安塞油田微生物對低滲儲層傷害的微觀機理研究

楊劍，董小麗，侯軍剛，張蓓，李東旭，白玉軍

（1.中國石油長慶油田第一采油廠，陜西延安716000；2.中國石油長慶油田技術監測中心，陜西西安710018）

安塞油田微生物對低滲儲層傷害的微觀機理研究

楊劍1，董小麗2，侯軍剛1，張蓓1，李東旭1，白玉軍1

（1.中國石油長慶油田第一采油廠，陜西延安716000；2.中國石油長慶油田技術監測中心，陜西西安710018）

安塞油田自2009年至今已實施微生物驅30余口，為了搞清微生物對低滲儲層傷害的主要因素，采用了高溫高壓動態損害儀進行了模擬損害實驗，分析研究了微生物對儲層傷害的微觀機理。結果表明安塞油田所用微生物造成儲層傷害主要是滯留傷害，微生物及其代謝產物滯留造成的油相有效滲透率下降35%左右，但是生物聚合物本身具有生物可降解性，隨著時間的延長，巖心傷害率能夠恢復到90%以上。微生物代謝產物中的表面活性劑反而可以緩解水鎖傷害，提高油相巖心滲透率10%以上。

低滲儲層；微生物；儲層傷害；微觀機理

微生物提高原油采收率技術是一項利用微生物及代謝產物來提高原油采收率的綜合技術，具有適用范圍廣、工藝簡單、成本低等優點，目前已經成為最具發展前景的三次采油技術之一［1］。安塞油田2009年開始了微生物驅油礦場試驗，至目前為止已實施30余口，取得了一定的增油效果。選擇合適的微生物體系，減少微生物對儲層傷害是提高措施效果的關鍵技術之一［2］。因此對安塞油田在用的微生物進行性能評價，分析微生物對低滲儲層傷害因素，開展室內微觀機理研究，為后期微生物驅油體系的選擇提供依據［3-5］。

1　儲層基本地質特征

安塞油田主力生產層為三疊系長6油藏，平均孔隙度在12.3%～14.3%，平均空氣滲透率（2.23～3.24）× 10-3μm2。巖石類型相對單一，主要為長石砂巖和巖屑質長石砂巖，砂巖碎屑以長石為主，次為石英、巖屑、云母。碎屑占比88.5%，膠結物含量11.5%，主要是綠泥石、濁沸石和方解石。孔隙類型以原生粒間孔和巖石溶孔為主。吼道半徑以0.2 μm2～0.002 μm2為主，比例占到50%，屬于微吼。

2　試驗材料、儀器

2.1試驗材料

綠銅假胞單菌（用于調剖）、枯草芽孢桿菌和簡單節桿菌（用于驅油），安塞油田地面脫氣脫水原油（密度：0.833 g/m3，黏度：35.03 mPa·s），煤油，安塞油田地層注入水，安塞油田長6層巖心。

2.2實驗儀器

表1　實驗儀器Tab.1 List of experimental instruments and apparatus

3　儲層傷害因素研究

3.1微生物與儲層配伍性研究

微生物與地層流體都是包含著若干種無機離子的溶液，各自保持著相對的離子平衡狀態，兩者混合以后如果不配伍，平衡狀態被打破，發生化學反應，生成諸如碳酸鈣、硫酸鈣等沉淀物，堵塞或部分堵塞滲流通道［6］。

實驗方法參照行業標準SY/TS107-1995中的6.4進行，具體實驗步驟如下：

（1）巖心準備。從全直徑巖心上鉆取直徑為25 mm規格的標準巖心，洗油烘干后，用常規方法測氣相滲透率。

（2）測量飽和地層水狀態下的巖心滲透率K1。用抽真空的方法將巖心飽和過濾后的地層水，然后用地層水驅替巖心，測量巖心在飽和地層水狀態下的水相滲透率，利用巖心濕重與干重之差計算巖心孔隙度。

（3）測量飽和注入水狀態下的巖心滲透率K2。反向注入注入水5 PV，測量巖心水相滲透率。由K2/K1計算得到注入水對巖心滲透率的損害恢復率。

（4）測量注入微生物后巖心滲透率K3。反向注入微生物1 PV，靜置1.5 h后正向注入地層水5 PV，測量巖心在該狀態下的水測滲透率，由K3/K1計算得到微生物對巖心滲透率的損害恢復率。

