低滲透油田微生物采油入井液的傷害機(jī)理*

劉建英 申 坤 懷海寧 黃戰(zhàn)衛(wèi) 李 斌 陳富林

1長慶油田采油一廠 2西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

低滲透油田微生物采油入井液的傷害機(jī)理*

劉建英1 申 坤1 懷海寧1 黃戰(zhàn)衛(wèi)1 李 斌1 陳富林2

1長慶油田采油一廠 2西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

微生物菌液進(jìn)入地層對儲層滲透率的傷害主要表現(xiàn)在以下三方面：一是微生物菌液與儲層內(nèi)黏土礦物配伍性差導(dǎo)致的黏土礦物吸水膨脹和分散運(yùn)移；二是微生物菌液在儲層孔隙內(nèi)吸附滯留引起的液阻效應(yīng)；三是菌體代謝產(chǎn)生高分子物質(zhì)在儲層孔隙內(nèi)的吸附滯留。通過兩組巖心串聯(lián)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：菌體及其代謝產(chǎn)物中的生物聚合物在巖心孔隙內(nèi)的吸附滯留，傷害程度的比例在20%左右；高滲巖心的損害率降低程度普遍略高于低滲巖心。

低滲透油藏；微生物入井液；滲透率；實(shí)驗(yàn)；儲層傷害

隨著低滲透油藏的不斷開發(fā)，研究改善低滲透油藏的合理對策，對于減緩我國原油產(chǎn)量的遞減意義重大。形成一套研究低滲儲層傷害機(jī)理及其儲層保護(hù)的綜合技術(shù)，是充分發(fā)揮低滲儲層生產(chǎn)潛能的前提[1-2]。為此，開展了王窯區(qū)塊本源微生物入井液儲層傷害研究，分析得出生物聚合物是引起儲層傷害的主要原因，其調(diào)剖機(jī)理更有利于提高低滲透層剩余油的開發(fā)。

1 儲層物性分析

安塞油田王窯區(qū)塊長6油層巖石類型相對單一，主要為巖屑質(zhì)長石砂巖或長石砂巖。砂巖碎屑中長石含量48.08%～51.9%，石英含量19.18%～21.44%，巖屑以火成巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑為主，含量約8.6%，云母含量5.59%～9.08%。膠結(jié)物占11%～14%，主要為次生綠泥石、次生濁沸石和方解石。孔隙類型為原生粒間孔和巖石溶孔，平均孔隙度在12.3%～14.3%之間，巖心平均空氣滲透率為2.23×10-3～3.24×10-3μm2。

2 儲層敏感性評價

參考《儲層敏感性流動實(shí)驗(yàn)評價標(biāo)準(zhǔn)》以及“砂巖儲層巖心流動實(shí)驗(yàn)評價程序”部頒標(biāo)準(zhǔn)對王窯區(qū)塊長6油層巖心進(jìn)行“五敏性”評價。結(jié)論認(rèn)為：該區(qū)塊巖心呈中等—偏弱鹽敏、中等—偏弱堿敏、弱水敏、弱速敏、弱酸敏。結(jié)合黏土礦物分析數(shù)據(jù)，該區(qū)塊儲層敏感性與黏土礦物含量相關(guān)性較好。

試驗(yàn)用煤油測定巖心原始滲透率后，用菌液模擬損害，再測定巖心損害恢復(fù)后的滲透率，進(jìn)一步通過巖心串聯(lián)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行菌液侵入傷害實(shí)驗(yàn)。

3 傷害機(jī)理實(shí)驗(yàn)

一般認(rèn)為，微生物菌液進(jìn)入地層對儲層滲透率的傷害主要表現(xiàn)在以下三方面：一是微生物菌液與儲層內(nèi)黏土礦物配伍性差導(dǎo)致的黏土礦物吸水膨脹和分散運(yùn)移；二是微生物菌液在儲層孔隙內(nèi)吸附滯留引起的液阻效應(yīng)；三是菌體代謝產(chǎn)生高分子物質(zhì)在儲層孔隙內(nèi)的吸附滯留[3]。

3.1 黏土吸水膨脹與分散運(yùn)移引起的傷害

王窯區(qū)塊采油菌液菌種有兩種，即調(diào)剖用菌種和驅(qū)油用菌種。用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行評價，所用菌液滲透率恢復(fù)值都較高(95%以上)，其中驅(qū)油用菌種體系性能較好。通過研究注入水進(jìn)入巖心引起的滲透率損害和微生物菌液進(jìn)入巖心引起的滲透率損害，從而分析微生物菌液進(jìn)入巖心后引起的巖心滲透率傷害程度。微生物菌液與儲層內(nèi)黏土礦物配伍性差導(dǎo)致的黏土礦物吸水膨脹和分散運(yùn)移引起的傷害程度占10%；低滲巖心水則滲透率傷害略高；同時，注入微生物菌液后，由于菌液中含有一些黏土穩(wěn)定物質(zhì)（鉀鹽），對黏土礦物起到穩(wěn)定作用，對注入水產(chǎn)生的水化膨脹危害起到一定的抑制作用，降低注入水傷害2%，起到較好的防治效果。

