生物酶稠油解堵劑的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

庹維志，任今明，鐘 婷，蘭美麗，王 鵬，袁澤波

（中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院， 新疆 庫爾勒 841000）

生物酶稠油解堵劑的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

庹維志，任今明，鐘 婷，蘭美麗，王 鵬，袁澤波

（中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院， 新疆 庫爾勒 841000）

稠油通常具有較高的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量，在稠油油田開發(fā)過程中，由于溫度、壓力變化等原因容易導(dǎo)致生產(chǎn)井近井地帶發(fā)生堵塞，滲流阻力增大，生產(chǎn)周期變短，產(chǎn)能降低。生物酶具有較好的油砂分離功能，且能夠降解烴類，逐漸受到人們的青睞和重視。通過生物酶稠油降粘實(shí)驗(yàn)，生物酶洗油砂實(shí)驗(yàn)以及稠油重質(zhì)組分堵塞與解堵室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)生物酶的解堵效果進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物酶具有降低原油粘度、從巖石表面剝離油膜的能力。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)生物酶的濃度為2.0%時(shí)，生物酶對(duì)稠油降粘及洗油砂效果較好且措施成本相對(duì)較低。室內(nèi)堵塞與生物酶解堵模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖心滲透率對(duì)生物酶解堵效果存在影響，對(duì)于滲透率在5×10-3～20×10-3μm2、稠油重質(zhì)組分造成的堵塞比較嚴(yán)重的巖心，生物酶的解堵效果較好。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于采出液含水率達(dá)到 100%的巖心，注入生物酶還可從巖心中驅(qū)替出殘余油，認(rèn)為生物酶具有解堵和驅(qū)油的雙重功效，可以在水驅(qū)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高采收率。本研究對(duì)生物酶稠油解堵劑的礦場(chǎng)應(yīng)用具有一定的參考意義。

生物酶；解堵；稠油；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

在稠油油田的開發(fā)過程中存在著有機(jī)重垢造成污染的問題，這是因?yàn)殡S著開采時(shí)間的推移，地層能量逐漸降低，加之近井地帶“壓降漏斗”的存在，稠油中的輕質(zhì)組分與重質(zhì)組分運(yùn)移速度出現(xiàn)差別，輕質(zhì)組分先于重質(zhì)組分進(jìn)入井筒。稠油中輕質(zhì)組分的減少會(huì)導(dǎo)致會(huì)造成。

瀝青質(zhì)、膠質(zhì)以及其他重?zé)N相對(duì)含量增大，從而導(dǎo)致稠油粘度進(jìn)一步增大，流動(dòng)性變差[1-3]。稠油中的重質(zhì)組分還會(huì)在巖石孔隙表面吸附，滲流通道面積減小。另外，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)也會(huì)吸附在在無機(jī)顆粒上，形成包裹體，阻塞孔吼，這些原因都會(huì)造成生產(chǎn)井近井地帶滲透率降低，導(dǎo)致產(chǎn)能嚴(yán)重降低。生物酶解堵劑具有較好的油砂分離功能，對(duì)重質(zhì)烴類降解具有高效性和專一性，并且與常規(guī)修井作業(yè)相比具有對(duì)管柱腐蝕小、無需更換管柱、作業(yè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，隨著人們安全環(huán)保意識(shí)的不斷提高，生物酶解堵技術(shù)也越來越受到人們的青睞和重視[4-6]。

通過生物酶稠油降粘實(shí)驗(yàn)、生物酶洗油砂實(shí)驗(yàn)以及稠油堵塞與生物酶解堵模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)生物酶的解堵效果進(jìn)行研究，為了確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用了空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)和平行實(shí)驗(yàn)的方法。研究發(fā)現(xiàn)生物酶具有降解稠油重質(zhì)組分從而降低原油粘度、剝離巖石表面油膜、解除堵塞、增大巖心滲透率、驅(qū)替出水驅(qū)殘余油的作用。通過一系列室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了生物酶解堵劑濃度，研究結(jié)果對(duì)生物酶稠油解堵劑的礦場(chǎng)應(yīng)用具有一定的參考作用。

1 生物酶稠油降粘實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

器材：恒溫水浴鍋、攪拌器、試劑瓶、NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、燒杯、試管、量筒、溫度計(jì)、玻璃棒、恒溫箱；

