沾3塊內源微生物驅現場注入工藝參數優化

杜榮光， 郭遼原， 郭省學

( 1. 勝利油田分公司 油田機關開發處，山東 東營 257001；2. 勝利油田分公司 采油工藝研究院，山東 東營 257000 )

0 引言

油藏內源微生物比外源微生物具有更高的代謝活性，且內源微生物驅以工藝簡單、投資少、成本低、適用范圍廣等優勢越來越受到人們的重視[1-3].內源微生物驅油工藝參數包括激活劑注入量(注入孔隙體積倍數，PV)、注入質量濃度、注入方式及其他配套參數(空氣配注量等).微生物驅注入方式的選擇影響提高采收率的程度.激活劑的注入量及注入質量濃度的選擇，既要考慮提高采收率程度，又要考慮投資成本.內源微生物驅注入工藝參數優化設計是內源微生物驅進入現場試驗的前提條件，并為現場試驗方案設計提供依據.目前關于內源微生物驅油工藝參數優化方面的研究很少.

前期實驗研究表明，沾3塊內源微生物群落結構比較豐富，且具有可激活性，激活后微生物群落總數達到108個/mL，物模實驗提高采收率大于7.0%[4]，具有實施內源微生物驅提高采收率的潛力.因此，有必要進行內源微生物驅注入工藝參數優化研究.

1 油藏概況

表1 沾3區塊油藏參數

2 實驗

針對勝利油田河口采油廠沾3塊，進行內源微生物驅現場注入工藝參數優化研究，優化一套現場注入工藝參數，包括最佳激活劑注入量、注入方式及空氣配注量；實驗所用的激活劑配方為：玉米漿干粉3.3 g/L、磷酸銨3.12 g/L、硝酸鈉2.0 g/L.采用正交設計法優化出最佳現場注入工藝參數，為沾3塊內源微生物驅現場實施提供理論依據.

2.1 器材與條件

2.1.1 儀器

高壓模型管(φ×l:21.5 mm×160 mm)16根，P2000型平流泵2臺，Ⅲ型1 L中間容器2個，氣相色譜儀1臺，表面張力測定儀1臺，手搖式加壓泵1臺，恒溫培養箱1個.

2.1.2 材料

實驗用水，沾3塊注入水和沾3x24井產出水；實驗用油，沾3x24井原油；激活劑，玉米漿干粉0.33 g/L、磷酸銨0.312 g/L、硝酸鈉0.2 g/L.

2.1.3 條件

實驗溫度，油藏溫度54 ℃；實驗壓力，油藏壓力10 MPa.

2.2 方法及方案

2.2.1 方法

實驗采用正交設計法.正交設計法主要使用正交表工具進行整體設計、綜合比較、統計分析.它的處理方法是使用正交表從所有可能搭配中挑出若干必需的試驗；然后再用統計分析方法對試驗結果進行綜合處理，進而解決問題.其主要優點：(1)能夠用盡可能少的試驗次數尋求各因子間的最佳協同；(2)能夠分析各因子之間的交互作用.

2.2.2 方案

在內源微生物驅油過程中，影響現場試驗結果的因素多種多樣，工藝參數優化涉及的參數也很多，鑒于現場先導試驗的經驗及研究資料的收集與綜合分析，初步篩選激活劑注入量、段塞注入方式和空氣配注量作為主要工藝參數因素.將內源微生物驅注采參數的優化設計過程看作是一個多因子多水平的數值試驗過程[6].選取激活劑注入量(A)、段塞注入方式(B)和空氣配注量(C)等3個因子作為考察對象，每個因子按3種水平進行水驅試驗，選擇 L16(43)四水平正交表設計16個試驗方案[7]，見表2.

表2 微生物驅激活劑注入量、段塞及配氣量優化參數水平取值

2.3 步驟

(1)配制石英砂，模型管前期準備，填裝巖心；

(2)巖心抽真空飽和地層水；

(3)測巖心水相滲透率，計算巖心孔隙體積和孔隙度；

(4)巖心飽和油，并在油藏溫度(54 ℃)下放置7 d；

(5)進行一次水驅，至出口含水率為90%；

(6)按照正交實驗方案以1.0 mL/min速度注入一定體積激活劑(第一段塞)和配注一定量的空氣，然后在54 ℃條件下恒溫培養15 d；

(7)進行二次水驅，水驅1 PV(PV為注入孔隙體積倍數)，計算增油量；

(8)注入第二段塞激活劑，然后在54 ℃條件下恒溫培養15 d；

(9)進行三次水驅，水驅2 PV，進行取樣，同時計算增油量.

