渤海SZ36－1水驅(qū)油田營養(yǎng)凝膠輔助微生物驅(qū)油技術(shù)

張 俊，黃 琴，孫廣義，張 靜，高立紅，趙艷輝

（1.中海石油天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院，天津塘沽，300452；2.天津億利科能源科技發(fā)展股份有限公司）

微生物提高石油采收率技術(shù)是利用微生物自身及其代謝產(chǎn)物，作用于油藏巖層、原油和地下水，繼而改善地層或者原油本身的性質(zhì)，最終提高原油采收率［1－3］。內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)是通過注入激活劑，調(diào)整油層內(nèi)部微生物群落的代謝關(guān)系和生物活性來提高原油采收率［4－7］，技術(shù)關(guān)鍵是有效激活油層內(nèi)有益微生物菌群，并使其得到充分繁殖。海上水驅(qū)油田由于儲(chǔ)層物性好、注采強(qiáng)度大，不可避免地存在注入水突進(jìn)問題，為此，提出了營養(yǎng)凝膠輔助微生物驅(qū)油技術(shù)。

1 區(qū)域概況及微生物驅(qū)劑簡(jiǎn)介

1.1 區(qū)域概況

渤海SZ36－1油田H區(qū)地下原油粘度平均78 mPa·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，目前綜合含水65%。油層發(fā)育1～6小層、砂體厚度2～10 m，平均滲透率1 300×10－3μm2，油層溫度60℃，地層水礦化度10 000 mg／L，pH 值為8.1。

1.2 微生物驅(qū)劑簡(jiǎn)介

根據(jù)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，是主要采油功能菌。在此基礎(chǔ)上，采用單因素激活實(shí)驗(yàn)和多因素正交激活實(shí)驗(yàn)［3］，進(jìn)行激活劑篩選。以碳源為例，通過分析油層本源菌中各種有益菌濃度，包括烴氧化菌（HOB）、腐生菌（TGB）、發(fā)酵菌（FMB）、硝酸鹽還原菌（NRB）、產(chǎn)甲烷菌（MPB），以及有害菌濃度，主要是硫酸鹽還原菌（SRB），進(jìn)而優(yōu)選出碳源CS3為最佳選擇。同理，優(yōu)選出氮源、磷源以及激活因子分別為NS5、PS3、JF1。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，通過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)觀察乳化原油效果，對(duì)比激活前后菌群結(jié)構(gòu)的變化、總菌濃度變化、功能菌濃度變化，篩選出最優(yōu)激活劑配方編號(hào)為FP3。激活體系對(duì)SZ36－1油田H平臺(tái)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。

2 營養(yǎng)凝膠體系的建立

2.1 營養(yǎng)凝膠類型篩選

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)度大，達(dá)到26.5 m3／（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)問題。為了緩釋營養(yǎng)，延長(zhǎng)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(shí)間，研制了營養(yǎng)凝膠體系。營養(yǎng)凝膠的選擇原則是：①微生物具有良好的配伍性；②可以負(fù)載和緩釋營養(yǎng)成分；③良好的穩(wěn)定性。對(duì)比三種不同類型的凝膠對(duì)微生物生產(chǎn)的影響，包括酚醛樹脂凝膠、無機(jī)凝膠和有機(jī)凝膠，分析結(jié)果表明，酚醛樹脂及無機(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)無明顯抑制影響（圖1）。

圖1 不同類型凝膠對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響

2.2 營養(yǎng)凝膠性能評(píng)價(jià)

2.2.1 抗剪切性

三種營養(yǎng)凝膠體系經(jīng)過由20～40目石英砂填充的砂床，剪切后粘度均有所降低（圖2），降低幅度在12%～17%。經(jīng)過剪切后成膠時(shí)間延長(zhǎng)1～2天，破膠時(shí)間提前3～5天，說明營養(yǎng)凝膠抗剪切能力較好，經(jīng)過剪切后營養(yǎng)凝膠性能保持良好。

圖2 剪切前后凝膠粘度對(duì)比

2.2.2 滯留時(shí)間及營養(yǎng)緩釋作用

配置不同粘度營養(yǎng)凝膠體系，在相同條件下通過石英砂床，觀察溶液完全通過該砂床所用時(shí)間，結(jié)果顯示，在相同壓力下，溶液粘度越高在砂床中停留時(shí)間越長(zhǎng)，滯留時(shí)間可延長(zhǎng)3～5倍。營養(yǎng)物質(zhì)隨著凝膠逐漸析水破膠緩慢釋放（圖3），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。

