沾3塊內(nèi)源微生物驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)注入工藝參數(shù)優(yōu)化

杜榮光， 郭遼原， 郭省學(xué)

( 1. 勝利油田分公司 油田機(jī)關(guān)開發(fā)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(nèi)源微生物比外源微生物具有更高的代謝活性，且內(nèi)源微生物驅(qū)以工藝簡單、投資少、成本低、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)越來越受到人們的重視[1-3].內(nèi)源微生物驅(qū)油工藝參數(shù)包括激活劑注入量(注入孔隙體積倍數(shù)，PV)、注入質(zhì)量濃度、注入方式及其他配套參數(shù)(空氣配注量等).微生物驅(qū)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(zhì)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(nèi)源微生物驅(qū)注入工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是內(nèi)源微生物驅(qū)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的前提條件，并為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)提供依據(jù).目前關(guān)于內(nèi)源微生物驅(qū)油工藝參數(shù)優(yōu)化方面的研究很少.

前期實(shí)驗(yàn)研究表明，沾3塊內(nèi)源微生物群落結(jié)構(gòu)比較豐富，且具有可激活性，激活后微生物群落總數(shù)達(dá)到108個(gè)/mL，物模實(shí)驗(yàn)提高采收率大于7.0%[4]，具有實(shí)施內(nèi)源微生物驅(qū)提高采收率的潛力.因此，有必要進(jìn)行內(nèi)源微生物驅(qū)注入工藝參數(shù)優(yōu)化研究.

1 油藏概況

表1 沾3區(qū)塊油藏參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)

針對(duì)勝利油田河口采油廠沾3塊，進(jìn)行內(nèi)源微生物驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)注入工藝參數(shù)優(yōu)化研究，優(yōu)化一套現(xiàn)場(chǎng)注入工藝參數(shù)，包括最佳激活劑注入量、注入方式及空氣配注量；實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)法優(yōu)化出最佳現(xiàn)場(chǎng)注入工藝參數(shù)，為沾3塊內(nèi)源微生物驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施提供理論依據(jù).

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(tái)，Ⅲ型1 L中間容器2個(gè)，氣相色譜儀1臺(tái)，表面張力測(cè)定儀1臺(tái)，手搖式加壓泵1臺(tái)，恒溫培養(yǎng)箱1個(gè).

2.1.2 材料

實(shí)驗(yàn)用水，沾3塊注入水和沾3x24井產(chǎn)出水；實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)溫度，油藏溫度54 ℃；實(shí)驗(yàn)壓力，油藏壓力10 MPa.

2.2 方法及方案

2.2.1 方法

實(shí)驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)法.正交設(shè)計(jì)法主要使用正交表工具進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、綜合比較、統(tǒng)計(jì)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(yàn)；然后再用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合處理，進(jìn)而解決問題.其主要優(yōu)點(diǎn)：(1)能夠用盡可能少的試驗(yàn)次數(shù)尋求各因子間的最佳協(xié)同；(2)能夠分析各因子之間的交互作用.

2.2.2 方案

在內(nèi)源微生物驅(qū)油過程中，影響現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果的因素多種多樣，工藝參數(shù)優(yōu)化涉及的參數(shù)也很多，鑒于現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)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(shù)因素.將內(nèi)源微生物驅(qū)注采參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程看作是一個(gè)多因子多水平的數(shù)值試驗(yàn)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(gè)因子作為考察對(duì)象，每個(gè)因子按3種水平進(jìn)行水驅(qū)試驗(yàn)，選擇 L16(43)四水平正交表設(shè)計(jì)16個(gè)試驗(yàn)方案[7]，見表2.

表2 微生物驅(qū)激活劑注入量、段塞及配氣量優(yōu)化參數(shù)水平取值

2.3 步驟

(1)配制石英砂，模型管前期準(zhǔn)備，填裝巖心；

(2)巖心抽真空飽和地層水；

(3)測(cè)巖心水相滲透率，計(jì)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(jìn)行一次水驅(qū)，至出口含水率為90%；

(6)按照正交實(shí)驗(yàn)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(yǎng)15 d；

(7)進(jìn)行二次水驅(qū)，水驅(qū)1 PV(PV為注入孔隙體積倍數(shù))，計(jì)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(yǎng)15 d；

(9)進(jìn)行三次水驅(qū)，水驅(qū)2 PV，進(jìn)行取樣，同時(shí)計(jì)算增油量.

2.4 結(jié)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(hào)巖心為空白對(duì)比巖心，1～16號(hào)巖心檢測(cè)結(jié)果見表3.

表3 沾3塊內(nèi)源微生物驅(qū)總菌數(shù)、表面張力和乙酸根檢測(cè)結(jié)果

圖1～4分別為各巖心內(nèi)源微生物驅(qū)提高采收率柱狀關(guān)系圖、二、三次水驅(qū)產(chǎn)出液總菌數(shù)、表面張力和乙酸柱狀圖.

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

圖1 沾3塊內(nèi)源微生物驅(qū)提高采收率柱狀關(guān)系

圖2 巖心二、三次水驅(qū)產(chǎn)出液總菌數(shù)柱狀圖

圖3 巖心二、三次水驅(qū)產(chǎn)出液乙酸根質(zhì)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(yōu)化對(duì)比

由表3、圖2和圖3可知，三次水驅(qū)高出二次水驅(qū)2個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到1.9×108個(gè)/mL.二次水驅(qū)乙酸根平均質(zhì)量濃度為43.9 mg/L；三次水驅(qū)為123.6 mg/L，高出二次水驅(qū)79.7 mg/L.二次水驅(qū)產(chǎn)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(qū)的表面張力平均為41.3 mN/m，低于二次水驅(qū)12.9 mN/m.

表4 沾3塊內(nèi)源微生物驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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

由于各巖心產(chǎn)出液中總菌數(shù)、表面張力和乙酸根質(zhì)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(píng)判值[8].沾3塊內(nèi)源微生物驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4.激活劑注入量、段塞尺寸和空氣配注量優(yōu)化對(duì)比直方圖見圖4.

由表4可知，12號(hào)巖心提高采收率幅度最高為9.0%，其次16號(hào)巖心為8.2%，8號(hào)的為7.5%，最低為1號(hào)巖心，提高采收率幅度為3.0%.級(jí)差R的大小反映試驗(yàn)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(jí)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(jí)4為最優(yōu)水平，段塞大小比中位級(jí)3為最優(yōu)水平，空氣配注量中位級(jí)3為最優(yōu)水平.

為了比較填砂巖心與實(shí)際天然巖心的差異，選用提高采收率較高的4號(hào)、12號(hào)和16號(hào)巖心所用的工藝條件在天然巖心中進(jìn)行物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟同2.3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，4號(hào)、12號(hào)和16號(hào)天然巖心內(nèi)源微生物驅(qū)提高采收率分別為7.0%、8.7%和8.1%，與人工填砂巖心內(nèi)源微生物驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(7.2%、9.0%和8.2%)比較接近，說明填砂巖心物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定可靠性.

3 結(jié)論

(1)物模實(shí)驗(yàn)中各巖心產(chǎn)出液中總菌數(shù)、表面張力和乙酸根質(zhì)量濃度差別不大，而內(nèi)源微生物驅(qū)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(shí)驗(yàn)主要評(píng)判值.

(2)沾3塊各注入?yún)?shù)對(duì)開發(fā)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(nèi)源微生物驅(qū)最佳的現(xiàn)場(chǎng)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).