CN107956460A - 一种利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，所述的方法具体包括以下步骤：试验油藏的筛选；改性功能菌激活剂的筛选；激活剂注入量的确定；培养时间的确定；现场试验。本发明利用改性功能微生物改变岩石性质，将水敏性较强的蒙脱石转化为伊利石，有效改善油藏水敏的问题，粘土矿物中蒙脱石含量降低90％以上，水敏指数降低95％以上；该发明具有工艺简单、可操作性强和现场试验效果好的特点，日注水量提高200％以上，现场试验提高采收率大于10％。因此，本发明可广泛地应用于降低油藏水敏的现场试验中。
Description
技术领域
本发明属于油田开发技术领域，具体涉及一种利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法。
背景技术
在低渗透油田开发过程中，注水是保持储层压力、实现稳产高产的一项重要措施，而保证注水井能够注入水、注好水的关键是在于注水储层不被伤害。油藏水敏的主要原因是粘土矿物，粘土矿物广泛存在于油层中，当油藏中含粘土5～20％时，则认为是粘土含量较高的油层，此类油层如果在开发过程中采取的措施不当，就会造成粘土矿物膨胀、分解、运移，从而导致渗透率下降，严重情况会发生注不进的问题。
目前对于存在较强水敏性的储层，通常的做法是确定合理的注入水矿化度和选择合适的防膨剂(或是粘土稳定剂)，同时确定合理的井网、井距和注水时机。尽管如此，仍存在成本较高，效果不理想的问题，特别是对中低渗透强水敏性油藏的开发，问题更突出。
粘土矿物主要成分包括有高岭石族、伊利石族、蒙脱石族、蛭石族以及海泡石族等，蒙脱石与伊利石在矿物性质上差别很大，含蒙脱石较高岩石易吸水膨胀，极大地降低储层的孔隙度与渗透率，而含伊利石的则不会。室内研究发现，多种微生物功能群可与粘土矿物发生相互作用将蒙脱石转化为伊利石。目前还没有利用微生物改变岩石性质的专利，其中专利号为“CN106905934A”，专利名称为“一种防水敏伤害的粘土稳定剂及其制备方法”，只是提供一种具有防止粘土膨胀保护储层作用的粘土稳定剂，并没有从根本上改变岩石性质，彻底解决油藏水敏的问题。
专利号为“CN106675531A”，专利名称为“一种高效防膨缩膨地层处理剂”，采用的是有机聚合物、无机盐和氟碳生物表活剂组成的防膨剂，该防膨剂具有很强的吸附能力，虽然能达到防膨效果，但化学防膨剂有效期短，不能从根本上解决油藏水敏的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法。本发明首先分析油藏粘土矿物含量以及粘土矿物中蒙脱石的含量；其次分析油藏中改性功能微生物，并筛选合适的激活剂激活改性功能微生物；最后利用改性功能微生物把粘土矿物中的蒙脱石转化为伊利石，改变油藏中岩石的矿物成分，解决了油藏水敏的问题。该方法具有针对性和可操作性强、方法简单、可以有效保证油藏正常注水开采。
本发明公开一种利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，具体包括以下步骤：
1、试验油藏的筛选
试验油藏的筛选，需要满足两个条件：(1)油藏温度≤90℃、粘土矿物含量≥10％、粘土矿物中蒙脱石含量≥10％，水敏指数≥0.7；(2)试验油藏产出液中含有改性功能微生物，且浓度≥1.0×102个/mL。
2、改性功能微生物激活剂的筛选
激活剂的筛选具体步骤如下：取100mL锥形瓶，加入50～80mL试验油藏的产出液，加入设计的激活剂配方；然后放置在试验油藏温度下，培养10～20d；测定培养液中的改性功能微生物的数量，优选出改性功能微生物数量最高的激活剂配方；
3、激活剂注入量的确定
激活剂注入量Q与试验油藏蒙脱石的含量a有关，具体关系如下：
(1)蒙脱石的含量a≥20％时，激活剂注入量Q＝0.03～0.05PV(试验油藏孔隙体积)；
(2)15％≤蒙脱石的含量a<20％时，激活剂注入量Q＝0.02～0.03PV；
(3)10％<蒙脱石的含量a<15％时，激活剂注入量Q＝0.01～0.02PV。
