金家油田微生物稠油降黏劑的研制與評價

毛振強， 文小林， 韓春梅， 于紅軍， 黃文歡， 趙淑霞， 齊義彬*， 韓佳均

(1.中國石化勝利油田分公司純梁采油廠， 博興 256504； 2.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院， 北京 102206； 3.中國石化勝利油田分公司石油開發中心， 東營 257091)

金家油田構造位置位于東營凹陷西南邊緣斜坡帶，主力含油層系為沙一段。目前金家油田的主力產區通38塊探明含油面積3.38 km2，石油地質儲量771.11×104t，為強水敏性稠油油藏。通38塊由于儲層強水敏、物性差，原油黏度偏大，隔夾層多的特點，因此產能建設時采用壓裂防砂+注汽熱采吞吐的開發方式[1-2]。但隨著轉周輪次的增加，井間汽竄嚴重，產量明顯遞減，油汽比急劇下降，第4周期后熱采已經無效[3-4]。因此急需要轉換開發方式，繼續提高采油速度和采出程度。

對于以金家油田為代表的多輪次吞吐后的稠油油藏，蒸汽驅本是理想的接替技術，然而蒸汽驅在稠油油藏大規模應用存在3個限制因素。一是中國稠油的油層厚度普遍在3～10 m，數值模擬計算在該油藏厚度條件下，蒸汽驅熱損失達到50%～75%，熱效率很低；二是蒸汽驅的成本較高(普遍超過50美元/桶)，在目前國際油價偏低的大背景下，規?；瘧煤茈y取得經濟效益；三是受限于國家碳中和的環保要求，導致蒸汽的來源受限[5-6]。因此，低成本、低排放的冷采技術是國內稠油繼續高效開發的必然方向?；诖?，摻稀降黏、出砂冷采、溶劑汽化萃取等方法多有研究和實踐。郭繼香等[7]認為摻稀降黏可以有效地改善稠油的流動性，但是該技術受制于稀油的來源，無法大規模應用。劉曉瑜等[8]總結了中外出砂冷采的技術現場和應用情況后認為，出砂冷采技術要求的儲層的膠結疏松且泥質含量低，而中國大部分稠油儲層的黏土礦物含量普遍較高，難以形成蚯蚓洞網絡。張弦等[9]認為溶劑汽化萃取技術具有利用率高、低成本等優點，但是工藝存在一定的安全風險，無法規?；茝V。因此這些技術作為稠油開發主流技術都存在一定的局限性。近年來，以化學降黏替代加熱降黏成為中國外稠油化學冷采研究的熱點，化學降黏具有低成本、種類豐富、針對性強等優點，被認為是熱采之后最有潛力的接替和輔助技術[10-11]。

因此，在分析通38稠油開發目前存在問題的基礎上，探索一種稠油冷采的開發方式，作為該區塊稠油熱采后的一種接替技術。稠油冷采中的稠油乳化降黏是稠油冷采發展的主流技術方向，乳化作用對稠油體系黏度和流變行為影響巨大。因此，研發與評價一種適合金家油田稠油的低成本高效降黏劑是稠油冷采技術的關鍵[12-13]。考慮到油藏溫度和地層水中含有一定濃度(約600 mg/L)的鈣鎂離子，微生物降黏劑具有一定的應用優勢：首先，微生物代謝合成的降黏劑成本較低；其次，金家油田的油藏溫度條件下(46 ℃)微生物的數量和種類都十分豐富，容易篩選到高性能合成降黏劑的微生物菌株[14-15]；最后，微生物合成的降黏劑適應范圍較廣，能夠耐受一定濃度的鈣鎂離子。

為此，以篩選和研制適合目標油藏的微生物稠油降黏劑為主要內容，同時評價該降黏劑對目標油藏稠油的降黏與驅油效果，從而為金家油田熱采后繼續經濟高效開發提供一種稠油冷采的接替技術。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

金家油田通38(A井)采出液，礦化度為16 282 mg/L，Ca2+含量為601.7 mg/L，水型為CaCl2。金家油田通38(A井)稠油，地下原油黏度1 124 mPa·s，脫水脫氣后，在46 ℃油藏溫度條件下的黏度為14 600 mPa·s。

1.2 實驗方法

1.2.1 菌株

從金家油田A井的采出液中共篩選到合成表面活性劑菌株共20株，分別編號為Q1～Q20。對20株菌株合成代謝產物對稠油的降黏性能進行分析，發現Q18的低謝產物對通38稠油的降黏效果為最佳，進一步鑒定其為假單胞菌屬。

1.2.2 培養基

Q18代謝合成稠油降黏劑采用的培養基配方為[16]：蔗糖40 g/L，豆油40 g/L，Na2HPO41 g/L，KH2PO41 g/L，NaNO33 g/L，MgSO40.5 g/L，CaCl20.1 g/L，pH 7.2。以上營養均溶于1 000 mL水中，121 ℃滅菌20 min。

