海上油田微生物驅(qū)油體系的建立及效果評(píng)價(jià)

李玉勇 （中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展部，北京 100010）

張俊，黃琴，馬奎前 孫廣義，張靜 （中海油天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院，天津 300452）

高立紅，趙艷輝 （天津億利科能源科技發(fā)展股份有限公司，天津 300410）

微生物提高采收率技術(shù)是一種通過(guò)引入或刺激在油藏中能存活的微生物來(lái)提高原油采收率的工藝技術(shù)。它一方面利用微生物對(duì)原油的直接作用，改善原油物性，提高原油在地層孔隙中的流動(dòng)性；另一方面利用微生物在油層中生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生的氣體、生物表面活性劑、有機(jī)酸、聚合物等物質(zhì)，改善水驅(qū)環(huán)境，從而達(dá)到提高原油采收率的目的［1～4］。微生物提高采收率技術(shù)于20世紀(jì)90年代開始研究，陸續(xù)開展了礦場(chǎng)試驗(yàn)［5～8］。

渤海SZ36－1油田H區(qū)地下原油黏度平均78mPa·s，屬于常規(guī)稠油油藏。采用反九點(diǎn)面積井網(wǎng)開發(fā)，注水見效明顯，綜合含水率65%。油層發(fā)育1～6小層，砂體厚度2～10m，平均滲透率1300mD；油層溫度60℃，地層水礦化度10000mg/L，pH值8.1。針對(duì)該區(qū)油藏條件、水質(zhì)及基礎(chǔ)菌群特征，篩選有效激活體系，激活地層中有益微生物菌群，乳化分散原油、降低原油黏度，使原油的啟動(dòng)和流動(dòng)能力增強(qiáng)，降低水油流度比，增強(qiáng)驅(qū)油效率。同時(shí)，篩選功能菌群進(jìn)行地面發(fā)酵后回注，用以彌補(bǔ)無(wú)空氣注入導(dǎo)致的近井地帶好氧區(qū)微生物代謝活動(dòng)的不足。由于海上油田注采強(qiáng)度大，為了避免營(yíng)養(yǎng)藥劑隨注水過(guò)早采出，影響微生物增殖，注入營(yíng)養(yǎng)凝膠，增大營(yíng)養(yǎng)組分滯留時(shí)間，從而激活油藏深部微生物。

1 微生物驅(qū)劑篩選及性能

1.1 激活劑優(yōu)選

根據(jù)SZ36－1油田H區(qū)3口油井油樣和注入水樣，分析了其中的基礎(chǔ)微生物，包括檸檬酸桿菌屬、假單胞菌屬等13種菌屬，其中假單胞菌屬可降解原油，產(chǎn)生生物表面活性劑，是主要的采油功能菌。在此基礎(chǔ)上，采用單因素激活試驗(yàn)和多因素正交激活試驗(yàn)［2］，進(jìn)行激活劑篩選。單因素篩選試驗(yàn)分別分析了碳源、氮源、磷源以及激活因子。以碳源為例，通過(guò)分析油層本源菌中各種有益菌質(zhì)量濃度，包括烴氧化菌、腐生菌、發(fā)酵菌、硝酸鹽還原菌、產(chǎn)甲烷菌，以及有害菌濃度，主要是硫酸鹽還原菌，進(jìn)而優(yōu)選出碳源。同理，優(yōu)選出氮源、磷源以及激活因子。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行4因素3水平正交試驗(yàn)，通過(guò)多次重復(fù)試驗(yàn)觀察乳化原油效果，以及對(duì)比激活前后菌群結(jié)構(gòu)的變化 （圖1）、總菌濃度變化、功能菌濃度變化，篩選出最優(yōu)激活劑配方。激活體系對(duì)SZ36－1油田H區(qū)產(chǎn)出水激活效果良好，激活后總菌數(shù)上升3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到108個(gè)/mL以上，功能菌種類和數(shù)量增加，以假單胞菌、芽孢桿菌等功能菌為主。

圖1 激活前后菌群結(jié)構(gòu)變化

1.2 激活劑效果評(píng)價(jià)