試劑：生物酶解堵劑、蒸餾水、模擬地層水、模擬注入水、稠油。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）取14個(gè)試劑瓶，分為7組，分別編號(hào)為1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、5-1、5-2、6-1、6-2、7-1、7-2；

（2）用電子秤稱取 70g稠油，分別加入到第1～7組試劑瓶中，并向第1～6組試劑瓶中分別加入80 mL濃度為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%的生物酶溶液，第7組瓶中加入80 mL蒸餾水作為對(duì)照樣品；

（3）用攪拌器恒溫低速攪拌試劑瓶中的混合液20 min，再將試劑瓶置于45 ℃恒溫水浴鍋中；

（4）分別在2、4、8、10、24、36、48、72、96、120 h之后用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定原油粘度并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

表1是不同濃度的生物酶溶液作用120h后測(cè)得的稠油粘度，圖1是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出的稠油粘度與生物酶濃度曲線。

表1 生物酶作用下120 h后稠油粘度Table 1 Heavy oil viscosity under enzyme function for 120 h

圖1 稠油粘度曲線Fig.1 Crude oil viscosity curve

由表1和圖1可以看出，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定的生物酶濃度下，120 h后測(cè)定的原油粘度值隨生物酶濃度的增加而降低，但當(dāng)生物酶濃度大于2.0%后，原油粘度曲線變得平緩，表示隨生物酶濃度的增加，原油粘度下降幅度變小，這說明存在一個(gè)最優(yōu)的稠油降粘生物酶濃度，結(jié)合表1數(shù)據(jù)和圖1曲線分析，認(rèn)為此生物酶濃度為2.0%。

圖2是不同濃度生物酶作用后原油粘度曲線，從圖2可以看出，在0～8 h內(nèi)，未添加生物酶的稠油與添加了生物酶的稠油粘度都急劇增大，對(duì)出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，認(rèn)為是初始時(shí)刻的攪拌過程對(duì)稠油重質(zhì)組分造成了剪切破壞，稠油粘度降低，停止攪拌后的 0～8 h，被破壞的結(jié)構(gòu)重新聚集，原油粘度重新恢復(fù)，但是添加有生物酶的原油粘度增幅相對(duì)緩慢，可見生物酶在該時(shí)段內(nèi)起到了降低原油粘度的作用。8 h以后，未添加生物酶的原油粘度基本穩(wěn)定，而添加了生物酶的原油粘度隨時(shí)間逐漸降低，可見生物酶起到了稠油降粘的效果。

圖2 原油粘度曲線Fig.2 Crude oil viscosity curve

從圖2可以看出，生物酶與原油混合后的72 h以內(nèi)是生物酶降粘作用最高效的時(shí)期，當(dāng)作用時(shí)間超過72 h后，原油粘度變化幅度不明顯，但依然能使原油維持在較低粘度的水平。對(duì)比 2.0%和 2.5%生物酶濃度作用下的原油粘度，生物酶濃度為2.5%時(shí)，生物酶的降粘作用時(shí)間提前，但在2.0%與2.5%兩種濃度的生物酶作用下原油粘度降低幅度基本相同。

2 生物酶洗油砂實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

器材：移液管、燒杯、試管、量筒、電子秤、玻璃棒

試劑：生物酶解堵劑、蒸餾水、砂粒、稠油

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）用電子秤稱取40 g稠油和160 g砂粒放入燒杯中并用玻璃棒攪拌均勻，再放入 45 ℃恒溫箱中老化4 d；

（2）取10支刻度試管，分別編號(hào)為1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、5-1、5-2，向每支試管中加入5 g油砂；

（3）向第1組試管中加入5 mL蒸餾水作為對(duì)照，向第2-5組試管中加入5 mL濃度分別為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的生物酶溶液；

（4）將試管放入45 ℃恒溫箱中，分別在4、8、24、48、72、96、120 h觀察試管中的現(xiàn)象；

（5）在120h取出試管，用吸水紙吸取試管上部的油膜，再將試管放入恒溫箱中，使試管中的水分充分蒸發(fā)；

（6）用電子秤稱量烘干后的試管和其中油砂的重量，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2、圖3。

表2 洗油砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental results of washing the oil sands

圖3 生物酶濃度與洗油效率關(guān)系曲線Fig.3 Enzyme concentration and washing oil efficiency curve

