金家油田微生物稠油降黏劑的研制與評(píng)價(jià)

毛振強(qiáng)， 文小林， 韓春梅， 于紅軍， 黃文歡， 趙淑霞， 齊義彬*， 韓佳均

(1.中國(guó)石化勝利油田分公司純梁采油廠， 博興 256504； 2.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 102206； 3.中國(guó)石化勝利油田分公司石油開(kāi)發(fā)中心， 東營(yíng) 257091)

金家油田構(gòu)造位置位于東營(yíng)凹陷西南邊緣斜坡帶，主力含油層系為沙一段。目前金家油田的主力產(chǎn)區(qū)通38塊探明含油面積3.38 km2，石油地質(zhì)儲(chǔ)量771.11×104t，為強(qiáng)水敏性稠油油藏。通38塊由于儲(chǔ)層強(qiáng)水敏、物性差，原油黏度偏大，隔夾層多的特點(diǎn)，因此產(chǎn)能建設(shè)時(shí)采用壓裂防砂+注汽熱采吞吐的開(kāi)發(fā)方式[1-2]。但隨著轉(zhuǎn)周輪次的增加，井間汽竄嚴(yán)重，產(chǎn)量明顯遞減，油汽比急劇下降，第4周期后熱采已經(jīng)無(wú)效[3-4]。因此急需要轉(zhuǎn)換開(kāi)發(fā)方式，繼續(xù)提高采油速度和采出程度。

對(duì)于以金家油田為代表的多輪次吞吐后的稠油油藏，蒸汽驅(qū)本是理想的接替技術(shù)，然而蒸汽驅(qū)在稠油油藏大規(guī)模應(yīng)用存在3個(gè)限制因素。一是中國(guó)稠油的油層厚度普遍在3～10 m，數(shù)值模擬計(jì)算在該油藏厚度條件下，蒸汽驅(qū)熱損失達(dá)到50%～75%，熱效率很低；二是蒸汽驅(qū)的成本較高(普遍超過(guò)50美元/桶)，在目前國(guó)際油價(jià)偏低的大背景下，規(guī)模化應(yīng)用很難取得經(jīng)濟(jì)效益；三是受限于國(guó)家碳中和的環(huán)保要求，導(dǎo)致蒸汽的來(lái)源受限[5-6]。因此，低成本、低排放的冷采技術(shù)是國(guó)內(nèi)稠油繼續(xù)高效開(kāi)發(fā)的必然方向。基于此，摻稀降黏、出砂冷采、溶劑汽化萃取等方法多有研究和實(shí)踐。郭繼香等[7]認(rèn)為摻稀降黏可以有效地改善稠油的流動(dòng)性，但是該技術(shù)受制于稀油的來(lái)源，無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。劉曉瑜等[8]總結(jié)了中外出砂冷采的技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)和應(yīng)用情況后認(rèn)為，出砂冷采技術(shù)要求的儲(chǔ)層的膠結(jié)疏松且泥質(zhì)含量低，而中國(guó)大部分稠油儲(chǔ)層的黏土礦物含量普遍較高，難以形成蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)。張弦等[9]認(rèn)為溶劑汽化萃取技術(shù)具有利用率高、低成本等優(yōu)點(diǎn)，但是工藝存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法規(guī)模化推廣。因此這些技術(shù)作為稠油開(kāi)發(fā)主流技術(shù)都存在一定的局限性。近年來(lái)，以化學(xué)降黏替代加熱降黏成為中國(guó)外稠油化學(xué)冷采研究的熱點(diǎn)，化學(xué)降黏具有低成本、種類(lèi)豐富、針對(duì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是熱采之后最有潛力的接替和輔助技術(shù)[10-11]。

因此，在分析通38稠油開(kāi)發(fā)目前存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，探索一種稠油冷采的開(kāi)發(fā)方式，作為該區(qū)塊稠油熱采后的一種接替技術(shù)。稠油冷采中的稠油乳化降黏是稠油冷采發(fā)展的主流技術(shù)方向，乳化作用對(duì)稠油體系黏度和流變行為影響巨大。因此，研發(fā)與評(píng)價(jià)一種適合金家油田稠油的低成本高效降黏劑是稠油冷采技術(shù)的關(guān)鍵[12-13]?？紤]到油藏溫度和地層水中含有一定濃度(約600 mg/L)的鈣鎂離子，微生物降黏劑具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：首先，微生物代謝合成的降黏劑成本較低；其次，金家油田的油藏溫度條件下(46 ℃)微生物的數(shù)量和種類(lèi)都十分豐富，容易篩選到高性能合成降黏劑的微生物菌株[14-15]；最后，微生物合成的降黏劑適應(yīng)范圍較廣，能夠耐受一定濃度的鈣鎂離子。