從5個(gè)指標(biāo)考察激活劑FP3對(duì)原油的生物作用效果，分別是原油表面張力、界面張力、揮發(fā)性脂肪酸濃度、產(chǎn)生生物氣體積、原油黏度變化。所產(chǎn)生的表面活性劑使表面張力降低26.6%、界面張力下降32.5% （圖2）。揮發(fā)性脂肪酸濃度增加2倍，高達(dá)30×10－3mol/L，菌群活力增強(qiáng)。產(chǎn)氣體積為0.8倍激活劑體積，以CO2和N2為主。原油黏度降低了27.7% （圖3），菌群對(duì)原油代謝產(chǎn)物主要以C16以下為主，原油流動(dòng)性得到顯著增強(qiáng)。原油乳化明顯，以0.1～1.5mm粒徑分散于水相，靜置分層恢復(fù)原狀。

圖2 表面張力和界面張力隨時(shí)間變化

圖3 黏度隨時(shí)間變化

1.3 功能菌發(fā)酵

為了替代空氣注入工藝，從油層中篩選兼性厭氧功能菌體系，使其具有乳化原油，以激活近井地帶好氧菌群為主，激活油層深部厭氧菌群的功能。功能菌定向馴化方向?yàn)楫a(chǎn)生表面活性劑、乳化劑，以及產(chǎn)生能被厭氧菌利用的揮發(fā)性脂肪酸。為此需要進(jìn)行功能菌發(fā)酵，發(fā)酵工藝需要優(yōu)化pH值、接種量、發(fā)酵時(shí)間、溶氧量對(duì)功能菌濃度的影響。通過(guò)篩選得到適于地面發(fā)酵的功能菌群，發(fā)酵后功能菌群生長(zhǎng)速度加快，菌濃升高，24h即可進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，30～40h為平穩(wěn)期，發(fā)酵周期短，且菌濃高達(dá)109個(gè)/mL；菌群功能得到強(qiáng)化，表面張力降低57.3%，界面張力降低72.5%，乳化活性達(dá)到62.5%；揮發(fā)性脂肪酸提高2.25倍，可有效激活油層有益菌群。同時(shí)，功能菌群可利用原油為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，添加碳源可加速其生長(zhǎng)代謝。

1.4 激活劑與功能菌復(fù)配

激活劑與功能菌共同組成微生物驅(qū)劑，為了考察內(nèi)源激活劑與發(fā)酵功能菌的協(xié)同作用，需要進(jìn)行激活劑與功能菌復(fù)配試驗(yàn)。在激活劑與功能菌的共同作用下，原油黏度大幅度下降 （圖4），下降比例達(dá)到37.5%，較單獨(dú)采用激活劑提高了9.8%。原油中C30以上的重?zé)N組分降低6%，輕質(zhì)組分增加，油品性質(zhì)得以改善。

2 營(yíng)養(yǎng)凝膠體系的建立

2.1 營(yíng)養(yǎng)凝膠篩選

選定試驗(yàn)區(qū)注入井H17井，吸水剖面測(cè)試資料顯示主力3小層吸水強(qiáng)度達(dá)到26.5m3/（d·m），生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料也顯示存在一定程度的注入水突進(jìn)問(wèn)題。為了緩釋營(yíng)養(yǎng)，延長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)釋放周期，緩解指進(jìn)突進(jìn)現(xiàn)象，增加功能菌和激活體系在油藏的滯留時(shí)間，研制了營(yíng)養(yǎng)凝膠體系。營(yíng)養(yǎng)凝膠的選擇原則是營(yíng)養(yǎng)凝膠與微生物具有良好的配伍性、營(yíng)養(yǎng)凝膠可以負(fù)載和緩釋營(yíng)養(yǎng)成分、營(yíng)養(yǎng)凝膠具備良好的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)比3種不同類型的凝膠 （酚醛樹脂凝膠、無(wú)機(jī)凝膠和有機(jī)凝膠）對(duì)微生物生產(chǎn)的影響，分析結(jié)果表明酚醛樹脂及無(wú)機(jī)凝膠體系明顯對(duì)微生物生長(zhǎng)有抑制作用，有機(jī)凝膠組分對(duì)微生物生長(zhǎng)無(wú)明顯抑制影響。

2.2 營(yíng)養(yǎng)凝膠性能檢測(cè)

