冉海濤

(中油吉林油田公司，吉林 松原 138000)

裂縫性油藏微生物調(diào)剖技術研究

冉海濤

(中油吉林油田公司，吉林 松原 138000)

針對扶余油田裂縫發(fā)育、油藏不均質(zhì)性嚴重、產(chǎn)出液高含水、注入水無效循環(huán)嚴重的開發(fā)矛盾，系統(tǒng)開展了高性能調(diào)剖菌種提高采收率的實驗研究。在JFT－001菌生理生化性能、調(diào)剖調(diào)驅(qū)機理、調(diào)剖能力及驅(qū)油效率等實驗研究的基礎上，選定了2個具有代表性的典型注水井組，實施了微生物調(diào)剖驅(qū)油先導性試驗，累計增油4 157 t，年平均綜合含水下降13.2%;在扶余油田東區(qū)12－3區(qū)塊，實施了33個注水井組的工業(yè)化微生物調(diào)剖驅(qū)油試驗，累計增油27 896 t，見效高峰期井組含水下降10%以上，部分單井含水下降達到30%，整個有效期內(nèi)區(qū)塊綜合含水下降3%～6%。JFT－001菌深部調(diào)剖，施工簡單方便，有效期長、環(huán)境友好、增產(chǎn)效果好，經(jīng)濟效益明顯，是扶余油田在高含水期開發(fā)的一項極具潛力的提高采收率技術。

裂縫性油藏;微生物采油;調(diào)剖;礦場試驗;JFT－001菌種;扶余油田

引言

扶余油田為裂縫、斷層發(fā)育的構(gòu)造砂巖油藏，經(jīng)過多年的開發(fā)，目前已進入特高含水的開發(fā)階段，水淹水竄嚴重，但是采出程度仍處于較低水平，而扶余油田具有開展微生物采油的先天優(yōu)勢條件［1－2］。為此，有必要在開展綜合調(diào)整的同時，采取有效的堵水調(diào)剖措施，在油藏深部堵塞裂縫和水流大孔道，治理水竄［3］，改善開發(fā)效果。根據(jù)微生物采油的技術特點，系統(tǒng)開展了室內(nèi)實驗研究，篩選得到了高性能菌種JFT－001，該菌種能以糖類物質(zhì)為營養(yǎng)碳源，高效能代謝產(chǎn)生非水溶性高聚糖纖維素類生物聚合物;這種非水溶性高聚糖生物聚合物能夠有效地堵塞儲層中的高滲水流通道和微裂縫，改變儲層注入水的流向，延緩地層水的舌進與指進，有效擴大注入水波及體積，提高驅(qū)油效率，動用油藏中剩余油富集區(qū)的原油，改善注入水無效、低效循環(huán)的開發(fā)矛盾，從而提高原油采收率［4－7］。

1 調(diào)剖菌種JFT－001性能研究

1.1 調(diào)剖菌種JFT－001基本特性

JFT－001菌是從扶余油田產(chǎn)出水中分離篩選到的自然菌，經(jīng)過PCR技術鑒定為腸桿菌屬(Enterobacter SP.)［8］，兼性厭氧，菌體大小為1.8 μm ×0.6 μm，適宜pH值為6.0～8.5，適宜生長溫度為22～42℃，油藏條件下，生存競爭能力強，在pH值為7.5、30℃、4%糖蜜營養(yǎng)液濃度的條件下生長繁殖，14 h后即菌種數(shù)目可增殖到1×108個/mL以上。扶余油田儲層的溫度、礦化度、原油性質(zhì)及地層壓力等油藏環(huán)境的理化條件，適宜JFT－001菌的生長、繁殖和代謝;次氯酸鈉殺死雜菌和JFT－001菌的濃度分別為0.06‰和0.16‰;小白鼠經(jīng)皮、經(jīng)口毒性實驗證實，該菌種對生物體無毒。在營養(yǎng)瓊脂平板上培養(yǎng)，形成邊緣呈放射狀的乳白色菌落。該菌種可高效利用單糖和寡糖類碳源合成以六元氧環(huán)吡喃糖為基本單位的纖維素類水不溶性高聚糖生物聚合物，纖維素單體的分子質(zhì)量為0.2～120.0×104;JFT－001菌產(chǎn)出的高聚糖類纖維素互相交錯聚合疊加，呈現(xiàn)多維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與水分子締結(jié)后可形成較大的水不溶性膠狀體。

