井樓油田樓八區生物復合調驅技術及應用研究

張江英，方健全，毛 瑜，謝亞棟，馮洪波，王紀忠

(1.中國石化河南油田分公司采油二廠，河南唐河 473400；2.中國石油華北油田分公司勘探開發研究院)

井樓油田樓八區生物復合調驅技術及應用研究

張江英1，方健全1，毛 瑜2，謝亞棟1，馮洪波1，王紀忠1

(1.中國石化河南油田分公司采油二廠，河南唐河 473400；2.中國石油華北油田分公司勘探開發研究院)

針對井樓油田樓八區含水率上升快，平面矛盾突出的問題，開展了生物復合調驅技術研究應用，通過室內菌種篩選及評價實驗，優選出生物聚合物菌種P-3與表面活性劑菌種S-27。評價結果表明，P-3與S-27以2∶1比例復合為最佳體系，40 ℃黏度達到2 500 mPa·s,耐鹽性能穩定，可以提高水驅采收率7%，流體轉向達到25%。將篩選出的菌種進行了現場應用，并取得了良好開發效果。

井樓油田；生物聚合物；生物表面活性劑；提高采收率

油田注水開發過程中由于地層的非均質性、流體流度差異以及其他原因(如作業失敗、生產措施錯誤等)，地層中出現水流優勢通道，導致水錐、水竄、水指進，使一些油井過早見水或水淹，水驅低效或無效循環[1]。近年來，河南油田井樓八區南部區域H3Ⅳ53薄油層的開發過程中出現了平面矛盾比較突出、注水指進嚴重、含水上升快等開發難題。

微生物用于注水井調剖的方法比注入人工合成的有機聚合物或凝膠更為有效,具有可完全快速降解、經濟環保、設備簡單、施工簡便、控水增油效果好、有效期長、效益高等優勢[2-4]，至目前已經成為繼水驅、化學驅方法后重要的提高采收率手段。然而，微生物受環境因素影響大，不同油田原生菌群差異性較強，因此，微生物體系很難通用。本文根據井樓油田地層油水樣，優選出了適用于該區域的生物復合調驅體系，并且了進行室內實驗評價。

1 生物菌種與實驗方法

1.1 生物菌種

內源優勢菌群JL2、JL3、JL5，井樓八區水樣中提取；生物聚合物高產菌P-3、P-15(北京旭日昌盛科技有限公司)；生物表面活性劑高產菌S-9、S-27(北京旭日昌盛科技有限公司)；全營養培養基，自制；無機鹽培養基，自制；原油樣品，井樓八區產出油樣；培養基用水為井樓產出水樣。

1.2 實驗方法

主要儀器：NDJ-1黏度儀(上海天平儀器廠出品)；BZY-101系列自動表面張力儀(上海方端儀器有限公司)；XSZ-H電子顯微鏡(重慶光電儀器總公司)；SW-CJ-A凈化工作臺(上海新苗醫療器械制造有限公司)；SHZ-82氣浴恒溫振蕩器(常州華普達教學儀器有限公司)。此外，還有巖心驅替物理模擬裝置，2PB20C平流泵，FY-3型恒溫箱，1.0 MPa壓力表，ZXZ-0.5型旋片式真空泵。

實驗方法：首先對各種單菌產物進行評價優選，將選出的目的菌種進行復配評價，確定復合體系。利用井樓八區油水樣進行復合體系性能檢測，評價地層條件下復合體系的封堵性能與驅替效率。

2 復合生物調驅體系配方優化

2.1 生物聚合物高產菌優化

用于復合調驅體系的菌種可以大體分為內源菌種和外源菌種[5]。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[6]。另外水是采油微生物生長繁殖的介質環境，礦物質的含量影響微生物的生長形態和代謝產物的類型以及產量。本次研究將內源菌種與外源菌種同時進行耐溫、耐鹽性能檢測，通過菌種代謝產物在發酵液中的增稠性能來確定最終的目的菌種。

