聚合物驱后微生物提高采收率技术

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聚合物驱后微生物提高采收率技术

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聚合物驱后微生物提高采收率技术

蒋焱‘

栾传振赵凤敏

(中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院,山东东营,257000)

摘要:胜利油田多鼓整装油藏已经实施了以素合物驱为代表的亿学驱,目前一半以上的寨合耪驱油藏单

元已经转后续水驱。聚合物驱转后续木驱的油蘸单元昔追存在着采出程度高、台未上升速度快、剩隶油更

加分散等闸题,稳产十分困难,丰文针对聚合物驱后油藏存在的问题开展微生物提高采收率技术研究。以孤岛油田中一区N93单元为研究对象.在油藏微生物生意结构分析的基础上,提出内,外菲菌结合,建立好氧苗4压氧菌生物链的提高果收率研究思路.通过澉活内源苗、筛选外源苗和物模实验等研究,探索研究了聚台物理后擞生物进一步提高幕牧宰的潜力。关键词:聚合物驱后;擞生物,提高采收牢

O引言

近年来,以聚合物驱油为主的化学驱提高采收率技术已在胜利油区工业化推广应用。至2006年3月oJ,胜利油区共实施聚合物驱单元30个,覆盖地质储量3.18亿t,累增油

150万t,取得了良好的经济效益。为胜利油区老油田的稳产和特高含水期提高采收率作出

了贡献。但随着注聚区块陆续转后续水驱,注聚区块综合含水迅速回升,产量递减加大,稳产形势严峻。聚合物驱后仍有50%~60%的原油留在地下,因此,如何迸一步改善和提高注聚区块后续水驱阶段采收率就成为当前急需攻关解决的问题。

微生物提高采收率技术是目前最具前途而且绿色环保的提高石油采收率技术之一。近年来,国内外各油田都相继开展了微生物驱油技术的研究和现场试验,取得了较大的进展。胜利油田先后在5个不同类型的油藏开展了微生物驱油先导试验.取得了大量现场实践经验和认识,其中罗801区块微生物驱油先导试验取得的显著的增油降水效果,已经受到国内外同行的普遍关注。本文介绍了中一区N93聚合物驱后微生物驱油技术的研究进展。研究结果表明,微生物驱油技术是聚合物驱后油藏提高采收率的重要接替技术,是油田开发后期值得信赖的支撑技术。

中一区N93聚合物驱后油藏特点

1.1试验区筛选及油藏地质概况

根据微生物驱油技术特点,从11个实施聚合物驱的油藏单元中(表1)筛选出孤岛油田

*作者简介:蒋焱,男.1969年生.1993年毕业于成都理工学院石油地质专业t胜利油田高级工程师

地址:山东省东营市西三路188号(257000)}电话z0546—8557230;E—mail:wsw】y@sIof.com。

聚合物驱后微生物提高采收率技术

l—————、查全±塑壁苎墨查叁兰圭璺堡鱼垡垒苎墨f

中一区N93单元7Nll井区开展微生物提高采收率技术研究。该区在1992年开展聚合物驱先导试验,1994年扩大试验,1997年转后续水驱,是胜利油田最早开展聚合物驱试验并转后续水驱的油藏单元,因此,筛选该单元开展聚合物驱后提高采收率技术研究具有代表性。

其中。中一区N93单元7N11井区的试验区含油面积o.86km2,有效厚度10.4m,地质储量164.9万t(图1)。2006年11月,该区共有油井13口,开井13口,日产油48.9453.1%;注水井8口,开井8口,日注水量1

m3,单井日注131.z25m3(表2)。

t。日

产液l433.64t。单井日产液110.28t,单并日产油3.76t,综合含水96.6%。采出程度

049.8

表l聚驱后适台微生物驱油的部分目标区块

面积

/km2

平琦空气

油田

区轶层位

地质储

渗透率

量/万t

/lO一3Ⅱm。

地层温度

/℃

地下原地层永

/(mP…)

15

35

油牯度

矿化度

/(mg L一1)

18

000

备注

胜坨

弧岛孤岛孤东

二区沙一1—4

9.28.4

l813.71】20

4SD070

2002年注囊】999年注聚

1999年注聚

中~区N96铲一65

中一区Hgsl 4八区Ng上3—6七区西馆上54—6I孤东二区Ng上3—6七区西馆上52+3

150733641817962

5315

4.3

lO

11706

1150

703S32.5

l753

18252

868

218l1262

l400

63.5656568686969

1997年注聚2000年注囊1998年Ng上5洼橐

1994年住聚z001年注幕1904年注聚1997年注聚1992年先导.

