低滲透油田微生物驅油規律及其影響因素

張相春，孫 衛，王德玉，張衛剛，陳富林，吳漢寧

(1.西北大學地質學系/大陸動力學國家重點實驗室陜西西安 710069;2.中石油長慶油田分公司第六采油廠陜西西安 710018;3.中石油長慶油田分公司第八采油廠陜西西安 710026;4.西北大學生命科學學院陜西西安 710069)

微生物提高原油采收率技術具有適用范圍廣、工藝簡單、成本低、見效快和環境友好等優點，目前已經在全世界范圍內得到了廣泛應用［1-2］。中國各大油田在最近幾年也加快了微生物采油技術的研究和應用工作，并取得了一定效果。不過，對于微生物驅油特征和影響因素的研究主要集中在室內評價上，而室內實驗并不能完全模擬現場情況［3-5］，因此，本文在鄂爾多斯盆地延安組 A油田現場試驗的基礎上，分析總結低滲透油田微生物驅油特征，找出微生物驅油的影響因素，為微生物采油技術的規模應用奠定基礎。

1 研究區地質概況及開發存在問題

鄂爾多斯盆地延安組A油田處于陜北斜坡的一個局部鼻隆構造上，油氣聚集受構造控制，油層為延9，延10層。該油田主要受構造控制，為典型的低滲透油藏，儲層低滲、低壓、低產，平均空氣滲透率75.9×10-3μm2，有效孔隙度17.5%，平均含油飽和度51.1%，單井產能不足0.5 t/d，綜合含水質量百分數大于90%。隨著開發時間的延續，該油田目前綜合含水高，采出程度低，井組剩余油豐富［6］。

目前，該油田開發存在問題主要有以下幾個方面。

1)油藏能量保持水平低。隨著開發時間的延長和采出程度的加大，油藏壓力保持水平較低，僅為 60%左右［6］。

2)油田開發至中后期，高含水導致單井產能較低。目前，油井產油小于1 t的井共20口，占油井總數的50%，平均含水達到了93.28%;低產井中，除套破井外，其他井均由于高含水致使產量較低［6］。

3)油藏總體產量持續下降，兩項遞減較大。目前油田綜合含水較高，綜合遞減為15.7%，遞減較大的原因是由于綜合含水上升［6］。

鑒于以上A油田開發存在的問題，本研究結合微生物特有的性質，應用微生物及其代謝產物獨特的驅油機理，改善A油田水驅效果，摸索適合低滲透油田的開發模式，實現經濟有效動用，探索解決鄂爾多斯盆地延安組低滲透油田開采難度大、采出程度低這一問題的新途徑［7-8］。

2 高效驅油菌種篩選及性能評價

從A油田油井產出液廢油坑取樣，通過富集分離篩選出3株高效驅油效果好的微生物菌種［9］。經實驗確定這3種菌均為兼性厭氧菌，分別屬假單胞菌屬、芽孢桿菌屬和節桿菌屬;主要代謝產生生物表面活性劑52 g/L，生物聚合物350 mg/L，生物酸800 mg/L，二氧化碳0.9 mL/mL;3株菌拮抗相容性良好，與A油藏配伍性良好;進行菌種復配，性能如表1所示。

表1 微生物菌液性能表Tab.1 Microorganism Performance parameters

3 微生物驅油規律

對于受注入水影響的高含水區塊，水線已經形成，水線方向和范圍內的剩余油潛力有限，為了達到較好的治理效果，需要微生物在地層中繁殖和代謝足夠長的時間，同時使后續注入的微生物菌液能夠進入水線兩側的未動用區域，本次先導試驗采取“先調后驅，調驅結合”的思路，即在注入菌液之前設計輔助調剖段塞，封堵高滲透條帶，注入壓力上升并保持穩定后，再注入微生物菌液。2013年，在A油田共計實施10個井組，注入菌液質量濃度為3%，合計注入15 000 m3，累計注入周期90 d，對應生產井40口，見效井32口，措施有效率80%。截止目前已累計增油4 340.11 t，平均單井增油118.89 t，綜合含水93.28%下降至75.8%，綜合遞減由15.7%下降至2.5%，收到了較好的效果。目前井組繼續有效。