3.2 液阻傷害

由于液阻效應(yīng)對油相有效滲透率的傷害主要取決于可動微生物菌液的滯留量[4]，因此該實(shí)驗(yàn)選取液阻效應(yīng)對油相有效滲透率傷害程度較小的巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。巖心注入水后，引起的油相有效滲透率損害率在20%左右，滲透率越低傷害越大，原因主要是注入水進(jìn)入較細(xì)孔道，增大了毛管力所致。注入水中不含高分子物質(zhì)，其對油相有效滲透率的傷害主要有兩種機(jī)理，即黏土吸水膨脹、分散運(yùn)移和液阻效應(yīng)[5]。巖心油相滲透率測量結(jié)果表明：注入水后，黏土吸水膨脹、分散運(yùn)移機(jī)理和液阻效應(yīng)機(jī)理對油相有效滲透率的損害率均較大，約20%；注入菌液后，由于菌液中含有菌種代謝產(chǎn)生的生物表面活性劑，能夠降低油水界面張力，起到降低毛管力作用，解除液阻效應(yīng)，對注入水造成的液阻有一定的解阻作用，在注入水傷害的基礎(chǔ)上降低液阻10%左右，高滲透巖心略高于低滲巖心，驅(qū)油菌液高于調(diào)剖菌液。

3.3 菌液吸附滯留傷害

菌體及代謝產(chǎn)物在地層中的吸附滯留主要對調(diào)剖菌種適用[6]。驅(qū)油菌種個體小，代謝產(chǎn)物主要是生物表面活性劑，對地層基本無傷害，調(diào)剖菌種主要產(chǎn)生生物聚合物，生物聚合物在地層吸附，會造成滲透率的下降，但是生物聚合物本身具有生物可降解性，在地層存在大量本源微生物的情況下，會被降解，使?jié)B透率恢復(fù)。

如表1所示，由于菌體及其代謝產(chǎn)生了的生物聚合物，調(diào)剖菌體和代謝產(chǎn)物巖心滲透率恢復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)注入巖心后，由于吸附滯留使得滲透率降低，對滲透率的傷害率在20%以上。但是這種傷害一方面封堵高滲透帶，擴(kuò)大水驅(qū)波及體積，同時由于生物聚合物的可降解性以及地層中具有豐富的本源微生物，使得傷害并不是永久的，經(jīng)過降解后，巖心滲透率能夠恢復(fù)到90%以上。

3.4 菌液對不同深度處儲層的傷害

設(shè)計兩組巖心串聯(lián)實(shí)驗(yàn)，每組各三個巖心樣品。研究調(diào)剖菌體注入后不同深度儲層巖石滲透率傷害的差異性。

一組對滲透率較低的巖心串聯(lián)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果三塊巖心滲透率傷害程度依次降低，但傷害率基本保持在50%及以下，說明菌體及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入低滲透率巖心后，菌體和代謝物質(zhì)主要吸附滯留在前兩塊巖心內(nèi)，滲透率下降程度比較嚴(yán)重的深度是在7 cm左右。

表1 調(diào)剖菌體和代謝產(chǎn)物巖心滲透率恢復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

另一組對滲透率較高的巖心串聯(lián)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果三塊巖心滲透率傷害程度依次降低，但傷害率均在60%以上，說明菌液及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入高滲巖心后，較低滲巖心相比容易通過，且滯留程度逐漸減弱，滲透率下降程度嚴(yán)重的巖心，深度達(dá)到至少10 cm。

從以上分析也可以看出，菌體及代謝產(chǎn)物進(jìn)入巖心后，對高滲透率巖心的滲透率降低程度高于低滲透率巖心。

4 結(jié)語

（1）王窯區(qū)儲層巖心呈中等—偏弱鹽敏、中等—偏弱堿敏、弱水敏、弱速敏、弱酸敏。結(jié)合黏土礦物分析數(shù)據(jù)，該區(qū)塊儲層敏感性與黏土礦物含量相關(guān)性較好。

（2）采油微生物菌液造成儲層傷害的主要原因?yàn)椋壕w及其代謝產(chǎn)物中的生物聚合物在巖心孔隙內(nèi)的吸附滯留；傷害程度的比例在20%左右。

（3）高滲巖心的損害率降低程度普遍略高于低滲巖心。原因在于：相比低滲巖心，微生物菌液更易進(jìn)入高滲巖心內(nèi)部，致使微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物更多的吸附滯留在高滲巖心孔隙內(nèi)部，而僅在低滲巖心上形成一層濾餅，從而阻止更多的物質(zhì)進(jìn)入巖心孔隙。

（4）菌體及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入巖心后的滲透率下降程度：低滲巖心中深度比較嚴(yán)重的在7 cm左右；高滲巖心中隨著巖心吸附滯留逐漸減弱，深度比較嚴(yán)重的至少在10 cm以上。

[1]劉恩新，宋東勇，崔巨師，等．低滲透油田油層傷害機(jī)理及保護(hù)措施研究[J]．?dāng)鄩K油氣田，2003，10（6）：38-41.

[2]王玉英，楊濤，劉甦．注入物對儲層的傷害分析[J]．油氣田地面工程，2008，27（1）：45-47.

[3]丁海濤，閆建文，杜政學(xué)．大慶外圍低滲透油田儲層傷害分析[J]．大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2002，15（1）：14-18.

[4]唐洪明，蘇俊，張烈輝，等．二連低滲透油藏采油過程中儲層傷害研究[J]．油田化學(xué)，2001，18（3）：199-203.

[5]蘇崇華．疏松砂巖油田生產(chǎn)過程中儲層傷害機(jī)理研究[J]．中國海上油氣，2009，21（1）：31-34.

[6]李四川，鄒盛禮，翟凌敏．英南2井儲層傷害原因及保護(hù)儲層分析[J]．鉆采工藝，2003，26（2）：65-67.

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.004

基金論文：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域“微生物采油關(guān)鍵技術(shù)研究”（S2013AA0644）。