王冠，崔延杰　(中石油華北油田分公司采油工程研究院,河北 任丘 062552)

張凱　(中石油華北油田分公司第四采油廠，河北 廊坊 065000)

鄭景花　(中石油華北油田分公司渤海石油職業(yè)學(xué)院，河北 任丘 062552)

崔衛(wèi)華　(霸州中國(guó)石油昆侖燃?xì)庥邢薰?河北 霸州 067504)

吳應(yīng)德,賈燕坤,高姍姍　(中石油華北油田分公司采油工程研究院,河北 任丘 062552)

弱凝膠驅(qū)后高含水稠油油藏微生物提高采收率技術(shù)研究及應(yīng)用

王冠，崔延杰(中石油華北油田分公司采油工程研究院,河北 任丘 062552)

張凱(中石油華北油田分公司第四采油廠，河北 廊坊 065000)

鄭景花(中石油華北油田分公司渤海石油職業(yè)學(xué)院，河北 任丘 062552)

崔衛(wèi)華(霸州中國(guó)石油昆侖燃?xì)庥邢薰?河北 霸州 067504)

吳應(yīng)德,賈燕坤,高姍姍(中石油華北油田分公司采油工程研究院,河北 任丘 062552)

[摘要]為改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，蒙古林砂巖普通稠油油藏近年來(lái)開(kāi)展了大規(guī)模的弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)，取得了較好的效果，但由于后續(xù)調(diào)驅(qū)段塞驅(qū)油效率較低，導(dǎo)致措施有效期相對(duì)較短，失效后油藏含水快速上升。為進(jìn)一步提高弱凝膠調(diào)驅(qū)效果，研究通過(guò)開(kāi)展微生物采油來(lái)提高驅(qū)油效率，室內(nèi)篩選出2株適合于該油藏條件的微生物菌種，評(píng)價(jià)了菌種的耐溫性、生長(zhǎng)性、配伍性和乳化降黏性能。采用氣相色譜與紅外光譜研究了微生物菌種的作用機(jī)理，表明該微生物菌種具有很強(qiáng)的石油烴生長(zhǎng)代謝的能力，可以達(dá)到降低原油黏度的目的，且還可以產(chǎn)生具有高表面活性的生物分子，降低了油水界面張力?，F(xiàn)場(chǎng)選擇了9口油井進(jìn)行了微生物油井吞吐先導(dǎo)試驗(yàn)，其中7口油井見(jiàn)效，取得了比較好的試驗(yàn)效果，措施有效率77.8%，累計(jì)增油1093.5t，有效期最長(zhǎng)達(dá)190d。

[關(guān)鍵詞]弱凝膠驅(qū)；稠油油藏；微生物采油；降黏；蒙古林油田

凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)是目前較為成熟的一項(xiàng)三次采油技術(shù)，是注水開(kāi)發(fā)油田改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，提高采收率的重要手段，此項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)絕大多數(shù)油田，通過(guò)開(kāi)展凝膠調(diào)驅(qū)，油田采收率可提高5個(gè)百分點(diǎn)以上,可有效封堵滲流優(yōu)勢(shì)通道，擴(kuò)大水驅(qū)波及體積[1]，最終達(dá)到延長(zhǎng)油田穩(wěn)產(chǎn)期，提高注水利用率的目的[2]。但由于稠油油藏其本身油品性質(zhì)較差，同時(shí)也存在后期調(diào)驅(qū)段塞水驅(qū)油效率低的問(wèn)題，造成調(diào)驅(qū)后有效期短、提高采收率幅度相對(duì)較低。

為了進(jìn)一步改善弱凝膠調(diào)驅(qū)效果，提出在調(diào)驅(qū)后開(kāi)展微生物采油，通過(guò)微生物自身及其代謝產(chǎn)物與原油作用改善油品性質(zhì)，從而提高調(diào)驅(qū)后驅(qū)油效率，進(jìn)一步提高采收率[3～6]。