4、培养时间的确定
首先将试验油藏的天然岩心进行洗油，制成Φ25×100mm的标准岩心，然后将岩心抽真空，饱和试验油藏的地层水，测定岩心的初始液相渗透率k0、孔隙体积(PV)和蒙脱石的含量x1；其次注入上述步骤确定量的激活剂溶液，静止培养10～30d；然后用蒸馏水驱替岩心，测定岩心的液相渗透率k1和蒙脱石含量x2；计算岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数Iw和岩心蒙脱石含量的降低幅度η；根据岩心经过改性功能微生物作用后水敏指数Iw和蒙脱石含量降低幅度η的大小优化出培养时间。
5、现场试验
将激活剂利用高压泵车从试验油藏注水井中注入，注入完成后关井培养，培养时间结束后转正常注入地层水。
其中，所述的改性功能微生物为铁还原菌、硫酸盐还原菌和假单胞杆菌中的一种。
所述的激活剂由碳源、氮源、磷源和还原剂组成，其中碳源为葡萄糖和蔗糖中的一种，氮源为NH4Cl和尿素中的一种，磷源为K2HPO4和KH2PO4中的一种，还原剂为半胱氨酸和蒽醌-2,6-磺酸钠中的一种；所述的碳源、氮源、磷源和还原剂质量浓度分别为1.0～2.0wt％、0.2～0.5wt％、0.05～0.08wt％和0.01～0.03wt％。
所述蒙脱石含量的测定采用红外光谱法进行测定。
所述的岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数Iw，由下面公式确定：
Iw＝(k0-k1)/k0。
所述的岩心蒙脱石含量的降低幅度η，由下面公式确定：
η＝(x1-x2)×100％/x1。
所述的岩心经过改性功能微生物作用后水敏指数Iw和蒙脱石含量降低幅度η的大小优化出培养时间，是指筛选出经过改性功能微生物作用后水敏指数小和蒙脱石含量变化率大对应的时间为最佳培养时间。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)该发明油藏适用范围广，既适合低渗透油藏，又适合中高渗透油藏；
(2)本发明注入的激活剂对人体无毒无害，因此不会对地层产生伤害和对环境造成污染的问题；
(3)本发明利用改性功能微生物改变岩石性质，将水敏性较强的蒙脱石转化为伊利石，有效改善油藏水敏的问题，粘土矿物中蒙脱石含量降低90％以上，水敏指数降低95％以上；
(4)该发明具有工艺简单、可操作性强和现场试验效果好的特点，日注水量提高200％以上，现场试验提高采收率大于10％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
胜利油田某采油厂区块A12，属于高渗透水敏性油藏，油藏温度60℃、渗透率760×10-3μm2、油层厚度12.0m，试验前油藏岩石矿物中粘土矿物含量占20％、其中粘土矿物中蒙脱石含量35％、水敏指数0.75，孔隙体积为2.0×104m3，区块日注水量50m3，油藏产出液中检测到铁还原菌2.2×102个/mL。油藏属于粘土含量高强水敏、连通性差的储层，存在粘土膨胀、颗粒运移等带来的伤害，造成注水过程中注入压力高注水困难。利用本发明的方法在该高渗透水敏油藏实施现场试验，具体实施步骤如下：
1、试验油藏的筛选
试验区块A12油藏温度≤90℃、粘土矿物含量≥10％、粘土矿物中蒙脱石含量≥10％，水敏指数≥0.7，油藏产出液中含有改性功能微生物铁还原菌，且浓度≥1.0×102个/mL。符合本发明的筛选标准，可以在该区块实施本发明。
2、改性功能菌激活剂的筛选
激活剂的筛选具体步骤如下：取100mL锥形瓶，加入50mL试验区块A12的产出液，加入设计的激活剂配方，见表1；然后放置在60℃条件下，培养10d；测定培养液中的改性功能微生物的数量，见表1。
表1区块A12铁还原菌不同激活剂配方激活效果
从表1可以看出：6号激活剂配方激活的改性功能菌的浓度最高，浓度由2.2×102个/mL提高到4.6×105个/mL，因此优选出区块A12改性功能微生物激活剂配方为蔗糖1.4wt％、尿素0.5wt％、K2HPO40.07wt％、蒽醌-2,6-磺酸钠0.02wt％。