1.2.3 菌株培養與降黏劑RF180的配置

假單胞菌屬Q18的發酵時間為72 h，培養溫度為34 ℃，接種量為5%，接種后以180 r/min震蕩培養，培養后的發酵產物利用通38采出液稀釋40倍，pH調整為7.5后，制得濃度為0.5%的微生物稠油降黏劑RF180[17]。

1.2.4 RF180與通38稠油的界面張力測定方法

利用TX-500型旋轉滴界面張力儀測定RF180降黏劑與通38稠油的界面張力[18-19]。設置轉速5 000 r/min，46 ℃下旋轉20 min進行測定。

非洲豬瘟病毒可經過口以及上呼吸道系統進入身體中，然后在鼻咽部發生感染。之后該病毒會快速蔓延到下頜淋巴結處，且通過淋巴和血液在豬身體里蔓延。在病毒較強時豬身體內的細胞變化十分快，甚至在死亡前可能導致體內所有細胞死亡。

1.2.5 RF180對通38稠油的乳化和靜置降黏效果分析方法

配制好濃度為0.5%的稠油降黏劑RF180，按照企標《稠油降黏劑通用技術條件》(QSH1020 1519—2016)在油藏溫度46 ℃條件下測定RF180對通38稠油的降黏效果。按照油劑比1∶1的比例在一個燒杯中將稠油與RF180降黏劑進行混合，然后用攪拌儀在46 ℃，250 r/min條件下快速攪拌2 min，然后測定乳化后稠油的黏度，計算乳化降黏率[20]。

稱取30 g 通38稠油置于150 mL燒杯中，按照油劑比1∶1的比例加入30 mL 0.5%的RF180降黏劑，靜置在46 ℃恒溫箱中24 h，選取上部稠油測定原油的黏度，計算靜置降黏率[21]。

1.2.6 RF180對通38稠油的乳化分散的分析方法

按照《稠油降黏劑通用技術條件》(QSH1020 1519—2016)進行實驗，將RF180與通38稠油按照1∶1進行混合后，在46 ℃恒溫箱中保溫1 h，然后在46 ℃下250 r/min攪拌2 min，將乳化后的稠油制作顯微觀察片，置于顯微鏡下觀察，并隨機選取20個乳化后的原油顆粒，測量其顆粒直徑，計算20個乳化后稠油顆粒的平均粒徑[22]。

1.2.7 RF180的環境耐受性分析方法

分別測定了RF180在不同溫度、礦化度和pH條件下對通38稠油的乳化降黏效果[23-24]。

取濃度為0.5%的RF180降黏劑30 mL放置于20、30、40、60、80、100、150、180 ℃恒溫箱內24 h。然后加入30 g 通38稠油，用攪拌儀在46 ℃，250 r/min條件下快速攪拌2 min，然后測定乳化后稠油的黏度，計算乳化降黏率。同時將RF180濃度稀釋至0.2%，利用表面張力儀測定RF180降黏劑的表面張力。繪制RF180的耐溫能力曲線。

取濃度為0.5%的RF180降黏劑30 mL，調節pH至3、4、5、6、7、8、9、10和11。加入30 g 通38稠油，用攪拌儀在46 ℃，250 r/min條件下快速攪拌2 min，然后測定乳化后稠油的黏度，計算乳化降黏率，同時稀釋RF180發酵液稀釋至濃度為0.2%，利用表面張力儀測定處理后表面張力。繪制RF180的耐酸堿能力曲線。

1.2.8 不同濃度RF180對通38稠油的乳化與靜置降黏率的分析方法

配制0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%和1.0%的RF180，按照油劑比5∶5的比例置于燒杯中與RF180降黏劑進行混合，然后用攪拌器在46 ℃，250 r/min條件下快速攪拌2 min，測定乳化后的稠油黏度，計算稠油降黏率。同時配制好不同濃度的RF180，按照油劑比1∶1的比例與通38稠油置于燒杯中，置于46 ℃恒溫箱中靜置24 h，選取上部稠油測定其黏度，計算靜置降黏率。

1.2.9 物理模擬驅油實驗

利用填砂管模型模擬該區塊的油藏條件，填砂管為圓柱形，長30 cm，橫截面直徑為2.5 cm，實驗用各填砂管的參數如表1所示。實驗溫度為46 ℃，設置壓力為5 MPa，驅替速度為0.6 mL/min。注入水為現場模擬水，黏度為1.0 mPa·s，實驗用油為通38稠油，在46 ℃下的黏度為14 600 mPa·s[25]。

表1 填砂管巖心參數Table 1 Core parameters of sand filling pipe

實驗步驟：①按照現場滲透率裝填填砂管，抽真空2 h后飽和地層水；②測定填砂管的孔隙度、滲透率；③注入通38稠油飽和巖心，出口設置背壓閥，加壓至5 MPa并全程保持，計算含油飽和度，老化巖心3 d；④一次水驅，注地層水至產出液含水率達到98%；⑤實驗方案1為對照，方案2和方案3分別注入0.3 PV、0.6 PV稠油降黏劑RF180，然后二次水驅，注地層水至產出液含水率達到98%，計算驅油效率；⑥方案4在一次水驅后連續注入微生物稠油降黏劑RF180直至產出液含水率達到98%，計算驅油效率[26-27]。

