一種微生物采油功能性激活劑激活特性及驅油性能*

陳瓊瑤，劉 濤，于 瑤，李彩風，曹嫣鑌，林軍章

（1.中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營257000；2.中國石化勝利油田分公司東勝公司，山東東營257000）

0 前言

隨著原油的長期開采，國內外大多數油藏進入高含水期，剩余油更加分散，開采難度加大，油田穩產、高產開發形勢嚴峻。微生物采油技術是利用向油藏中注入激活劑或者補充微生物，通過激活油藏微生物的方式強化其生長代謝作用而達到提高原油采收率的技術［1-3］。近幾年微生物采油技術在國內外都得到了廣泛應用，且在現場取得了顯著的效果［4-6］。目前在驅油現場微生物注入主要以常規微生物激活劑體系為主，雖然能夠激活油藏微生物而產生驅油效果，但由于常規激活劑主要以低碳數的單糖為碳源，隨著常規激活劑在油藏中的運移、消耗，常規激活劑在油藏深部的激活作用較弱［7-8］，因此，需要研發新的高效、長效的激活劑體系，以實現微生物的深部激活代謝。本文報道了由勝利油田石油工程技術研究院研發的以長碳鏈高分子多糖為碳源的長效功能性激活劑的好氧激活、厭氧激活特性以及使用該功能激活劑的驅油效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

功能性激活劑體系，配方為0.5%長碳鏈高分子多糖+0.2%蛋白胨+0.05%磷酸氫二鉀，為勝利油田石油工程技術研究院研發產品，具有完全自主知識產權；常規激活劑體系，配方為2%葡萄糖+0.5%酵母粉+0.2%磷酸氫二鉀。配液用水為區塊注入水，礦化度70000 mg/L，主要離子質量濃度（單位mg/L）：Na+18228 mg/L、K+266 mg/L、Mg2+1146 mg/L、Ca2+3379 mg/L、HCO3-921 mg/L、NO3-160 mg/L、Cl-45900 mg/L；實驗用油為勝利油田沾3區塊原油，脫水脫氣原油黏度為1160 mPa·s（50℃）。實驗用巖心為填砂管巖心，巖心尺寸為φ38 mm×600 mm，用粒徑0.075數0.428 mm的石英砂填制而成，充填后巖心滲透率范圍為1300×10-3數 1400×10-3μm3。

BX53型顯微鏡，日本奧林巴斯公司；7890A型氣相色譜儀，美國安捷倫公司；Vortex Genius 3型旋渦混合儀，德國艾卡公司。實驗所用的物模裝置如圖1所示。

圖1 巖心驅替模擬實驗裝置

1.2 功能性激活劑激活實驗

1.2.1 功能性激活劑好氧激活

將功能性激活劑溶于注入水中進行搖瓶培養并分析菌數變化和作用效果，搖床轉速為120 r/min，搖瓶體積為500 mL，裝入液量為200 mL，激活培養溫度為60℃。對照組是常規激活劑的好氧激活。乳化指數測定方法如下：在試管中加入加等體積的培養液和柴油，利用微型旋渦混合儀高速渦旋混勻震蕩2 min，在避光、60℃下靜置24 h，然后測量乳化液和油相體積，由乳化液與油相的體積之比計算乳化指數［9］。

1.2.2 功能性激活劑厭氧激活

采用亨蓋特厭氧培養的方式［10］進行功能激活劑的厭氧培養并分析菌數變化和作用效果，厭氧瓶體積為300 mL，裝入液量為100 mL，激活培養溫度為60℃。對照組是常規激活劑的厭氧激活。產氣壓力通過連接厭氧瓶的壓力表進行測定。

1.3 驅油實驗

利用人工填砂管進行物理模擬驅油實驗，具體步驟如下：（1）將填砂管巖心抽真空、飽和地層水，測定巖心孔隙體積、孔隙度；（2）飽和原油造束縛水，計算巖心的原始含水飽和度；（3）將巖心在60℃下老化7 d后，一次水驅驅替3 PV，記錄驅替過程中產出油量、產出水量，驅替壓力變化；（4）注入0.3 PV功能性激活劑，培養50 d；（5）二次水驅驅替3 PV，記錄驅替過程中產出油量、產出水量，驅替壓力變化，計算采收率、含水率的變化；（6）驅替結束后拆卸巖心內部石英砂，測定不同部位剩余油［12］。

2 結果與討論

2.1 功能性激活劑的激活效果

常規激活劑和功能性激活劑好氧激活和厭氧激活后，菌數隨時間變化見圖2。由圖2可知，常規激活劑和功能性激活劑均能激活油藏微生物，菌數達到107個/mL以上，且好氧激活后菌濃比厭氧激活后的高一個數量級以上［11-13］。好氧激活后，常規激活劑激活微生物菌數峰值出現在20 d，而功能性激活劑激活微生物峰值出現在40 d，且高菌數保持時間從30 d持續到60 d，菌數均在5×108個/mL以上。厭氧激活后，功能性激活劑激活微生物的菌數也比常規激活劑激活的高，功能性激活劑長時間激活效果也明顯優于常規激活劑。這表明無論好氧激活還是厭氧激活，功能性激活劑的長碳鏈分子結構能夠更加持久地提供微生物所需的營養物質，尤其是在高溫、高壓、高礦化度的油藏環境中，能夠保持長時間的高效激活特性，提高微生物對原油的有效作用時間。

