CN107965303A - 一种启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法，属于石油开采技术领域。该方法用于油藏条件下，通过微生物原位培养启动不同形状盲端剩余油，其中孔隙盲端包括圆形、梯形、三角形和柱形。原位培养期间，微生物在原油表面附着生长，其代谢产物使油水界面张力降低，盲端内残余油表面逐渐断裂，从而以小油滴形式游离出盲端处。本发明采用微生物驱替盲端剩余油，适用于不同形状盲端，且具有操作简单，见效快，污染小，成本低的特点，解决了盲端剩余油难驱替的问题，有效提高采收率。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，特别是指一种启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法。
背景技术
目前石油行业的发展形势表明，新增石油地质储量越来越困难，面临开采的油藏品质越来越差，而常规石油开采技术一般只能采出石油可采储量的30～50％。如何提高采收率，从地下采出更多的原油，多年来一直是世界许多国家不断研究的课题。
油藏地质环境非常复杂，无论是亲水孔隙还是亲油孔隙，盲孔和盲端都广泛存在。盲端剩余油主要是指密封于死角或孔隙盲端的残余油，与其相连的孔喉大部分被水取代。由于盲端一端封闭，没有流动通道，在油藏开采过程中，驱替液体流过瞬间，对其波及范围很小。因此不管是油藏水驱还是其他化学方法驱替，都将有一定量的原油残留在盲端处。由于液体流过瞬间对盲端原油启动效果很小，且盲端原油减小一定值后，正常液体流动将对残余油无影响。因此需要寻找一种方法，深入盲端孔隙内部，有效的启动盲端处流动液体无法启动的残余油。本发明利用微生物原位培养及其代谢产物启动不同形状盲端剩余油。
近年来，微生物驱油以其独特的采油方式越来越受到大家的关注。微生物提高原油采收率技术是一项利用微生物的有益活动及代谢产物来提高原油采收率的一项综合性技术。与其它三次采油技术相比，微生物采油法具有适用范围广、工艺简单、投资少、见效快、功能多、费用低、无污染等优点，是目前最具发展前景的一项三次采油技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法。该方法采用的微生物原位培养，具有适用范围广、成本低、效果好、无污染的特点。
该方法为一次水驱后将微生物菌液注入孔隙，并进行原位培养，通过微生物及其代谢产物启动不同形状盲端剩余油。
其中，盲端形态有圆形、梯形、三角形和柱形，其中三角形盲端包括半封闭型和全开型。
盲端剩余油为密封于死角或孔隙盲端的残余油。
该方法向不同形状盲端中注入微生物原位培养15天。
该方法采用高温高压微观可视化实验装置进行分析，其中，高温高压微观可视化实验装置包括微量泵、中间容器、微观模型夹持器、微观可视化刻蚀模型、复眼式图像采集系统、光源、图像分析系统、回压阀、量筒和手摇泵，微量泵连接中间容器，中间容器连接微观模型夹持器，微观可视化刻蚀模型位于微观模型夹持器内，微观模型夹持器上部设置复眼式图像采集系统，微观模型夹持器下部设置光源，微观模型夹持器连接回压阀，回压阀与量筒相连，复眼式图像采集系统与图像分析系统相连，回压阀与手摇泵相连。
应用该装置进行分析具体包括如下步骤：
(一)打开微观模型夹持器的上密封盖，微观可视化刻蚀模型装入微观模型夹持器缸体内壁中部环状台阶上，保证微观模型夹持器下缸体与微观可视化刻蚀模型之间无气泡、微观可视化刻蚀模型进出口之间相互连通，缓慢拧紧微观模型夹持器上密封盖，保证整个系统内的气泡完全排除，关闭微观模型夹持器放空阀；