孤东

孤东讴东

869

57】38

10730

305947183

1767

52】86524

4006

孤东

孤岛孤岛

七区中Ng上4—6

中一区N93卜35

IO,l2I820l

8】O

67.8

50

1l_62

中一区N941—4

中一区N93—6

11.828571810504006

孤岛2.68

1047

l02434.1

8150

19¨年扩大

袁2微生物驱试验区开发现状哀

告油面积‘地质储量

/km2

,(10‘t)

油井开

井散/口

13

承舞开并敷/口

日产最水平日产油术平

单井日产油

能力九

综合言水/%驰.6

动维面

1433.¨48943.76270

目注水量

O.86

1649

/m3

辱注水量

/(104m3)S】2.9S

采油速度

/%

1.08

采出程度

/%53.1

折算年产油

/(10‘t)

累积产油

/(10‘t)85

剩余地质储量

/(10‘t)

79.21

1.7867

1.2聚合物驱后油藏特点

研究表明,聚后物驱后油藏呈现以下3个特点:

(1)转后续水驱后,含水上升快,产量下降快。孤岛油田中一区N93单元“九五”期间开展聚合物驱油,结果使单元含水下降,产量上升;“十五”期问转后续水驱,单元含水上升加快,产量递减加大。综台含水从1997年的89.3%上升到2005年的96.2%,年产量从41_5万t下降至12.9万t(图z),急需新的提高采收率技术来稳定产量。

聚合物驱后微生物提高采收率技术

≮募各物驱赢弯葫瘥孟未|投率鹱杀乏

0删,。”葚阿

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12N

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5N316

/8葛”

烈氅;!蒙斗

圉l中一区N93单元7N11井区井位图

油井120

谘loo

水平12

目蓦1600铲

000,t

8000

日油l600

水平gOO

。警荔落芝娑

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日诖12000水平9000,m】

6000

压降l,6

~Pa

1.2

勰毳j豳囱函豳囱囱凶昌,臣i忑忑忑矗忑五爵忑忑忑五墨品忑忑五赢忑品墨i忑赢,

年份

图2中一区N93单元生产曲线

(2)采出程度高,剩余油更加分散,正韵律油藏上部剩余油相对富集。聚合物驱后中一区N93采出程度已经达53.53%,其中微生物试验采出程度53.1%。N93单元2001年之后新钻井分析表明,平均含油饱和度43.5%,其中含油饱和度小于50%的井占77.14%.剩余油更加分散,主要分布在油井排间的分流线等零散区域。纵向上,油层上部聚合物驱影响小,低渗区域剩余油相对富集(图3、图4、图5)。

聚合物驱后微生物提高采收率技术

—_。“——、墨全±塑壁苎墨查查些圭望堡查璺堡墨璺j

图3中~区N93单元7NH井区聚驱后剩余油饱和度(Ng护)

图4中~区N93单元7N1l井区聚驱后剩余油饱和度(N934)

图5中~区N93单元7N11井区聚驱后剩余油饱和度(N93

5)

聚合物驱后微生物提高采收率技术

‘电肇合物驱后微生物提高采收率技噍≤ll!耍I

(3)油藏温度相对较低,微生物群落丰富。目前已经转后续水驱的油藏多是聚合物驱的一类油藏.即相对整装、低温、低矿化度。这类油藏比较适合微生物生长。通过对几类油藏的微生物种群数的比较(图6)发现,聚合物驱油藏的微生物种群数平均为10.02种,仅少于微生物驱试验油藏,而高于一般水驱油藏(平均5.56种)。因此,聚合物驱油藏具有良好的微生物基础,具备开展微生物驱油试验的油藏条件。

