低渗透油田微生物驱油规律及其影响因素

张相春，孙 卫，王德玉，张卫刚，陈富林，吴汉宁

(1.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室陕西西安 710069;2.中石油长庆油田分公司第六采油厂陕西西安 710018;3.中石油长庆油田分公司第八采油厂陕西西安 710026;4.西北大学生命科学学院陕西西安 710069)

微生物提高原油采收率技术具有适用范围广、工艺简单、成本低、见效快和环境友好等优点，目前已经在全世界范围内得到了广泛应用［1-2］。中国各大油田在最近几年也加快了微生物采油技术的研究和应用工作，并取得了一定效果。不过，对于微生物驱油特征和影响因素的研究主要集中在室内评价上，而室内实验并不能完全模拟现场情况［3-5］，因此，本文在鄂尔多斯盆地延安组 A油田现场试验的基础上，分析总结低渗透油田微生物驱油特征，找出微生物驱油的影响因素，为微生物采油技术的规模应用奠定基础。

1 研究区地质概况及开发存在问题

鄂尔多斯盆地延安组A油田处于陕北斜坡的一个局部鼻隆构造上，油气聚集受构造控制，油层为延9，延10层。该油田主要受构造控制，为典型的低渗透油藏，储层低渗、低压、低产，平均空气渗透率75.9×10-3μm2，有效孔隙度17.5%，平均含油饱和度51.1%，单井产能不足0.5 t/d，综合含水质量百分数大于90%。随着开发时间的延续，该油田目前综合含水高，采出程度低，井组剩余油丰富［6］。

目前，该油田开发存在问题主要有以下几个方面。

1)油藏能量保持水平低。随着开发时间的延长和采出程度的加大，油藏压力保持水平较低，仅为 60%左右［6］。

2)油田开发至中后期，高含水导致单井产能较低。目前，油井产油小于1 t的井共20口，占油井总数的50%，平均含水达到了93.28%;低产井中，除套破井外，其他井均由于高含水致使产量较低［6］。

3)油藏总体产量持续下降，两项递减较大。目前油田综合含水较高，综合递减为15.7%，递减较大的原因是由于综合含水上升［6］。

鉴于以上A油田开发存在的问题，本研究结合微生物特有的性质，应用微生物及其代谢产物独特的驱油机理，改善A油田水驱效果，摸索适合低渗透油田的开发模式，实现经济有效动用，探索解决鄂尔多斯盆地延安组低渗透油田开采难度大、采出程度低这一问题的新途径［7-8］。

2 高效驱油菌种筛选及性能评价

从A油田油井产出液废油坑取样，通过富集分离筛选出3株高效驱油效果好的微生物菌种［9］。经实验确定这3种菌均为兼性厌氧菌，分别属假单胞菌属、芽孢杆菌属和节杆菌属;主要代谢产生生物表面活性剂52 g/L，生物聚合物350 mg/L，生物酸800 mg/L，二氧化碳0.9 mL/mL;3株菌拮抗相容性良好，与A油藏配伍性良好;进行菌种复配，性能如表1所示。

表1 微生物菌液性能表Tab.1 Microorganism Performance parameters

3 微生物驱油规律

对于受注入水影响的高含水区块，水线已经形成，水线方向和范围内的剩余油潜力有限，为了达到较好的治理效果，需要微生物在地层中繁殖和代谢足够长的时间，同时使后续注入的微生物菌液能够进入水线两侧的未动用区域，本次先导试验采取“先调后驱，调驱结合”的思路，即在注入菌液之前设计辅助调剖段塞，封堵高渗透条带，注入压力上升并保持稳定后，再注入微生物菌液。2013年，在A油田共计实施10个井组，注入菌液质量浓度为3%，合计注入15 000 m3，累计注入周期90 d，对应生产井40口，见效井32口，措施有效率80%。截止目前已累计增油4 340.11 t，平均单井增油118.89 t，综合含水93.28%下降至75.8%，综合递减由15.7%下降至2.5%，收到了较好的效果。目前井组继续有效。

