注入?yún)?shù)對(duì)微生物提高采收率的影響研究①

雷光倫 程明明 高雪梅 劉建英 楊 劍

(1.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院 2. 中國石油長慶油田分公司第一采油廠)

微生物采油技術(shù)是一種科技含量高，發(fā)展前景良好的三次采油技術(shù)，是現(xiàn)代生物工程在油氣田開采開發(fā)領(lǐng)域創(chuàng)造性的應(yīng)用。由于微生物采油技術(shù)具有生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，現(xiàn)場(chǎng)施工方便、適用于邊遠(yuǎn)井、枯竭井，以及對(duì)環(huán)境友好性等特點(diǎn)[1]，越來越受到石油行業(yè)的重視。微生物采油技術(shù)是微生物學(xué)、油藏地質(zhì)學(xué)、滲流力學(xué)、界面物理化學(xué)等多種學(xué)科基本理論的交叉綜合應(yīng)用，其機(jī)理不僅包含微生物學(xué)中的菌體在油層中的生長、繁殖和代謝等生物化學(xué)過程, 而且包括滲流力學(xué)中的微生物菌體、微生物營養(yǎng)液、微生物代謝產(chǎn)物在油層中的運(yùn)移, 同時(shí)還涉及到界面物理化學(xué)中的微生物與巖石、油、氣、水的相互作用引起的巖石和流體物理性質(zhì)的改變[2-3]。由于微生物提高采收率的復(fù)雜性，微生物驅(qū)油的理論研究工作還相對(duì)薄弱，其中最突出的是注入?yún)?shù)對(duì)提高采收率的影響，目前還缺乏全面深入的認(rèn)識(shí)，而這恰恰是微生物驅(qū)油的核心理論問題。本研究從三疊系長6油藏產(chǎn)出污泥中分離出一株具有較強(qiáng)驅(qū)油能力的優(yōu)勢(shì)菌株G1-1，并對(duì)其進(jìn)行了驅(qū)油能力測(cè)試，研究了注入?yún)?shù)對(duì)微生物驅(qū)油能力的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 菌種來源

微生物提高采收率先導(dǎo)試驗(yàn)用菌種，分離自三疊系長6 油藏產(chǎn)出污泥[4]，在溫度44.4 ℃條件下富集培養(yǎng)，取最終富集的培養(yǎng)液，稀釋涂布后，利用油平板反復(fù)分離純化，將不同形態(tài)的單菌落挑出，保存于斜面培養(yǎng)基上[5]，于4 ℃下冷藏備用。

1.2 原油與水樣來源

實(shí)驗(yàn)所用原油來自長慶油田，地層水為按照長慶油田地層水礦化度所配制的模擬地層水，其物性參數(shù)見表1。

表1 原油與水樣物性參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)方法

微生物最終提高采收率效果可用驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以驗(yàn)證，提高采收率的大小與注入?yún)?shù)有關(guān)[6-8]。在已確定的較佳注入微生物濃度、營養(yǎng)液濃度基礎(chǔ)上，用驅(qū)油實(shí)驗(yàn)確定微生物注入量(注入PV數(shù))、注入速度和注入段塞組合。方法是用石英砂裝填長35.5 mm、直徑2.73 mm的巖心管作為模擬驅(qū)油巖心，測(cè)人造巖心的滲透率和孔隙度后，飽和用試驗(yàn)區(qū)原油和煤油配制的模擬油(44.4 ℃時(shí)黏度為1.91 mPa·s)，在地層溫度下以目前試驗(yàn)區(qū)水驅(qū)速度(0.48 m/d)進(jìn)行水驅(qū)，到目前試驗(yàn)區(qū)含水時(shí)停止水驅(qū)，注入實(shí)驗(yàn)用量的微生物菌液，然后關(guān)閉巖心管兩端閥門在油藏溫度下靜置3天，之后打開閥門繼續(xù)以相同速度后續(xù)水驅(qū)，直到巖心不出油時(shí)結(jié)束[9-12]。實(shí)驗(yàn)流程圖見圖1。

3 結(jié)果與討論

3.1 注入段塞大小對(duì)提高采收率的影響

以目前試驗(yàn)區(qū)水驅(qū)速度分別注入0 PV、0.15 PV、0.3 PV、0.45 PV和0.6 PV的菌體與營養(yǎng)劑的混合液，驅(qū)替過程中注入微生物段塞大小對(duì)采收率提高結(jié)果的影響見表2。

表2 微生物段塞大小對(duì)提高采收率的影響

由表2可知，水驅(qū)到目前試驗(yàn)區(qū)含水時(shí)，各巖心的采出程度在50%左右。對(duì)于對(duì)比實(shí)驗(yàn)巖心，靜置3天再水驅(qū)時(shí)不再產(chǎn)油，再水驅(qū)的采收率提高為0；而注入不同PV數(shù)微生物菌液的巖心管再水驅(qū)時(shí)，均有較多原油產(chǎn)出，注入微生物量越大，產(chǎn)出原油量越多；注入0.3 PV和0.45 PV時(shí)，采收率提高了6.28%～8.65%，注入0.6 PV時(shí)的采收率比0.45 PV時(shí)提高幅度不大，考慮經(jīng)濟(jì)成本,現(xiàn)場(chǎng)微生物注入量為0.3～0.45 PV比較合適。從注入壓力看，注入微生物后再水驅(qū)時(shí)，其注入壓力比水驅(qū)結(jié)束時(shí)降低20%～74%，表明微生物驅(qū)時(shí)有很好的注入能力。驅(qū)替過程中的典型采收率、含水率及壓力隨注入孔隙體積倍數(shù)變化曲線見圖2～圖5。

