內(nèi)外源微生物復(fù)合吞吐技術(shù)在常規(guī)稠油低效井中的研究與應(yīng)用

宋永亭 李彩風(fēng) 曹嫣鑌 孫剛正 吳曉玲

中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院

隨著油田整體進(jìn)入特高含水期深度開發(fā)階段，稠油開發(fā)已經(jīng)成為重要產(chǎn)能接替陣地［1-2］。稠油油藏由于黏度高，流動困難，開采難度很大。蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)等熱采法是開采這類油藏常用方法［3-5］。其中蒸汽吞吐法應(yīng)用最廣，但存在熱損失大、作業(yè)難度大、開采成本高等問題，且隨著蒸汽吞吐輪次的增多，開發(fā)效果逐漸變差［6-7］。同時，部分稠油井受完井方式、井筒情況和注汽能力等問題的限制，無法實(shí)現(xiàn)注汽吞吐增效，導(dǎo)致油井長期低效生產(chǎn)。

微生物單井吞吐是一項(xiàng)通過油井注入微生物或激活劑體系，利用油藏環(huán)境中微生物繁殖代謝提高單井產(chǎn)能的技術(shù)，可解決稠油低效井由于原油流動性差、近井地帶堵塞等原因引起的油井產(chǎn)量下降問題［8-10］。原油乳化和產(chǎn)氣是微生物作用原油的2大機(jī)理，因此充分激活利用產(chǎn)乳化劑微生物和產(chǎn)氣菌是微生物提高單井產(chǎn)能研究的重要方向［11-13］。通常微生物單井吞吐是直接向地層注入微生物發(fā)酵液或激活劑激活微生物來提高單井產(chǎn)能，其中將內(nèi)源微生物和外源微生物有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行單井吞吐應(yīng)用的研究較少［14-17］。針對以上問題，研究了油藏內(nèi)源微生物激活后微生物的原油乳化和產(chǎn)氣能力以及內(nèi)、外源微生物復(fù)合后微生物的生長代謝情況，應(yīng)用于現(xiàn)場形成適用于稠油低效井的微生物復(fù)合吞吐工藝，從而提高油井產(chǎn)量。

1 室內(nèi)研究評價

1.1 內(nèi)源微生物激活培養(yǎng)

采集油井地層水，厭氧瓶中盛有100 mL地層水，加入激活劑體系：糖蜜3 g/L，玉米漿2 g/L，硝酸鈉1.5 g/L，磷酸氫二鉀1 g/L，磷酸二氫鉀1.2 g/L?，F(xiàn)場油藏溫度下進(jìn)行靜置厭氧培養(yǎng)，不同時間取樣進(jìn)行細(xì)菌濃度、乳化活性及產(chǎn)甲烷氣的檢測。

1.1.1 細(xì)菌濃度 內(nèi)源微生物是進(jìn)行單井吞吐的物質(zhì)基礎(chǔ)。如圖1所示，添加的激活劑體系能有效激活地層水中內(nèi)源微生物。隨著激活時間延長，內(nèi)源微生物濃度逐漸升高。激活第20 d時，細(xì)菌濃度達(dá)到峰值為5×108個/mL，之后細(xì)菌濃度維持穩(wěn)定，第40 d后細(xì)菌濃度有所下降，推測受靜置培養(yǎng)方式的限制，隨著營養(yǎng)體系消耗及微生物代謝產(chǎn)物的積累，內(nèi)源微生物生長繁殖受到一定抑制。

圖1 不同時間的內(nèi)源微生物生長Fig. 1 Indigenous microbial growth at different time

1.1.2 乳化活性 取一試管，加等體積的發(fā)酵液和柴油后利用微型旋渦混合儀高速渦旋震蕩2 min后混勻，在避光油藏溫度下靜置24 h，然后測量乳化液和油相體積。用乳化系數(shù)表示其乳化能力的大小，分別測定乳化層和總烷烴層的體積，相比即為乳化指數(shù)［18］。如圖2所示，為不同時間激活體系的乳化指數(shù)，從中可以看出地層水中具有乳化烴類化合物-柴油能力的內(nèi)源微生物被有效激活。開始乳化指數(shù)較低，說明此時內(nèi)源微生物代謝產(chǎn)生的乳化活性物質(zhì)較少，乳化能力較弱。隨著激活時間延長，乳化指數(shù)增加。第20 d時，乳化指數(shù)達(dá)到97%，表明源微生物代謝產(chǎn)生乳化物質(zhì)增多，乳化能力達(dá)到最大。第40 d時，乳化指數(shù)下降推測微生物代謝產(chǎn)生的乳化活性物質(zhì)可能被微生物后續(xù)消耗利用。