1蒙古林油田概況

蒙古林油田位于二連盆地馬尼特坳陷東部，在油層溫度(35℃)條件下，原油物性差，具有原油黏度高(179.1mPa·s)、油水黏度比高(259)、密度高(0.9012g/cm3)、膠質(zhì)瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高(36.8%)的特點(diǎn)，屬于典型的稠油油藏。

為解決油田砂巖油藏特高含水期水驅(qū)波及體積小、注水利用率低的問(wèn)題，蒙古林砂巖油藏從2002年開(kāi)始實(shí)施可動(dòng)凝膠深部調(diào)驅(qū)，實(shí)現(xiàn)了油藏2005～2009年連續(xù)5年產(chǎn)量上升并保持穩(wěn)定，但2010年后凝膠逐步失效，局部井區(qū)含水率快速上升，開(kāi)發(fā)形勢(shì)變差。2010年針對(duì)局部井區(qū)凝膠失效問(wèn)題分別在10口水井開(kāi)展弱凝膠調(diào)驅(qū)，累計(jì)增油量1323t，平均日增油4.65t，平均有效期130d，含水率下降1.32%。弱凝膠調(diào)驅(qū)通過(guò)封堵高滲通道擴(kuò)大了水驅(qū)波及體積，但由于后續(xù)段塞驅(qū)油效率較低，導(dǎo)致調(diào)驅(qū)有效期相對(duì)較短，調(diào)驅(qū)失效后含水率快速上升。為解決這一問(wèn)題，研究了微生物采油技術(shù)，以通過(guò)微生物作用來(lái)改善原油性質(zhì)，提高調(diào)驅(qū)后驅(qū)油效率。

2微生物采油技術(shù)研究

微生物采油的關(guān)鍵是篩選出優(yōu)良的菌種，根據(jù)生物進(jìn)化的相關(guān)理論[7]，在膠瀝含量高的環(huán)境中，通過(guò)富集純化，最終分離得到菌種2株:HB-1、HB-2。

2.1試驗(yàn)材料

1)活化培養(yǎng)基(LB)蛋白胨10.0g，酵母膏5g，NaCl 10g，自來(lái)水1000mL，調(diào)節(jié)pH值為7.2。

2)乳化培養(yǎng)基酵母膏0.5g，NH4Cl 3g，KH2PO40.5g，葡萄糖5g，蛋白胨1.5g，地層水1000mL，原油50g。

3)降黏培養(yǎng)基酵母膏0.5g，NH4Cl 3g，KH2PO40.5g，葡萄糖5g，蛋白胨1.5g，地層水1000mL，V(營(yíng)養(yǎng)液)∶V(原油)∶V(菌液)=1∶1∶1。

2.2菌種評(píng)價(jià)方法

1)菌種耐溫性試驗(yàn)及生長(zhǎng)曲線用LB活化培養(yǎng)基，在不同培養(yǎng)溫度下培養(yǎng)24h，觀察菌種生長(zhǎng)情況，測(cè)試菌種耐溫性。將接種菌種(1%的接種量)的LB培養(yǎng)液，分裝于9個(gè)試管中(每個(gè)試管10mL)，置于油藏溫度、200r/min的搖床上分別培養(yǎng)0、3、6、9、12、15、18、21、24 h，取出試管，置于4℃冰箱中保存，以0h培養(yǎng)時(shí)間為空白樣，用紫外分光光度計(jì)對(duì)菌種的OD值(吸光度)測(cè)量，OD值越大說(shuō)明菌種濃度越高。

2)菌種與地層水配伍性評(píng)價(jià)采用油田地層水配制LB培養(yǎng)基，在不同溫度下培養(yǎng)24h，觀察菌種生長(zhǎng)情況。

3)乳化試驗(yàn)用LB活化培養(yǎng)基對(duì)分離菌進(jìn)行活化培養(yǎng)24h，按體積分?jǐn)?shù)5%接種于乳化培養(yǎng)基，在35℃、200r/min的搖床上培養(yǎng)3d，觀察乳化現(xiàn)象，采用TX500C型界面張力儀測(cè)定表面張力。