從圖3可以看出，洗油效率隨著生物酶濃度的增加而增大，但當(dāng)生物酶濃度增加到2.0%以后，即使繼續(xù)提高生物酶濃度，洗油效率增加幅度不明顯，綜合考慮生物酶稠油降解效果以及經(jīng)濟(jì)因素，認(rèn)為2.0%是洗油砂的最佳生物酶濃度。

圖4是生物酶洗油砂實(shí)驗(yàn)實(shí)拍圖，左側(cè)6支試管添加中為油砂與不同濃度的生物酶溶液，右側(cè)2支試管為空白樣品（未加入生物酶），通過對(duì)比油砂顏色可以看出，在實(shí)驗(yàn)溫度下，生物酶具有從巖石表面剝離油膜的能力。

圖4 生物酶洗油砂實(shí)拍圖Fig.4 Enzyme washing oil sands

3 稠油堵塞與生物酶解堵模擬實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)條件

器材：恒溫箱、驅(qū)替泵、活塞容器、真空泵、游標(biāo)卡尺、巖心夾持器、壓力傳感器、手搖加壓泵、電子秤、試管、量筒

試劑：生物酶解堵劑、蒸餾水、模擬地層水、模擬注入水、人造巖心（規(guī)格Φ2.5 cm×9～15 cm）、砂粒、稠油

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）測(cè)量巖心長度L1、直徑d1、質(zhì)量m0，將巖心用地層水飽和，用電子稱稱量飽和地層水后巖心質(zhì)量mB，同時(shí)配制濃度為2.0%的生物酶溶液；

（2）將恒溫箱溫度設(shè)置在45℃，按圖5接好巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，并將模擬地層水裝入活塞容器；

（3）排掉實(shí)驗(yàn)裝置中的空氣，用0.3 mL/min的排量對(duì)驅(qū)替巖心，記錄穩(wěn)定壓力P0，根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算巖心滲透率K0；

（4）對(duì)巖心飽和原油，并模擬水驅(qū)油，直至出液中含水率為100%結(jié)束，全過程記錄采出液中的水量、油量以及驅(qū)替壓力，流量0.3 mL/min，根據(jù)水驅(qū)穩(wěn)定壓力值P1，計(jì)算模擬稠油重質(zhì)組分堵塞后的巖心滲透率K1；

（5）將巖心夾持器中的巖心取出并反方向放入巖心夾持器中，卸下裝有注入水的活塞容器，連接裝有生物酶的活塞容器，注入0.3 PV的生物酶溶液；

（6）巖心老化72 h后，按照步驟（3）的實(shí)驗(yàn)方法，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)后續(xù)水驅(qū)穩(wěn)定壓力 P2計(jì)算生物酶作用后的巖心滲透率K2；

（7）選取不同巖心，依次重復(fù)上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖5 室內(nèi)模擬裝置連接示意圖Fig.5 Indoor simulator diagram

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)測(cè)得的驅(qū)替壓力P0、P1、P2以及巖心長度L，截面積 S等數(shù)據(jù)，結(jié)合達(dá)西定律可計(jì)算出巖心的初始滲透率K0、稠油堵塞后滲透率K1和生物酶解堵后滲透率 K2，從而計(jì)算出巖心的封堵率 R封堵和滲透率恢復(fù)率R恢復(fù)：

為了更加直觀比較生物酶解堵效果，引入滲透率提高率R提高：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同巖心的封堵率與滲透率恢復(fù)率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 堵塞與解堵模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Plug and removal simulation experiment data

由表4可以看出，模擬稠油堵塞后巖心滲透率K1比初始時(shí)水測(cè)滲透率 K0明顯降低，這說明稠油可造成巖心堵塞，導(dǎo)致滲透率降低，注入生物酶解堵劑并作用一段時(shí)間后，巖心滲透率K2明顯增大，說明生物酶具有對(duì)稠油重質(zhì)組分堵塞地層的解堵能力。