3.1 注入压力上升，吸水剖面改善

对措施前后注入井特征参数进行计算后绘制出表2。从表2可以看出，微生物驱措施前后，PI90增大，视吸水指数降低，措施后，改善了后续水驱效果，改变了后续水驱方向和面积。

表2 注入井特征参数表Tab.2 Injection wells Characteristic parameters

3.2 注入井近井地带有益菌数量增加，菌群结构稳定

对微生物驱内3口注入井进行了为期6个月跟踪监测［10-11］，措施前后微生物菌群结构和主要功能菌发生了较大的变化(见表3)。从表3可以看出，菌群结构向着有利驱油方向发展。注入菌种在地下建立了优势，菌种增加3～4个数量级;优势菌群主要为注入功能菌种，在近井地带代谢产生大量的生物表面活性剂，随注入水的推进，不断作用于远井地带的原油，提高了原油采收率。

表3 措施前后注入井近井地带有益菌种数量和主要功能菌种检测表Tab.3 Measures before and after the injection wells near wellbore probiotics quantity and main function of strain detection

3.3 同注水受效规律相似，连通层发育好的生产井增油效果较好

对措施区域内5个井组的连通厚度和连通率进行了统计后绘制出图1。从图1可以看出，随着连通率的增加，增油效果也相应提高，其原因主要是由于连通性好，油水井对应关系好，连通厚度大，剩余油潜力大，增油效果明显。

3.4 受效井类型不同，增油效果也不同

微生物驱措施井对应油井40口，对油井不同受效类型进行统计，绘制出图2。从图2可以看出，单向受效井18口，增油效果明显的7口，占单向受效井总数的38.90%，平均单井增油189.70 t;双向受效井18口，增油效果明显的2口，占双向受效井总数的11.11%，平均单井增油69.63 t;单井增油量依次为单向受效井＞双向受效井＞多向受效井，分析原因主要是单向、双向、多向受效井微生物驱效果与注微生物前的含油饱和度有关，多向受效井由于多向受效，单井采出程度较高，剩余油含量较低。

3.5 增油效果与见菌时间、见菌数量相关

对措施前后见菌时间和见菌数量峰值进行跟踪监测，绘制出图3。从图3可以看出，油水井连通状况好，微驱油井见菌时间早、数量多［12］。在油水井连通状况相似的条件下，见菌时间越晚，菌种数量增加越慢，增油效果越好。

图1 试验井组连通性统计图Fig.1 Test wells group connectivity statistics

图2 受效井微生物驱效果对比图Fig.2 Microbial flooding effect comparison of benefit well

图3 试验井组菌种监测统计图Fig.3 Test wells group of strain monitoring statistics

3.6 改善原油物性，提高原油流动性

为了进一步研究微生物对地层原油的作用效果，对措施前后原油物性及组成进行分析后，绘制出图4。从图4可以看出，微生物代谢产生的活性物质能够降低原油黏度，降黏率30%以上;同时能够使原油中的重质组分轻质化，从物理和化学性质上改变了原油物性，降低了原油黏度，增大了原油在油层中的流动性。

4 微生物驱油的地质影响因素

4.1 剩余油饱和度对微生物驱的影响

剩余油饱和度是所有措施效果保证的物质基础，因此措施前必须对剩余油潜力进行监测和评价。现场试验结果表明，在相同的试验条件下，增油效果与剩余油饱和度呈正相关关系，与采出程度呈负相关关系(见图5)。随着剩余油饱和度的增加，采出程度的降低，增油效果明显。对于低渗储层，由于其原始含油饱和度、渗流通道和渗流特征的限制，使得水驱采出程度较低，递减较大，剩余潜力较高，因此增油效果较好。

图4 措施前后原油组成对比图Fig.4 Composition of crude oil before and after contrast measures

图5 试验井组剩余油饱和度与增油效果关系Fig.5 The relationship between the residual oil saturation test well group and the effect of increasing oil production