4)降黏試驗(yàn)用LB活化培養(yǎng)基對(duì)分離菌進(jìn)行活化培養(yǎng)24h，按照V(菌液)∶V(原油)∶V(營(yíng)養(yǎng)液)=1∶1∶1(體積比)接種于降黏培養(yǎng)基，在35℃、200r/min的搖床上培養(yǎng)7d，采用Mars型流變儀測(cè)定降黏前后原油黏度。

3評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

3.1耐溫性

表1　菌種耐溫性試驗(yàn)結(jié)果

圖1　HB-1和HB-2菌種生長(zhǎng)曲線

HB-1和HB-2菌種耐溫性試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，HB-1和HB-2菌種最適合生長(zhǎng)的溫度在30～40℃之間。而溫度升高不利于這2種菌的生長(zhǎng)，在50℃時(shí)2種菌菌種濃度急劇下降。

3.2生長(zhǎng)曲線

模擬蒙古林油田地層溫度(35℃)，HB-1和HB-2菌種生長(zhǎng)變化結(jié)果如圖1所示。HB-1、HB-2均在6～15h內(nèi)處于快速生長(zhǎng)期，在15h后處于緩慢生長(zhǎng)期，菌種濃度基本穩(wěn)定。

3.3菌種與地層水的配伍性

地層水水質(zhì)分析結(jié)果顯示，蒙古林油田地層水為NaHCO3水型，礦化度1301mg/L，并且在弱凝膠驅(qū)后地層水含有一定質(zhì)量濃度的聚合物。菌種與地層水配伍性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，加入HB-1、HB-2菌種后菌種濃度都高于配伍前的菌種濃度，說(shuō)明HB-1、HB-2這2種菌與地層水具有良好的配伍性，可在含聚合物的地層水中正常繁殖。

3.4乳化性能

以蒙古林油田蒙18-18井、蒙21-23井原油為樣品，進(jìn)行乳化試驗(yàn)，乳化后油水能夠完全混相，無(wú)油水分界線，靜置后較長(zhǎng)時(shí)間不分層。將乳化后的原油和菌液分離，測(cè)定界面張力，其結(jié)果如表3所示。經(jīng)HB-1、HB-2菌種作用后，原油與水完全乳化，菌種乳化原油后的發(fā)酵液均具有一定的表面活性，與空白樣比較，菌種發(fā)酵液界面張力降低率達(dá)77.91% ～ 91.05%，說(shuō)明HB-1、HB-2菌種與原油作用后能產(chǎn)生表面活性物質(zhì)，從而降低油水界面張力。

表2　配伍性評(píng)價(jià)結(jié)果

3.5降黏性能

以蒙古林油田蒙18-18井、蒙21-23井原油為樣品，進(jìn)行降黏試驗(yàn)，降黏結(jié)果如表4所示，HB-1、HB-2菌種對(duì)原油均具有較好的降黏作用，降黏率可達(dá)到39.8%～49.5%。

表3　界面張力測(cè)定結(jié)果

表4　降黏試驗(yàn)結(jié)果

4微生物作用機(jī)理研究

4.1微生物作用前后原油組分分析

選擇降黏效果最好的一組試驗(yàn)(即HB-1菌種對(duì)蒙18-18井原油降黏的試驗(yàn))，利用氣相色譜進(jìn)行組分分析，色譜條件為30m×0.32mm×0.5μm弱極性柱，氦氣流速1.0mL/min，進(jìn)樣體積0.2μL，汽化溫度260℃，柱溫程序?yàn)槌鯗?0℃，3min后以10℃/min升溫至260℃，分析結(jié)果見(jiàn)圖2、3。

