板橋底水稠油油藏水平井微生物降黏技術(shù)

黨 紅，姚瑞香，程遠(yuǎn)忠，黨 艷，李煉民

(1.中油大港油田分公司，天津 大港 300280;2.中油華北油田公司，河北 任丘 062552)

引 言

1 實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)

大港油區(qū)板橋油田某塊位于板橋油氣田南部，構(gòu)造上處于大張坨斷層的上升盤。該塊是板橋油田底水稠油油藏的典型代表，1997年投入開發(fā)，由于油水黏度比大，天然底水能量充足，油井見水后，含水上升速度快，導(dǎo)致油藏開發(fā)效果差。雖然采用了側(cè)鉆水平井、中心管采油、控制產(chǎn)液量等多種手段，但開發(fā)效果未得到有效改善，采出程度為2.1%，5口水平井和2口直井采油，日產(chǎn)油為15 t/d，綜合含水高達(dá)90.4%，處于低速開采。同時(shí)隨著板橋油田的不斷深入開發(fā)，稠油底水油藏的占產(chǎn)比例越來越高，為此急需解決該類油藏的開發(fā)效果。微生物采油技術(shù)［1－5］已成為繼熱力驅(qū)、化學(xué)驅(qū)、聚合物驅(qū)之后的提高采收率新技術(shù)，且越來越受重視。目前國內(nèi)微生物采油技術(shù)已成為稠油油藏開發(fā)的重要技術(shù)手段之一，但由于地層原油黏度大，影響了采油效果。本項(xiàng)目研究以微生物降黏為核心技術(shù)，配以化學(xué)助劑，進(jìn)行了優(yōu)化復(fù)配降黏技術(shù)的研究，即通過加入激活劑，使內(nèi)源功能菌被定向激活，化學(xué)助劑使微生物有更適合的生存條件，內(nèi)源功能菌在油藏大量生長繁殖，使原油乳化，有效降低了原油黏度，從而提高原油采收率。該項(xiàng)研究為大港油田底水稠油油藏水平井，提高采收率開創(chuàng)了新途徑。

1.1 油藏參數(shù)與原油物性

板橋油田某斷塊油藏埋深為1 864 m，地層溫度為70℃，滲透率為 3 311 ×10－3μm2，孔隙度為31.4%。原油含蠟量為3.06%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量為30.9%，原油密度為0.975 g/cm3。地層水礦化度為2 048 mg/L。將高溫脫水后的稠油分離出其中的飽和烴、芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等組分，并測量、計(jì)算出各組分的質(zhì)量比分別為52.61%、21.88%、12.70%、12.81%，凝固點(diǎn)為 23℃，含水量為7.2%。

1.2 影響原油黏度的因素

1.2.1 溫度對(duì)原油黏度的影響

取板橋油田地層油，測試不同溫度下的油樣黏度，結(jié)果表明，原油黏度隨溫度升高而降低(表1)。

表1 溫度對(duì)原油黏度的影響

1.2.2 含水率對(duì)原油黏度的影響

在40℃下，按照地層水組成補(bǔ)加礦化水配制模擬地層水，將模擬地層水和原油復(fù)配，使其含水率分別為7%、10%、20%、30%、40%，測試復(fù)配樣品黏度，結(jié)果見表2。由表2可知，原油含水率為10%時(shí)樣品黏度最低。

表2 含水率對(duì)原油黏度的影響

1.2.3 堿對(duì)原油黏度的影響

按原油∶堿水溶液=7∶3(體積比)配制油樣，在40℃下測試油樣黏度，結(jié)果表明，加堿降黏效果不明顯。

1.3 激活劑的篩選與優(yōu)化

1.3.1 油藏微生物生態(tài)分析—細(xì)菌群落分析

對(duì)該塊采油井產(chǎn)出水的細(xì)菌群落狀況進(jìn)行分析，其中烴氧菌、腐生菌、厭氧發(fā)酵菌、硝酸鹽還原菌、硫酸鹽還原菌分別為1.11×103、6.00×104、2.00 × 103、1.10 × 102、1.50 × 103個(gè)/mL，產(chǎn)甲烷菌小于10個(gè)/mL。表明該斷塊油井具有較完備的微生物群落結(jié)構(gòu)，具有進(jìn)行本源微生物采油的潛力。

1.3.2 選擇性激活劑的篩選

對(duì)該區(qū)塊內(nèi)源菌群落［6］進(jìn)行廣泛分析，在此基礎(chǔ)上，建立了該區(qū)塊內(nèi)源微生物群落激活劑篩選的框架。主要從碳源、氮源、磷源、有害菌的抑制劑和一些微量元素等方面考慮，對(duì)激活劑進(jìn)行篩選，通過考察內(nèi)源菌激活的活菌數(shù)、發(fā)酵液表面張力的變化以及激活劑對(duì)原油的乳化降解率，采用L9(34)正交表對(duì)激活劑ST配方中的主劑M和有害菌抑制劑L的配比進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，優(yōu)化出激活劑ST的最佳配比為1%的M和0.2%的L。

