注入参数对微生物提高采收率的影响研究①

雷光伦 程明明 高雪梅 刘建英 杨 剑

(1.中国石油大学(华东)石油工程学院 2. 中国石油长庆油田分公司第一采油厂)

微生物采油技术是一种科技含量高，发展前景良好的三次采油技术，是现代生物工程在油气田开采开发领域创造性的应用。由于微生物采油技术具有生产成本低，经济效益好，现场施工方便、适用于边远井、枯竭井，以及对环境友好性等特点[1]，越来越受到石油行业的重视。微生物采油技术是微生物学、油藏地质学、渗流力学、界面物理化学等多种学科基本理论的交叉综合应用，其机理不仅包含微生物学中的菌体在油层中的生长、繁殖和代谢等生物化学过程, 而且包括渗流力学中的微生物菌体、微生物营养液、微生物代谢产物在油层中的运移, 同时还涉及到界面物理化学中的微生物与岩石、油、气、水的相互作用引起的岩石和流体物理性质的改变[2-3]。由于微生物提高采收率的复杂性，微生物驱油的理论研究工作还相对薄弱，其中最突出的是注入参数对提高采收率的影响，目前还缺乏全面深入的认识，而这恰恰是微生物驱油的核心理论问题。本研究从三叠系长6油藏产出污泥中分离出一株具有较强驱油能力的优势菌株G1-1，并对其进行了驱油能力测试，研究了注入参数对微生物驱油能力的影响。

1 实验材料

1.1 菌种来源

微生物提高采收率先导试验用菌种，分离自三叠系长6 油藏产出污泥[4]，在温度44.4 ℃条件下富集培养，取最终富集的培养液，稀释涂布后，利用油平板反复分离纯化，将不同形态的单菌落挑出，保存于斜面培养基上[5]，于4 ℃下冷藏备用。

1.2 原油与水样来源

实验所用原油来自长庆油田，地层水为按照长庆油田地层水矿化度所配制的模拟地层水，其物性参数见表1。

表1 原油与水样物性参数

2 实验方法

微生物最终提高采收率效果可用驱油实验结果加以验证，提高采收率的大小与注入参数有关[6-8]。在已确定的较佳注入微生物浓度、营养液浓度基础上，用驱油实验确定微生物注入量(注入PV数)、注入速度和注入段塞组合。方法是用石英砂装填长35.5 mm、直径2.73 mm的岩心管作为模拟驱油岩心，测人造岩心的渗透率和孔隙度后，饱和用试验区原油和煤油配制的模拟油(44.4 ℃时黏度为1.91 mPa·s)，在地层温度下以目前试验区水驱速度(0.48 m/d)进行水驱，到目前试验区含水时停止水驱，注入实验用量的微生物菌液，然后关闭岩心管两端阀门在油藏温度下静置3天，之后打开阀门继续以相同速度后续水驱，直到岩心不出油时结束[9-12]。实验流程图见图1。

3 结果与讨论

3.1 注入段塞大小对提高采收率的影响

以目前试验区水驱速度分别注入0 PV、0.15 PV、0.3 PV、0.45 PV和0.6 PV的菌体与营养剂的混合液，驱替过程中注入微生物段塞大小对采收率提高结果的影响见表2。

表2 微生物段塞大小对提高采收率的影响

由表2可知，水驱到目前试验区含水时，各岩心的采出程度在50%左右。对于对比实验岩心，静置3天再水驱时不再产油，再水驱的采收率提高为0；而注入不同PV数微生物菌液的岩心管再水驱时，均有较多原油产出，注入微生物量越大，产出原油量越多；注入0.3 PV和0.45 PV时，采收率提高了6.28%～8.65%，注入0.6 PV时的采收率比0.45 PV时提高幅度不大，考虑经济成本,现场微生物注入量为0.3～0.45 PV比较合适。从注入压力看，注入微生物后再水驱时，其注入压力比水驱结束时降低20%～74%，表明微生物驱时有很好的注入能力。驱替过程中的典型采收率、含水率及压力随注入孔隙体积倍数变化曲线见图2～图5。