利用井樓水樣制備全營養培養基，按照質量分數5%比例接種三種內源菌種與兩種外源菌種，檢測不同溫度下培養基的黏度，確定五種菌種的最適宜生長溫度和生成生物聚合物的能力，見表1。

由表1可知，在不同生長溫度下，外源菌種P-3、P-15產生聚合物的能力明顯強于內源菌種，具有明顯的優勢與良好的耐溫性能，適宜在井樓油田40 ℃底層環境下生長，滿足現場使用要求。通過對兩種菌種進行耐鹽性能評價，P-3菌種在不同溫度和礦化度下，發酵液的黏度均高于P-15菌種，說明該菌種產生物聚合物的能力強于P-15。

表1 菌種在不同溫度下的增稠效果 mPa·s

顯微鏡觀察，P-3為桿菌，大小1.0 μm×(1.8～2.2) μm，菌體周圍有明顯的纖毛狀聚合物分泌，革蘭氏染色為陰性，無芽孢、未見鞭毛，胞內有異染粒、無類脂顆粒，抗酸染色陽性。產物為多糖類聚合物。

2.2 生物表面活性劑高產菌優化

取樓八區產出水樣制備全營養培養基，按照質量分數5%比例接入三種內源優勢菌群和S-9、S-27菌種，在不同溫度下培養48 h，檢測發酵液表面張力，與未發酵前進行對比，結果見表2。

表2 菌種不同溫度下降低表面張力能力 mN·m-1

由表2可知，外源菌種S-27降低液體表面張力能力較強，同時耐溫性能強于產表面活性劑能力最強的S-9菌種。S-27菌種耐鹽性能見圖1。

圖1 S-27菌種耐鹽性能曲線

顯微鏡觀察，S-27為假單胞桿菌屬，菌體大小為0.5 μm×(1.1～2.4) μm，球桿狀，革蘭氏染色為陰性，運動，兼性好氧菌，單鞭毛，抗酸染色陰性，接觸酶陽性，氧化酶和精氨酸雙水解酶陽性，油脂水解陽性，淀粉水解陰性，不產H2S，發酵葡萄糖產酸產氣，水解明膠，吲哚試驗陰性，反硝化陽性，M.R.陽性和V.P.陰性。

2.3 復合調驅體系確定

將P-3與S-27菌種確定為復合體系的目的菌種。需要先確定共生關系，然后通過耐鹽、生長情況、耐溫性等實驗確定兩種微生物在復合體系中的復合比例，從而最終確定體系的組成。結果見圖2～圖4。

圖2 P-3/S-27不同比例耐鹽能力曲線(40℃)

圖3 P-3/S-27不同比例S-27菌種生長曲線

由圖2可知，P-3與S-27菌種沒有明顯的拮抗作用。綜合兩種微生物不同比例下的耐鹽性能和S-27菌種生長情況可知，P-3與S-27菌種比例為2∶1、1∶1、1∶2時，體系增稠效果較好，同時S-27菌種的生長不會受到抑制。其中P-3與S-27菌種比例為2∶1時，體系耐溫性能最穩定。因此，確定復合調驅體系為P-3與S-27菌種按2∶1比例復配。

圖4 P-3/S-27不同比例耐溫性能曲線

2.4 復合調驅體系性能評價

2.4.1 配伍性能評價

復合體系除了需要在滿足地層溫度、礦化度條件下生長，還要與原生菌群共生、與地層原油配伍性良好[7]。利用地層水制備無機鹽培養基，以5%地層原油作為唯一碳源，8 000 g/L礦化度、40 ℃下恒溫震蕩培養，檢測微生物作用后原油黏度、培養基黏度及原油乳化效果，確定復合體系與地層流體的配伍性。由表3可知，地層水中原生菌群對復合體系增稠效果有一定影響，培養基中黏度可以達到1 000 mPa·s以上，滿足現場驅替使用要求，同時復合體系對原油的降粘率可以達到60%以上。通過乳化活性對比可知，復合體系對樓806井原油和樓808井原油乳化效果較好。