經(jīng)微生物作用后，原油發(fā)生了降解，各組分的峰發(fā)生了明顯的變化，特別是長(zhǎng)鏈烴(C21～C50)的特征峰開(kāi)始消失。說(shuō)明原油中不同碳鏈長(zhǎng)度的正構(gòu)烷烴被微生物降解掉。經(jīng)色譜分析統(tǒng)計(jì)，HB-1作用后原油的姥鮫烷/C17的比值由作用前的0.49%上升到11.97%，植烷/C18的比值由作用前的0.86%上升到22.97%，這表明微生物作用后的原油流動(dòng)性得到改善。

圖2　HB-1作用前原油氣相色譜圖　　　　　　　　　　　　　圖3　HB-1作用后原油氣相色譜圖

原油中烷烴組成變化如圖4所示，可以看出HB-1作用后的原油中不同組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生了變化，其中作用后重質(zhì)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)大幅降低，輕質(zhì)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所增加。表明HB-1具有很強(qiáng)的石油烴生長(zhǎng)代謝的能力，可以達(dá)到降低原油黏度的目的。

4.2微生物產(chǎn)表面活性物質(zhì)的分析

微生物經(jīng)代謝產(chǎn)生表面活性物質(zhì)，紅外(FT-IR)譜圖如圖5所示，可以看出3307cm-1是由分子鏈間氫鍵引起的NH收縮振動(dòng)，3070cm-1是NH基團(tuán)中分子內(nèi)氫鍵引起的N—H伸縮譜帶，1648、1539cm-1分別為酰胺譜帶Ⅰ和Ⅱ。這些特征吸收峰表明，該表面活性劑分子的親水基是一肽鏈。2957～2856cm-1和1463～1387cm-1的2處吸收式脂肪碳鏈的C—H伸縮振動(dòng)，1735、1203cm-1是內(nèi)酯的特征吸收，表明該表面活性劑分子的疏水基是一脂肪酸半分子，因此可推斷出該表面活性劑分子是一環(huán)脂肽類分子?？梢?jiàn)微生物與原油作用后確實(shí)產(chǎn)生了表面活性劑，從而降低了油水界面張力，并具有分散原油的乳化能力[8～10]。

圖4　HB-1作用前后原油烷烴分布情況　　　　　　　　　　　　圖5　脂肽樣品的FT-IR譜圖

5微生物采油現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

圖6　見(jiàn)效油井生產(chǎn)情況

2013年4月27日至5月2日在蒙古林油田選擇了9口油井進(jìn)行了微生物油井吞吐先導(dǎo)性試驗(yàn)，共有7口油井見(jiàn)效，措施有效率77.8%。見(jiàn)效油井生產(chǎn)情況如圖6所示，平均日產(chǎn)液由81.34t上升到103.96t，平均日產(chǎn)油由11.69t上升到20.68t，平均含水率由85.62%下降到80.11%，累計(jì)增油1093.5t，有效期最長(zhǎng)達(dá)190d。

5.1吞吐前后產(chǎn)出液菌種濃度變化

圖7　蒙18-12井生產(chǎn)曲線

圖8　蒙18-12井2013年產(chǎn)出液菌種濃度變化

圖9　蒙17-19井生產(chǎn)曲線

圖10　蒙17-19井2013年產(chǎn)出液菌種濃度變化

微生物注入前后油井采出液菌種濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，吞吐后見(jiàn)效油井產(chǎn)出液中的菌種濃度大幅度增加，比原始數(shù)量提高了2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明注入微生物具有良好適應(yīng)性，已經(jīng)穿過(guò)油層進(jìn)行了繁殖。