實驗結果（見表2）表明微生物與地層水具有較好的配伍性，微生物對儲層的傷害恢復率高于注入水對儲層的傷害恢復率，說明未見沉淀的產生。

3.2微生物水鎖傷害

由于毛細管力滯留作用，地層驅動壓力不能將外來流體排出地層，使油相滲透率降低，導致水鎖傷害。一般認為外來流體在地層中的毛細管力越高，水鎖效應越強，油氣產量越低。降低外來流體的毛細管力有助于減輕水鎖效應［7，8］。

實驗步驟和方法參照行業標準SY/T5l07-1995中的6.4進行，具體實驗步驟如下：

（1）巖心準備。從全直徑巖心上鉆取直徑為25 mm規格的標準巖心，洗油烘干后，用常規方法測氣相滲透率。

（2）巖心飽和地層水。用抽真空和驅替的方法將巖心飽和過濾后的地層水，利用巖心濕重與干重之差計算巖心孔隙度。

（3）測量飽和油束縛水狀態下的油相有效滲透率K1。實驗用油為研究區脫水原油與煤油復配模擬油，用油相驅替水相至不再出水，即建立巖心的飽和油束縛水狀態。

（4）測量注入水后油相有效滲透率K2。反向注入注入水1 VP，靜置1.5 h后，正向注入模擬油5 PV，測量巖心在該狀態下的油相有效滲透率。由K2/K1計算得到注入水對巖心油相滲透率的損害恢復率。

（5）測量注入微生物后油相有效滲透率K3。反向注入微生物1 VP，靜置1.5 h時后，正向注入模擬油5 PV，測量巖心在該狀態下的油相有效滲透率。由K3/K1計算得到微生物對巖心油相滲透率的損害恢復率。

從表3可看出，注入水進入儲層后油相有效滲透率損害率在20%左右，是因為注入水進入較細吼道，增大了毛管力原因所致［9］。微生物注入后，油相有效滲透率損害率在10%左右，是由于微生物代謝產生的表面活性劑能夠降低油水界面張力，降低毛管力，對注入水造成的水鎖有一定的緩解作用。

表2　微生物與儲層的配伍性實驗結果Tab.2 Result of experiment on compatibility between microbial and reservoies

表3　巖心注入微生物前后油相滲透率變化Tab.3 The core of microbial oil phase permeability changes before and after implantation

3.3微生物滯留傷害

微生物及其代謝產物（生物聚合物）在地層吸附停留或進入孔喉，會造成油相滲透率降低，引起儲層傷害［10］。由掃描電鏡照片可以看出，微生物對巖心的附著性很強，部分可以通過運動進入巖心孔喉，同時在吼道內進行生長繁殖，形成一定生物量，具備一定的封堵作用。

但是生物聚合物本身具有生物可降解性，使滲透率恢復。本實驗主要實驗驗證生物聚合的封堵作用和有效期的問題，實驗方法參照行業標準SY/T5107-1995中的6.4進行，具體實驗步驟如下：

（1）巖心準備。從全直徑巖心上鉆取直徑為25 mm規格的標準巖心，洗油烘干后，用常規方法測氣相滲透率。

（2）巖心飽和地層水。用抽真空和驅替的方法將巖心飽和過濾后的地層水，利用巖心濕重與干重之差計算巖心孔隙度。

（3）測量飽和油束縛水狀態下的油相有效滲透率K1。實驗用油為研究區脫水原油與煤油復配模擬油，巖心飽和油，用油相驅替水相至不再出水，即建立巖心的飽和油束縛水狀態，測量此時滲透率。

（4）測量油相返排后的油相有效滲透率K2。反向注入微生物1 VP，靜置1.5 h后正向注入模擬油5 PV，測量巖心在該狀態下的滲透率。由K2/K1計算得到微生物對巖心內油相有效滲透率的傷害恢復率。

實驗數據表明，微生物（綠銅假胞單菌）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64%左右，但是這種傷害并不是永久的，經過400 h降解后，巖心傷害率能夠恢復到90%以上。