1.2 JFT－001菌室內(nèi)模擬調(diào)剖實驗

根據(jù)扶余油田儲層的物性分析資料，分選粒度相近的石英砂，制作填充砂巖心模型，模擬扶余油田非均質(zhì)地層，進行物理模擬實驗。隨著菌液和營養(yǎng)劑體系的注入，注入壓力逐漸增高，注入混合體系3 d后，填充砂的滲透率明顯下降，由3 156× 10－3μm2下降到621×10－3μm2，模型入出口端的壓差上升，由注入前的 1.18 MPa上升到 3.72 MPa。說明JFT－001菌優(yōu)先進入到了高滲透層，并在高滲透層產(chǎn)生了大量的非水溶性的高聚糖生物聚合物，堵塞了高滲透條帶大的水流通道，使高滲透層的滲透率迅速下降，從而改變注入水流向，擴大了注入水的微觀波及體積，達到了深層調(diào)剖的目的。

利用三維的非均質(zhì)有隔層的物理模型進行驅(qū)替實驗研究，模型中的高、中、低隔層的滲透率分別為563×10－3、245×10－3、94×10－3μm2，水驅(qū)結(jié)束時，高滲透層的采出程度為69.32%，中滲透層的采出程度為 37.75%，低滲透層的采出程度為16.89%;在注入JFT－001菌液和營養(yǎng)劑3 d后，進行后續(xù)水驅(qū)，非均質(zhì)模型中的3個層的采出程度都有不同程度的提高，高、中、低滲透層的采出程度分別提高了6.20%、19.78%、25.32%，整體提高采收率16.93%，驅(qū)油效率大幅增加。通過對實驗后的模型觀察，生成的生物聚合物主要集中在高滲透層，也進一步說明產(chǎn)生的水不溶性生物聚合物優(yōu)先封堵高滲透層。利用含有微裂縫的三維模型進行驅(qū)替實驗研究，通過觀察模型，生物聚合物主要封堵留存在微裂縫中，采出程度由單一水驅(qū)的33.85%提高到51.69%，大幅提高了驅(qū)油效率。

利用顯微自動成像系統(tǒng)進行JFT－001菌種的微觀驅(qū)油機理研究，可知JFT－001菌在巖心中主要通過注入的水相流體攜代運移，優(yōu)先進入連通好的大孔喉。菌種自身具有攝取食物的運動性、趨向性和吸附性，對巖石表面也具有一定的吸附性，因此，代謝產(chǎn)生的非水溶性高聚糖生物聚合物一般以生物膜的形式吸附在巖石表面，且隨著注入量的加大，逐漸增大增厚，能夠限制巖心孔隙喉道中流體的流動，改變巖心中注入流體流動的方向，提高了注入液的微觀波及體積，進而提高驅(qū)油效率。

JFT－001調(diào)剖菌在扶余油田油藏的儲層條件下具有良好的代謝繁殖能力，菌種代謝產(chǎn)生的非水溶性高聚糖生物纖維素類聚合物可有效堵塞微觀高滲水流大孔道和微裂縫，限制注入水在微觀大孔道內(nèi)和微裂縫內(nèi)的無效循環(huán)流動，緩解水淹和水竄，在儲層中起到了較好的深部調(diào)剖、調(diào)驅(qū)作用。

