韓作為，曹 麗，王曉鋒，蘇 明

（中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安716000）

鄂爾多斯盆地延長組長6 儲層普遍具有低滲透、低孔、低壓以及高毛管壓力和高有效應(yīng)力的“三低兩高”特征［1］，同時天然裂縫發(fā)育廣泛，具有強烈的非均質(zhì)性，使得注水開發(fā)后極易出現(xiàn)竄流現(xiàn)象，含水上升快，原油采收率低，穩(wěn)油控水的難度極大［2］。聚合物微球具有注入能力強、耐溫抗鹽和膨脹性可控等優(yōu)點，尤其是近年來聚合物納米微球調(diào)驅(qū)體系已被廣泛應(yīng)用在油藏水驅(qū)后的調(diào)驅(qū)作業(yè)［3-7］。微生物采油利用微生物自身的活動和微生物代謝產(chǎn)物（生物表面活性物質(zhì)、生物聚合物及生物氣體等）來促使原油增產(chǎn)，具有適用范圍廣、施工工藝簡便、無污染、投入產(chǎn)出比高等特點［8-11］?？紤]外界影響因素下的微生物驅(qū)油模型也證實了微生物驅(qū)油的可行性［12-13］。2009年于安塞油田低滲透裂縫儲層進行了先導(dǎo)試驗，驗證了微生物驅(qū)油技術(shù)提高采收率的潛力［14-15］。但是，單一微生物驅(qū)技術(shù)難以減少水流優(yōu)勢通道橫截面積、降低高滲通道的水竄能力，造成了微生物驅(qū)油體系注入后的低效性［16-17］。目前國內(nèi)對聚合物微球與微生物驅(qū)的復(fù)合技術(shù)研究較少，聚合物微球與微生物驅(qū)相互影響及協(xié)同作用鮮有深入。因此，本研究針對安塞油田王窯區(qū)塊目前的開發(fā)特征以及面臨的主要開發(fā)矛盾，采用“聚合物微球+微生物”復(fù)合驅(qū)油技術(shù)，對聚合物微球與復(fù)合微生物菌群的相互作用進行研究，利用聚合物微球調(diào)剖段塞、封堵主要滲流通道，改變后續(xù)注入流體的方向，擴大水驅(qū)波及體積，保證后續(xù)注入的微生物菌種在地層中的繁殖時間和代謝強度；然后再利用微生物驅(qū)替段塞分解原油中的蠟質(zhì)，降低油水界面張力，最終提高原油采收率，以期對安塞油田王窯區(qū)塊低滲裂縫油藏的現(xiàn)場進一步調(diào)驅(qū)作業(yè)提供理論基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

聚合物微球YG-370，由丙烯酸、丙烯酰胺和AMPS疏水單體三元共聚反應(yīng)而成，初始粒徑50數(shù)800 nm；微生物菌種篩選自安塞油田井口油水、污水、污泥等，進行一系列富化、分離、提純并評價，最終選取適合該油藏的4 種菌株的復(fù)合菌群體系，所培養(yǎng)復(fù)合菌群體系主要由1 株地衣芽孢桿菌屬（YL-1）、2株假單胞桿菌屬（YL-2和YL-3）和1株短小桿菌屬（YL-4）構(gòu)成，均屬于兼性厭氧菌，在30數(shù)60℃、pH=7.0數(shù) 8.0、礦化度小于105mg/L 條件下均可正常生長繁殖；實驗用水取自安塞油田長6 油層地層水，礦化度約75000 mg/L，其中Ca2+、Mg2+質(zhì)量濃度高達(dá)18500 mg/L，CaC12水型；實驗用原油取自井口，地面原油黏度14.65 mPa·s，地下原油黏度（45.3℃、60 r/min）1.96 mPa·s；地下溫度條件下，原油含蠟量12%，瀝青質(zhì)含量3%，凝固點20.0℃。巖心取自安塞油田天然裂縫巖心，長度3.8數(shù)5 cm、直徑2.5 cm，氣測滲透率1.2×10-3數(shù) 24.2×10-3μm2，孔隙度11%數(shù)16%。