但是見(jiàn)效油井微生物在生長(zhǎng)過(guò)程出現(xiàn)了2種不同的趨勢(shì)，一種是監(jiān)測(cè)初期油井產(chǎn)出液中微生物菌種濃度較高，隨著時(shí)間延長(zhǎng)菌種濃度逐漸降低，其油井見(jiàn)效特征與菌種濃度變化趨勢(shì)相同，開(kāi)井即見(jiàn)效，隨后逐步失效，典型井如蒙18-12井，生產(chǎn)曲線見(jiàn)圖7，該井于2013年4月27日進(jìn)行微生物吞吐施工，28日至30日關(guān)井3d，5月1日恢復(fù)生產(chǎn)，其吞吐后菌種濃度變化見(jiàn)圖8。分析原因認(rèn)為是在關(guān)井3d內(nèi)，微生物在地層中適應(yīng)性較強(qiáng)，快速生長(zhǎng)繁殖，隨著開(kāi)井時(shí)間增加，地層內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸被消耗，其活性不斷降低。

另一種是監(jiān)測(cè)初期產(chǎn)出液菌種濃度并不高，其生長(zhǎng)情況呈現(xiàn)高低起伏狀態(tài)，其油井見(jiàn)效特征為開(kāi)井未明顯見(jiàn)效，隨時(shí)間延長(zhǎng)油井逐步見(jiàn)到較好增油效果，典型井如蒙17-19井，該井于2013年4月28日進(jìn)行微生物吞吐施工，29日至5月1日關(guān)井3d，5月2日恢復(fù)生產(chǎn)，其吞吐后生產(chǎn)情況及菌種濃度變化見(jiàn)圖9、10。分析其原因是因?yàn)樽⑷刖鷮?duì)地層的厭氧環(huán)境適應(yīng)性較差，生長(zhǎng)慢，3d的關(guān)井時(shí)間不足以使活菌數(shù)達(dá)到最高值。曲線出現(xiàn)高低起伏是因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)液中同時(shí)含有速效氮源(氯化銨)和遲效氮源(蛋白胨、酵母膏)，微生物開(kāi)始主要利用易被吸收的速效氮源生長(zhǎng)，在其用完后才開(kāi)始利用遲效氮源，這就出現(xiàn)了微生物學(xué)中常見(jiàn)的“二次生長(zhǎng)”現(xiàn)象。

5.2吞吐前后原油性質(zhì)變化

通過(guò)措施前后原油變化情況對(duì)比發(fā)現(xiàn)，措施油井原油平均黏度由203.2mPa·s下降到111.5mPa·s，原油含蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)由10.9%下降到6.6%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由38.2%下降到30.1%，油水界面張力由2.742mN/m下降到0.689mN/m。結(jié)果表明微生物在地層中降解了原油部分重質(zhì)組分，改善了原油流動(dòng)性，并代謝產(chǎn)生了表面活性物質(zhì)。

6結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)蒙古林油田實(shí)施的微生物吞吐措施見(jiàn)效明顯，表明微生物采油能起到改善驅(qū)油效率、提高采收率的作用，為稠油油藏弱凝膠驅(qū)后實(shí)施微生物提高驅(qū)油效率提供了理論支持和實(shí)踐支撐，可成為油田注水開(kāi)發(fā)后期提高產(chǎn)量的有效手段之一。

2)優(yōu)選出的2株微生物能夠適應(yīng)弱凝膠驅(qū)后的油藏環(huán)境，在含聚合物環(huán)境下生長(zhǎng)繁殖。

3)微生物與地層原油作用后改善了原油性質(zhì)，原油輕質(zhì)組分增加，重質(zhì)組分減少，并能夠產(chǎn)生表面活性劑物質(zhì)，其具有分散原油的乳化能力，從而降低油水界面張力，進(jìn)一步改善了原油流動(dòng)性。

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[編輯]帥群

[引著格式]王冠，崔延杰,張凱,等.弱凝膠驅(qū)后高含水稠油油藏微生物提高采收率技術(shù)研究及應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2015,12(11):74～79.

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)11-0074-06

[中圖分類號(hào)]TE357.9

[作者簡(jiǎn)介]王冠(1984-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事三次采油技術(shù)研究，cyywangg@petrochina.com.cn。

[基金項(xiàng)目]中國(guó)石油天然氣股份公司科技重大專項(xiàng)(2014E-3507)。

[收稿日期]2014-10-29