張 俊，黃 琴，孫廣義，張 靜，高立紅，趙艷輝

（1.中海石油天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院，天津塘沽，300452；2.天津億利科能源科技發(fā)展股份有限公司）

微生物提高石油采收率技術是利用微生物自身及其代謝產物，作用于油藏巖層、原油和地下水，繼而改善地層或者原油本身的性質，最終提高原油采收率［1－3］。內源微生物驅油技術是通過注入激活劑，調整油層內部微生物群落的代謝關系和生物活性來提高原油采收率［4－7］，技術關鍵是有效激活油層內有益微生物菌群，并使其得到充分繁殖。海上水驅油田由于儲層物性好、注采強度大，不可避免地存在注入水突進問題，為此，提出了營養(yǎng)凝膠輔助微生物驅油技術。

1 區(qū)域概況及微生物驅劑簡介

1.1 區(qū)域概況

渤海SZ36－1油田H區(qū)地下原油粘度平均78 mPa·s，屬于常規(guī)稠油油藏。采用反九點面積井網開發(fā)，注水見效明顯，目前綜合含水65%。油層發(fā)育1～6小層、砂體厚度2～10 m，平均滲透率1 300×10－3μm2，油層溫度60℃，地層水礦化度10 000 mg／L，pH 值為8.1。

1.2 微生物驅劑簡介

根據油井油樣和注入水樣，分析了其中的基礎微生物，包括檸檬酸桿菌屬、假單胞菌屬等13種菌屬，其中假單胞菌屬可降解原油，產生生物表面活性劑，是主要采油功能菌。在此基礎上，采用單因素激活實驗和多因素正交激活實驗［3］，進行激活劑篩選。以碳源為例，通過分析油層本源菌中各種有益菌濃度，包括烴氧化菌（HOB）、腐生菌（TGB）、發(fā)酵菌（FMB）、硝酸鹽還原菌（NRB）、產甲烷菌（MPB），以及有害菌濃度，主要是硫酸鹽還原菌（SRB），進而優(yōu)選出碳源CS3為最佳選擇。同理，優(yōu)選出氮源、磷源以及激活因子分別為NS5、PS3、JF1。在此基礎上進行四因素三水平正交實驗，通過多次重復實驗觀察乳化原油效果，對比激活前后菌群結構的變化、總菌濃度變化、功能菌濃度變化，篩選出最優(yōu)激活劑配方編號為FP3。激活體系對SZ36－1油田H平臺產出水激活效果良好，激活后總菌數上升3～4個數量級，達到108個／mL以上，功能菌種類和數量增加，以假單胞菌、芽孢桿菌等功能菌為主。

2 營養(yǎng)凝膠體系的建立

2.1 營養(yǎng)凝膠類型篩選

選定試驗區(qū)注入井H17井，吸水剖面測試資料顯示主力3小層吸水強度大，達到26.5 m3／（d·m），生產動態(tài)資料也顯示存在一定程度的注入水突進問題。為了緩釋營養(yǎng)，延長營養(yǎng)釋放周期，緩解指進突進現象，增加功能菌和激活體系在油藏的滯留時間，研制了營養(yǎng)凝膠體系。營養(yǎng)凝膠的選擇原則是：①微生物具有良好的配伍性；②可以負載和緩釋營養(yǎng)成分；③良好的穩(wěn)定性。對比三種不同類型的凝膠對微生物生產的影響，包括酚醛樹脂凝膠、無機凝膠和有機凝膠，分析結果表明，酚醛樹脂及無機凝膠體系明顯對微生物生長有抑制作用，有機凝膠組分對微生物生長無明顯抑制影響（圖1）。

圖1 不同類型凝膠對微生物生長的影響

2.2 營養(yǎng)凝膠性能評價

2.2.1 抗剪切性

三種營養(yǎng)凝膠體系經過由20～40目石英砂填充的砂床，剪切后粘度均有所降低（圖2），降低幅度在12%～17%。經過剪切后成膠時間延長1～2天，破膠時間提前3～5天，說明營養(yǎng)凝膠抗剪切能力較好，經過剪切后營養(yǎng)凝膠性能保持良好。