2 調(diào)剖菌種JFT－001礦場試驗

2.1 JFT－001菌先導性礦場試驗

在室內(nèi)系統(tǒng)實驗研究的基礎上，結(jié)合裂縫性砂巖周期性注水開發(fā)的研究成果，使用JFT－001菌種在21－23區(qū)塊對21－232、21－261注水井組實施了微生物調(diào)剖驅(qū)油的先導性試驗。該區(qū)塊含油面積為0.215 km2，滲透率為239×10－3μm2，試驗前綜合含水為84%。2個注水井組日配注59 m3/d，在不改變原有注水井工作制度的情況下，使用三通閥門伴隨注水連續(xù)加注JFT－001菌液和糖蜜營養(yǎng)液體系，注入量分別為配注水量的4%和10%，連續(xù)加注62 d。注入JFT－001菌液及糖蜜營養(yǎng)液15 d后，周圍13口監(jiān)測井先后開始見到動態(tài)反應，含水下降、產(chǎn)油增加。在最佳的見效期間，監(jiān)測井含水率下降最大的為35.6%，最小的為8.3%。13口監(jiān)測油井均檢測到JFT－001菌、高聚糖生物聚合物以及目的菌所代謝的氣體和有機物等，日產(chǎn)液總量下降到 48.1 m3/d，下降了10.3%。區(qū)塊年平均綜合含水率下降13.2%，單井平均日產(chǎn)油由0.65 t/d升至1.06 t/d。忽略遞減，區(qū)塊累計增油4 157 t，顯示了良好的應用前景。

2.2 JFT－001菌工業(yè)化礦場試驗

扶余油田東12－3區(qū)塊含油面積為1.4 km2，油層埋藏深度為320～440 m，平均油層中部深度為363 m，主力油層為泉四段的扶余油層，該區(qū)塊天然裂縫較為發(fā)育，多為東西向垂直張性構(gòu)造裂縫，滲透率為273×10－3μm2，試驗前綜合含水為88.8%。東12－3區(qū)塊是扶余油田東二區(qū)的主力區(qū)塊，石油地質(zhì)儲量占東二區(qū)石油地質(zhì)儲量的39.3%，產(chǎn)量占東二區(qū)產(chǎn)量的40%以上，試驗區(qū)的穩(wěn)產(chǎn)水平直接影響著東二區(qū)的穩(wěn)產(chǎn)程度。該區(qū)塊儲層非均質(zhì)性嚴重，層間差異較大，各小層之間滲透率的差異非常明顯，這種縱向上層間差異的存在，必然會導致注入水的單層突進，造成無效循環(huán)。區(qū)塊儲層非均質(zhì)差異宏觀上表現(xiàn)出韻律性，儲層多年注水開發(fā)，強吸強產(chǎn)高含水段存在。從吸水剖面情況看，約1/3厚度不吸水，1/3厚度吸水59%;從吸水強度看，11.7%的厚度吸水強度占46.8%，存在高滲條帶;從產(chǎn)液量分級情況看，約1/4厚度產(chǎn)液量占61%，1/5厚度不產(chǎn)液，層間矛盾較突出。區(qū)塊儲層在縱向上存在非均質(zhì)性，在平面上表現(xiàn)出一定的滲透性差異，這種差異在生產(chǎn)井動態(tài)上表現(xiàn)為注入水在平面上的分布極為不均。區(qū)塊儲層滲透性的差異使注入水多沿高滲透帶流動，從扶余油田東區(qū)檢查井巖心觀察結(jié)果可知，扶余油層剩余油多集中于滲透性較差的、表面粗糙的微孔隙中。東12－3區(qū)塊扶余油層目前地層原油黏度約為29 mPa·s，存在著注水開發(fā)條件下含水上升快的特點，大量原油是在含水80%以上條件下采出來的。同時由于長時間水驅(qū)，原油黏度增大，受油水黏度比影響，水驅(qū)波及體積小，注入水向油井突進快。總之，東12－3區(qū)塊目前所存在的問題，基本代表了扶余油田井網(wǎng)已完善區(qū)塊水驅(qū)開發(fā)過程中所暴露出的主要問題，這些問題通過調(diào)整注水方式或加大注入量等常規(guī)的方法收效甚微，因而有必要進行進一步的研究，增大水驅(qū)波及體積，以達到最終提高原油采收率的目的。