由圖2～圖5可知，純水驅(qū)時(shí)，驅(qū)出油量主要為見水前，一旦見水，含水率會(huì)迅速增加，并很快到達(dá)高含水；關(guān)閉停留3天后再水驅(qū)時(shí)也不再出油，再純水驅(qū)的采收率提高為0。可能的原因是由于人造模擬巖心的非均質(zhì)性，飽和油在平面和縱向上滲透率差異很大， 進(jìn)行水驅(qū)油時(shí)注入水在高滲層和同油層的高滲區(qū)域遇到的滲流阻力小，因此滲流速度大。同時(shí)由于油水黏度的差異， 注入水在油層深部形成嚴(yán)重的指進(jìn)，油層波及系數(shù)小，形成水流優(yōu)勢(shì)滲流通道，水驅(qū)后原油采收率很難提高。

微生物驅(qū)時(shí)，見水前與純水驅(qū)時(shí)特征相同，在含水60%～75%時(shí)，注入不同量微生物并作用3天后再水驅(qū)，均可驅(qū)出原油，即采收率提高，含水也有所波動(dòng)。微生物注入量越大，提高采收率程度越大?？赡艿脑蚴俏⑸镌谟筒馗邼B透區(qū)生長繁殖產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，能夠選擇性地堵塞大孔道，同時(shí)，由于微生物體積小，可進(jìn)入孔隙角隅處和小毛細(xì)管中，并且能改變巖石的潤濕性，從而增強(qiáng)水驅(qū)油的動(dòng)力，提高波及系數(shù)。

微生物注入量越高，驅(qū)油效果越好，提高采收率的作用也越大。但這并不意味著微生物注入量越多越好。在一定的注入速度下，隨著微生物注入量的提高，采收率提高幅度先增大而后趨于平緩。另外，原油產(chǎn)量與投入的成本并不是呈直線關(guān)系。因此，微生物注入段塞大小存在一個(gè)最佳值，其大小與采出油量及油價(jià)和微生物制劑價(jià)格相關(guān)，可通過進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐來確定。

3.2 注入速度對(duì)提高采收率的影響

以目前試驗(yàn)區(qū)水驅(qū)速度0.48 m/d以及水驅(qū)速度的50%和150%分別注入0.45 PV的菌體與營養(yǎng)劑的混合液，注入速度對(duì)微生物提高采收率的影響結(jié)果見表3，典型采收率和含水率以及壓力隨注入孔隙體積倍數(shù)變化曲線見圖6和圖7。

表3 微生物注入速度對(duì)提高采收率的影響

由注入速度對(duì)微生物滲流能力影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，以不同速度注入微生物時(shí)，均可提高原油采收率.注入速度較低時(shí)，提高采收率效果更好?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本，微生物注入速度過低，相應(yīng)的采油速度會(huì)降低，維持生產(chǎn)的成本將加大。因此，微生物注入速度的大小存在一個(gè)最佳值，該值的選擇受到采油速度、油價(jià)和微生物制劑的價(jià)格影響，推薦選用現(xiàn)場(chǎng)水驅(qū)速度0.48 m/d。

3.3.3注入段塞組合對(duì)提高采收率的影響

以目前試驗(yàn)區(qū)水驅(qū)速度0.48 m/d，分別以單一段塞和均分為兩個(gè)段塞注入0.45 PV的菌體與營養(yǎng)劑的混合液。不同段塞組合對(duì)微生物提高采收率的影響結(jié)果見表4，典型采收率及含水率隨注入孔隙體積倍數(shù)變化曲線見圖8、圖9。

由圖8和圖9可知，不同段塞組合的微生物驅(qū)，原油采收率均有提高，段塞組合不同，采收率提高效果不同，分段塞注入提高采收率效果更好?？赡艿脑蚴?，由于人造模擬巖心的非均質(zhì)性，單一段塞大劑量集中注入微生物，有可能導(dǎo)致微生物沿水流優(yōu)勢(shì)通道指進(jìn)，使一部分菌液無效流動(dòng)，造成微生物制劑的浪費(fèi)；而分段塞注入，能保證微生物充分進(jìn)入地層，延長了微生物有效作用時(shí)間，減少了微生物的無效流動(dòng)，增大了微生物作用半徑，有利于將滯留在巖石表面、孔隙角隅處和小毛細(xì)管中的剩余油采出，增大了水驅(qū)的波及面積。

表4 微生物段塞組合對(duì)提高采收率的影響

4 結(jié) 論

模擬巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)是評(píng)價(jià)微生物提高采收率效果的重要手段，也是定量確定微生物注入?yún)?shù)的有效方法，同時(shí)也為進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)奠定理論基礎(chǔ)。通過優(yōu)選微生物注入?yún)?shù)實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：

(1) 考慮經(jīng)濟(jì)成本，建議現(xiàn)場(chǎng)微生物注入量為0.3～0.45 PV。從注入壓力看，注入微生物后再水驅(qū)時(shí)其注入壓力比水驅(qū)結(jié)束時(shí)降低20%～74%，表明微生物驅(qū)時(shí)有很好的注入能力。

(2) 考慮采出油量、原油價(jià)格以及微生物制劑的價(jià)格，確定最佳注入段塞大小為0.3～0.45 PV，最佳注入速度為0.48 m/d。

(3) 分段塞注入，能保證微生物充分進(jìn)入地層，延長微生物有效作用時(shí)間，減少微生物的無效流動(dòng)，增大了微生物作用半徑，有利于驅(qū)出剩余油。

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