4.2 物性对微生物驱的影响

现场试验结果表明，在相同的试验条件下，增油效果与孔隙度呈正相关关系，与渗透率呈负相关关系(见图6)。随着孔隙度的增加，渗透率的降低，增油效果明显，这也是低渗透储层采收率低的主要原因之一。对于低渗储层，由于后期成岩改造作用，使得微观孔道上整体较小，相对粗孔道较少，连通性较差，甚至于不连通，造成水驱油路线单调，毛管力较大，最终驱油效率低，剩余油潜力较大，因此增油效果较好。

图6 试验井组物性与增油效果关系Fig.6 The relationship between testing well group properties and effect of increasing oil production

4.3 水线推进速度对微生物驱的影响

图7 试验井组水线推进速度与增油效果关系Fig.7 Test wells group of advancing production

微生物驱油效果的好坏，取决于微生物在地层中的繁殖和代谢能力，这就要求微生物要在地层中有足够的滞留时间即水线推进速度与微生物代谢繁殖能力相匹配。对现场测试水线推进速度与增油效果进行统计后，绘制出图7。从图7可以看出，随着水线推进速度的增加，增油效果表现出先增加后降低的趋势。水线推进速度在1～5 m/d，增油效果较好，这主要是因为水线推进速度与连通性有关，水线推进速度太低，连通性较差，注入菌种很难运移至油水井之间作用于原油;水线推进速度太快，微生物在油层中的作用时间太短，代谢产物活性较低，因此需要将微生物繁殖和代谢能力与水线推进速度相匹配，才能起到更好的增油效果。

图8 试验井含水与增油效果关系Fig.8 The relationship between water well and oil velocity and effect of increasing oil increase effect

4.4 含水对微生物驱的影响

含水一方面表示水的来源，另一方面表示油水井之间渗流通道的大小。对现场试验井组含水情况与增油效果进行统计后绘制出图8。从图8可以看出，随着含水的上升，增油效果呈先上升后降低的趋势，这主要是由于注入菌种是水溶性的，含水较低，连通性较差，注入水很难波及至生产井，增油效果较差;而含水较高时，油水井之间存在大孔道，造成注入水突进，微生物繁殖和代谢时间受限，微生物代谢产物活性不高，增油效果也较差。这与室内实验得出的微生物驱油时机为含水75% ～85%的结论一致。因此，在注微生物之前，需要增加封堵段塞，保证微生物及其代谢产物的活性，更好地作用于原油。

4.5 非均质性对微生物驱的影响

储层非均质性是指储层在形成过程中受沉积环境、成岩作用和构造作用的影响，在空间分布及内部储集物性上存在不均匀的变化。储层非均质性是影响低渗油气藏渗流及油气采收率的主要因素。对储层平面和纵向非均质性统计后绘制出图9。从图9可以看出，随着非均质性的降低，增油效果增加，且受纵向非均质性的影响较大。其主要原因是，纵向非均质性包括层内和层间非均质性，纵向上渗透率差异是影响多层开采效果的主要因素，平面渗透率的各向异性可以通过注采比的优化来调整。

5 结论

1)鄂尔多斯延安组A油田微生物驱油先导试验表明，微生物驱油可以起到增油降水、减缓递减的作用，从而达到提高原油采收率的目的。

2)通过现场先导试验，微生物驱油具有以下规律:改善注入井吸水剖面;在注入井近井地带形成稳定的优势菌群;同水驱规律相似，连通性好的油井增产效果明显;受效位置不同，增产效果也不同;增产效果与见菌时间和浓度相关。

图9 非均质性对增油效果的影响Fig.9 Influence of heterogeneity on the effect of increasing oil

3)通过对现场先导试验的分析，影响微生物驱油效果的主要因素是油藏剩余油饱和度、含水、水线推进速度、储层物性和非均质性。

4)通过在鄂尔多斯盆地延安组低渗透油田的规模应用进一步证实，微生物驱增油技术能够适应延安组低渗透油藏条件，通过选井条件和菌种体系的优化和调整，能够保证措施的效果，为类似油田的高效开发提供了依据。

5)依据现场的先导试验，微生物驱油虽然取得了较好的增油效果，但随着前期辅助封堵段塞的失效，增油效果也相应的下降。因此，建议今后现场试验中应改进思路，实行“边调边驱”，以巩固和延长微生物驱油效果。

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