圖2 不同時間的乳化活性Fig. 2 Emulsifying properties at different time

1.1.3 產(chǎn)氣能力 利用壓力表檢測激活后厭氧瓶上部空間壓力，其可以表征激活后的內(nèi)源微生物的產(chǎn)氣能力。培養(yǎng)瓶頂空體積是100 mL，相當(dāng)于1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓0.1 MPa的氣體體積，換算公式：氣體體積=氣壓值×1000，具體結(jié)果如圖3所示。地層水激活體系在5 d內(nèi)沒有明顯檢測到氣體產(chǎn)生，第10 d開始檢測到少量氣體，當(dāng)激活培養(yǎng)至35 d內(nèi)源微生物產(chǎn)生的氣體量顯著增加，40 d后產(chǎn)氣量最高，可以達(dá)到260 mL左右。生物氣的產(chǎn)生有利于溶脹降黏原油，可以增強(qiáng)原油的流動性。

圖3 不同時間的產(chǎn)氣量Fig. 3 Gas production at different time

1.2 外源微生物對內(nèi)源微生物生長代謝的影響

選擇嗜熱脂肪地芽孢桿菌SL-1為添加的外源菌，該菌最適生長溫度為65～70 ℃，具有優(yōu)良的原油乳化能力和驅(qū)油性能［19-20］。將上述激活劑體系加入至含有2%原油地層水的樣品中，一個接種5%外源菌SL-1，另一個只添加激活劑體系為對照，激活培養(yǎng)后進(jìn)行細(xì)菌濃度和乳化能力檢測。

1.2.1 外源微生物對細(xì)菌濃度的影響 如圖4（a）所示，為只添加激活劑體系激活內(nèi)源微生物的樣品。如圖4（b）所示為既添加激活劑又添加外源菌的樣品。從圖中可以看出地層水內(nèi)源微生物激活培養(yǎng)10 d后，內(nèi)源微生物濃度達(dá)2×108個/mL，而添加外源菌的樣品中細(xì)菌濃度高達(dá)9×108個/mL，比單純加入激活體系激活內(nèi)源微生物的濃度明顯增加，推測外源菌添加后促進(jìn)了微生物的生長繁殖，其中整個生態(tài)系統(tǒng)中微生物的變化還需要進(jìn)一步研究。

圖4 微生物激活后鏡檢情況Fig. 4 Microscopic examination after microbial activation

1.2.2 外源微生物對乳化能力的影響 激活培養(yǎng)同時添加激活劑和外源菌的樣品，不同時間取樣進(jìn)行乳化指數(shù)測定。如圖5所示，第20 d時，乳化指數(shù)達(dá)到100%，微生物代謝產(chǎn)物的乳化能力顯著。與圖2只添加激活劑激活內(nèi)源微生物的樣品相比，添加外源菌后，乳化能力增強(qiáng)的時間由20 d縮短至15 d，而且不同時間取樣過程中整體乳化指數(shù)升高，由此可見外源菌的加入強(qiáng)化了微生物的烴類乳化能力。

圖5 內(nèi)外源微生物復(fù)合后不同時間的乳化活性Fig. 5 Emulsifying properties at different time after the compound of indigenous and exogenous microbes

2 現(xiàn)場試驗(yàn)

2.1 菌液生產(chǎn)

嗜熱脂肪地芽孢桿菌SL-1菌，經(jīng)過搖瓶培養(yǎng)、一級生產(chǎn)、二級生產(chǎn)、三級生產(chǎn)逐級擴(kuò)大生產(chǎn)發(fā)酵，最后進(jìn)行檢測，得到菌濃在108個/mL以上，乳化指數(shù)在90%以上的合格發(fā)酵液，運(yùn)送至現(xiàn)場進(jìn)行單井吞吐施工。