3.1 注入壓力上升，吸水剖面改善

對措施前后注入井特征參數進行計算后繪制出表2。從表2可以看出，微生物驅措施前后，PI90增大，視吸水指數降低，措施后，改善了后續水驅效果，改變了后續水驅方向和面積。

表2 注入井特征參數表Tab.2 Injection wells Characteristic parameters

3.2 注入井近井地帶有益菌數量增加，菌群結構穩定

對微生物驅內3口注入井進行了為期6個月跟蹤監測［10-11］，措施前后微生物菌群結構和主要功能菌發生了較大的變化(見表3)。從表3可以看出，菌群結構向著有利驅油方向發展。注入菌種在地下建立了優勢，菌種增加3～4個數量級;優勢菌群主要為注入功能菌種，在近井地帶代謝產生大量的生物表面活性劑，隨注入水的推進，不斷作用于遠井地帶的原油，提高了原油采收率。

表3 措施前后注入井近井地帶有益菌種數量和主要功能菌種檢測表Tab.3 Measures before and after the injection wells near wellbore probiotics quantity and main function of strain detection

3.3 同注水受效規律相似，連通層發育好的生產井增油效果較好

對措施區域內5個井組的連通厚度和連通率進行了統計后繪制出圖1。從圖1可以看出，隨著連通率的增加，增油效果也相應提高，其原因主要是由于連通性好，油水井對應關系好，連通厚度大，剩余油潛力大，增油效果明顯。

3.4 受效井類型不同，增油效果也不同

微生物驅措施井對應油井40口，對油井不同受效類型進行統計，繪制出圖2。從圖2可以看出，單向受效井18口，增油效果明顯的7口，占單向受效井總數的38.90%，平均單井增油189.70 t;雙向受效井18口，增油效果明顯的2口，占雙向受效井總數的11.11%，平均單井增油69.63 t;單井增油量依次為單向受效井＞雙向受效井＞多向受效井，分析原因主要是單向、雙向、多向受效井微生物驅效果與注微生物前的含油飽和度有關，多向受效井由于多向受效，單井采出程度較高，剩余油含量較低。

3.5 增油效果與見菌時間、見菌數量相關

對措施前后見菌時間和見菌數量峰值進行跟蹤監測，繪制出圖3。從圖3可以看出，油水井連通狀況好，微驅油井見菌時間早、數量多［12］。在油水井連通狀況相似的條件下，見菌時間越晚，菌種數量增加越慢，增油效果越好。

圖1 試驗井組連通性統計圖Fig.1 Test wells group connectivity statistics

圖2 受效井微生物驅效果對比圖Fig.2 Microbial flooding effect comparison of benefit well

圖3 試驗井組菌種監測統計圖Fig.3 Test wells group of strain monitoring statistics

3.6 改善原油物性，提高原油流動性

為了進一步研究微生物對地層原油的作用效果，對措施前后原油物性及組成進行分析后，繪制出圖4。從圖4可以看出，微生物代謝產生的活性物質能夠降低原油黏度，降黏率30%以上;同時能夠使原油中的重質組分輕質化，從物理和化學性質上改變了原油物性，降低了原油黏度，增大了原油在油層中的流動性。

4 微生物驅油的地質影響因素

4.1 剩余油飽和度對微生物驅的影響

剩余油飽和度是所有措施效果保證的物質基礎，因此措施前必須對剩余油潛力進行監測和評價。現場試驗結果表明，在相同的試驗條件下，增油效果與剩余油飽和度呈正相關關系，與采出程度呈負相關關系(見圖5)。隨著剩余油飽和度的增加，采出程度的降低，增油效果明顯。對于低滲儲層，由于其原始含油飽和度、滲流通道和滲流特征的限制，使得水驅采出程度較低，遞減較大，剩余潛力較高，因此增油效果較好。

圖4 措施前后原油組成對比圖Fig.4 Composition of crude oil before and after contrast measures

圖5 試驗井組剩余油飽和度與增油效果關系Fig.5 The relationship between the residual oil saturation test well group and the effect of increasing oil production