在解決了JFT－001菌種放大發(fā)酵培養(yǎng)及現(xiàn)場推廣應用的營養(yǎng)液來源等問題之后，優(yōu)化注入工藝，對扶余油田東12－3區(qū)塊33口注水井(周圍151口生產(chǎn)井)實施了工業(yè)化礦場試驗。不改變原有注水井工作制度，不采取其他任何措施，在正常注水生產(chǎn)的情況下，使用三通閥門伴隨注水連續(xù)加注5%比例的JFT－001菌液，在注入JFT－001菌液5 d后，同樣伴隨注水連續(xù)加注10%比例的糖蜜營養(yǎng)液體系，JFT－001菌液配注比例降至2% ～3%，連續(xù)注入JFT－001菌液及糖蜜營養(yǎng)液體系45～90 d。整個工業(yè)化試驗期間，共注入目的菌菌液4.11×103m3，注入糖蜜營養(yǎng)液體系1.657× 104m3。試驗后油井產(chǎn)氣量增大，產(chǎn)出氣中CO2組分含量由3%～6%增至12%～25%，產(chǎn)出液中的有機質(zhì)含量由10～60 mg/L增至100～1 000 mg/L，產(chǎn)出液的pH值由7.7降至5.1。圖1為工業(yè)化試驗區(qū)的生產(chǎn)曲線。整個工業(yè)化試驗見效期內(nèi)，試驗區(qū)整體產(chǎn)液量較實施微生物調(diào)剖試驗前平均下降13.1%，綜合含水下降3%～6%，產(chǎn)油量平均增加20.6%，個別油井在明顯見效期時綜合含水下降幅度接近30%，產(chǎn)油量增加2倍，整個區(qū)塊單井平均日產(chǎn)油由1.07 t/d上升到1.29 t/d，忽略遞減，目前累計增油27 896 t，少產(chǎn)水14.8×104m3，投入產(chǎn)出比為1.0∶3.9，注入水無效循環(huán)得到有效控制，經(jīng)濟效益明顯。實施微生物驅(qū)之后，區(qū)塊水驅(qū)規(guī)律曲線發(fā)生明顯偏移，開發(fā)狀況變好，通過目前區(qū)塊的生產(chǎn)情況，進行微生物試驗前后水驅(qū)規(guī)律曲線對比，可評價井組階段提高采收率11.23%。工業(yè)化試驗與方案設計相比，取得了較好的開發(fā)試驗效果，達到了方案設計指標。

圖1 工業(yè)化試驗區(qū)生產(chǎn)曲線

2.3 JFT－001菌礦場試驗效果評價

2.3.1 區(qū)塊縱向矛盾得到有效控制

微生物調(diào)剖試驗前后監(jiān)測14－04.21井、14－3.1井吸水剖面數(shù)據(jù)的變化情況，結(jié)果見表1?？梢妼嵤┪⑸镎{(diào)剖后，注水井的吸水剖面發(fā)生明顯的變化，原來的強吸水層段，吸水減弱;原來的弱吸水層段，吸水增強。以監(jiān)測井14－04.21井為例，在微生物調(diào)剖前，配注的5個層段中僅有Ⅳ、Ⅴ2個配注層段吸水，并且這2個層段都處于楊大成子油層，與該井相對應生產(chǎn)井的主力油層—扶余油層根本沒有能量的補充。在實施微生物調(diào)剖后，該井的吸水剖面明顯得到改善，Ⅰ、Ⅱ2個原來不吸水的主力層段開始明顯吸水，相對吸水量由微生物調(diào)剖前的0增加到53.23%，說明實施微生物調(diào)剖后，試驗區(qū)縱向矛盾得到了有效緩解，原來不吸水的主力層段的能量得到了有效的補充，注入水無效循環(huán)、單層突進的矛盾得到了一定的控制，各配注層段的層間吸水矛盾得到了明顯改善。