圖2 剪切前后凝膠粘度對比

2.2.2 滯留時間及營養(yǎng)緩釋作用

配置不同粘度營養(yǎng)凝膠體系，在相同條件下通過石英砂床，觀察溶液完全通過該砂床所用時間，結果顯示，在相同壓力下，溶液粘度越高在砂床中停留時間越長，滯留時間可延長3～5倍。營養(yǎng)物質隨著凝膠逐漸析水破膠緩慢釋放（圖3），在水相中可以被微生物捕集利用，在油藏深部產出激活作用。

2.3 配伍性

2.3.1 地層水礦化度及地層溫度

通過實驗分析表明，有機營養(yǎng)凝膠體系在礦化度3 000～10 400 mg／L，環(huán)境溫度在50～80℃之間，其性能穩(wěn)定，較低的礦化度成膠時間較長，穩(wěn)定時間較短，高溫狀態(tài)下成膠強烈，凝膠穩(wěn)定時間相對較短。

圖3 水相中營養(yǎng)物質含量隨時間變化關系

2.3.2 與微生物相互作用

營養(yǎng)凝膠體系與微生物驅劑配伍性良好，不影響微生物正常激活繁殖代謝，微生物的生長對營養(yǎng)凝膠性能無明顯改變（圖4）。對比微生物作用前后凝膠體系性能變化，表明微生物的生長繁殖對營養(yǎng)凝膠體系的粘度性能、成膠及破膠時間影響不大，僅表現出成膠時間略有延長、破膠時間略有提前。

圖4 凝膠組分對功能菌群的激活影響

3 營養(yǎng)凝膠與微生物驅劑段塞優(yōu)化及效果預測

3.1 巖心驅替實驗方法

根據目標試驗區(qū)儲層物性，采用人造巖心進行微生物驅油模擬實驗（巖心參數見表1），以驗證微生物驅劑、營養(yǎng)凝膠以及不同注入方式，在模擬地層條件下的驅油效果。設計7個實驗方案，從實驗結果看出，采用營養(yǎng)凝膠驅替比純水驅提高采收率9.5%（表1）。采用微生物驅劑驅替比純水驅提高采收率11.3%。營養(yǎng)凝膠段塞在0.1～0.3 PV時提高采收率值較高，在17.1%～18.4%之間。

3.2 數值模擬方法

根據目標試驗區(qū)地質和油藏參數、生產動態(tài)數據建立數值模擬模型，對單井含水、地層壓力、累產油進行了歷史擬合。根據微生物驅劑和營養(yǎng)凝膠驅劑室內實驗得到的生化參數，采用微生物驅油數值模擬軟件［8］，優(yōu)化注入驅劑段塞體積，預測增油效果。根據無因次增油、無因次降水、無因次利潤三個指標，建議綜合指標評價值，以篩選最優(yōu)段塞體積，并進行驅替效果評價。綜合指標評價值隨著注入PV數的增大逐漸提高（圖5），當注入PV數為0.06時，綜合評價值最優(yōu)。對比水驅、營養(yǎng)凝膠＋水驅交替注入、營養(yǎng)凝膠＋微生物驅劑交替注入三種注入方式，營養(yǎng)凝膠＋微生物驅劑交替注入效果最好（圖6），含水率最高降低8.1%，一年增油量最高達15 470 m3，兩年增油量最高達29 300 m3。

表1 不同驅替實驗方案參數及驅油效率

圖5 注入段塞體積與綜合評價值關系曲線

圖6 不同驅替方式下含水率變化

4 結論

針對渤海SZ36－1油田目標試驗區(qū)油藏條件、基礎微生物分布特點，篩選出了微生物驅劑；針對目標區(qū)注采強度大的特點，建立了營養(yǎng)凝膠體系，延長了營養(yǎng)組分滯留時間，激活油藏深部微生物。通過室內巖心驅替實驗優(yōu)化了營養(yǎng)凝膠和微生物驅劑的段塞組合；通過數值模擬優(yōu)化了注入驅劑體積，并預測降水增油效果明顯。實驗與數值模擬分析表明，目標試驗區(qū)采用營養(yǎng)凝膠輔助微生物驅油技術應用潛力較大。

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