由图2～图5可知，纯水驱时，驱出油量主要为见水前，一旦见水，含水率会迅速增加，并很快到达高含水；关闭停留3天后再水驱时也不再出油，再纯水驱的采收率提高为0。可能的原因是由于人造模拟岩心的非均质性，饱和油在平面和纵向上渗透率差异很大， 进行水驱油时注入水在高渗层和同油层的高渗区域遇到的渗流阻力小，因此渗流速度大。同时由于油水黏度的差异， 注入水在油层深部形成严重的指进，油层波及系数小，形成水流优势渗流通道，水驱后原油采收率很难提高。

微生物驱时，见水前与纯水驱时特征相同，在含水60%～75%时，注入不同量微生物并作用3天后再水驱，均可驱出原油，即采收率提高，含水也有所波动。微生物注入量越大，提高采收率程度越大。可能的原因是微生物在油藏高渗透区生长繁殖产生代谢产物，能够选择性地堵塞大孔道，同时，由于微生物体积小，可进入孔隙角隅处和小毛细管中，并且能改变岩石的润湿性，从而增强水驱油的动力，提高波及系数。

微生物注入量越高，驱油效果越好，提高采收率的作用也越大。但这并不意味着微生物注入量越多越好。在一定的注入速度下，随着微生物注入量的提高，采收率提高幅度先增大而后趋于平缓。另外，原油产量与投入的成本并不是呈直线关系。因此，微生物注入段塞大小存在一个最佳值，其大小与采出油量及油价和微生物制剂价格相关，可通过进一步的现场实践来确定。

3.2 注入速度对提高采收率的影响

以目前试验区水驱速度0.48 m/d以及水驱速度的50%和150%分别注入0.45 PV的菌体与营养剂的混合液，注入速度对微生物提高采收率的影响结果见表3，典型采收率和含水率以及压力随注入孔隙体积倍数变化曲线见图6和图7。

表3 微生物注入速度对提高采收率的影响

由注入速度对微生物渗流能力影响实验结果可知，以不同速度注入微生物时，均可提高原油采收率.注入速度较低时，提高采收率效果更好。考虑到经济成本，微生物注入速度过低，相应的采油速度会降低，维持生产的成本将加大。因此，微生物注入速度的大小存在一个最佳值，该值的选择受到采油速度、油价和微生物制剂的价格影响，推荐选用现场水驱速度0.48 m/d。

3.3.3注入段塞组合对提高采收率的影响

以目前试验区水驱速度0.48 m/d，分别以单一段塞和均分为两个段塞注入0.45 PV的菌体与营养剂的混合液。不同段塞组合对微生物提高采收率的影响结果见表4，典型采收率及含水率随注入孔隙体积倍数变化曲线见图8、图9。

由图8和图9可知，不同段塞组合的微生物驱，原油采收率均有提高，段塞组合不同，采收率提高效果不同，分段塞注入提高采收率效果更好。可能的原因是，由于人造模拟岩心的非均质性，单一段塞大剂量集中注入微生物，有可能导致微生物沿水流优势通道指进，使一部分菌液无效流动，造成微生物制剂的浪费；而分段塞注入，能保证微生物充分进入地层，延长了微生物有效作用时间，减少了微生物的无效流动，增大了微生物作用半径，有利于将滞留在岩石表面、孔隙角隅处和小毛细管中的剩余油采出，增大了水驱的波及面积。

表4 微生物段塞组合对提高采收率的影响

4 结 论

模拟岩心流动实验是评价微生物提高采收率效果的重要手段，也是定量确定微生物注入参数的有效方法，同时也为进一步现场试验奠定理论基础。通过优选微生物注入参数实验得出如下结论：

(1) 考虑经济成本，建议现场微生物注入量为0.3～0.45 PV。从注入压力看，注入微生物后再水驱时其注入压力比水驱结束时降低20%～74%，表明微生物驱时有很好的注入能力。

(2) 考虑采出油量、原油价格以及微生物制剂的价格，确定最佳注入段塞大小为0.3～0.45 PV，最佳注入速度为0.48 m/d。

(3) 分段塞注入，能保证微生物充分进入地层，延长微生物有效作用时间，减少微生物的无效流动，增大了微生物作用半径，有利于驱出剩余油。

参考文献

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