d；

(9)進行三次水驅，水驅2 PV，進行取樣，同時計算增油量.

2.4 結果與分析

各巖心孔隙體積在215～245 mL之間，孔隙度在32.1%～35.0%之間，滲透率在1.1～1.3 μm2之間，原始含油飽和度在87.2%～90.5%之間.其中，0號巖心為空白對比巖心，1～16號巖心檢測結果見表3.

表3 沾3塊內源微生物驅總菌數、表面張力和乙酸根檢測結果

圖1～4分別為各巖心內源微生物驅提高采收率柱狀關系圖、二、三次水驅產出液總菌數、表面張力和乙酸柱狀圖.

由圖1可知，二次水驅提高采收率平均在1.1%左右，最高達2.5%，三次水驅提高采收率平均在3.8%左右，最高為12號巖心6.8%，平均高出二次水驅2.7%；微生物驅提高采收率平均達到5.6%，最低為1號巖心達到3.0%，最高為12號巖心達到9.0%.

圖1 沾3塊內源微生物驅提高采收率柱狀關系

圖2 巖心二、三次水驅產出液總菌數柱狀圖

圖3 巖心二、三次水驅產出液乙酸根質量濃度柱狀圖

圖4 激活劑注入量、段塞尺寸和空氣配注量優(yōu)化對比

由表3、圖2和圖3可知，三次水驅高出二次水驅2個數量級，達到1.9×108個/mL.二次水驅乙酸根平均質量濃度為43.9 mg/L；三次水驅為123.6 mg/L，高出二次水驅79.7 mg/L.二次水驅產出液中的表面張力最高為56.8 mN/m，最低為51.6 mN/m，平均為54.2 mN/m；三次水驅的表面張力平均為41.3 mN/m，低于二次水驅12.9 mN/m.

表4 沾3塊內源微生物驅注入參數優(yōu)化正交實驗結果

注：A4為激活劑注入量位級4提高采收率之和；B3為段塞大小比位級3提高采收率之和；C3為空氣配注量位級3提高采收率之和；R為級差.

由于各巖心產出液中總菌數、表面張力和乙酸根質量濃度變化不明顯，而微生物提高采收率幅度的變化比較大；因此選定微生物提高采收率為評判值[8].沾3塊內源微生物驅注入參數優(yōu)化正交實驗結果見表4.激活劑注入量、段塞尺寸和空氣配注量優(yōu)化對比直方圖見圖4.

由表4可知，12號巖心提高采收率幅度最高為9.0%，其次16號巖心為8.2%，8號的為7.5%，最低為1號巖心，提高采收率幅度為3.0%.級差R的大小反映試驗中各因素作用的大小.激活劑注入量極差最大為19.6，其次為激活劑注入形式級差4.1，空氣配注量極差最小為2.1，說明激活劑注入量(A)為重要因素，激活劑注入形式(B)為比較主要因素，空氣配注量(C)為次要因素.由圖4可知，激活劑注入量中位級4為最優(yōu)水平，段塞大小比中位級3為最優(yōu)水平，空氣配注量中位級3為最優(yōu)水平.

為了比較填砂巖心與實際天然巖心的差異，選用提高采收率較高的4號、12號和16號巖心所用的工藝條件在天然巖心中進行物理模擬驅油實驗，實驗步驟同2.3.實驗結果表明，4號、12號和16號天然巖心內源微生物驅提高采收率分別為7.0%、8.7%和8.1%，與人工填砂巖心內源微生物驅實驗結果(7.2%、9.0%和8.2%)比較接近，說明填砂巖心物模實驗結果具有一定可靠性.

3 結論

(1)物模實驗中各巖心產出液中總菌數、表面張力和乙酸根質量濃度差別不大，而內源微生物驅提高采收率幅度差別比較大；因此選用微生物提高采收率值作為正交實驗主要評判值.

(2)沾3塊各注入參數對開發(fā)效果影響的敏感程度有差異，其中激活劑注入量影響最明顯(極差為19.6)，其次為激活劑注入形式(極差為4.1)，最后為空氣配注量(極差為2.1).

(3)沾3塊內源微生物驅最佳的現場注入方案為：激活劑注入量，0.3 PV；段塞大小比，1∶3(0.075 PV前置段塞+0.225 PV后置段塞)；空氣配注量，15∶1(氣液體積比).