2.3 配伍性

2.3.1 地層水礦化度及地層溫度

通過實(shí)驗(yàn)分析表明，有機(jī)營養(yǎng)凝膠體系在礦化度3 000～10 400 mg／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。

圖3 水相中營養(yǎng)物質(zhì)含量隨時(shí)間變化關(guān)系

2.3.2 與微生物相互作用

營養(yǎng)凝膠體系與微生物驅(qū)劑配伍性良好，不影響微生物正常激活繁殖代謝，微生物的生長(zhǎng)對(duì)營養(yǎng)凝膠性能無明顯改變（圖4）。對(duì)比微生物作用前后凝膠體系性能變化，表明微生物的生長(zhǎng)繁殖對(duì)營養(yǎng)凝膠體系的粘度性能、成膠及破膠時(shí)間影響不大，僅表現(xiàn)出成膠時(shí)間略有延長(zhǎng)、破膠時(shí)間略有提前。

圖4 凝膠組分對(duì)功能菌群的激活影響

3 營養(yǎng)凝膠與微生物驅(qū)劑段塞優(yōu)化及效果預(yù)測(cè)

3.1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)方法

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)油模擬實(shí)驗(yàn)（巖心參數(shù)見表1），以驗(yàn)證微生物驅(qū)劑、營養(yǎng)凝膠以及不同注入方式，在模擬地層條件下的驅(qū)油效果。設(shè)計(jì)7個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，采用營養(yǎng)凝膠驅(qū)替比純水驅(qū)提高采收率9.5%（表1）。采用微生物驅(qū)劑驅(qū)替比純水驅(qū)提高采收率11.3%。營養(yǎng)凝膠段塞在0.1～0.3 PV時(shí)提高采收率值較高，在17.1%～18.4%之間。

3.2 數(shù)值模擬方法

根據(jù)目標(biāo)試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)和油藏參數(shù)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)建立數(shù)值模擬模型，對(duì)單井含水、地層壓力、累產(chǎn)油進(jìn)行了歷史擬合。根據(jù)微生物驅(qū)劑和營養(yǎng)凝膠驅(qū)劑室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到的生化參數(shù)，采用微生物驅(qū)油數(shù)值模擬軟件［8］，優(yōu)化注入驅(qū)劑段塞體積，預(yù)測(cè)增油效果。根據(jù)無因次增油、無因次降水、無因次利潤(rùn)三個(gè)指標(biāo)，建議綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值，以篩選最優(yōu)段塞體積，并進(jìn)行驅(qū)替效果評(píng)價(jià)。綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值隨著注入PV數(shù)的增大逐漸提高（圖5），當(dāng)注入PV數(shù)為0.06時(shí)，綜合評(píng)價(jià)值最優(yōu)。對(duì)比水驅(qū)、營養(yǎng)凝膠＋水驅(qū)交替注入、營養(yǎng)凝膠＋微生物驅(qū)劑交替注入三種注入方式，營養(yǎng)凝膠＋微生物驅(qū)劑交替注入效果最好（圖6），含水率最高降低8.1%，一年增油量最高達(dá)15 470 m3，兩年增油量最高達(dá)29 300 m3。

表1 不同驅(qū)替實(shí)驗(yàn)方案參數(shù)及驅(qū)油效率

圖5 注入段塞體積與綜合評(píng)價(jià)值關(guān)系曲線

圖6 不同驅(qū)替方式下含水率變化

4 結(jié)論

針對(duì)渤海SZ36－1油田目標(biāo)試驗(yàn)區(qū)油藏條件、基礎(chǔ)微生物分布特點(diǎn)，篩選出了微生物驅(qū)劑；針對(duì)目標(biāo)區(qū)注采強(qiáng)度大的特點(diǎn)，建立了營養(yǎng)凝膠體系，延長(zhǎng)了營養(yǎng)組分滯留時(shí)間，激活油藏深部微生物。通過室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了營養(yǎng)凝膠和微生物驅(qū)劑的段塞組合；通過數(shù)值模擬優(yōu)化了注入驅(qū)劑體積，并預(yù)測(cè)降水增油效果明顯。實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬分析表明，目標(biāo)試驗(yàn)區(qū)采用營養(yǎng)凝膠輔助微生物驅(qū)油技術(shù)應(yīng)用潛力較大。

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