圖1　巖心孔隙中綠銅假胞單菌Fig.1 Pseudomonas aeruginosa in the core porosity

圖2　巖心孔隙中枯草芽孢桿菌Fig.2 Bacillus subtilis in the core porosity

表4　微生物對巖心傷害對比Tab.4 Comparison of microorganisms on core damage

表5　微生物對巖心滲透率恢復實驗數據Tab.5 Microbes on the core permeability recovery experiment data

4　結論

（1）微生物對低滲儲層傷害主要有3方面：一是微生物與儲層不配伍，二是微生物形成水鎖導致傷害，三是微生物及其代謝產物的滯留傷害。通過本實驗可以看出，安塞油田所用的微生物造成儲層傷害主要是滯留傷害。

（2）注入水進入儲層后油相有效滲透率損害率在20%左右，之后注入微生物，油相有效滲透率損害率下降至10%左右，是由于微生物代謝產生的表面活性劑能夠降低油水界面張力，降低毛管力，這種微生物主要是枯草芽孢桿菌和簡單節桿菌。

（3）微生物及其代謝產物滯留造成的油相有效滲透率損害率在35%左右，但是生物聚合物本身具有生物可降解性，隨著時間的延長，經過400 h降解后，巖心傷害率能夠恢復到90%以上，這種微生物是綠銅假胞單菌。

［1］Bryant R S，Burchfied T E.Review of microbial technology for improving oil recovery［J］.SPE Reservoir Engineering，1989，4（2）:151-162.

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［3］李恕軍，吳志宇，張金亮，等.安塞油田王窯區長6油層儲層地質［J］.西安石油學院院報，1998，13（4）：34-39.

［4］全洪慧，朱玉雙，張洪軍，等.儲層孔隙結構與水驅油微觀滲流特征［J］.石油與天然氣地質，2011，32（6）：952-960.

［5］李彩云，李忠興，等.安塞油田長6特低滲儲層特征［J］.西安石油學院院報（自然科學版），2001，14（13）:44-46．

［6］康毅力，羅平亞.粘土礦物產狀和微結構對地層損害的影響［J］.西南石油學報，1998，20（2）:27-30.

［7］賀承祖，胡文才.淺淡水鎖效應與儲層傷害［J］.天然氣工業，1994，14（6）:36-38.

［8］賀承祖，華明棋，等.水鎖效應研究［J］.鉆井液與完井液，1996，13（6）:13.

［9］谷建偉，毛振強.啟動壓力和毛管壓力對低滲透油田生產參數影響［J］.大慶石油地質與開發，2005，20（5）:27-30.

［10］王利峰，邸勝杰，呂振山，等.微生物調剖室內模擬及礦場實驗［J］.油氣地質與采收率，2002，20（5）:27-30.

Microscopic mechanism research on microbial damage to low permeability reservoir of Ansai oilfield

YANG Jian1，DONG Xiaoli2，HOU Jungang1，ZHANG Bei1，LI Dongxu1，BAI Yujun1
（1.Oil Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yan'an Shanxi 716000，China；2.Technology Monitoring Center，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China）

Microbial flooding has been implemented more than 30 wells in Ansai oilfield since 2009，in order to find out the main factors of microbial damage to low permeability reservoir，using the dynamic damage meter of high temperature and high pressure to simulate damage experiment，analysising microscopic mechanism research on microbial damage to low permeability reservoir.The results showed that the main reservoir damage is retention damage.Products retention caused by microbes and their metabolic result in oil phase permeability decreasing about 35%.But biological polymer itself has biodegradability，with the extension of time，core damage can be restored to more than 90%.Surface active agent of microbial metabolites but can relieve water locking damage.To improve the oil phase permeability over 10%.

low permeability reservoir；microbe；reservoir damage；microscopic mechanism

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.04.006

TE357.46

A

1673-5285（2015）04-0021-04

2015－02-09

楊劍，女（1983-），采油工程師，2013年碩士畢業于中國石油大學（北京）石油與天然氣專業，現從事油田提高采收率工作，郵箱：yjian2_cq@petrochina.com.cn。