CN105239977B - 低渗透油藏空气微生物复合驱提高石油采收率的方法 - Google Patents

Abstract

一种低渗透油藏空气微生物复合驱提高石油采收率的方法，该方法包括：微生物、营养剂和空气。微生物为油藏中的内源微生物。空气微生物复合的注入方式为，在注入井施工时以段塞的形式将微生物营养液注入到油层，随后注入空气段塞到油层中，以小段塞的形式注入。微生物利用营养液和空气快速发酵并消耗空气中的氧，使氧含量减少到安全值3％以下，由于微生物代谢表面活性剂对原油乳化，乳化颗粒在扩大波及体积的同时也降低了渗流阻力；低渗透油藏，由于岩石孔隙和喉道半径小，微生物菌体也具扩大波及体积效果，进一步提高原油采收率。

Description

低渗透油藏空气微生物复合驱提高石油采收率的方法

技术领域

本发明涉及一种低渗透油藏空气微生物复合驱提高石油采收率的方法，尤其涉及利用微生物快速消耗空气中氧气，降低由于氧的存在产生的安全风险；利用微生物菌体调堵高渗透条带，扩大波及体积；利用微生物代谢产物改善油水界面性质提高原油采收率。

背景技术

空气驱油方法是通过空气压缩机将空气注入油藏进行驱油的方法。进入油藏的空气主要是与原油发生低温氧化和高温氧化反应。低温氧化适用于轻质和常规原油。应用空气驱油的主要原因一是空气来源广，不受空间和地域限制，二是成本低廉，适用油藏类型广，三是空气粘度低，压缩系数大，注入阻力相对较小，尤其适用于低渗透油藏。空气在与原油接触后发生的低温氧化，1)消耗了空气中的氧，使注入气体以氮气为主，2)形成了烟道气，尤其是在高温油藏，烟道气中85％为氮气，15％为二氧化碳和少量轻烃组份，3)产生一定的热量。这些作用综合起来对油藏有如下的作用，1)储层增压，提高油藏能量，2)燃烧油的热膨胀效应及抽提效应，3)在高温油藏可实现间接烟道气驱，4)烟道气使原油膨胀，5)改进注入气体、剩余油和水之间密度和粘度比，可有效减少和氧化前缘超过油带而发生指进，6)产生的二氧化碳溶于水产生弱酸，对岩石有一定酸化提高渗透性作用，7)对于有一定倾角的油层，顶部注空气产生双重驱替作用，8)对于正韵律油层，依靠重力可使改善顶部油层的驱油效果。

安全性是空气驱油的关键之一。注入空气过程中各个环节均存在着可燃混合物爆炸的危险，这主要是因为注入空气中含有氧气，氧气与原油在油藏发生氧化反应，消耗部分氧气，但是在氧气反应不完全的情况下，地层中的轻烃组分就会和氧气形成混合性爆炸气体(《断块油气田》Vol.5(5)空气驱油安全控制研究)，可燃气体发生燃烧和爆炸的三个基本条件是氧气、可燃气和点火能量。而燃烧爆炸不仅需要氧气和可燃气体的存在，还需要一个重要条件即氧气与可燃气体配比复合爆炸要求：在氧含量高于临界含氧量的情况下，可燃气在氧气与可燃气的混合物中浓度必须处于爆炸极限之外，即低于爆炸上限且高于爆炸下限，满足这样的条件，足够的点火能量就会引发燃烧或爆炸。燃烧和爆炸是可燃气体关联紧密的两个特性，爆炸反应实质是瞬间发生的极其剧烈的燃烧反应，若在密闭空间中发生燃烧，由此产生的大量高温气体会增大压力系统压力，燃烧就会在某一瞬间转变为爆炸(郭亮等《石油化工》2013年第9期：空气驱提高采收率燃性气体安全因素分析)。