為此，以篩選和研制適合目標(biāo)油藏的微生物稠油降黏劑為主要內(nèi)容，同時(shí)評(píng)價(jià)該降黏劑對(duì)目標(biāo)油藏稠油的降黏與驅(qū)油效果，從而為金家油田熱采后繼續(xù)經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)發(fā)提供一種稠油冷采的接替技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

金家油田通38(A井)采出液，礦化度為16 282 mg/L，Ca2+含量為601.7 mg/L，水型為CaCl2。金家油田通38(A井)稠油，地下原油黏度1 124 mPa·s，脫水脫氣后，在46 ℃油藏溫度條件下的黏度為14 600 mPa·s。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 菌株

從金家油田A井的采出液中共篩選到合成表面活性劑菌株共20株，分別編號(hào)為Q1～Q20。對(duì)20株菌株合成代謝產(chǎn)物對(duì)稠油的降黏性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Q18的低謝產(chǎn)物對(duì)通38稠油的降黏效果為最佳，進(jìn)一步鑒定其為假單胞菌屬。

1.2.2 培養(yǎng)基

Q18代謝合成稠油降黏劑采用的培養(yǎng)基配方為[16]：蔗糖40 g/L，豆油40 g/L，Na2HPO41 g/L，KH2PO41 g/L，NaNO33 g/L，MgSO40.5 g/L，CaCl20.1 g/L，pH 7.2。以上營(yíng)養(yǎng)均溶于1 000 mL水中，121 ℃滅菌20 min。

1.2.3 菌株培養(yǎng)與降黏劑RF180的配置

假單胞菌屬Q(mào)18的發(fā)酵時(shí)間為72 h，培養(yǎng)溫度為34 ℃，接種量為5%，接種后以180 r/min震蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)后的發(fā)酵產(chǎn)物利用通38采出液稀釋40倍，pH調(diào)整為7.5后，制得濃度為0.5%的微生物稠油降黏劑RF180[17]。

1.2.4 RF180與通38稠油的界面張力測(cè)定方法

利用TX-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)定RF180降黏劑與通38稠油的界面張力[18-19]。設(shè)置轉(zhuǎn)速5 000 r/min，46 ℃下旋轉(zhuǎn)20 min進(jìn)行測(cè)定。

非洲豬瘟病毒可經(jīng)過(guò)口以及上呼吸道系統(tǒng)進(jìn)入身體中，然后在鼻咽部發(fā)生感染。之后該病毒會(huì)快速蔓延到下頜淋巴結(jié)處，且通過(guò)淋巴和血液在豬身體里蔓延。在病毒較強(qiáng)時(shí)豬身體內(nèi)的細(xì)胞變化十分快，甚至在死亡前可能導(dǎo)致體內(nèi)所有細(xì)胞死亡。

1.2.5 RF180對(duì)通38稠油的乳化和靜置降黏效果分析方法

配制好濃度為0.5%的稠油降黏劑RF180，按照企標(biāo)《稠油降黏劑通用技術(shù)條件》(QSH1020 1519—2016)在油藏溫度46 ℃條件下測(cè)定RF180對(duì)通38稠油的降黏效果。按照油劑比1∶1的比例在一個(gè)燒杯中將稠油與RF180降黏劑進(jìn)行混合，然后用攪拌儀在46 ℃，250 r/min條件下快速攪拌2 min，然后測(cè)定乳化后稠油的黏度，計(jì)算乳化降黏率[20]。

稱取30 g 通38稠油置于150 mL燒杯中，按照油劑比1∶1的比例加入30 mL 0.5%的RF180降黏劑，靜置在46 ℃恒溫箱中24 h，選取上部稠油測(cè)定原油的黏度，計(jì)算靜置降黏率[21]。

1.2.6 RF180對(duì)通38稠油的乳化分散的分析方法

按照《稠油降黏劑通用技術(shù)條件》(QSH1020 1519—2016)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將RF180與通38稠油按照1∶1進(jìn)行混合后，在46 ℃恒溫箱中保溫1 h，然后在46 ℃下250 r/min攪拌2 min，將乳化后的稠油制作顯微觀察片，置于顯微鏡下觀察，并隨機(jī)選取20個(gè)乳化后的原油顆粒，測(cè)量其顆粒直徑，計(jì)算20個(gè)乳化后稠油顆粒的平均粒徑[22]。

