李玉勇 （中國海洋石油國際有限公司業(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)是一種通過引入或刺激在油藏中能存活的微生物來提高原油采收率的工藝技術(shù)。它一方面利用微生物對原油的直接作用，改善原油物性，提高原油在地層孔隙中的流動性；另一方面利用微生物在油層中生長代謝產(chǎn)生的氣體、生物表面活性劑、有機酸、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)開展了礦場試驗［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，使原油的啟動和流動能力增強，降低水油流度比，增強驅(qū)油效率。同時，篩選功能菌群進(jìn)行地面發(fā)酵后回注，用以彌補無空氣注入導(dǎo)致的近井地帶好氧區(qū)微生物代謝活動的不足。由于海上油田注采強度大，為了避免營養(yǎng)藥劑隨注水過早采出，影響微生物增殖，注入營養(yǎng)凝膠，增大營養(yǎng)組分滯留時間，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和多因素正交激活試驗［2］，進(jìn)行激活劑篩選。單因素篩選試驗分別分析了碳源、氮源、磷源以及激活因子。以碳源為例，通過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，通過多次重復(fù)試驗觀察乳化原油效果，以及對比激活前后菌群結(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個數(shù)量級，達(dá)到108個/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 激活劑效果評價

從5個指標(biāo)考察激活劑FP3對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。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），菌群對原油代謝產(chǎn)物主要以C16以下為主，原油流動性得到顯著增強。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間變化

圖3 黏度隨時間變化

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為產(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)酵時間、溶氧量對功能菌濃度的影響。通過篩選得到適于地面發(fā)酵的功能菌群，發(fā)酵后功能菌群生長速度加快，菌濃升高，24h即可進(jìn)入對數(shù)生長期，30～40h為平穩(wěn)期，發(fā)酵周期短，且菌濃高達(dá)109個/mL；菌群功能得到強化，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，功能菌群可利用原油為碳源進(jìn)行生長代謝，添加碳源可加速其生長代謝。

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。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 營養(yǎng)凝膠體系的建立

2.1 營養(yǎng)凝膠篩選

選定試驗區(qū)注入井H17井，吸水剖面測試資料顯示主力3小層吸水強度達(dá)到26.5m3/（d·m），生產(chǎn)動態(tài)資料也顯示存在一定程度的注入水突進(jìn)問題。為了緩釋營養(yǎng)，延長營養(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間，研制了營養(yǎng)凝膠體系。營養(yǎng)凝膠的選擇原則是營養(yǎng)凝膠與微生物具有良好的配伍性、營養(yǎng)凝膠可以負(fù)載和緩釋營養(yǎng)成分、營養(yǎng)凝膠具備良好的穩(wěn)定性。通過對比3種不同類型的凝膠 （酚醛樹脂凝膠、無機凝膠和有機凝膠）對微生物生產(chǎn)的影響，分析結(jié)果表明酚醛樹脂及無機凝膠體系明顯對微生物生長有抑制作用，有機凝膠組分對微生物生長無明顯抑制影響。

2.2 營養(yǎng)凝膠性能檢測

營養(yǎng)凝膠的性能檢測主要包括礦化度、溫度適應(yīng)性、抗剪切性能以及與微生物的相互作用。通過試驗分析表明，有機營養(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間較長，穩(wěn)定時間較短，高溫狀態(tài)下成膠強烈，凝膠穩(wěn)定時間相對較短。采用由20～40目石英砂填充的砂床，觀察凝膠溶液完全通過該砂床所用時間及黏度變化，結(jié)果顯示滯留時間可延長3～5倍，營養(yǎng)凝膠體系經(jīng)過砂床剪切后，黏度均有所降低，但滿足注入及設(shè)計要求，經(jīng)剪切后成膠時間延長，營養(yǎng)凝膠黏度有小幅降低，提前3～5d破膠，但對營養(yǎng)凝膠性能無明顯影響。營養(yǎng)凝膠與微生物相互作用，營養(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，營養(yǎng)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)快速增加。這是因為營養(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，微生物的生長對營養(yǎng)凝膠性能無明顯改變。營養(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間，同時產(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)的有益補充。

圖4 功能菌與激活劑對原油黏度的改善

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

3 巖心驅(qū)替試驗

3.1 試驗簡介

根據(jù)目標(biāo)試驗區(qū)儲層物性、采用人造巖心進(jìn)行微生物驅(qū)油模擬試驗，驗證在模擬地層條件下微生物驅(qū)劑、營養(yǎng)凝膠以及不同注入方式的驅(qū)油效果。設(shè)計3組試驗，A組試驗?zāi)康氖菍Ρ人?qū)與營養(yǎng)凝膠驅(qū)替效果，B組試驗?zāi)康氖菍Ρ任⑸矧?qū)劑不同配比下驅(qū)替效果，C組試驗?zāi)康氖菍Ρ炔煌瑺I養(yǎng)凝膠和微生物驅(qū)劑段塞比例下的驅(qū)替效果。

3.2 試驗結(jié)果

表1為3組設(shè)計的試驗參數(shù)及驅(qū)油效果：A組試驗表明采用營養(yǎng)凝膠驅(qū)替比水驅(qū)提高采收率9.5%；B組試驗表明微生物驅(qū)劑不同配比下提高采收率差異不大，在11.1%～12.3%之間；C組試驗表明營養(yǎng)凝膠段塞在0.2～0.4PV時提高采收率值較高，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)替試驗方案參數(shù)及驅(qū)油效率

4 結(jié)論

1）針對目標(biāo)試驗區(qū)油藏條件、基礎(chǔ)微生物分布特點，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，使原油的流動能力增強。

2）針對目標(biāo)區(qū)注采強度大的特點，建立了營養(yǎng)凝膠體系，延長營養(yǎng)組分滯留時間，激活油藏深部微生物。

3）通過室內(nèi)巖心驅(qū)替試驗優(yōu)化了營養(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)試驗區(qū)微生物驅(qū)油應(yīng)用潛力較高。

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［編輯］ 帥群