(二)根据实验流体所需的实验温度，调节与微观模型夹持器相连的温度控制仪，设定温度与实验流体所需实验稳定相同，待温度达到稳定开始实验；首先，选定微观可视化刻蚀模型中的三个以上特征位置，布置复眼式图像采集系统，打开光源，准备进行实时数据采集；然后，开始向微观可视化刻蚀模型中注入流体，通过微量泵把中间容器中的地层水注入微观可视化刻蚀模型内，随着围压的升高，调整回压阀，通过手摇泵增加回压，保证中间容器注入微观可视化刻蚀模型的压力与回压的压力相同；按照上述方法对微观可视化刻蚀模型进行饱和油，至微观可视化刻蚀模型出口所对应的微观模型夹持器的出口处无水流出；在此过程中，通过复眼式图像采集系统和图像分析系统对微观可视化刻蚀模型进行图像信息采集记录；
(三)饱和油完成后，待整个系统稳定，关闭微观模型夹持器出口；注入驱替地层水，在此过程中，利用复眼式图像采集系统对于微观可视化刻蚀模型的特征区域进行动态实时图像采集，记录不同时间和驱替阶段的图像信息，以备后续处理和分析；
(四)注入微生物，与步骤(三)中地层水驱替方式相同，原位培养15天，每天观察并利用复眼式图像采集系统对于微观可视化刻蚀模型的特征区域进行图像采集，记录不同形状盲端剩余油的形态变化；
(五)实验结束后，通过温度控制器缓慢降低微观模型夹持器和微观可视化刻蚀模型的温度，待温度降到室温后缓慢降压，保证微观可视化刻蚀模型的围压、进出口压力同时降低，压差保持在0.3-0.7MPa，直到压力降低到大气压为止；
(六)对实验结果整理和后续分析，利用图像预处理对微观可视化刻蚀模型中的驱油效果进行分析，得到不同形状盲端剩余油在微生物作用前后的采出程度。
上述方法，圆形盲端内的剩余油较易驱替。注入菌液时，圆形盲端内剩余油逐渐被剥离、拉断并驱出。
梯形盲端内的剩余油经微生物的乳化、剥离作用能有效剥离。微生物原位培养后面积大小不同的梯形盲端内剩余油均比水驱后剩余油减少。
三角形盲端剩余油根据盲端类型的差异驱出效果存在差异。一次水驱几乎不能动用半封闭的三角形剩余油，但能动用少量全开型的三角剩余油。原位培养期间，微生物通过生命活动有效启动半封闭的三角盲端剩余油，而注入过程对这部分剩余油作用较少，直接注入方式只能驱替出全开型三角盲端剩余油。
柱形盲端剩余油是该模型中最难驱替出的一种剩余油。一次水驱结束后，柱形盲端内几乎是以饱和油的状态存在。只能通过原位培养过程中微生物的界面趋向性等特性剥离、降解柱形盲端剩余油。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，微生物由于趋化性在原油表面附着生长，其代谢产物在油水界面处富集。在微生物的“啃噬”及其代谢产物的作用下，油水光滑界面被破坏，同时界面张力降低，导致盲端内残余油表面逐渐断裂，以小油滴形式游离出盲端处，游离于孔隙介质各处，随着微生物向盲端内部运动及生物表面活性剂的扩散，残余油不断重复这一过程。本发明方法对于不同形状的盲端剩余油均可提高采收率，更具有广泛适用性。
附图说明
图1为本发明的启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法不同形状孔隙盲端示意图；
图2本发明方法所用高温高压微观可视化实验装置结构示意图。
其中：1-微量泵；2-中间容器；3-微观模型夹持器；4-微观可视化刻蚀模型；5-复眼式图像采集系统；6-光源；7-图像分析系统；8-回压阀；9-量筒；10-手摇泵。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法。
该方法为一次水驱后将微生物菌液注入孔隙，并进行原位培养，通过微生物及其代谢产物启动不同形状盲端剩余油。
如图1所示，盲端形态有圆形、梯形、三角形和柱形，其中三角形盲端包括半封闭型和全开型。