2.3.2 區(qū)塊平面矛盾得到了有效改善

微生物調(diào)剖試驗前后示蹤劑監(jiān)測顯示，試驗后示蹤劑推進速度明顯變慢，產(chǎn)出濃度降低，除13%的監(jiān)測井未檢出示蹤劑外，55%的監(jiān)測井延遲檢出，32%的監(jiān)測井新檢出，油水井注采敏感程度發(fā)生明顯變化。微生物菌種首先進入到儲層中連通性較好的、水洗程度相對較高的高滲透條帶，一旦微生物代謝的高聚糖生物聚合物達到一定的濃度，將對高滲透水流通道起到明顯的封堵作用，致使微生物調(diào)剖試驗后示蹤劑的峰值明顯降低，見劑時間滯后。注入菌液和營養(yǎng)液體系后，注水井注入壓力明顯增大，部分生產(chǎn)井產(chǎn)液量發(fā)生明顯變化，佐證了高聚糖生物聚合物的產(chǎn)出及其有效的堵水調(diào)剖作用，在橫向平面上吸水剖面得到了有效的調(diào)整。

表1 監(jiān)測井14－04.21和14－3.1試驗前后吸水剖面變化情況對比

2.3.3 有效改良了油藏的微環(huán)境

實施微生物調(diào)剖試驗后，生產(chǎn)井產(chǎn)出的原油中的膠質(zhì)、蠟含量以及原油黏度明顯降低，數(shù)據(jù)見表2。說明在注入JFT－001菌液后，一方面，菌種代謝產(chǎn)生的水不溶性高聚糖生物聚合物封堵了高滲水通道和微裂縫后，擴大了注入水的波及體積，注入水原來未波及到的相對較輕質(zhì)的剩余原油被驅(qū)動采出;另一方面，在注入菌液及營養(yǎng)液體系后，改變了油藏原有原生菌群結(jié)構(gòu)，激活了部分內(nèi)源功能微生物菌群，以原油為碳源進行代謝，使原油組分和物性發(fā)生了一定改變，改良了油藏微環(huán)境，使剩余油更容易被采出。

表2 JFT－001菌礦場試驗前后原油組分變化分析數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

(1)JFT－001菌在扶余油田儲層中生存競爭能力強，高效產(chǎn)出水不溶性高聚糖纖維素類生物聚合物，優(yōu)先封堵高滲透層和微裂縫，可起到良好的深部堵水調(diào)剖作用。

(2)該項技術不需對注采系統(tǒng)和地面處理系統(tǒng)進行整改，不需改變油水井工作制度，只需增加菌液放大培養(yǎng)系統(tǒng)，施工簡單方便，環(huán)境好，有效期長，降水增油效果好，經(jīng)濟效益明顯。

(3)以JFT－001菌種為目的菌的MEOR調(diào)剖調(diào)驅(qū)技術能有效緩解扶余油田高含水期開發(fā)的注入水低效、無效循環(huán)的矛盾，可以作為扶余油田高含水期開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)的主要技術之一。

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編輯 王 昱

TE357.9

A

1006－6535(2012)05－0124－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.05.031

20120115;改回日期:20120602

中油吉林油田公司“扶余油田二次開發(fā)研究”項目部分研究內(nèi)容(JY08065)

冉海濤(1977－)，男，工程師，1999年畢業(yè)于南開大學生物化學專業(yè)，現(xiàn)為中國地質(zhì)大學(武漢)在職碩士研究生，主要從事三次采油方面的研究。