在油井，产出的气体中主要是天然气，属于可燃气体，天然气的主要成分是甲烷，几乎所有油气田的天然气和注入空气采油过程中的产出气，甲烷的成分均在80％以上，还含有乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的烃类，并有少量的二氧化碳、氮气、硫化氢和氢气等非烃类组分。甲烷在常温常压下的爆炸极限为5-15％，点火能量、点火位置和爆炸容器形状和大小都对爆炸极限有影响，随着温度和压力的升高，爆炸范围也逐渐增大。目前公认的理论临界氧含量的最小值为10％，由于现场条件的复杂性，和外界因素对油气混合物爆炸的影响，实际操作中考虑增加一个系数，将氧的安全含量定为8％。条件油井发生爆炸主要是由于气窜和氧化不完全造成的油井中氧气含量过高，与井下轻烃组分形成的混合性爆炸气体在爆炸范围内，如有足够点火能量时将导致爆炸。空气突破是注入空气泡沫体系过程中最大的不安全因素。

在注入井，发生爆炸主要是因为注入空气压力低，导致油气回流到注入井，与空气混合发生燃烧爆炸反应。

目前采用的降低氧含量的方法仅仅在注入井，中国专利公开号CN201320703855的实用新型专利提供了一种采用中空膜分离装置减少空气中氧含量，力图提高空气泡沫驱在注入井的安全性。而在油井产出的气体中一般采用监测方法监测产出气体中氧的含量，超过安全值时采取相关措施避免造成安全问题。这样会导致油井停产，影响正常生产。因此，需要采取一种方法将注入到油藏的空气中氧含量降到安全值以下，甚至将氧全部消耗，确保注入空气施工和产出气体的安全。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种低渗透油藏空气微生物复合驱提高石油采收率的方法，在空气驱油体系中加入微生物营养剂段塞，通过激活耗氧内源微生物的好氧生长，消耗空气中的氧气，使之达到安全范围，微生物菌体和代谢生物表面活性剂能够堵塞高渗透条带扩大波及体积和改善油水界面性质，提高采收率。

本发明采用的技术方案是：

一种低渗透油藏空气微生物复合驱提高石油采收率的方法，该方法包括：

第1、微生物营养组成

第1.1、微生物营养液，组成按重量百分比计为：磷酸氢二铵(工业品)0.3％-0.5％；酵母粉(工业品)0.05％-0.1％；糖粉(工业品)0.3％-0.5％；其余为水。

第1.2、微生物为油藏中的内源微生物，注水井返排或油井产出液中微生物数量大于或等于10²个/mL；

第2、微生物空气复合的注入方法

第2.1、在注入井，施工时以段塞的形式将第1.1步中微生物营养液通过注水井注入到油层，激活注水井油层中的内源微生物，提高注入井油层微生物的浓度；

第2.2、随后注入空气段塞到油层中，微生物利用营养剂和空气快速发酵，消耗空气中的氧，使氧含量减少到安全值以下；

第2.3空气和微生物营养液油藏条件下段塞体积比例为1.5:1。

检测：

在油井，取产出液检测产出液中好氧微生物、氧含量和鼠李糖脂含量。使好氧微生物数量保持在10⁷个/ml以上，利用空气和营养剂生长，结合油藏中低温氧化和高温氧化效应，使产出气体中的氧含量趋零，达到安全生产，同时产生生物表面活性剂有助于提高洗油效率。

在注水井，定期测量注入井的吸水剖面和注水指示曲线，检查微生物菌体封堵高渗层和改善吸水剖面的效果。

现场注入所需的主要设备：

1)空气压缩机：高压空气压缩机组是地面工程的核心，根据油藏压力、注水压力和注入速度选择空压机。

2)高压液体注入泵：压力等级高于注水压力40％以上，排量满足注入速度要求。

3)储罐：2具带有搅拌器的微生物营养液储存罐。

本发明的有益效果：

采用微生物空气复合驱提高采收率方法，可以将注入井空气中氧含量降低到3％以下，在油井检测到的氧趋于零；同时，由于微生物代谢表面活性剂对原油乳化，乳化颗粒在扩大波及体积的同时也降低了渗流阻力，在低渗透油藏，由于岩石孔隙和厚道半径小，微生物菌体具有调剖作用，扩大波及体积。

