海上油田微生物驱油体系的建立及效果评价

2014-03-03李玉勇中国海洋石油国际有限公司业务发展部北京100010

石油天然气学报 2014年4期

李玉勇（中国海洋石油国际有限公司业务发展部，北京 100010）

张俊，黄琴，马奎前孙广义，张静（中海油天津分公司渤海油田勘探开发研究院，天津 300452）

高立红，赵艳辉（天津亿利科能源科技发展股份有限公司，天津 300410）

微生物提高采收率技术是一种通过引入或刺激在油藏中能存活的微生物来提高原油采收率的工艺技术。它一方面利用微生物对原油的直接作用，改善原油物性，提高原油在地层孔隙中的流动性；另一方面利用微生物在油层中生长代谢产生的气体、生物表面活性剂、有机酸、聚合物等物质，改善水驱环境，从而达到提高原油采收率的目的［1～4］。微生物提高采收率技术于20世纪90年代开始研究，陆续开展了矿场试验［5～8］。

渤海SZ36－1油田H区地下原油黏度平均78mPa·s，属于常规稠油油藏。采用反九点面积井网开发，注水见效明显，综合含水率65%。油层发育1～6小层，砂体厚度2～10m，平均渗透率1300mD；油层温度60℃，地层水矿化度10000mg/L，pH值8.1。针对该区油藏条件、水质及基础菌群特征，筛选有效激活体系，激活地层中有益微生物菌群，乳化分散原油、降低原油黏度，使原油的启动和流动能力增强，降低水油流度比，增强驱油效率。同时，筛选功能菌群进行地面发酵后回注，用以弥补无空气注入导致的近井地带好氧区微生物代谢活动的不足。由于海上油田注采强度大，为了避免营养药剂随注水过早采出，影响微生物增殖，注入营养凝胶，增大营养组分滞留时间，从而激活油藏深部微生物。

1 微生物驱剂筛选及性能

1.1 激活剂优选

根据SZ36－1油田H区3口油井油样和注入水样，分析了其中的基础微生物，包括柠檬酸杆菌属、假单胞菌属等13种菌属，其中假单胞菌属可降解原油，产生生物表面活性剂，是主要的采油功能菌。在此基础上，采用单因素激活试验和多因素正交激活试验［2］，进行激活剂筛选。单因素筛选试验分别分析了碳源、氮源、磷源以及激活因子。以碳源为例，通过分析油层本源菌中各种有益菌质量浓度，包括烃氧化菌、腐生菌、发酵菌、硝酸盐还原菌、产甲烷菌，以及有害菌浓度，主要是硫酸盐还原菌，进而优选出碳源。同理，优选出氮源、磷源以及激活因子。在此基础上进行4因素3水平正交试验，通过多次重复试验观察乳化原油效果，以及对比激活前后菌群结构的变化（图1）、总菌浓度变化、功能菌浓度变化，筛选出最优激活剂配方。激活体系对SZ36－1油田H区产出水激活效果良好，激活后总菌数上升3～4个数量级，达到108个/mL以上，功能菌种类和数量增加，以假单胞菌、芽孢杆菌等功能菌为主。

图1 激活前后菌群结构变化

1.2 激活剂效果评价

从5个指标考察激活剂FP3对原油的生物作用效果，分别是原油表面张力、界面张力、挥发性脂肪酸浓度、产生生物气体积、原油黏度变化。所产生的表面活性剂使表面张力降低26.6%、界面张力下降32.5% （图2）。挥发性脂肪酸浓度增加2倍，高达30×10－3mol/L，菌群活力增强。产气体积为0.8倍激活剂体积，以CO2和N2为主。原油黏度降低了27.7% （图3），菌群对原油代谢产物主要以C16以下为主，原油流动性得到显著增强。原油乳化明显，以0.1～1.5mm粒径分散于水相，静置分层恢复原状。