Texas-500型旋轉(zhuǎn)界面張力儀，美國科諾工業(yè)有限公司；TS-W型粒度分布儀，上海盈諾精密儀器有限公司；DS-200 型組織粉碎機，金壇市萬華實驗儀器廠；巖心驅(qū)替裝置，自組裝，包括恒溫箱，TELEDYNE ISCO泵，巖心夾持器，精密壓力傳感器，高壓中間容器，氣體流量計，壓力表，六通閥，回壓控制閥，高壓管線等。

1.2 實驗方法

1.2.1 聚合物微球巖心封堵實驗

連接好巖心封堵實驗裝置流程。在45℃下，巖心加環(huán)壓3數(shù)5 MPa，在0.4 mL/min 泵速下將質(zhì)量濃度2000 mg/L 的聚合物微球溶液注入巖心，同時記錄累計注入量以及注入壓力；并以巖心注入微球后的時間記為微球膨脹時間，注入微球前的水相滲透率為K0，注入微球后隨著膨脹時間改變的巖心水相滲透率記為Ki（i=1，2，3，……），按式（1）計算封堵效率P：

1.2.2 微生物驅(qū)油實驗

微生物驅(qū)油實驗具體步驟如下：①抽真空，飽和地層水，測量孔隙體積并計算含水飽和度；②將巖心放入恒溫箱內(nèi)，在模擬地層溫度（45℃）下油驅(qū)至束縛水狀態(tài)，計量出水量和原始含油飽和度，巖心在實驗溫度下老化24 h；③水驅(qū)油至含水98%時停止水驅(qū)，計算水驅(qū)采收率；④注入0.5 PV的5%體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合菌液，計算菌液注入過程的驅(qū)油效率；⑤繼續(xù)水驅(qū)至含水98%時停止水驅(qū)，計算總驅(qū)油效率和采收率增值。

1.2.3 聚合物微球?qū)N繁殖能力影響測試

微生物生長狀態(tài)通常用被檢測物吸收掉的光密度OD 值來表征。將微生物溶液、微生物與聚合物微球混合溶液樣品置于在培養(yǎng)皿中，分別測試不同時間下的OD值。

1.2.4 “聚合物微球+微生物”油水界面張力測試

參照中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5370—1999《表面及界面張力測定方法》，用界面張力儀在45℃、4000 r/min 條件下測定原始菌液與聚合物微球混合后的油水界面張力。

1.2.5 聚合物微球溶脹性能測試

利用地層水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的聚合物微球溶液，在45℃下靜置15 d 后，利用激光粒度分布儀檢測聚合物微球的粒徑，計算膨脹倍數(shù)。

1.2.6 “聚合物微球+微生物”驅(qū)油實驗

驅(qū)油實驗步驟同1.2.2，只是在注入0.5 PV 的5%（按體積計）的復(fù)合菌液之前注入1.0 PV 的質(zhì)量濃度為2000 mg/L 的聚合物微球調(diào)剖段塞，評價兩者協(xié)同驅(qū)油效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物微球?qū)r心封堵性能

前期通過聚合物微球尺寸與油藏、地層水的配伍性能和穩(wěn)定性能的評價，優(yōu)選了YG-370 型聚合物微球為現(xiàn)場調(diào)剖體系。該聚合物微球樣品的平均固含量為45.35%，質(zhì)量濃度為2000 mg/L 的微球分散溶液中聚合物微球的粒度為46數(shù)310 nm。聚合物微球在鹽水中呈自由懸浮狀態(tài)，無分層現(xiàn)象，溶脹后的粒徑范圍為1.5數(shù)9 μm。經(jīng)一系列剪切速率剪切后，微球外觀形態(tài)未發(fā)生明顯變化，仍呈近似球形，微球芯持續(xù)存在，具備一定的耐地層剪切能力。