642086420

图6不同类型油藏微生物种群数分析

中一区N93聚合物驱后微生物提高采收率技术实验研究

由于聚合物驱后油藏水淹严重和剩余油零散,用单一的微生物菌种或单一的工艺提高

采收率难度较大。针对这一特点,提出了微生物场提高采收率的技术路线,即激活油藏内源微生物.筛选高教外源微生物注入油藏,增强油藏有益微生物的群落优势。建立油藏微生物场。在注水井附近形成好氧微生物群,在油藏深部形成大规模厌氧微生物群。好氧微生物的代谢产物为厌氧微生物提供代谢底物,在整个油藏建立好氧一厌氧的微生物链.并利用聚合物对高渗区域的封堵,通过全场微生物的综合作用挖掘低渗区域剩余潜力。

根据上述研究思路开展聚合物驱后微生物驱油实验研究,分析了油藏内源微生物及其分子生态结构,并在此基础上开展激活实验;筛选了4株高效外源微生物,研究了其油藏适应性,并开展了物模驱油实验。

2.1油藏内源微生物及其分子生态结构分析

1)培养分析

采用MPN法和平板涂布法进行各类微生物种群的测试。分析的细菌类群包括总菌数、烃类氧化菌(Hydrocarbon

Degrading

Bacteria,HDB)、腐生菌(TotalGrowthBactena,

TGB)、硫酸盐还原菌(sulfateReducingBacteria,sRB)、铁细菌(IronBacteria,IB)、产甲烷

菌(Methane-Produci”gBacteria,MPB)、反硝化菌(Denitr.fyingBacteria,DNB)、硫细菌

(Sulfur

Bact伽a,sB)等。从检测结果(表3、表4)来看,试验油藏中含有一定数量的TGB、

sRB和MPB,其中sRB含量相对较高,而其他类群的微生物含量相对较少或者用培养方法检测不到。可喜的是在试验油藏中检测到了产甲烷菌(MPB),该菌种是~种生存条件苛刻

聚合物驱后微生物提高采收率技术

I囤I——————\查』!塑竺堕苎查!型蔓!』坐生继墨查j

的严格厌氧菌,处于微生物生态链的末端。检测到MPB,说明该油藏环境相对比较容易形成完整的生物链,有利于开展微生物驱油技术。

裹3试验区微生物群落分析结果{2∞5年12月18日1

井号平板计数

硫酸盐还原苗

腐生菌烃类氧化菌铁细菌产甲烷菌反硝化菌

3C15ndndndndnd25nd

ndndndndnd25nd

nd

个 mL

G卜6nd11025ndndOnd

Z1—6nd1102

8X8l5

56

nd

O.6

ndndⅡd

nd

ndnd

50

ndnd25nd

nd

注tnd表示菌古量在该方法检测限咀下

袭4试验医微生鞫群落分析结果(20赫年4月24日1

井号

3C15nd1.4×10’

ndndnd25ndndnd

nd

个 mL一

G卜6nd250

Z卜6nd952.Sndnd25ndnd

7N11nd

8X815nd

平板计数

硫酸盐还原菌

腐生菌烃类氧化茁铁细苗产甲烷苗

ndndnd50ndndnd

ndndnd25ndndnd

ndndnd50ndndnd

9.Sndnd2.5ndnd2

反硝化翦

硝化菌硫细茁

挂:通过冒集培养,确定r产出水中存在产甲烷酉.