如图2所示，该方法采用高温高压微观可视化实验装置进行分析，其中，高温高压微观可视化实验装置包括微量泵1、中间容器2、微观模型夹持器3、微观可视化刻蚀模型4、复眼式图像采集系统5、光源6、图像分析系统7、回压阀8、量筒9和手摇泵10，微量泵1连接中间容器2，中间容器2连接微观模型夹持器3，微观可视化刻蚀模型4位于微观模型夹持器3内，微观模型夹持器3上部设置复眼式图像采集系统5，微观模型夹持器3下部设置光源6，微观模型夹持器3连接回压阀8，回压阀8与量筒9相连，复眼式图像采集系统5与图像分析系统7相连，回压阀8与手摇泵10相连。
本发明采用的微生物是从胜利油田油井产出液中筛选分离得到的单一菌种，经形态观察和16SrDNA基因序列分析，菌株SL-1与Geobacillus stearothermophilus相似性达99％，属于嗜热脂肪性芽孢杆菌属，命名为SL-1。经初步鉴定，该菌为嗜高温、兼性厌氧菌。高温下，该菌能以原油为唯一碳源，进行生长代谢，且能有效产出生物乳化剂，其生长代谢后能产生显著的烃类乳化现象，且乳化性能稳定。
本发明通过向微观模型中注入SL-1菌，启动不同形状盲端剩余油并提高采收率。乳化功能菌SL-1及产物具有较强的洗油效率，微生物能在多孔介质内以原油和激活剂为营养来源，在油水界面生长，降解剩余油，改变孔隙壁的润湿性，使剩余油乳化、卷起成游离的油珠。一次水驱阶段，模型中大部分孔喉被水取代，并在水驱前缘出现指进和绕流现象，形成剩余油。注入微生物阶段，微生物及其代谢产物使少量原油发生乳化现象。培养第5天开始，剩余油逐渐被微生物分解，代谢产生的表面活性剂逐渐积累在孔隙内，原油逐渐被消耗，并乳化产生小油滴，盲端内的原油被逐渐剥离出来。培养14天，模型内孔隙壁面润湿性改变。原位培养期间，乳化功能菌SL-1依靠特有生命活动(界面趋向性及原位代谢等)剥离深层盲端(如柱形、三角形)内的剩余油。后续水驱阶段，在微生物及其代谢产物作用下，油水界面张力降低，剩余油流动过程中需克服的毛管力变小，盲端剩余油容易运移从而驱出，提高采收率。
本发明利用微生物原位培养启动不同形状盲端剩余油，其方法如下：
圆形盲端内的剩余油较易驱替。一次水驱后，有许多剩余油滞留于该类盲端内。注入菌株SL-1及产物时，圆形盲端内剩余油逐渐被剥离、拉断并驱出。
梯形盲端内的剩余油经微生物的乳化、剥离作用能有效剥离。微生物作用后两种不同大小的梯形盲端内剩余油均比水驱后残余的油减少很多。
三角形盲端剩余油根据盲端类型的差异驱出效果存在差异。一次水驱几乎不能动用半封闭的三角形剩余油，但能动用少量全开型的三角剩余油。实验结果发现，菌株SL-1原位培养期间，微生物通过生命活动作用能有效启动半封闭的三角盲端剩余油，而菌液注入过程对这部分剩余油作用较少，菌液注入方式只能驱替出全开型三角盲端剩余油。
柱形盲端剩余油是该模型中最难驱替出的一种剩余油。一次水驱结束后，柱形盲端内几乎是以饱和油的状态存在。只能通过原位培养过程中微生物的界面趋向性等特性剥离、降解柱形盲端剩余油。
在具体实施过程中，利用二维微观可视化模型驱替实验说明本发明的驱替盲端剩余油提高采收率的作用和效果。本实施例中使用的微观玻璃仿真地层模型是一种透明的二维平面玻璃模型。它是采用光刻技术，按照岩心铸体薄片的真实孔隙系统，经过适当的显微放大后，刻到光学玻璃上，然后对涂有感光材料的光学玻璃模板进行曝光处理，用氢氟酸腐蚀曝光后的玻璃模板，再与同样大小的光滑玻璃一起置于高温马弗炉下烧结成型而得。在模型的对角线两角处分别打一个小孔，模拟油藏的注水井和采油井。模型大小为6.5cm×6.5cm，孔隙所占区域长款为4.0cm×4.0cm，孔隙内径10～100μm。