將質(zhì)量濃度2000 mg/L的聚合物微球溶液分別注入兩組滲透率相差20 倍的巖心中。其中，巖心C1的氣測滲透率為1.21×10-3μm2，孔隙度13.8%；巖心 C2 的氣測滲透率為 24.25×10-3μm2，孔隙度16.0%。聚合物微球溶液注入過程中注入壓力隨注入體積的變化見圖1，巖心封堵率隨時間的變化見圖2。由圖1可知，對于滲透率較低的巖心C1，隨著累計注入量的增大，聚合物微球溶液初始注入階段壓力上升較快，其后趨于平穩(wěn)，注入一定量后，壓力略有下降后再次上升。滲透率較大的巖心C2，其注入壓力波動幅度減小，注入壓力穩(wěn)定時間較快。曲線之所以有一個下降的拐點，是因為聚合物微球在低滲巖心中逐步運移深入，在孔喉處產(chǎn)生堵塞效應(yīng)，當(dāng)壓力升高到一定程度時，在一定壓差下，聚合物微球再次發(fā)生運移，注入壓力出現(xiàn)下降。注入壓力的變化體現(xiàn)了聚合物微球在中低滲巖心中逐級封堵的效果。

圖1 2000 mg/L聚合物微球溶液對不同滲透率巖心的注入性

圖2 2000 mg/L聚合物微球溶液對不同滲透率巖心的封堵性

微球的封堵作用取決于其膨脹性能。如圖2可知，當(dāng)注入聚合物微球后，對于滲透率較低的巖心C1，其封堵率隨著膨脹時間的增加基本逐步線性增加，第9 d 后微球基本完全膨脹，最終封堵效率在80%以上。而聚合物微球未膨脹前或者未完全膨脹時對C2 巖心封堵能力較弱，封堵率僅為26%左右。隨著膨脹時間的延長，封堵率逐步增加，第10 d 以后基本穩(wěn)定，封堵率為90%左右，高滲通道的滲透性得到有效地控制。該類型聚合物微球溶脹前粒徑較小，在滲透率較高巖心中隨注入水運移，有效封堵率低；隨注入時間的延長，聚合物微球吸水量增大，體積逐漸增大并以聚集、沉淀堵塞的方式對地層產(chǎn)生逐級封堵作用。而對于滲流能力較弱的水竄通道，隨著膨脹時間增加微球可以良好的吸水膨脹并堵塞中大孔喉，改善其滲流能力。

2.2 微生物復(fù)合菌體系優(yōu)化及驅(qū)油性能評價

在微生物采油的礦場應(yīng)用中，將地層的溫度、壓力、礦化度、pH 值等作為油藏篩選的指標(biāo)，這些因素都會影響微生物的生長代謝活動，其中壓力對微生物的影響較小。針對目標(biāo)區(qū)塊儲層及流體特點，對優(yōu)選出的不同濃度的4 種菌株復(fù)合體系進行溫度、礦化度及pH值等因素的性能評價，以微生物復(fù)合菌在營養(yǎng)液中生長的數(shù)量（OD 值）來表征，實驗結(jié)果見圖3（a數(shù)c）；將復(fù)合菌體接種于以原油為唯一碳源的標(biāo)準(zhǔn)液體培養(yǎng)基中，分別置于45℃的恒溫?fù)u床（135 r/min）培養(yǎng)5 d后，取過濾濾液測定油水界面張力，并與未接種的滅菌液體培養(yǎng)基對照，同時進行培養(yǎng)和測定濾液原油間界面張力，實驗結(jié)果見圖3（d）。由圖3可知，復(fù)合菌株在20數(shù)65℃均可生長繁殖，且最適合生長溫度均在45℃，均屬于嗜溫菌，其OD值在0.3數(shù)0.6間；復(fù)合菌株在pH 7.0數(shù)7.5 間的生長量明顯高于其他pH 條件；隨著礦化度的增加，復(fù)合菌群先增加后減小，基本在NaCl加量小于10%（即礦化度小于105mg/L）時能很好地生長繁殖。復(fù)合菌株體積分?jǐn)?shù)為5%時，濾液與原油間的界面張力基本穩(wěn)定不變，相對油水界面張力下降了28.4%，改善了原油在地層的流動能力。

通過評價微生物復(fù)合菌株體系的驅(qū)油實驗，來確定篩選菌種是否具有提高采收率的潛力，為進一步的礦場試驗提供依據(jù)。微生物驅(qū)油實驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，3組特低滲巖心相似物性的模型，實施微生物驅(qū)油后，驅(qū)油效率比水驅(qū)平均提高6.91%。

