微生物采油技術及其在延長油田的應用分析

2011-11-04 12:06:17薛金泉孔玉霞童長兵胡國祥

石油管材與儀器 2011年1期

薛金泉孔玉霞童長兵胡國祥

(延長油田股份有限公司陜西延安)

微生物采油技術及其在延長油田的應用分析

薛金泉孔玉霞童長兵胡國祥

(延長油田股份有限公司陜西延安)

文章介紹了微生物提高石油采收率(MEOR)的發展概況、作用機理與油藏應用條件。根據微生物處理油層的標準,提出延長油田部分油區可以利用微生物驅油來提高采收率,并利用實例證實了它的可行性。

微生物采油;延長油田;三次采油;應用條件

0 引言

微生物采油是指將地面分離培養的微生物菌液和營養液注入油層,或單純注入營養液激活油層內微生物,使其在油層內生長繁殖,產生有利于提高采收率的代謝產物,以提高油田采收率的采油方法,也稱微生物強化采油(Microbial Enhanced Oil Recovery或Microbial Improved Oil Recovery,簡稱MEOR或MIOR)[1]。微生物采油技術(MEOR)是繼熱力驅、化學驅、聚合物驅等傳統的三次采油方法之后利用微生物的活動及代謝產物——提高原油采收率的一項綜合性技術,并且越來越受到人們的重視。與其它三次采油技術相比,微生物采油技術具有適用范圍廣、施工工藝簡單、成本低、見效快、有效作用時間長、功能多、不損傷油層和無污染等優點。

1 作用機理

微生物采油主要是通過其代謝物與地層的作用來實現。由微生物作用石油產生的代謝產物取決于環境條件(壓力、溫度、鹽度、pH值和有無氧的存在)、維持細胞代謝的營養物與石油相互作用的特種細菌。一般來說,代謝產物可以是氣體、羧酸、溶劑、聚合物、表面活性化合物以及其他許多從單體到十分復雜的大分子的各種化合物。

微生物采油主要機理如下:

①微生物發酵后可以產生二氧化碳、甲烷、氫等氣體,它們溶于油中,使原油降粘和膨脹,其機理與注氣非混相驅相近;②產生有機酸(如乙酸、甲酸等)溶解碳酸鹽膠結物,增加微觀流動通道,提高儲層微觀滲透率,起到解堵作用;③通過發酵在地下產生生物表面活性劑,降低油水界面張力;④在厭氧條件下,許多微生物還會產生丁醇、丙酮等溶劑,可以起到助表面活性劑的作用;⑤其代謝產物或菌體堵塞高滲透層,使滲流阻力增加,起到調剖堵水的作用;⑥它可以以原油作養料,將原油分解,起到除蠟和降粘等作用;⑦還可以形成生物聚合物,提高水相粘度,提高掃及效率等[2]。

當然,微生物采油時往往不是一種機理,而是多種機理同時起作用。

2 應用條件

2.1 微生物采油技術應用的油層條件

微生物生長需要一定的環境條件,使用MEOR技術必需選擇適宜的油層條件。這些條件包括溫度、壓力、礦化度、滲透率、含油飽和度、pH值、原油相對密度等,見表1。

2.2 適合微生物采油作業的油藏范圍

1)對采油微生物而言,在所有的影響因素中,溫度是最為重要的一個因素。高溫會引起微生物生長緩慢,甚至導致其死亡。油層溫度以30℃～50℃成功率最高,利用嗜熱菌可以在80℃～100℃的油層溫度條件下進行MEOR處理[3]。

2)深度與溫度呈一定的相關性,MEOR適用的油層深度一般小于1500m,匈牙利曾用微生物處理過2 457 m深的油層并獲得成功。美國在猶他州A/B油田進行微生物處理的油層深度高達3 100 m～5 500 m,也獲得成功。

表1 微生物采油應用條件

3)地層水礦化度一般都比較高,包括許多種鹽類,其中90%以上為NaCl。礦化度是影響采油微生物的重要因素,礦化度過高對微生物生長不利,只有少數細菌能承受高濃度鹽水。另外,底層缺氮和磷也不利于細菌生長。

4)與其它因素相比,壓力對細菌的活動影響較小。對大多數自然界中存在的細菌,10 MPa～20 MPa的壓力一般不會影響其生長,若其它環境條件不理想,如PH值和溫度過高時,壓力會影響細菌的正常生長。

5)原油的性質是一個對采油微生物有重要影響的因素。原油性質對微生物的影響主要來源于兩個方面。一是原油中易揮發的輕質組分對微生物的毒性,一般認為,原油中碳數少于10個的烷烴都可能會對微生物產生毒性,毒性的大小因微生物種類的不同而異;二是原油中的瀝青等重質組分也對微生物的活動不利。所以要求原油的API(相對密度)大于18°。

6)一般地,微生物能夠在pH值為4.0～9.0的范圍內正常生長,大多數油藏pH值在6.0～8.0范圍內,自然界的微生物一般能滿足這個條件。

7)細菌在油層中運移,要求油層滲透率不應低于0.05μm2,孔隙度應大于15%,否則將會影響細菌在油層中的運移。

國內常用MEOR適用的油層條件標準為:①油層溫度≤120℃;②地層滲透率≥30×10-3μm2;③地層水礦化度≤150 000 mg/L;④原油黏度≤4 000 mPa.s。

3 延長油田地質條件

延長油田位于我國第二大盆地-鄂爾多斯盆地,也是我國陸上油氣勘探最早的盆地,地層近于水平,是一個向西微傾的大單斜,典型的低滲透油藏,具有油層致密、小層較多、單層厚度小、巖性多變、平面上連續性差、層內和層間非均質性嚴重等特性。油層的埋藏深度大約在200 m～3 000 m之間,但大多數小于1 500 m;油層溫度低于75℃;地層壓力小于25 MPa;地層水礦化度小于15 000 mg/L;平均滲透率0.1～10×10-3μm2;平均孔隙度小于20%;PH值4～7左右;井網密度大,井間距離小,含水率高。

4 應用實例

七里村油田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡東部。主要含油層位為延長組長6油層,區域構造為一平緩的西傾單斜,地層傾角小于1°,千米坡降為7 m～10 m,內部構造簡單,局部具有差異壓實形成的低幅度鼻狀隆起。儲層埋藏淺(200 m～850 m)、物性差(平均孔隙度只有7%～9%,平均滲透率為0.3～0.5×10-3μm2)、為典型淺埋藏、低壓、超低滲砂巖油藏。

從2009年6月24日開始在鄭637井組注微生物濾液。微生物采用周期注入方式,即15 d注藥劑,15 d注清水,注入量控制在4 m3/d～5 m3/d。圖1為鄭637井組微生物驅油受益井生產曲線。從圖中可以看出:6月24日開始微生物驅油試驗后,因為新試驗流體的注入,產液、產油、含水曲線一直上下波動,不穩定,由于試驗時間較短,仍在跟蹤、分析中。但大致趨勢可以看出,隨著微生物濾液的注入,產液量、產油量都有所增加。這說明微生物驅油在該地區是可行的。