3、激活剂注入量的确定
区块A12粘土矿物中蒙脱石含量35％，因此选择激活剂的注入量为0.035PV，为0.7×103m3。
4、培养时间的确定
首先将试验区块A12的天然岩心进行洗油，制成Φ25×100mm的标准岩心，然后将岩心抽真空，饱和试验区块A12的地层水，测定岩心的初始液相渗透率k0、孔隙体积(PV)和蒙脱石的含量，见表2；其次注入0.035PV的激活剂溶液，静止培养10、14、18、22、26、30d；然后用蒸馏水驱替岩心，测定岩心的液相渗透率k1和蒙脱石含量x2，见表2；计算岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数Iw和岩心蒙脱石含量的降低幅度η，见表2。蒙脱石含量的测定采用红外光谱法进行测定。
表2不同培养时间岩心蒙脱石含量变化率和水敏指数
由表2可以看出，培养时间为14d时对应的岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数F最小和岩心蒙脱石含量的降低幅度η最大，因此优选出培养时间为14d。
5、现场试验
将激活剂利用高压泵车从试验区块A12注水井中注入，激活剂配方为蔗糖1.4wt％、尿素0.5wt％、K2HPO40.07wt％、蒽醌-2,6-磺酸钠0.02wt％，激活剂注入量为0.7×103m3，注入完成后关井培养14d，培养时间结束后转正常注入地层水。注水井日注水量从试验前的50m3提高到了180m3，日注水量提高了260％；粘土矿物中蒙脱石含量降低至2.7％，降低幅度为92.3％；水敏指数降低至0.02，降低幅度为97.3％；现场试验提高采收率12.3％，现场试验效果良好。
实施例2：
胜利油田某采油厂区块C10，属于低渗透水敏性油藏，油藏温度65℃、渗透率120×10-3μm2、油层厚度20.5m，试验前油藏岩石矿物中粘土矿物含量占21.5％、其中粘土矿物中蒙脱石含量28.5％、水敏指数0.80，孔隙体积为4.2×104m3，区块日注水量60m3，油藏产出液中检测到假单胞杆菌2.0×102个/mL。油藏属于粘土含量高强水敏油藏，存在粘土膨胀、颗粒运移等带来的伤害，造成注水过程中注入压力高注水困难。利用本发明的方法在该低渗透水敏油藏实施现场试验，具体实施步骤如下：
1、试验油藏的筛选
试验区块C10油藏温度≤90℃、粘土矿物含量≥10％、粘土矿物中蒙脱石含量≥10％，水敏指数≥0.7，油藏产出液中含有改性功能微生物假单胞杆菌，且浓度≥1.0×102个/mL。符合本发明的筛选标准，可以在该区块实施本发明。
2、改性功能菌激活剂的筛选
激活剂的筛选具体步骤如下：取100mL锥形瓶，加入60mL试验区块C10的产出液，加入设计的激活剂配方，见表3；然后放置在65℃条件下，培养15d；测定培养液中的改性功能微生物的数量，见表3。
表3区块A12假单胞杆菌不同激活剂配方激活效果
从表3可以看出：7号激活剂配方激活的改性功能菌的浓度最高，浓度由2.2×102个/mL提高到8.2×105个/mL，因此优选出区块C10改性功能微生物激活剂配方为蔗糖1.8wt％、NH4Cl 0.4wt％、K2HPO40.08wt％、蒽醌-2,6-磺酸钠0.03wt％。
3、激活剂注入量的确定
区块C10粘土矿物中蒙脱石含量28.5％，因此选择激活剂的注入量为0.032PV，为1.34×103m3。
4、培养时间的确定
首先将试验区块C10的天然岩心进行洗油，制成Φ25×100mm的标准岩心，然后将岩心抽真空，饱和试验区块C10的地层水，测定岩心的初始液相渗透率k0、孔隙体积(PV)和蒙脱石的含量，见表2；其次注入0.035PV的激活剂溶液，静止培养10、14、18、22、26、30d；然后用蒸馏水驱替岩心，测定岩心的液相渗透率k1和蒙脱石含量x2，见表4；计算岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数Iw和岩心蒙脱石含量的降低幅度η，见表4。蒙脱石含量的测定采用红外光谱法进行测定。