2.3 聚合物微球與菌種配伍性

2.3.1 聚合物微球?qū)N繁殖能力的影響

通過檢測微生物復(fù)合菌株與聚合物微球混合后的微生物數(shù)量來判定聚合物對微生物繁殖能力的影響。在45℃下，微生物OD 值隨測試時間的變化情況如表2 所示。由表2 可知，加入聚合物微球前后的微生物OD 值變化不大，表明所選擇的聚合物微球?qū)ξ⑸锏姆敝衬芰o影響。

圖3 不同環(huán)境因素及注入濃度對微生物復(fù)合菌體系的影響

表1 微生物復(fù)合菌株驅(qū)油性能評價

表2 菌液中加入聚合物微球前后的微生物繁殖能力

2.3.2 聚合物微球?qū)ξ⑸锞暧退缑鎻埩Φ挠绊?/p>

在45℃下，配制一定體積的2000 mg/L 的聚合物微球溶液，并加入5%（按體積計）的微生物復(fù)合菌株體系，充分?jǐn)嚢杌旌虾鬁y試其油水界面張力，分析聚合物對微生物代謝性能的影響以及對油水界面張力的影響。在同等條件下，未處理過的油水界面張力為35.44 mN/m，復(fù)合微生物菌群接種處理后油水界面張力為18.66 mN/m，界面張力下降了47.35%；聚合物微球與微生物混合后，其溶液與原油間的界面張力為18.75 mN/m，界面張力基本無變化，表明聚合物微球?qū)ξ⑸锏拇x性能基本無影響。

2.3.3 微生物對聚合物微球溶脹性能的影響

配制兩份等體積的2000 mg/L 聚合物微球溶液，其中一份聚合物溶液中加入5%的微生物復(fù)合菌株，顯微鏡下觀察微球膨脹粒徑。結(jié)果表明，微生物不會影響聚合物微球的膨脹性能，膨脹粒徑1.5數(shù)9.0μm。說明優(yōu)選的聚合物微球和微生物菌液具有很好的配伍性能，為二者之間的協(xié)同作用打下了良好的基礎(chǔ)。

2.4 聚合物微球與微生物協(xié)同驅(qū)油效果

驅(qū)替過程為：水驅(qū)-聚合物微球驅(qū)-微生物驅(qū)-二次水驅(qū)，即在聚合物微球段塞深部調(diào)驅(qū)的基礎(chǔ)上再微生物驅(qū)油，驅(qū)油實驗結(jié)果如表3 所示。聚合物微球/微生物復(fù)合驅(qū)油室內(nèi)實驗結(jié)果表明，在聚合物微球調(diào)驅(qū)基礎(chǔ)上進一步用微生物驅(qū)油，驅(qū)油效率提高了5.6%，相比于一次水驅(qū)，復(fù)合驅(qū)后平均提高采收率10.05%，充分說明微生物和聚合物微球發(fā)揮了較好的協(xié)同作用，為礦場應(yīng)用提供了有效的理論依據(jù)。

表3 聚合物微球/微生物協(xié)同驅(qū)油性能評價

3 結(jié)論

聚合物微球在低滲巖心中具有較好的注入性，隨著聚合物微球在低滲巖心中運移的深入，會產(chǎn)生逐級封堵效果，封堵效果可達(dá)80%甚至90%左右。

聚合物微球?qū)ξ⑸锏姆敝衬芰Α⒋x性能基本無不利影響，微生物也不會影響聚合物微球的膨脹性，兩者配伍性能良好。

單獨實施本源微生物驅(qū)油，低滲透巖心驅(qū)油效率比水驅(qū)平均提高6.91%。“聚合物微球/本源微生物”協(xié)同驅(qū)油效果好于單獨聚合物微球驅(qū)油，聚合物微球調(diào)驅(qū)后進一步微生物驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)，驅(qū)油效率比一次水驅(qū)平均提高10.05%，具有一定的應(yīng)用潛力。