4.2 物性對微生物驅的影響

現場試驗結果表明，在相同的試驗條件下，增油效果與孔隙度呈正相關關系，與滲透率呈負相關關系(見圖6)。隨著孔隙度的增加，滲透率的降低，增油效果明顯，這也是低滲透儲層采收率低的主要原因之一。對于低滲儲層，由于后期成巖改造作用，使得微觀孔道上整體較小，相對粗孔道較少，連通性較差，甚至于不連通，造成水驅油路線單調，毛管力較大，最終驅油效率低，剩余油潛力較大，因此增油效果較好。

圖6 試驗井組物性與增油效果關系Fig.6 The relationship between testing well group properties and effect of increasing oil production

4.3 水線推進速度對微生物驅的影響

圖7 試驗井組水線推進速度與增油效果關系Fig.7 Test wells group of advancing production

微生物驅油效果的好壞，取決于微生物在地層中的繁殖和代謝能力，這就要求微生物要在地層中有足夠的滯留時間即水線推進速度與微生物代謝繁殖能力相匹配。對現場測試水線推進速度與增油效果進行統計后，繪制出圖7。從圖7可以看出，隨著水線推進速度的增加，增油效果表現出先增加后降低的趨勢。水線推進速度在1～5 m/d，增油效果較好，這主要是因為水線推進速度與連通性有關，水線推進速度太低，連通性較差，注入菌種很難運移至油水井之間作用于原油;水線推進速度太快，微生物在油層中的作用時間太短，代謝產物活性較低，因此需要將微生物繁殖和代謝能力與水線推進速度相匹配，才能起到更好的增油效果。

圖8 試驗井含水與增油效果關系Fig.8 The relationship between water well and oil velocity and effect of increasing oil increase effect

4.4 含水對微生物驅的影響

含水一方面表示水的來源，另一方面表示油水井之間滲流通道的大小。對現場試驗井組含水情況與增油效果進行統計后繪制出圖8。從圖8可以看出，隨著含水的上升，增油效果呈先上升后降低的趨勢，這主要是由于注入菌種是水溶性的，含水較低，連通性較差，注入水很難波及至生產井，增油效果較差;而含水較高時，油水井之間存在大孔道，造成注入水突進，微生物繁殖和代謝時間受限，微生物代謝產物活性不高，增油效果也較差。這與室內實驗得出的微生物驅油時機為含水75% ～85%的結論一致。因此，在注微生物之前，需要增加封堵段塞，保證微生物及其代謝產物的活性，更好地作用于原油。

4.5 非均質性對微生物驅的影響

儲層非均質性是指儲層在形成過程中受沉積環境、成巖作用和構造作用的影響，在空間分布及內部儲集物性上存在不均勻的變化。儲層非均質性是影響低滲油氣藏滲流及油氣采收率的主要因素。對儲層平面和縱向非均質性統計后繪制出圖9。從圖9可以看出，隨著非均質性的降低，增油效果增加，且受縱向非均質性的影響較大。其主要原因是，縱向非均質性包括層內和層間非均質性，縱向上滲透率差異是影響多層開采效果的主要因素，平面滲透率的各向異性可以通過注采比的優化來調整。

5 結論

1)鄂爾多斯延安組A油田微生物驅油先導試驗表明，微生物驅油可以起到增油降水、減緩遞減的作用，從而達到提高原油采收率的目的。

2)通過現場先導試驗，微生物驅油具有以下規律:改善注入井吸水剖面;在注入井近井地帶形成穩定的優勢菌群;同水驅規律相似，連通性好的油井增產效果明顯;受效位置不同，增產效果也不同;增產效果與見菌時間和濃度相關。

圖9 非均質性對增油效果的影響Fig.9 Influence of heterogeneity on the effect of increasing oil

3)通過對現場先導試驗的分析，影響微生物驅油效果的主要因素是油藏剩余油飽和度、含水、水線推進速度、儲層物性和非均質性。

4)通過在鄂爾多斯盆地延安組低滲透油田的規模應用進一步證實，微生物驅增油技術能夠適應延安組低滲透油藏條件，通過選井條件和菌種體系的優化和調整，能夠保證措施的效果，為類似油田的高效開發提供了依據。

5)依據現場的先導試驗，微生物驅油雖然取得了較好的增油效果，但隨著前期輔助封堵段塞的失效，增油效果也相應的下降。因此，建議今后現場試驗中應改進思路，實行“邊調邊驅”，以鞏固和延長微生物驅油效果。

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