表4不同培养时间岩心蒙脱石含量变化率和水敏指数
由表4可以看出，培养时间为22d时对应的岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数Iw最小和岩心蒙脱石含量的降低幅度η最大，因此优选出培养时间为22d。
5、现场试验
将激活剂利用高压泵车从试验区块C10注水井中注入，激活剂配方为蔗糖1.8wt％、NH4Cl 0.4wt％、K2HPO40.08wt％、蒽醌-2,6-磺酸钠0.03wt％，激活剂注入量为1.34×103m3，注入完成后关井培养22d，培养时间结束后转正常注入地层水。注水井日注水量从试验前的60m3提高到200m3，日注水量提高了233％；粘土矿物中蒙脱石含量降低至1.8％，降低幅度为93.7％；水敏指数降低至0.022，降低幅度为97.2％；现场试验提高采收率13.2％，现场试验效果良好。
实施例3：
胜利油田某采油厂区块A10，属于高渗透水敏性油藏，油藏温度72℃、渗透率1200×10-3μm2、油层厚度9.5m，试验前油藏岩石矿物中粘土矿物含量占21.2％、其中粘土矿物中蒙脱石含量32.2％、水敏指数0.72，孔隙体积为5.0×104m3，区块日注水量40m3，油藏产出液中检测到铁还原菌3.2×102个/mL。油藏属于粘土含量高强水敏、连通性差的储层，存在粘土膨胀、颗粒运移等带来的伤害，造成注水过程中注入压力高注水困难。利用本发明的方法在该高渗透水敏油藏实施现场试验，具体实施步骤如下：
1、试验油藏的筛选
试验区块A10油藏温度≤90℃、粘土矿物含量≥10％、粘土矿物中蒙脱石含量≥10％，水敏指数≥0.7，油藏产出液中含有改性功能微生物铁还原菌，且浓度≥1.0×102个/mL。符合本发明的筛选标准，可以在该区块实施本发明。
2、改性功能菌激活剂的筛选
激活剂的筛选具体步骤如下：取100mL锥形瓶，加入80mL试验区块A10的产出液，加入设计的激活剂配方，见表5；然后放置在72℃条件下，培养20d；测定培养液中的改性功能微生物的数量，见表5。
表5区块A10铁还原菌不同激活剂配方激活效果
从表1可以看出：6号激活剂配方激活的改性功能菌的浓度最高，浓度由3.2×102个/mL提高到7.2×105个/mL，因此优选出区块A10改性功能微生物激活剂配方为蔗糖1.4wt％、NH4Cl 0.3wt％、KH2PO40.05wt％、蒽醌-2,6-磺酸钠0.02wt％。
3、激活剂注入量的确定
区块A10粘土矿物中蒙脱石含量32.2％，因此选择激活剂的注入量为0.033PV，为1.65×103m3。
4、培养时间的确定
首先将试验区块A10的天然岩心进行洗油，制成Φ25×100mm的标准岩心，然后将岩心抽真空，饱和试验区块A10的地层水，测定岩心的初始液相渗透率k0、孔隙体积(PV)和蒙脱石的含量，见表6；其次注入0.033PV的激活剂溶液，静止培养10、14、18、22、26、30d；然后用蒸馏水驱替岩心，测定岩心的液相渗透率k1和蒙脱石含量x2，见表6；计算岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数Iw和岩心蒙脱石含量的降低幅度η，见表6。蒙脱石含量的测定采用红外光谱法进行测定。
表6不同培养时间岩心蒙脱石含量变化率和水敏指数0.036
由表6可以看出，培养时间为26d时对应的岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数Iw最小和岩心蒙脱石含量的降低幅度η最大，因此优选出培养时间为26d。
5、现场试验
将激活剂利用高压泵车从试验区块A10注水井中注入，激活剂配方为蔗糖1.4wt％、、NH4Cl 0.3wt％、KH2PO40.05wt％、蒽醌-2,6-磺酸钠0.02wt％，激活剂注入量为1.65×103m3，注入完成后关井培养26d，培养时间结束后转正常注入地层水。注水井日注水量从试验前的40m3提高到了150m3，日注水量提高了275％；粘土矿物中蒙脱石含量降低至2.0％，降低幅度为93.8％；水敏指数降低至0.018，降低幅度为97.5％；现场试验提高采收率14.5％，现场试验效果良好。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)试验油藏的筛选