營(yíng)養(yǎng)凝膠的性能檢測(cè)主要包括礦化度、溫度適應(yīng)性、抗剪切性能以及與微生物的相互作用。通過(guò)試驗(yàn)分析表明，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)凝膠體系在礦化度3000～10400mg/L，環(huán)境溫度在50～80℃之間，其性能穩(wěn)定，較低的礦化度成膠時(shí)間較長(zhǎng)，穩(wěn)定時(shí)間較短，高溫狀態(tài)下成膠強(qiáng)烈，凝膠穩(wěn)定時(shí)間相對(duì)較短。采用由20～40目石英砂填充的砂床，觀察凝膠溶液完全通過(guò)該砂床所用時(shí)間及黏度變化，結(jié)果顯示滯留時(shí)間可延長(zhǎng)3～5倍，營(yíng)養(yǎng)凝膠體系經(jīng)過(guò)砂床剪切后，黏度均有所降低，但滿足注入及設(shè)計(jì)要求，經(jīng)剪切后成膠時(shí)間延長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)凝膠黏度有小幅降低，提前3～5d破膠，但對(duì)營(yíng)養(yǎng)凝膠性能無(wú)明顯影響。營(yíng)養(yǎng)凝膠與微生物相互作用，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨著凝膠逐漸析水破膠緩慢釋放 （圖5），當(dāng)作用65d之后，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)快速增加。這是因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水相中可以被微生物捕集利用，在油藏深部產(chǎn)出激活作用。營(yíng)養(yǎng)凝膠體系與微生物采油技術(shù)配伍性良好，不影響微生物正常激活繁殖代謝，微生物的生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)凝膠性能無(wú)明顯改變。營(yíng)養(yǎng)凝膠工藝可以配合微生物采油工藝，增大微生物驅(qū)劑在油藏中的滯留時(shí)間，同時(shí)產(chǎn)生緩釋作用，激活油藏深部微生物菌群，該工藝是微生物采油技術(shù)的有益補(bǔ)充。

圖4 功能菌與激活劑對(duì)原油黏度的改善

圖5 水相中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化關(guān)系

3 巖心驅(qū)替試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

根據(jù)目標(biāo)試驗(yàn)區(qū)儲(chǔ)層物性、采用人造巖心進(jìn)行微生物驅(qū)油模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證在模擬地層條件下微生物驅(qū)劑、營(yíng)養(yǎng)凝膠以及不同注入方式的驅(qū)油效果。設(shè)計(jì)3組試驗(yàn)，A組試驗(yàn)?zāi)康氖菍?duì)比水驅(qū)與營(yíng)養(yǎng)凝膠驅(qū)替效果，B組試驗(yàn)?zāi)康氖菍?duì)比微生物驅(qū)劑不同配比下驅(qū)替效果，C組試驗(yàn)?zāi)康氖菍?duì)比不同營(yíng)養(yǎng)凝膠和微生物驅(qū)劑段塞比例下的驅(qū)替效果。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

表1為3組設(shè)計(jì)的試驗(yàn)參數(shù)及驅(qū)油效果：A組試驗(yàn)表明采用營(yíng)養(yǎng)凝膠驅(qū)替比水驅(qū)提高采收率9.5%；B組試驗(yàn)表明微生物驅(qū)劑不同配比下提高采收率差異不大，在11.1%～12.3%之間；C組試驗(yàn)表明營(yíng)養(yǎng)凝膠段塞在0.2～0.4PV時(shí)提高采收率值較高，在17.1%～19.8%之間。從兼顧效果和成本角度出發(fā)，推薦優(yōu)選C3方案。

表1 不同驅(qū)替試驗(yàn)方案參數(shù)及驅(qū)油效率

4 結(jié)論

1）針對(duì)目標(biāo)試驗(yàn)區(qū)油藏條件、基礎(chǔ)微生物分布特點(diǎn)，篩選出激活劑與功能菌組合的微生物驅(qū)劑，可乳化分散原油、降低原油黏度，使原油的流動(dòng)能力增強(qiáng)。

2）針對(duì)目標(biāo)區(qū)注采強(qiáng)度大的特點(diǎn)，建立了營(yíng)養(yǎng)凝膠體系，延長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)組分滯留時(shí)間，激活油藏深部微生物。

3）通過(guò)室內(nèi)巖心驅(qū)替試驗(yàn)優(yōu)化了營(yíng)養(yǎng)凝膠和微生物驅(qū)劑的段塞大小，二者共同作用下可提高采收率18.4%，目標(biāo)試驗(yàn)區(qū)微生物驅(qū)油應(yīng)用潛力較高。

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