微生物采油技术及其在延长油田的应用分析

2011-11-04薛金泉孔玉霞童长兵胡国祥

石油管材与仪器 2011年1期

关键词：驱油油层渗透率

薛金泉孔玉霞童长兵胡国祥

(延长油田股份有限公司陕西延安)

微生物采油技术及其在延长油田的应用分析

薛金泉孔玉霞童长兵胡国祥

(延长油田股份有限公司陕西延安)

文章介绍了微生物提高石油采收率(MEOR)的发展概况、作用机理与油藏应用条件。根据微生物处理油层的标准,提出延长油田部分油区可以利用微生物驱油来提高采收率,并利用实例证实了它的可行性。

微生物采油;延长油田;三次采油;应用条件

0 引言

微生物采油是指将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入油层,或单纯注入营养液激活油层内微生物,使其在油层内生长繁殖,产生有利于提高采收率的代谢产物,以提高油田采收率的采油方法,也称微生物强化采油(Microbial Enhanced Oil Recovery或Microbial Improved Oil Recovery,简称MEOR或MIOR)[1]。微生物采油技术(MEOR)是继热力驱、化学驱、聚合物驱等传统的三次采油方法之后利用微生物的活动及代谢产物——提高原油采收率的一项综合性技术,并且越来越受到人们的重视。与其它三次采油技术相比,微生物采油技术具有适用范围广、施工工艺简单、成本低、见效快、有效作用时间长、功能多、不损伤油层和无污染等优点。

1 作用机理

微生物采油主要是通过其代谢物与地层的作用来实现。由微生物作用石油产生的代谢产物取决于环境条件(压力、温度、盐度、pH值和有无氧的存在)、维持细胞代谢的营养物与石油相互作用的特种细菌。一般来说,代谢产物可以是气体、羧酸、溶剂、聚合物、表面活性化合物以及其他许多从单体到十分复杂的大分子的各种化合物。

微生物采油主要机理如下:

①微生物发酵后可以产生二氧化碳、甲烷、氢等气体,它们溶于油中,使原油降粘和膨胀,其机理与注气非混相驱相近;②产生有机酸(如乙酸、甲酸等)溶解碳酸盐胶结物,增加微观流动通道,提高储层微观渗透率,起到解堵作用;③通过发酵在地下产生生物表面活性剂,降低油水界面张力;④在厌氧条件下,许多微生物还会产生丁醇、丙酮等溶剂,可以起到助表面活性剂的作用;⑤其代谢产物或菌体堵塞高渗透层,使渗流阻力增加,起到调剖堵水的作用;⑥它可以以原油作养料,将原油分解,起到除蜡和降粘等作用;⑦还可以形成生物聚合物,提高水相粘度,提高扫及效率等[2]。

当然,微生物采油时往往不是一种机理,而是多种机理同时起作用。

2 应用条件

2.1 微生物采油技术应用的油层条件

微生物生长需要一定的环境条件,使用MEOR技术必需选择适宜的油层条件。这些条件包括温度、压力、矿化度、渗透率、含油饱和度、pH值、原油相对密度等,见表1。

2.2 适合微生物采油作业的油藏范围

1)对采油微生物而言,在所有的影响因素中,温度是最为重要的一个因素。高温会引起微生物生长缓慢,甚至导致其死亡。油层温度以30℃～50℃成功率最高,利用嗜热菌可以在80℃～100℃的油层温度条件下进行MEOR处理[3]。

2)深度与温度呈一定的相关性,MEOR适用的油层深度一般小于1500m,匈牙利曾用微生物处理过2 457 m深的油层并获得成功。美国在犹他州A/B油田进行微生物处理的油层深度高达3 100 m～5 500 m,也获得成功。

表1 微生物采油应用条件

3)地层水矿化度一般都比较高,包括许多种盐类,其中90%以上为NaCl。矿化度是影响采油微生物的重要因素,矿化度过高对微生物生长不利,只有少数细菌能承受高浓度盐水。另外,底层缺氮和磷也不利于细菌生长。

4)与其它因素相比,压力对细菌的活动影响较小。对大多数自然界中存在的细菌,10 MPa～20 MPa的压力一般不会影响其生长,若其它环境条件不理想,如PH值和温度过高时,压力会影响细菌的正常生长。

5)原油的性质是一个对采油微生物有重要影响的因素。原油性质对微生物的影响主要来源于两个方面。一是原油中易挥发的轻质组分对微生物的毒性,一般认为,原油中碳数少于10个的烷烃都可能会对微生物产生毒性,毒性的大小因微生物种类的不同而异;二是原油中的沥青等重质组分也对微生物的活动不利。所以要求原油的API(相对密度)大于18°。

6)一般地,微生物能够在pH值为4.0～9.0的范围内正常生长,大多数油藏pH值在6.0～8.0范围内,自然界的微生物一般能满足这个条件。

7)细菌在油层中运移,要求油层渗透率不应低于0.05μm2,孔隙度应大于15%,否则将会影响细菌在油层中的运移。

国内常用MEOR适用的油层条件标准为:①油层温度≤120℃;②地层渗透率≥30×10-3μm2;③地层水矿化度≤150 000 mg/L;④原油黏度≤4 000 mPa.s。

3 延长油田地质条件

延长油田位于我国第二大盆地-鄂尔多斯盆地,也是我国陆上油气勘探最早的盆地,地层近于水平,是一个向西微倾的大单斜,典型的低渗透油藏,具有油层致密、小层较多、单层厚度小、岩性多变、平面上连续性差、层内和层间非均质性严重等特性。油层的埋藏深度大约在200 m～3 000 m之间,但大多数小于1 500 m;油层温度低于75℃;地层压力小于25 MPa;地层水矿化度小于15 000 mg/L;平均渗透率0.1～10×10-3μm2;平均孔隙度小于20%;PH值4～7左右;井网密度大,井间距离小,含水率高。

4 应用实例

七里村油田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡东部。主要含油层位为延长组长6油层,区域构造为一平缓的西倾单斜,地层倾角小于1°,千米坡降为7 m～10 m,内部构造简单,局部具有差异压实形成的低幅度鼻状隆起。储层埋藏浅(200 m～850 m)、物性差(平均孔隙度只有7%～9%,平均渗透率为0.3～0.5×10-3μm2)、为典型浅埋藏、低压、超低渗砂岩油藏。

从2009年6月24日开始在郑637井组注微生物滤液。微生物采用周期注入方式,即15 d注药剂,15 d注清水,注入量控制在4 m3/d～5 m3/d。图1为郑637井组微生物驱油受益井生产曲线。从图中可以看出:6月24日开始微生物驱油试验后,因为新试验流体的注入,产液、产油、含水曲线一直上下波动,不稳定,由于试验时间较短,仍在跟踪、分析中。但大致趋势可以看出,随着微生物滤液的注入,产液量、产油量都有所增加。这说明微生物驱油在该地区是可行的。