附图说明

图1是微生物及其代谢产物乳化原油照片图。

图2是空气微生物复合驱油试验装置。

图3是三种驱替介质的驱油效率图。

图4是微生物产出曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行说明。

实施例1

一、微生物营养液，组成按重量百分比计为：磷酸氢二铵(工业品)，0.3％；酵母粉(工业品)0.05％，糖粉(工业品)0.3％，其余为水。

2、油井产出液经除油处理，利用其中的微生物，使其浓度为1×10⁷个/mL。

3、空气。

二、实验方法

1、将上述营养液加入到产出液中配制成营养液，实验时混以空气即可，考察在微生物的作用下，注入岩心中空气在产出端的含氧量。

2、将空气和营养液以1.5:1的段塞形式注入人造岩心(40℃)中，注入量为0.5PV(孔隙体积)，放置5天后恢复水驱油，在岩心出口端收集气体进行气相色谱分析气体组份。

三、实验结果

岩心出口端产出气体中氧含量为0.144％(表1).

表1 产出气体色谱分析数据表

较未加入营养液实验相比较，微生物空气复合驱油中氧含量降低了2.7％。说明，营养液中微生物发挥了作用，氧含量进一步降低，安全性提高。

实施例2

一、微生物营养液，组成按重量百分比计为：磷酸氢二铵(工业品)，0.5％；酵母粉(工业品)0.1％，糖粉(工业品)0.5％，其余为水。

2、油井产出液经除油处理，利用其中的微生物，使其浓度为1×10⁷个/mL。

3、空气。

二、实验方法

1、将营养液加入到产出液中配制成营养液，实验时混以空气即可，考察在微生物的作用下，注入岩心中空气在产出端的含氧量。

2、将空气和营养液以1.5:1的段塞形式注入人造岩心(40℃)中，注入量为0.5PV(孔隙体积)，放置5天后恢复水驱油，在岩心出口端收集气体进行气相色谱分析气体组份。

三、实验结果

岩心出口端产出气体中氧含量为0.104％(表2).

表2 产出气体色谱分析数据表

较未加入营养液实验相比较，微生物空气复合驱油中氧含量降低了3.7％。说明，营养液中微生物发挥了作用，氧含量进一步降低，安全性提高。同时，由于要培养也中营养成分浓度提高，微生物大代谢的CO₂含量增加。

实施例3

一、微生物营养液，组成按重量百分比计为：磷酸氢二铵(工业品)，0.5％；酵母粉(工业品)0.1％，糖粉(工业品)0.5％，其余为水。

2、油井产出液经除油处理，利用其中的微生物，使其浓度为1×10⁷个/mL。

3、空气。

二、实验方法

1、将营养液加入到产出液中配制成营养液，原油按照5％的比例加入到营养液中，加胶塞于摇瓶，放入摇床模拟油藏条件进行限氧实验，考察微生物代谢产物乳化原油效果。

2、实验温度为40℃。摇床转速为每分钟100转。

三、实验结果

经过5天的培养，微生物及其产物将原油乳化，乳化率为100％(图1)。经过显微镜观察和测量，乳化粒径为3.1-12.8微米。经过乳化液体稳定时间计量，乳状液从静止算起，18分钟开始分层，出现乳化液和营养液两相，39分钟后分层完成。稍有振动又回到乳化状态。这种现象有利于在乳化液产出油藏后的自然分离，不必增加分离装置。