圖6是不同巖心封堵率、解堵率、生物酶作用后滲透率提高率柱狀圖，在圖6中，編號(hào)為1~6的巖心初始水測(cè)滲透率 K0分別為47.66×10-3、43.85×10-3、21.26×10-3、18.73×10-3、5.67×10-3、6.35×10-3μm2，可以看出，巖心滲透率對(duì)生物酶解堵效果存在影響，雖然滲透率恢復(fù)率隨著巖心滲透率的減小而減小，但使用生物酶解堵劑作用后的滲透率提高率反而增大，分析認(rèn)為出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是對(duì)于滲透率較小的巖心，稠油重質(zhì)組分造成的地層傷害比較嚴(yán)重，生物酶的解堵效果較好，而對(duì)于滲透率相對(duì)較大的巖心，造成滲透率降低的主要原因是微粒的運(yùn)移，生物酶的解堵作用效果有限。

圖6 巖心封堵率與滲透率恢復(fù)率柱狀圖Fig.6 Core plugging rate and permeability recovery rate histogram

在室內(nèi)模擬解堵室內(nèi)中還發(fā)現(xiàn)，使用生物酶還能驅(qū)替出部分水驅(qū)殘余油，能夠在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率，說明生物酶具有解堵和驅(qū)油的雙重功效，考慮還可以將生物酶作為提高采收率的驅(qū)替劑。

4 結(jié) 論

（1）生物酶濃度為2%時(shí)，生物酶解堵劑對(duì)稠油重質(zhì)組分堵塞具有一定的解堵效果。

（2）在注入生物酶之后0～72 h的時(shí)間范圍內(nèi)，是生物酶發(fā)揮作用的最高效時(shí)期，該結(jié)論對(duì)于生物酶解堵劑的礦場(chǎng)應(yīng)用時(shí)確定合理的關(guān)井時(shí)間以及注入速率具有參考作用。

（3）生物酶能從巖石表面剝離油膜，具有解堵和驅(qū)油的雙重功能，因此也可考慮用作驅(qū)油劑。

［1］ 楊德華，董治學(xué)，羅波. 生物酶解堵技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào)，2008，30(06): 321-323．

［2］ 蘇崇華. 生物酶解堵增產(chǎn)研究與應(yīng)用[J]. 石油鉆采工藝，2008，30(05)：96-100．

［3］ 邵立明. 生物酶解堵劑在勝利油田的應(yīng)用[J]. 精細(xì)石油化工進(jìn)展，2012，13(11)：5-7．

［4］ 詹立堅(jiān). 生物環(huán)保酶解堵技術(shù)在扶楊油層的應(yīng)用[J]. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版），2014，11（14）：71-72.

［5］ 孔金，李海波，周明亮，等. SUN生物酶解堵劑及其在勝利海上油田的應(yīng)用[J]. 油田化學(xué)，2005，22(1)：23-24．

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Experimental Study on Enzyme Plug Removal Agent of Heavy Oil

TUO Wei-zhi，REN Jin-ming，ZHONG Ting，LAN Mei-li，WANG Peng，YUAN Ze-bo

（Oil & Gas Engineering Research Institute of Tarim Oil Field, Xinjiang Korla 841000，China）

Heavy oil typically has high resin and asphaltene content. During the development of heavy oil, the plug near wellbore caused by the factors such as temperature and pressure change can easily increase the filtrational resistance, and can short production cycle. The enzyme has good oil-sand separation function and can degrade hydrocarbons. Through heavy oil viscosity reduction experiment by enzyme, washing oil sands experiment by enzyme and heavy oil plug and plug removal simulation experiment, the plug removal effect of biological enzymes was studied. Experimental results show that the enzymes can reduce the viscosity of crude oil, and has the ability to peel oil film from the rock surface. The indoor experiments show that, when enzyme concentration is 2%, the enzyme has better effect on heavy oil viscosity reduction and washing oil sand, and the cost is relatively low. Indoor plug and plug removal simulation results show that core permeability has influence on the enzyme plug removal effect, when core permeability is 5×10-3~20×10-3μm2, formation plug caused by heavy component is more serious, the plugging removal effect of biological enzymes is better. In addition, for the core whose produced liquid water content rate is 100%, injecting enzymes can drive a certain residual oil, so it’s proved that the enzyme has the double effect of plug removal and flooding.

enzyme; plug removal; heavy oil; indoor experiment

TE 357

A

1671-0460（2016）12-2783-05

2016-06-07

庹維志（1989-），男，湖南省常德市人，助理工程師，碩士研究生，2015年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：從事提高油氣采收率理論與技術(shù)研究。E-mail：tuoweizhi@qq.com。