表3 復合體系與地層流體配伍性

2.4.2 復合體系室內驅替效果評價

由兩塊直徑25 mm、長20 cm填砂巖心組成高、低滲透率雙管并聯模型。使用地層水以 0.8 mL/min 的速度進行水驅實驗，至巖心出口含水98%，記錄高、低滲透率層出液量等參數，計算高、低滲透率層水驅采收率；生物復合體系注入72 h后，注入水以0.8 mL/min的速度進行后續水驅，至巖心出口含水達到98%，記錄高、低滲透率層出液量等數據，計算高、低滲透率層生物復合調驅體系采收率。結果見表4。

表4 生物復合體系物理模擬驅替實驗數據

從表4相對吸水量可以看出，水驅時，注入水沿不同滲透率層段推進不均勻，高滲透率層段注入水推進快，低滲透率層段注入水推進慢。加上注入水的黏度低于原油黏度，水驅過程中高流度流體驅替低流度流體，導致注入水推進不均勻的程度加劇，高滲透率層段已被注入水所突破，而低滲透率層段注入水推進很小的距離，造成了高滲透層的相對吸水量遠高于低滲透層。生物復合體系注入后，經72小時生長繁殖代謝產物(生物聚合物)，對高滲透層進行了有效的封堵，從而促使水流向了低滲透層，擴大了波及體積。在后續水驅過程中，高滲透層的相對吸水量下降，低滲透層相對吸水量比調剖前提高27.75%以上，使各層相對吸水量趨于均勻，提高了低滲透層的動用程度，達到了調剖的目的。

3 現場試驗

井樓油田八區砂體平面上變化復雜，經過近20年開采，目前在實際開發過程中表現出南部區域產能較高、注水受效快、含水上升速度較快的特征。2014年10月，在井樓八區H3Ⅳ53薄油層選定樓3井組與樓809井組，以復合體系質量分數1.0%、段塞0.3 PV為注入工藝參數，多輪次小段塞的注入方式，進行生物復合調驅體系現場驅替試驗。第一段塞持續注入40天，后續水驅70天，兩井組累計增油超過200 t。

2014年11月7日取樣化驗結果表明，該井原油黏度降低，水樣表面張力降低，水樣中檢測出注入體系兩種微生物，該井含水率下降，產油量明顯上升，表現出典型的調驅受效特征。

4 結論

(1)經室內實驗優化，得到生物聚合物高產菌P-3與生物表面活性劑高產菌S-27，按照2∶1比例復合，可以以井樓八區原油作為唯一碳源，代謝產生生物聚合物和生物表面活性劑。

(2)該體系具有較強的耐溫、耐鹽性能，100 ℃下黏度可達到1 000 mPa·s以上，最適宜溫度為20～60℃，受礦化度影響不大。該體系與地層流體配伍性好，乳化活性強，對原油的降黏率達到60%以上，填砂巖心驅替實驗提高水驅后采收率超過7%，改善吸水效果達到25%以上。

(3)通過現場井組實驗，該體系調驅增產效果明顯，可在樓八區南部推廣應用。

[1] 張凡，余躍惠.排油圈法對生物表面活性劑的定性與定量[J].化學工程師，2005，(1)：14-15.

[2] 羅劍波，吳衛霞，張凡，等.一株產脂肽類生物表明活性劑菌株的分離機代謝產物分析[J].化學與生物工程，2010,27(2):46-49.

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[4] 邸勝杰,呂振山.扶余油田微生物采油先導技術礦場試驗[M].北京:中國檔案出版社,2005:663-665.

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[6] 呂振山.扶余油田微生物堵水調剖礦場試驗[M].北京:中國言實出版社,2004:1255-1258.

[7] 張艷娟，郝艷秋，于濤，等.低滲油藏水驅油室內物理模擬試驗方法研究[J].特種油氣藏, 2007,14(2):101-104.

編輯：李金華

1673-8217(2015)03-0116-04

2015-01-13

張江英，1988年生，2012年畢業于中國石油大學(華東)石油工程專業，現從事油田開發技術工作。

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