2 結果與討論

2.1 RF180對通38稠油的降黏及乳化分析結果

按照實驗方法測定了地層水與通38稠油、RF180與通38稠油的界面張力，結果表明：RF180具有良好的界面活性，能夠將通38稠油的界面張力從20 mN/m降低到3.12×10-2mN/m，同時RF180具有良好的靜置與乳化降黏效果，RF180與通38稠油靜置接觸24 h后，稠油的黏度降到483.6 mPa·s，靜置降黏率達到了96.9%；當RF180與通38稠油充分攪拌與混合后，此時稠油被充分乳化，黏度僅為6.84 mPa·s，降黏率為99.96%。對乳化分散后的稠油進行顯微觀察發現(圖1)，稠油未乳化前，呈現油包水的乳狀液，因此稠油的黏度很高，當被RF180降黏乳化后，稠油呈現水包油的乳狀液[28]。隨機選取20個乳化后稠油的顆粒進行測量，其平均粒徑僅為23.21 μm，此時稠油的黏度大幅降低，流動性提高。

圖1 通38稠油與乳化后通38稠油的顯微觀察Fig.1 Microscopic observation of Tong38 heavy oil and emulsified Tong38 heavy oil

2.2 RF180的環境耐受性分析結果

按照實驗方法分別測定了RF180的耐溫和耐礦化度性能，結果如圖2(a)和圖2(b)所示，可以看出，RF180具有良好的耐溫和耐礦化度性能，在不同溫度條件下處理以及添加不同濃度NaCl后，RF180的表面張力變化不大(28～34 mN/m)，對通38稠油的降黏率也十分接近(99%左右)，說明不同溫度和礦化度條件下RF180的降黏與表面活性沒有發生改變，具有良好的耐溫和耐礦化度性能。

按照實驗方法進一步測定了RF180的耐酸堿性能，其結果如圖2(c)所示，RF180在堿性條件下具有良好的乳化降黏活性，但是在酸性條件下其活性受到抑制。在pH>5條件下表面張力較低，但是在pH<5條件下表面張力會逐漸升高，表面活性降低，同時，通38稠油在中性和堿性條件下具有良好的降黏活性，降黏率大于99%，但是當pH調整到酸性條件，小于5的條件下，其乳化降黏活性明顯下降，原油降黏活性變差，說明RF180具有一定耐堿性能[29]。

圖 2 稠油降黏劑RF180的環境耐受性Fig.2 Environmental tolerance of heavy oil viscosity reducer RF180

2.3 RF180對通38稠油的靜置與乳化降黏特征分析

配置不同濃度的RF180，按照實驗方法分別測定不同濃度RF180對通38稠油的靜置與乳化降黏率，其結果如圖3所示。可以看出，RF180對通38的靜置降黏率隨著其濃度的升高，靜置降黏效果呈現逐步升高的趨勢，當RF180超過0.3%以上時，其對通38稠油的靜置降黏率達到96%以上。說明在相對較低的濃度，RF180對通38稠油就具有良好的靜置降黏效果。而對于乳化降黏率，RF180在0.10%～1.00%的濃度范圍均具有良好的降黏效果，乳化降黏率均大于99%。綜上所述，說明RF180對于通38稠油具有良好的降黏效果，是適合該區塊油藏的一種高效降黏劑，且使用濃度較低，具有一定的經濟性。

圖3 不同濃度RF180對通38稠油的乳化和靜置降黏率Fig.3 Emulsification and static viscosity reduction rate of Tong38 heavy oil with different concentrations of RF180

2.4 RF180物理模擬驅油效果

物理模擬驅油實驗結果(表2)可知，RF180能夠大幅提高通38稠油油藏的驅油效率，在物理模擬驅油實驗中，注入0.3 PV稠油降黏劑提高采收率12.44%，當注入0.6 PV時，進一步提高采收率至18.04%，當采用連續注入稠油降黏劑時，會繼續大幅提高目標稠油的采收率，共提高25.24%的采收率。

表2 RF180物理模擬驅油結果Table 2 Results of RF180 physical simulation tests

3 結論

(1)針對金家油田通38區塊稠油開發中存在熱采效益降低的問題，開展了稠油冷采技術的研究。從油田采出液中篩選到一株能夠高產生物表面活性劑菌株Q18，以Q18的代謝產物為基礎構建了一種稠油降黏劑RF180。

(2)稠油降黏劑RF180具有廣泛的環境耐受性，在20～180 ℃、0～120 000 mg/L礦化度和pH 5～11的范圍具有良好的乳化與表面活性。

(3)稠油降黏劑RF180對通38稠油具有良好的乳化與靜置降黏效果，0.3% RF180對通38稠油的乳化與靜置降黏率分別達到99.93%和96.64%，說明RF180能夠有效的降低目標油藏稠油的黏度。

(4)RF180對通38稠油具有良好的驅油效果，室內物理模擬驅油試驗證明不同的注入方式條件下，RF180能夠提高12%～26%的目標油藏的采收率。