实施例4

本实例是检验空气微生物复合驱对驱油效率的影响和驱替压力的变化。

一、微生物营养液，组成按重量百分比计为：磷酸氢二铵(工业品)，0.5％；酵母粉(工业品)0.1％，糖粉(工业品)0.5％，其余为水。

2、油井产出液经除油处理，利用其中的微生物，使其浓度为1×10⁷个/mL。

3、空气。

二、实验方法

用经过除油烘干的注水井返排出来的油藏砂制作填砂管岩心，岩心经过抽空饱和经过滤油井产出水(矿化度58193mg/L)，饱和某油藏经过脱水的原油(粘度2.1mPa.s,密度0.8559)至含油饱和度72％±5，老化7天后进行注入水、空气和微生物空气复合驱三种驱替液的驱替实验，检验不同驱油介质驱油效果，水驱速度为0.5mL/min，空气与微生物营养液的比例为1.5：1。实验温度为40℃，流程图见图2。第一种是空白水驱，为基值，作为非水驱的空白对照；第二种是空气驱，0.5PV，然后注水驱至结束；第三种是空气微生物复合物驱，0.5PV，然后水驱至含水饱和度98％，试验过程中收集岩心采出液进行微生物数量(平板计数法)和鼠李糖脂含量测定(硫酸蒽酮法)、收集岩心产出气体做气相色谱分析，计量产出油量，并与未注入空气或空气微生物复合体系的岩心驱油实验(同等条件下)对照。三种试验在水驱至含水98％时再注入0.5PV不同介质(即水、空气和空气微生物复合体系)，岩心放置5天后恢复水驱至试验结束。

采收率计算方法。考虑到单独水驱在放置过程中靠水的置换和毛细管的自吸也可以释放出一定量原油，因此，在计算非水驱的采收率时要减去这部分的油量才是增油量，由此计算采收率，即采收率提高值。

三、实验结果

实验结果见图3、表3～5。

表3 岩心数据表

实验结果表明，和同等条件下空白水驱相比较，空气驱油效率仅提高1.5％，空气微生物复合驱油的驱油效率提高15.1％。由于有微生物代谢生物表面活性剂的作用，加之原油为轻质原油，试验过程中见到了乳化液产出。从菌浓度曲线图(图4)看，在没有营养液注入情况下，岩心中的微生物保持在较低的浓度，注入营养液后，微生物的数量快速增加到较高的浓度并与原油等作用。说明空气微生物复合驱具有空气和微生物双重效果。

对岩心出口产出气体色谱分析结果表明(表4)，较未加入微生物营养液的实验相比较，微生物空气复合体系中氧含量仅为0.94％。说明微生物空气复合驱安全性高，氧气消耗较快，含量控制在1％以下，产出气以二氧化碳(55.8％)和氮气(43.1％)为主。

表4 产出气体色谱分析数据表

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对岩心出口产出液的细菌总数和鼠李糖脂含量分析结果表明(表5)，较未加入微生物营养液的实验相比较，微生物空气复合体系中可激活油藏内源微生物3个数量级以上，达到10⁷～10⁸个/mL，并产生86.5mg/L的鼠李糖脂，可达到提高洗油效率的效果。

表5 岩心产出液中鼠李糖脂含量测定数据表

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Claims (1)

1.一种低渗透油藏空气微生物复合驱提高石油采收率的方法，其特征在于该方法为以下步骤：

第1、微生物营养组成

第1.1、微生物营养液，组成按重量百分比计为：磷酸氢二铵0.3％-0.5％；酵母粉0.05％-0.1％；糖粉0.3％-0.5％；其余为水；

第1.2、微生物为油藏中的内源微生物，注水返排或油井产出液中微生物数量大于或等于10²个/mL；

第2、微生物空气复合的注入方法

第2.1、在注入井，施工时以段塞的形式将第1.1步中微生物营养液通过注水井注入到油层，激活注水井油层中的内源微生物，提高注入井油层微生物的浓度；

第2.2、随后注入空气段塞到油层中，耗氧微生物利用营养液和空气快速发酵，消耗空气中的氧，使氧含量减少到安全值以下；

第2.3空气和微生物营养液油藏条件下段塞体积比例为1.5:1；

第3、油藏为低渗透油藏。