圖2 常規激活劑和功能性激活劑好氧激活和厭氧激活后菌數隨時間變化

好氧激活后原油乳化特性分析結果表明，功能性激活劑體系的乳化指數在95%以上［14-15］，優于常規激活劑體系的（86%），具體見表1。這表明功能性激活劑激活后，微生物生長代謝產物累積量增加，能夠更好地乳化分散原油。厭氧激活的微生物代謝產生的甲烷等生物氣能夠溶于原油，降低原油黏度，提高原油流動性［16-17］。功能性激活劑激活厭氧微生物后產生的生物氣壓力為0.058 MPa，高于常規激活劑體系厭氧微生物后產生的生物氣壓力（0.046 MPa），具體見表1。表2給出了微生物厭氧激活后的產氣組成，功能性激活劑激活厭氧微生物產甲烷量達到了35.43%，優于常規激活劑產甲烷量，而且根據厭氧瓶體積為100 mL，培養溫度為60℃，利用理想氣體狀態方程［18］折算為標準氣體體積為46.93 mL，產生氣體量占到了厭氧瓶體積的46.93%，此結果對油藏條件下微生物產氣量的計算具有參考價值。

表1 不同激活劑激活效果對比

表2 常規激活劑、功能激活劑厭氧激活產氣組成對比

2.2 物模驅油實驗結果及分析

2.2.1 功能性激活劑的驅油效果

為進一步研究功能性激活劑的驅油性能，分別采用功能性激活劑和常規激活劑進行驅替實驗，實驗對比了空白巖心、注入常規激活劑及功能性激活劑驅替過程中含水率、采出程度及壓力的變化，結果見圖3數5。空白巖心驅替過程中含水上升，驅替壓力逐漸降低，呈現了典型的水驅過程的變化規律［19］（圖3），一次水驅3 PV后含水達到94.8%，繼續后續水驅過程中含水率上升幅度變緩，驅替壓力緩慢降低。注入功能性激活劑的巖心驅替過程中一次水驅與空白巖心相比沒有明顯變化，但是注入功能性激活劑培養后驅替壓力明顯升高，含水率最大降幅達到14.52%（圖5），而常規激活劑驅替后含水率降幅只有4.28%（圖4）。這表明功能性激活劑能夠更加明顯地產生驅油效果，這與有效激活的好氧微生物對原油產生乳化分散有關，微生物乳化、分散原油后隨著后續驅替的進行，原油向前運移，在多孔介質中向前推移，同時激活后的厭氧微生物的產氣作用強化了對原油的乳化分散效果。乳化原油不斷推移過程中，整體驅替壓力升高，產出液含水率逐漸降低，原油被采出。

圖3 空白巖心驅替過程中含水率、采出程度和壓力的變化

圖4 常規激活劑驅替過程中含水率、采出程度和壓力的變化

圖5 功能性激活劑驅替過程中含水率、采出程度和壓力的變化

空白巖心、注入常規激活劑及功能性激活劑驅替實驗結果見表3。結果表明，功能性激活劑能夠在空白水驅基礎上提高驅替效率14.1%，與常規激活劑相比提高了4.5%，功能性激活劑表現了較好的驅油效果，而且實驗結果具有很好的重現性。

2.2.2 巖心驅替后不同部位剩余油分布情況

巖心驅替結束以后，為明確巖心內部不同部位微生物作用后剩余油的分布規律，對巖心內不同部位的剩余油進行了分析，結果見圖6。結果表明，空白巖心驅替后，從巖心入口到巖心出口剩余油整體變化規律不明顯，巖心出口剩余油濃度比入口和中部的略高。用功能性激活劑驅替后的巖心從入口到出口剩余油濃度逐漸升高，且入口濃度遠低于出口濃度，這進一步證明了微生物作用后巖心內原油被驅動，逐步向出口運移的規律。用常規激活劑驅替后的巖心從入口到出口變化趨勢與功能性激活劑激活驅替規律類似，但是剩余油濃度比功能性激活劑驅替后的高，這說明功能性激活劑激活驅替后驅替效果優于常規激活劑激活驅替效果。

表3 功能性激活劑提高采收率效果

圖6 巖心水驅后不同部位剩余油的分布

3 結論

以長碳鏈高分子多糖為碳源的功能性激活劑，可實現微生物在油藏深部的有效激活生長，在油藏中有效激活滯留激活時間延長到60 d以上。

經功能性激活劑激活后微生物代謝產物對原油的乳化分散及產氣效果明顯提高，證明了功能性激活劑能夠有效激活好氧及厭氧微生物生長代謝產生驅油作用。

功能性激活劑具有較好的驅替效果，微生物作用后剩余油顯著降低，能提高驅替效率14.1%，具備廣闊的現場應用前景。