2)分子生态分析”J

研究表明,自然界存在大量的微生物,而能够进行纯培养的只占其中的不足1%,而未能培养(或不可培养)的微生物数量占到了自然界中微生物总量的99%以上,即传统的培养手段不能全面反映环境(样品)中的微生物群落结构。这是因为:①油藏中的细菌大多是嗜热、嗜冷、耐盐、耐压的极端微生物,对其生长环境的依赖程度非常高,实验室内无法创造合适的条件来满足它们的生长需求;②微生物的生存不仅需要物理环境和化学环境适宜,而且需要特定的生物环境,即保持与其他微生物的物质和信息联系,而纯培养检测法可以模拟其化学环境,但切断了物理、生物环境联系,致使许多微生物无法得到培养;③培养方法采用的通用培养基在现有技术手段下不可能满足所有未知微生物的营养需要。

针对纯培养方法存在的技术局限性.近年来研究开发了一项先进的微生物分子生态分析技术,在很大程度上摆脱了培养技术的限制。

分子生态技术是分子生物学技术与微生物生态学理论的结合,使微生物细胞水平上的生态学研究深入到探讨各种生态学现象的分子机制研究水平,提出了微生物分子进化和分

聚合物驱后微生物提高采收率技术

‘≮壤台物驱后徽生物提高需收率拄尊≤

l幽I

子适应等全新理念,使微生物生态学理论更加接近其自然本质。油藏微生物分子生态技术主要是通过对环境样品中的DNA和RNA进行分析,研究微生物多样性和群体行为及其对环境因子的适应性,从而获得:①油藏微生物的种类,包括发现新的微生物物种;②实现不同时空中油藏微生物群落组成的动态监测;③在油藏微生物功能基因得到充分认识的情况下,可动态监测相应种群的活跃程度或功能基因的表达活性。当前绝大部分微生物分子生态学研究都是基于16srDNA保守的“分子进化时钟”,通过PcR可使这些片段得到大量扩增。得到足够的分析材料。最通常的分析方法是变性梯度凝胶电泳,它在理论上可分离仅有一个碱基差异的DNA片段,因此在分离相似度极高的16srDNA片段时具有独特优势,为迅速分析微生物群落中的种群提供了良好的条件。

通过DGGE照片(图7),可以看出中一区N93油藏微生物的多样性比较丰富,注水井的多样性大于油井;油井中8x815的菌群结构较单一,菌群含量也较低。用Quantity

One

软件将凝胶图谱数字化后,进行聚类分析(图8),表明G1—6和z1_6两个注水站的内源菌群落相似性最高,在78%左右,这与两个注水站采用相同的水源的实际情况相一致;6—13和8x815的相似性在58%,6一13与7N11的相似性在5l%。分析认为这与油井生产层位不同有关。不同的开发层系,其内源微生物群落的相似性存在差异。

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MoI{014

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图7两次PcR产物的DGGE图谱

图8微生物群落相似性分析

聚合物驱后微生物提高采收率技术

——————、\查鱼±塑塑苎塾查叁些±望竺垒垫堡墨璺l

2.2

内源微生物激活实验

注水井附近往往是有氧环境,油藏深部则是厌氧环境.因此油藏内源微生物激活是分两步进行的.即先好氧后厌氧的过程。第一阶段是好氧阶段激活,以注入水作为激活的最初底物,通过加入激活剂激活注入水(模拟注水井近井好氧地带)中的HDB,TGB等好氧类内源微生物菌群。在这一步激活的过程中,需要补充一定量的空气,以提高好氧菌群的激活速度和激活菌数量。第二阶段是厌氧阶段激活,以第一阶段激活的好氧菌群的代谢产物作为代谢底物,进一步激活地层深处的厌氧菌群.主要是厌氧发酵细菌及MPB等。

好氧阶段转化为厌氧阶段是逐渐演化的,而不是一蹴而就的。在该过程中,微生物的种群也在发生着相应的变化。首先是好氧菌群大量生长,接着是微好氧菌群被激活,然后是兼性厌氧菌群大量繁殖,最后是产甲烷菌等严格厌氧菌群逐渐占据优势。

通过大量实验筛选了以玉米淀粉酶水解液为主的激活剂配方,该配方能有效激活有益菌群,而抑制sRB等有害菌(表5、表6)。

表5注入水好氯激活结果

样品

表面张力/(mN m一1)