试验油藏的筛选，需要满足两个条件：①油藏温度≤90℃、粘土矿物含量≥10％、粘土矿物中蒙脱石含量≥10％，水敏指数≥0.7；②试验油藏产出液中含有改性功能微生物，且浓度≥1.0×102个/mL；
(2)改性功能菌激活剂的筛选
激活剂的筛选具体步骤如下：取100mL锥形瓶，加入50～80mL试验油藏的产出液，加入设计的激活剂配方；然后放置在试验油藏温度下，培养10～20d；测定培养液中改性功能微生物的数量，优选出改性功能微生物数量最高的激活剂配方；
(3)激活剂注入量的确定
激活剂注入量Q与试验油藏蒙脱石的含量a有关，具体关系如下：
①蒙脱石的含量a≥20％时，激活剂注入量Q＝0.03～0.05PV；
②15％≤蒙脱石的含量a<20％时，激活剂注入量Q＝0.02～0.03PV；
③10％<蒙脱石的含量a<15％时，激活剂注入量Q＝0.01～0.02PV；
(4)培养时间的确定
首先将试验油藏的天然岩心进行洗油，制成Φ25×100mm的标准岩心，然后将岩心抽真空，饱和试验油藏的地层水，测定岩心的初始液相渗透率k0、孔隙体积(PV)和蒙脱石的含量x1；其次注入上述步骤确定量的激活剂溶液，静止培养10～30d；然后用蒸馏水驱替岩心，测定岩心的液相渗透率k1和蒙脱石含量x2；计算岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数F和岩心蒙脱石含量的降低幅度η；根据岩心经过改性功能微生物作用后水敏指数Iw和蒙脱石含量的降低幅度η的大小优化出培养时间；
(5)现场试验
将激活剂利用高压泵车从试验油藏注水井中注入，注入完成后关井培养，培养时间结束后转正常注入地层水。
2.根据权利要求1所述的利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，其特征在于所述的改性功能微生物为铁还原菌、硫酸盐还原菌和假单胞杆菌中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，其特征在于所述的激活剂由碳源、氮源、磷源和还原剂组成，其中碳源为葡萄糖和蔗糖中的一种，氮源为NH4Cl和尿素中的一种，磷源为K2HPO4和KH2PO4中的一种，还原剂为半胱氨酸和蒽醌-2,6-磺酸钠中的一种。
4.根据权利要求3所述的利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，其特征在于所述的碳源、氮源、磷源和还原剂质量浓度分别为1.0～2.0wt％、0.2～0.5wt％、0.05～0.08wt％和0.01～0.03wt％。
5.根据权利要求1或2所述的利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，其特征在于所述的蒙脱石的含量的测定采用红外光谱法。
6.根据权利要求1或2所述的利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，其特征在于所述的岩心经过改性功能微生物作用后的水敏指数Iw，由下面公式确定：
Iw＝(k0-k1)/k0。
7.根据权利要求1或2所述的利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，其特征在于所述的岩心蒙脱石含量的降低幅度η，由下面公式确定：
η＝(x1-x2)×100％/x1。
8.根据权利要求1或2所述的利用改性功能微生物降低油藏水敏的方法，其特征在于所述的根据岩心经过改性功能微生物作用后水敏指数Iw和蒙脱石含量降低幅度η的大小优化出培养时间，是指筛选出经过改性功能微生物作用后水敏指数小和蒙脱石含量降低幅度大对应的时间为最佳培养时间。
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