1.4 內(nèi)源微生物篩選與理化性能研究

經(jīng)對(duì)某水平井油水樣品的多次實(shí)驗(yàn)篩選，確定一株能夠降解原油并代謝表面活性劑的內(nèi)源微生物菌株［7－8］，定名為J1。對(duì)菌種好氧性、菌種耐溫性、耐酸堿度、耐鹽性、菌株J1生長代謝實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)物有效濃度－溫度、pH值和鹽度關(guān)系、發(fā)酵液的張力性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明:該菌株在生長菌種的代謝過程中為厭氧型，但在產(chǎn)表面活性劑情況下明顯好氧;菌種的耐溫區(qū)間為30～70℃，耐酸堿度的pH值為6～10，并且在鹽度小于16%時(shí)對(duì)生長代謝影響不大;通過產(chǎn)物有效濃度與溫度、pH值和鹽度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，代謝產(chǎn)物分別在50℃、pH值為6和鹽度為1.5%的情況下有效濃度保持最低，但在較大的條件范圍內(nèi)波動(dòng)不大，且發(fā)酵液的張力變化明顯;通過分析發(fā)現(xiàn)，菌株產(chǎn)物包含糖類、脂類和蛋白質(zhì)類的大分子高聚物乳化劑 (Emulsan)。

1.5 生物表面活性劑研究

1.5.1 J1菌作用前后原油表面張力

由于表面張力是液體的1個(gè)重要參數(shù)，微生物的代謝產(chǎn)物如產(chǎn)酸、產(chǎn)表面活性物質(zhì)［9］是微生物提高采油率的重要機(jī)理，因此菌液降低表面張力的能力是評(píng)價(jià)菌種性能［10］的基本指標(biāo)。采用J1菌液對(duì)原油恒溫75℃培養(yǎng)3 d，然后將油水分離，測量菌液pH和表面張力。結(jié)果表明:J1菌作用油樣后表面張力由64.39 mN/m下降到29.00 mN/m，表面張力降低54.96%;pH值由7.2下降到6.4，說明在降解過程中產(chǎn)物顯酸性。

1.5.2 代謝產(chǎn)物對(duì)原油黏度的影響

微生物與原油作用后會(huì)降低原油的黏度，在篩選和評(píng)價(jià)采油微生物菌種時(shí)，將微生物降低油品黏度能力作為1個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行考察。在70℃下采用內(nèi)源菌J1對(duì)稠油降黏，微生物作用前的原油黏度為983.8 mPa·s，作用后的原油黏度為642 mPa·s，降黏率約為35%?？梢?，內(nèi)源菌J1對(duì)該斷塊稠油產(chǎn)生了一定的降黏作用。

1.6 復(fù)配作用后原油黏度變化研究

采用篩選研制的2種降黏劑(CHD、CHE)與微生物激活劑、微生物發(fā)酵產(chǎn)物復(fù)配進(jìn)行降黏實(shí)驗(yàn)。復(fù)配降黏劑在礦化水中質(zhì)量含量為0.1%，溫度為70℃，攪拌后測試，結(jié)果見表3。從表3可知，微生物與化學(xué)助劑(CHD/CHE)復(fù)配后用于降黏，較單獨(dú)1種方法降黏效果更好。

表3 不同油水比CHD/CHE降黏實(shí)驗(yàn)

2 實(shí)施效果

根據(jù)室內(nèi)研究成果，對(duì)板橋油田進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)5口井，目前已實(shí)施3口，日增油達(dá)13 t/d，增產(chǎn)幅度為86.7%，原油降黏率約為60%，預(yù)計(jì)單井年增油量為200～500 t/a。水平井T1井于2010年12月21日進(jìn)行了現(xiàn)場降黏試驗(yàn)，加入藥劑為4.5 t(激活劑濃度為1%、化學(xué)降黏劑濃度為5%)，關(guān)井24 h后開井。該井在微生物復(fù)合降黏作業(yè)前綜合含水率為89.7%，日產(chǎn)油為2.2 t/d，降黏后初期日產(chǎn)油為8.6 t/d，含水率為71.2%，最低含水率降到60.3%，日產(chǎn)油最高達(dá)到10.2 t/d，比微生物復(fù)合降黏處理前含水率下降29.4個(gè)百分點(diǎn)，日增油8.0 t/d，原油產(chǎn)量增加，含水率降低，見到明顯的增油效果，截至2012年5月，有效期已達(dá)18個(gè)月，累計(jì)增油1 005 t，目前日產(chǎn)油約為2.6 t/d，綜合含水率為86.8%，仍然有效。同時(shí)監(jiān)測顯示，現(xiàn)場實(shí)施復(fù)配降黏劑作用后原油黏度發(fā)生較大變化，降黏率約為60%，證明油藏內(nèi)源菌被激活，油藏生態(tài)環(huán)境發(fā)生明顯變化，流體性質(zhì)明顯改善。微生物復(fù)合降黏試驗(yàn)成功為該區(qū)其他水平井提高單井產(chǎn)量提供了科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)論

(1)分析油井細(xì)菌群落狀況，篩選內(nèi)源微生物菌株，并對(duì)其理化性能和內(nèi)源菌的功能、生物表面活性劑進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(2)采用微生物表面活性劑與化學(xué)助劑(CHD/CHE)復(fù)配的方法，對(duì)板橋試驗(yàn)油井原油進(jìn)行降黏，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，微生物和化學(xué)降黏劑復(fù)配降黏效果明顯，降黏率約為90%;現(xiàn)場試驗(yàn)降黏率為60%，證實(shí)復(fù)配降黏效果較好，較單獨(dú)的微生物降黏和單獨(dú)的化學(xué)降黏均具有更好的降黏效果。

(3)根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測及室內(nèi)評(píng)價(jià)表明，采用微生物復(fù)合降黏技術(shù)油藏生態(tài)環(huán)境發(fā)生了有利變化，流體性質(zhì)得到明顯改善，延長了增油的有效期，有效地提高了原油采收率，為類似油藏的開發(fā)提供了借鑒。

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