G1—6空白

49nd

nd

Gl一6宴验样

435×10725×1069

5×106

中卜6空白中卜6宴验样

34

平板计数/(十 mL叫)

HOB/(千 mL1)TGB/(个 mL_1)SRB/(个 mI.叫)

ndnd11095

1×1005×106

5×107

4545

ndnd

表6好瓤转厌氧澈活结果

样品3c15空白

3C15

435644SO45

表面张力/<mN m1)总苗数/(十 mL

Dd4.5×107

nd4.5×107

nd

2.5×107

1)MPB/(个 mL叫)

252.5×104

50

SRB/(十 mL-1)

nd

6—13空白

6一13

4.5×10‘

509.5×10‘

50

1.Z×105

ndndnd45nd

7Nll空白

7N118x81

5空白

Hnd6.5×107

8X81S

2.3外源微生物筛选及评价

针对试验区油藏条件,筛选了4株高效外源微生物(图9)。其中好氧菌3株,厌氧菌1

株。

嗜热解烃苗DM一2适应温度为50~70℃,最适宜温度为60~65℃。DM一2能够以原油或液蜡为唯一碳源良好生长,同时对原油和液蜡有非常好的乳化和分散作用。

高乳化性能菌株A1菌体杆状,有芽孢。革兰氏阳性;菌落圆形,乳黄色。Al能在65

聚合物驱后微生物提高采收率技术

‘;嚷壤台{垒I驱后微等挚据高采115(苹技电≤Il邑固I

℃,振荡培养2d乳化液蜡和原油,培养液的表面张力降至42mN/m左右。

产表活剂菌种zJ一3菌落呈圆形,淡黄色,表面光滑凸起、湿润,边缘规则,菌体直杆状,直径为o.5~o.8pm,长度为4~5pm。革兰氏阴性,有芽孢,生长温度范围为60~75℃,耐矿化度可达5%。zJ一3能利用原油为唯一碳源生长,在生长过程中产表面活性物质,能够大幅度降低菌液的表面张力,并且稀释30倍之后,菌液的表面张力仍保持较低值。

厌氧菌种B2为严格厌氧的革兰染色阴性细菌,不形成芽孢,不还原硫酸盐,生长温度范围为60~80℃,最适生长温度为65℃,pH范围为4~8,最适pH为7.O。B2在生长代谢中能有效地将吸附在岩石上的原油剥离下来。

图94株高性能外源苗

这4株菌均能在模拟中一区N93油藏环境(65℃,10MPa,地层水配制培养基)下生长并代谢(表7)。

衰7细菌在模拟油藏条件下生长代谢

菌种名张

ZJ一3A1B2

细苗密度/(个 mL'1)

3.O×1072.O×1073.0×1071.5×107

nd

表面张力/(J,lN m_1)

3l

乙酸质量浓度/(mg L。1)

820

35.O33.7

35

600

65036020

DM—Z地层承空白

49.3

2.4盲管实验

聚合物驱后剩余油更加稀少,部分油聚集于孔隙盲管中,在常规水动力条件下几乎驱替不出来。微生物则可以利用其噬烃优势,“主动”进人盲管,代谢后将这部分油驱替到有效孔

道中。

在一条直径为o.8mm的直管道一侧蚀刻3个盲管,尺寸分别为O.5

0.2mm×o.32mm和o.1mm×o.16

mm×0.8mm,

mm,用来模拟微生物作用后二次水驱过程。

聚合物驱后微生物提高采收率技术

I囫I———\坠型堕塑点垡生坠堡塑叁墨I

注入微生物20h后,盲管内原油颜色变浅。内部有气泡存在(圉lo)。培养72h后进行水驱,2个尺寸稍大的盲管内的油全部驱出,最小盲管内的油也明显减少(图11)。实验说明

微生物对盲管中的剩余油至少产生了2种作用,即乳化作用和产气作用。另外,本实验中.微生物对盲管中的剩余油还有启动作用。

(t)