1.2.7 RF180的環(huán)境耐受性分析方法

分別測(cè)定了RF180在不同溫度、礦化度和pH條件下對(duì)通38稠油的乳化降黏效果[23-24]。

取濃度為0.5%的RF180降黏劑30 mL放置于20、30、40、60、80、100、150、180 ℃恒溫箱內(nèi)24 h。然后加入30 g 通38稠油，用攪拌儀在46 ℃，250 r/min條件下快速攪拌2 min，然后測(cè)定乳化后稠油的黏度，計(jì)算乳化降黏率。同時(shí)將RF180濃度稀釋至0.2%，利用表面張力儀測(cè)定RF180降黏劑的表面張力。繪制RF180的耐溫能力曲線。

取濃度為0.5%的RF180降黏劑30 mL，調(diào)節(jié)pH至3、4、5、6、7、8、9、10和11。加入30 g 通38稠油，用攪拌儀在46 ℃，250 r/min條件下快速攪拌2 min，然后測(cè)定乳化后稠油的黏度，計(jì)算乳化降黏率，同時(shí)稀釋RF180發(fā)酵液稀釋至濃度為0.2%，利用表面張力儀測(cè)定處理后表面張力。繪制RF180的耐酸堿能力曲線。

1.2.8 不同濃度RF180對(duì)通38稠油的乳化與靜置降黏率的分析方法

配制0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%和1.0%的RF180，按照油劑比5∶5的比例置于燒杯中與RF180降黏劑進(jìn)行混合，然后用攪拌器在46 ℃，250 r/min條件下快速攪拌2 min，測(cè)定乳化后的稠油黏度，計(jì)算稠油降黏率。同時(shí)配制好不同濃度的RF180，按照油劑比1∶1的比例與通38稠油置于燒杯中，置于46 ℃恒溫箱中靜置24 h，選取上部稠油測(cè)定其黏度，計(jì)算靜置降黏率。

1.2.9 物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

利用填砂管模型模擬該區(qū)塊的油藏條件，填砂管為圓柱形，長(zhǎng)30 cm，橫截面直徑為2.5 cm，實(shí)驗(yàn)用各填砂管的參數(shù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)溫度為46 ℃，設(shè)置壓力為5 MPa，驅(qū)替速度為0.6 mL/min。注入水為現(xiàn)場(chǎng)模擬水，黏度為1.0 mPa·s，實(shí)驗(yàn)用油為通38稠油，在46 ℃下的黏度為14 600 mPa·s[25]。

表1 填砂管巖心參數(shù)Table 1 Core parameters of sand filling pipe

實(shí)驗(yàn)步驟：①按照現(xiàn)場(chǎng)滲透率裝填填砂管，抽真空2 h后飽和地層水；②測(cè)定填砂管的孔隙度、滲透率；③注入通38稠油飽和巖心，出口設(shè)置背壓閥，加壓至5 MPa并全程保持，計(jì)算含油飽和度，老化巖心3 d；④一次水驅(qū)，注地層水至產(chǎn)出液含水率達(dá)到98%；⑤實(shí)驗(yàn)方案1為對(duì)照，方案2和方案3分別注入0.3 PV、0.6 PV稠油降黏劑RF180，然后二次水驅(qū)，注地層水至產(chǎn)出液含水率達(dá)到98%，計(jì)算驅(qū)油效率；⑥方案4在一次水驅(qū)后連續(xù)注入微生物稠油降黏劑RF180直至產(chǎn)出液含水率達(dá)到98%，計(jì)算驅(qū)油效率[26-27]。

2 結(jié)果與討論

2.1 RF180對(duì)通38稠油的降黏及乳化分析結(jié)果

按照實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定了地層水與通38稠油、RF180與通38稠油的界面張力，結(jié)果表明：RF180具有良好的界面活性，能夠?qū)⑼?8稠油的界面張力從20 mN/m降低到3.12×10-2mN/m，同時(shí)RF180具有良好的靜置與乳化降黏效果，RF180與通38稠油靜置接觸24 h后，稠油的黏度降到483.6 mPa·s，靜置降黏率達(dá)到了96.9%；當(dāng)RF180與通38稠油充分?jǐn)嚢枧c混合后，此時(shí)稠油被充分乳化，黏度僅為6.84 mPa·s，降黏率為99.96%。對(duì)乳化分散后的稠油進(jìn)行顯微觀察發(fā)現(xiàn)(圖1)，稠油未乳化前，呈現(xiàn)油包水的乳狀液，因此稠油的黏度很高，當(dāng)被RF180降黏乳化后，稠油呈現(xiàn)水包油的乳狀液[28]。隨機(jī)選取20個(gè)乳化后稠油的顆粒進(jìn)行測(cè)量，其平均粒徑僅為23.21 μm，此時(shí)稠油的黏度大幅降低，流動(dòng)性提高。