2.2 現(xiàn)場注入方式

根據(jù)試驗(yàn)井的油層有效厚度、孔隙度、處理半徑等數(shù)據(jù)，確定處理液的用量為

式中，V為注入用量，m3；R為處理半徑，m；H為有效厚度，m；?為孔隙度，%；β為用量系數(shù)。

現(xiàn)場采用段塞注入方式，首先反擠激活劑稀釋液，為SL-1菌和油藏內(nèi)源菌提供充足的營養(yǎng)源，然后注入外源微生物SL-1菌液，再注入油田污水，將激活劑和SL-1菌液頂替至設(shè)定位置，使SL-1菌和內(nèi)源微生物在油藏內(nèi)大量繁殖、代謝，產(chǎn)生表面活性物質(zhì)、生物氣，增加油藏壓力，提高油井產(chǎn)能。結(jié)合孤東油田七區(qū)館上段油藏特點(diǎn)，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場選開展單井微生物復(fù)合吞吐試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)井條件

先后對勝利油田孤東采油廠、濱南采油廠、樁西采油廠等12口稠油低效井進(jìn)行了微生物單井吞吐現(xiàn)場應(yīng)用，實(shí)施成功率達(dá)70%左右。孤東采油廠GO7-53X145井為無法實(shí)現(xiàn)注汽吞吐增效的長期低效生產(chǎn)常規(guī)稠油井，油藏溫度65 ℃，壓力12 MPa，原油黏度 1663 mPa·s，礦化度 10260 mg/L，油層有效厚度為6.9 m。投產(chǎn)后原油黏度高，通過滴灌式加降黏劑和摻水，效果欠佳，產(chǎn)液量低，含水高達(dá)95.2%。濱南采油廠SJSH14-8井低產(chǎn)低液、高含水，油藏溫度為73 ℃，壓力為7 MPa，原油黏度4126 mPa·s，礦化度5789 mg/L，油層有效厚度為9.8 m。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

2013年8月對GO7-53X145井進(jìn)行了微生物復(fù)合單井吞吐技術(shù)的施工，注入微生物發(fā)酵液和激活劑體系，關(guān)井15 d。9月10日開井后產(chǎn)量逐漸恢復(fù)，9月17日達(dá)到最佳見效期，產(chǎn)油量由實(shí)施前0.7 t/d提高到6.8 t/d；含水由實(shí)施前95.2%最低降到36.4%，增油降水效果顯著；有效期為63 d，共增產(chǎn)原油243 t。推測后期微生物復(fù)合吞吐效果降低的原因：一是提高了沖次，加大了產(chǎn)液量；二是該井屬于高含水井存在水淹隱患。

2016年11月對SJSH14-8井進(jìn)行了微生物復(fù)合單井吞吐，關(guān)井13 d。開井后，油井產(chǎn)量逐漸得到提高，峰值日產(chǎn)油從實(shí)施前1.1 t增加到4.2 t，含水從實(shí)施前78%最低降到52%，取得了顯著的增油降水效果。截止到2018年4月12日，有效期為420 d，增產(chǎn)原油達(dá)802 t。

3 結(jié)論

（1）地層水中加入合適的激活劑體系后，內(nèi)源微生物得到充分激活，代謝產(chǎn)生了乳化活性物質(zhì)和生物氣，這對于乳化原油，降低原油黏度，提高原油流動性具有重要作用。

（2）添加高溫乳化劑外源菌SL-1后，刺激了生態(tài)系統(tǒng)中整體微生物的生長繁殖，與單純激活內(nèi)源微生物的樣品相比，微生物濃度增加，乳化能力加強(qiáng)，但是外源菌SL-1在微生物生態(tài)系統(tǒng)中的具體生長代謝影響還需要進(jìn)一步研究。

（3）GO7-53X145井和SJSH14-8井在實(shí)施內(nèi)外源微生物復(fù)合吞吐技術(shù)后，出現(xiàn)了明顯的增油降水效果，建議微生物吞吐實(shí)施后采取降液控制產(chǎn)液量，有利于延長微生物與原油的作用時效。