图2 表面张力和界面张力随时间变化

图3 黏度随时间变化

1.3 功能菌发酵

为了替代空气注入工艺，从油层中筛选兼性厌氧功能菌体系，使其具有乳化原油，以激活近井地带好氧菌群为主，激活油层深部厌氧菌群的功能。功能菌定向驯化方向为产生表面活性剂、乳化剂，以及产生能被厌氧菌利用的挥发性脂肪酸。为此需要进行功能菌发酵，发酵工艺需要优化pH值、接种量、发酵时间、溶氧量对功能菌浓度的影响。通过筛选得到适于地面发酵的功能菌群，发酵后功能菌群生长速度加快，菌浓升高，24h即可进入对数生长期，30～40h为平稳期，发酵周期短，且菌浓高达109个/mL；菌群功能得到强化，表面张力降低57.3%，界面张力降低72.5%，乳化活性达到62.5%；挥发性脂肪酸提高2.25倍，可有效激活油层有益菌群。同时，功能菌群可利用原油为碳源进行生长代谢，添加碳源可加速其生长代谢。

1.4 激活剂与功能菌复配

激活剂与功能菌共同组成微生物驱剂，为了考察内源激活剂与发酵功能菌的协同作用，需要进行激活剂与功能菌复配试验。在激活剂与功能菌的共同作用下，原油黏度大幅度下降（图4），下降比例达到37.5%，较单独采用激活剂提高了9.8%。原油中C30以上的重烃组分降低6%，轻质组分增加，油品性质得以改善。

2 营养凝胶体系的建立

2.1 营养凝胶筛选

选定试验区注入井H17井，吸水剖面测试资料显示主力3小层吸水强度达到26.5m3/（d·m），生产动态资料也显示存在一定程度的注入水突进问题。为了缓释营养，延长营养释放周期，缓解指进突进现象，增加功能菌和激活体系在油藏的滞留时间，研制了营养凝胶体系。营养凝胶的选择原则是营养凝胶与微生物具有良好的配伍性、营养凝胶可以负载和缓释营养成分、营养凝胶具备良好的稳定性。通过对比3种不同类型的凝胶（酚醛树脂凝胶、无机凝胶和有机凝胶）对微生物生产的影响，分析结果表明酚醛树脂及无机凝胶体系明显对微生物生长有抑制作用，有机凝胶组分对微生物生长无明显抑制影响。

2.2 营养凝胶性能检测

营养凝胶的性能检测主要包括矿化度、温度适应性、抗剪切性能以及与微生物的相互作用。通过试验分析表明，有机营养凝胶体系在矿化度3000～10400mg/L，环境温度在50～80℃之间，其性能稳定，较低的矿化度成胶时间较长，稳定时间较短，高温状态下成胶强烈，凝胶稳定时间相对较短。采用由20～40目石英砂填充的砂床，观察凝胶溶液完全通过该砂床所用时间及黏度变化，结果显示滞留时间可延长3～5倍，营养凝胶体系经过砂床剪切后，黏度均有所降低，但满足注入及设计要求，经剪切后成胶时间延长，营养凝胶黏度有小幅降低，提前3～5d破胶，但对营养凝胶性能无明显影响。营养凝胶与微生物相互作用，营养物质随着凝胶逐渐析水破胶缓慢释放（图5），当作用65d之后，营养物质的质量分数快速增加。这是因为营养物质在水相中可以被微生物捕集利用，在油藏深部产出激活作用。营养凝胶体系与微生物采油技术配伍性良好，不影响微生物正常激活繁殖代谢，微生物的生长对营养凝胶性能无明显改变。营养凝胶工艺可以配合微生物采油工艺，增大微生物驱剂在油藏中的滞留时间，同时产生缓释作用，激活油藏深部微生物菌群，该工艺是微生物采油技术的有益补充。

图4 功能菌与激活剂对原油黏度的改善

图5 水相中营养物质质量分数随时间变化关系

3 岩心驱替试验

3.1 试验简介

根据目标试验区储层物性、采用人造岩心进行微生物驱油模拟试验，验证在模拟地层条件下微生物驱剂、营养凝胶以及不同注入方式的驱油效果。设计3组试验，A组试验目的是对比水驱与营养凝胶驱替效果，B组试验目的是对比微生物驱剂不同配比下驱替效果，C组试验目的是对比不同营养凝胶和微生物驱剂段塞比例下的驱替效果。

3.2 试验结果

表1为3组设计的试验参数及驱油效果：A组试验表明采用营养凝胶驱替比水驱提高采收率9.5%；B组试验表明微生物驱剂不同配比下提高采收率差异不大，在11.1%～12.3%之间；C组试验表明营养凝胶段塞在0.2～0.4PV时提高采收率值较高，在17.1%～19.8%之间。从兼顾效果和成本角度出发，推荐优选C3方案。