圖1 通38稠油與乳化后通38稠油的顯微觀察Fig.1 Microscopic observation of Tong38 heavy oil and emulsified Tong38 heavy oil

2.2 RF180的環(huán)境耐受性分析結(jié)果

按照實(shí)驗(yàn)方法分別測(cè)定了RF180的耐溫和耐礦化度性能，結(jié)果如圖2(a)和圖2(b)所示，可以看出，RF180具有良好的耐溫和耐礦化度性能，在不同溫度條件下處理以及添加不同濃度NaCl后，RF180的表面張力變化不大(28～34 mN/m)，對(duì)通38稠油的降黏率也十分接近(99%左右)，說(shuō)明不同溫度和礦化度條件下RF180的降黏與表面活性沒(méi)有發(fā)生改變，具有良好的耐溫和耐礦化度性能。

按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)一步測(cè)定了RF180的耐酸堿性能，其結(jié)果如圖2(c)所示，RF180在堿性條件下具有良好的乳化降黏活性，但是在酸性條件下其活性受到抑制。在pH>5條件下表面張力較低，但是在pH<5條件下表面張力會(huì)逐漸升高，表面活性降低，同時(shí)，通38稠油在中性和堿性條件下具有良好的降黏活性，降黏率大于99%，但是當(dāng)pH調(diào)整到酸性條件，小于5的條件下，其乳化降黏活性明顯下降，原油降黏活性變差，說(shuō)明RF180具有一定耐堿性能[29]。

圖 2 稠油降黏劑RF180的環(huán)境耐受性Fig.2 Environmental tolerance of heavy oil viscosity reducer RF180

2.3 RF180對(duì)通38稠油的靜置與乳化降黏特征分析

配置不同濃度的RF180，按照實(shí)驗(yàn)方法分別測(cè)定不同濃度RF180對(duì)通38稠油的靜置與乳化降黏率，其結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，RF180對(duì)通38的靜置降黏率隨著其濃度的升高，靜置降黏效果呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)，當(dāng)RF180超過(guò)0.3%以上時(shí)，其對(duì)通38稠油的靜置降黏率達(dá)到96%以上。說(shuō)明在相對(duì)較低的濃度，RF180對(duì)通38稠油就具有良好的靜置降黏效果。而對(duì)于乳化降黏率，RF180在0.10%～1.00%的濃度范圍均具有良好的降黏效果，乳化降黏率均大于99%。綜上所述，說(shuō)明RF180對(duì)于通38稠油具有良好的降黏效果，是適合該區(qū)塊油藏的一種高效降黏劑，且使用濃度較低，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

圖3 不同濃度RF180對(duì)通38稠油的乳化和靜置降黏率Fig.3 Emulsification and static viscosity reduction rate of Tong38 heavy oil with different concentrations of RF180

2.4 RF180物理模擬驅(qū)油效果

物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表2)可知，RF180能夠大幅提高通38稠油油藏的驅(qū)油效率，在物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，注入0.3 PV稠油降黏劑提高采收率12.44%，當(dāng)注入0.6 PV時(shí)，進(jìn)一步提高采收率至18.04%，當(dāng)采用連續(xù)注入稠油降黏劑時(shí)，會(huì)繼續(xù)大幅提高目標(biāo)稠油的采收率，共提高25.24%的采收率。

表2 RF180物理模擬驅(qū)油結(jié)果Table 2 Results of RF180 physical simulation tests

3 結(jié)論

(1)針對(duì)金家油田通38區(qū)塊稠油開(kāi)發(fā)中存在熱采效益降低的問(wèn)題，開(kāi)展了稠油冷采技術(shù)的研究。從油田采出液中篩選到一株能夠高產(chǎn)生物表面活性劑菌株Q18，以Q18的代謝產(chǎn)物為基礎(chǔ)構(gòu)建了一種稠油降黏劑RF180。

(2)稠油降黏劑RF180具有廣泛的環(huán)境耐受性，在20～180 ℃、0～120 000 mg/L礦化度和pH 5～11的范圍具有良好的乳化與表面活性。

(3)稠油降黏劑RF180對(duì)通38稠油具有良好的乳化與靜置降黏效果，0.3% RF180對(duì)通38稠油的乳化與靜置降黏率分別達(dá)到99.93%和96.64%，說(shuō)明RF180能夠有效的降低目標(biāo)油藏稠油的黏度。

(4)RF180對(duì)通38稠油具有良好的驅(qū)油效果，室內(nèi)物理模擬驅(qū)油試驗(yàn)證明不同的注入方式條件下，RF180能夠提高12%～26%的目標(biāo)油藏的采收率。