2.4 結果與分析

各巖心孔隙體積在215～245 mL之間，孔隙度在32.1%～35.0%之間，滲透率在1.1～1.3 μm2之間，原始含油飽和度在87.2%～90.5%之間.其中，0號巖心為空白對比巖心，1～16號巖心檢測結果見表3.

表3 沾3塊內源微生物驅總菌數、表面張力和乙酸根檢測結果

圖1～4分別為各巖心內源微生物驅提高采收率柱狀關系圖、二、三次水驅產出液總菌數、表面張力和乙酸柱狀圖.

由圖1可知，二次水驅提高采收率平均在1.1%左右，最高達2.5%，三次水驅提高采收率平均在3.8%左右，最高為12號巖心6.8%，平均高出二次水驅2.7%；微生物驅提高采收率平均達到5.6%，最低為1號巖心達到3.0%，最高為12號巖心達到9.0%.

圖1 沾3塊內源微生物驅提高采收率柱狀關系

圖2 巖心二、三次水驅產出液總菌數柱狀圖

圖3 巖心二、三次水驅產出液乙酸根質量濃度柱狀圖

圖4 激活劑注入量、段塞尺寸和空氣配注量優化對比

由表3、圖2和圖3可知，三次水驅高出二次水驅2個數量級，達到1.9×108個/mL.二次水驅乙酸根平均質量濃度為43.9 mg/L；三次水驅為123.6 mg/L，高出二次水驅79.7 mg/L.二次水驅產出液中的表面張力最高為56.8 mN/m，最低為51.6 mN/m，平均為54.2 mN/m；三次水驅的表面張力平均為41.3 mN/m，低于二次水驅12.9 mN/m.

表4 沾3塊內源微生物驅注入參數優化正交實驗結果

注：A4為激活劑注入量位級4提高采收率之和；B3為段塞大小比位級3提高采收率之和；C3為空氣配注量位級3提高采收率之和；R為級差.

由于各巖心產出液中總菌數、表面張力和乙酸根質量濃度變化不明顯，而微生物提高采收率幅度的變化比較大；因此選定微生物提高采收率為評判值[8].沾3塊內源微生物驅注入參數優化正交實驗結果見表4.激活劑注入量、段塞尺寸和空氣配注量優化對比直方圖見圖4.

由表4可知，12號巖心提高采收率幅度最高為9.0%，其次16號巖心為8.2%，8號的為7.5%，最低為1號巖心，提高采收率幅度為3.0%.級差R的大小反映試驗中各因素作用的大小.激活劑注入量極差最大為19.6，其次為激活劑注入形式級差4.1，空氣配注量極差最小為2.1，說明激活劑注入量(A)為重要因素，激活劑注入形式(B)為比較主要因素，空氣配注量(C)為次要因素.由圖4可知，激活劑注入量中位級4為最優水平，段塞大小比中位級3為最優水平，空氣配注量中位級3為最優水平.

為了比較填砂巖心與實際天然巖心的差異，選用提高采收率較高的4號、12號和16號巖心所用的工藝條件在天然巖心中進行物理模擬驅油實驗，實驗步驟同2.3.實驗結果表明，4號、12號和16號天然巖心內源微生物驅提高采收率分別為7.0%、8.7%和8.1%，與人工填砂巖心內源微生物驅實驗結果(7.2%、9.0%和8.2%)比較接近，說明填砂巖心物模實驗結果具有一定可靠性.

3 結論

(1)物模實驗中各巖心產出液中總菌數、表面張力和乙酸根質量濃度差別不大，而內源微生物驅提高采收率幅度差別比較大；因此選用微生物提高采收率值作為正交實驗主要評判值.

(2)沾3塊各注入參數對開發效果影響的敏感程度有差異，其中激活劑注入量影響最明顯(極差為19.6)，其次為激活劑注入形式(極差為4.1)，最后為空氣配注量(極差為2.1).

(3)沾3塊內源微生物驅最佳的現場注入方案為：激活劑注入量，0.3 PV；段塞大小比，1∶3(0.075 PV前置段塞+0.225 PV后置段塞)；空氣配注量，15∶1(氣液體積比).