图10盲管实验照片l

图11盲管实验照片2

2.5微生物驱油物模实验。1

模拟中一区N93油藏温度、压力条件.用试验区油水样和填砂岩心开展聚合物驱后微生物驱油物模实验。从实验结果(表8、表9)来看,单管岩心在聚合物驱后采出程度大于

70%的情况下,微生物仍能提高采收率2%。在双管岩心实验中,渗透率差异和采出程度与现场更为相似,微生物可提高采收率4%~5%。

襄8聚台鞫驱后微生韧驱油物模实验(单管岩心

孔酸度渗透事原始音油一戎水驱聚驱效率

舷生物的驱

微生物驱油介质

配氡量

/%

/“m2

/mL效率/“

/%

油效率/,6

t2.152S36413o.sPV舷话刺2.42

Z.24

2576lIl0.5PV撤活剂

2.33392.5825S629o.2Pv澈活剂+o3PV外源菌+

34

25

0566210

O.2PV澈活剂+0.3PV外源菌

1.B5

402.74260

62

8.7

O.2PV激恬剂+厌氧菌

2.26

38.5

2.22“

6】.5

空白承驱O.2

2.32

259

623】0

空白木驱

+0

聚合物驱后微生物提高采收率技术

垂拳蕊两萌番舔蝌技羲Z

襄9聚合物驱后搬生物驱油物模实验(双管岩心l

岩心

孔隙度替透辛

原始台油

一次水驱效率

聚驱效率培养时微生物驱

序号

细菌注人

/%

/nm2

/mL/“

/%

问/d

袖蝗宰/%

Ah5.2

2445l

43

空白

1506

Al37l822634

Bh394.7

24028

39

O.3PV激括剂214.4

BI371.623621Ch405

24857

o.3PV激活剂

4S

15

5.7

CI

36

1.8

230

35

+外潭隋

通过实验过程中对产出液的检测发现,微生物驱油岩心中产出液的醋酸根离子浓度增加了8~10倍,而且产出气体中检测到了甲烷,表明MPB被激活。

3结论与认识

(1)聚合物驱后油藏采出程度高,水淹严重,剩余油更加分散,提高采收率难度大。(2)对于聚合物驱后油藏.通过内、外源微生物结台和好氧、厌氧苗协同作用的办法,具有进一步提高采收率的潜力。

参考文献

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3栾传振,段传慧,袁长忠,等.沾3块内源微生物驱油物模研究.石油钻采工艺,2006.29(2):91~93

Micmbialenhancedoil

recoVerytechnologyafterpoIymerflooding

JiangYan

LuanChuanzhen

ZhaoFengmin

(OilProductionTechn。IogyInstitute,ShengliOil“eIdBranchCompany,SINOPEC

DongyingShandong,257000)

Abst曲ct:Amajorityofunc。mpartmentallzedreservoirsjnShe“91ioilfieldhaveimplemen—

tedchemicalfiooding-mainlyp。】ymerfkodfng,andmorethanhalfofwhichhavecomein—

to

subsequentwaterfloodingstage.Nowthesubsequentwaterfloodingunits

are

common—

lyfacingf0110wingproblem8:highoilrecovery,highwatercut“smgrate,andresiduaIoilismoredecentralized,anditishard

to

maintaintheoilproduction.

According

to

above

聚合物驱后微生物提高采收率技术

————弋查鱼查塑塑苎竺查叁苎墨塑堡全堡竺墨查l

problems.thlspaperhasstudiedtheN93unit

on

ln

m.ddleN。.1blockGudao

oilfield.Bas甜

out

theanaIysisofthe

structure

ofreservoirindigenousmicroorganismec0109y,Pointed

to

thatcombiningtheindigenousandalienmicrobes,andsettingupaerobiccrobialgrowthchainistherightway

to

anaembicmi—

on

imprDvetheoilrecoveryfactor.Based

core

thestudy

tests.

。ftheperformanceoftheIndigenousandaIienmicrobesandmicrobialfloodi“g

theEORpotentialofmicrobialfIoodingwasearefuIIyexamined.

KeyWords:afterpolymerflooding;microorganismlenhanceoilrecovery

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