本实施例中使用的微生物为从胜利油田油井产出液中筛选分离得到的单一菌种，经形态观察和16SrDNA基因序列分析，菌株SL-1与Geobacillus stearothermophilus相似性达99％，属于嗜热脂肪性芽孢杆菌属，命名为SL-1。经初步鉴定，该菌为嗜高温、兼性厌氧菌。高温下，该菌能以原油为唯一碳源，进行生长代谢，且能有效产出生物乳化剂，其生长代谢后能产生显著的烃类乳化现象，且乳化性能稳定。培养微生物所需有机/无机激活剂配方如下：
1)有机激活剂：葡萄糖3.0g/L、酵母粉3.0g/L、蛋白胨3.0g/L、NaCl 5.0g/L、K2HPO42.7g/L，pH约为7.2；
2)无机激活剂：尿素1g/L、NaCl 5g/L、K2HPO4 2.7g/L，pH约为7.16；
本实施例利用高温高压微观驱替装置示意图，该装置可以利用微观玻璃模型进行0～20MPa、150℃以下的各种驱油实验，实验装置包括以下几部分：
1)模型夹持器:为了使玻璃模型能够承受住地层条件下的压力和温度，必须有相应的夹持器来温控系统来保持压力和温度。
2)驱替系统：主要包括一台恒速液压泵和三个中间容器，分别装有注入水，原油和微生物发酵液或激活剂；
3)回压系统：主要包括一台手动泵和一个中间容器。中间容器中充满液体，利用手动泵将液体直接打入模型回压阀，增压到比出口压力高出0.5MPa左右，起回压作用；
4)环压系统：主要由一台手动泵和一个中间容器构成。中间容器中充满透明的蒸馏水(不能灌入自来水)，手动泵将水通过中间容器，打进夹持器内玻璃模型的上下部位，起到高压的作用，但模型的环压与模型出入压力值相差不宜超过0.5MPa以上，以免模型破裂或压碎；
5)监测系统：有压力表和传感器。包括出入口压力表、环压表和回压表；温度传感器。
6)图像采集系统：点光源、摄像头、监视器、录像机和计算机。
本实施例的实验条件为65℃，10MPa。
本实施例提供了一种启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法，该方法包括以下步骤：
1)打开高温高压微观模型夹持器3的上密封盖，装入微观可视化刻蚀模型4于夹持器3缸体内壁中部环状台阶上，过程中保证下缸体与模型4之间无气泡、模型4进出口之间相互连通，缓慢拧紧夹持器3上密封盖，最后保证整个系统内的气泡完全排除，关闭夹持器3放空阀。
2)根据实验流体(如稠油)所需的实验温度65℃，调节与夹持器3相连的温度控制仪，设定温度为65℃，待温度达到稳定，开始实验。首先，选定模型4中的多个特征位置，布置复眼式图像采集系统5，打开光源6，准备进行实时数据采集；然后，开始向模型4中注入流体，首先通过微量泵1把中间容器2中的地层水注入模型内(注入速度根据围压改变：围压快速升高，速度调快；围压缓慢升高，速度调慢)，随着围压的升高，调整回压阀8，通过手摇泵10增加回压，保证中间容器2注入模型的压力与回压的压力相等。同理对所述模型4进行饱和油，至所述模型4出口所对应的夹持器3的出口处无水流出，即将流出油为止。在此过程中，通过复眼式图像采集系统5和图像分析系统7，对模型4进行图像信息采集记录。
3)饱和油完成后，待整个系统稳定一段时间，关闭夹持器3出口。根据微观实验驱替类型和实验压力，注入驱替地层水，在此过程中，利用复眼式图像采集系统5对于模型4的特征区域进行动态实时图像采集，记录不同时间和驱替阶段的图像信息，以备后续处理和分析。
4)注入微生物，与地层水驱替方式相同。原位培养15天，每天观察并利用复眼式图像采集系统5对于模型4的特征区域进行图像采集。
5)实验结束后，通过温度控制器缓慢降低夹持器3和模型4的温度，待温度降到室温后缓慢降压，保证模型4的围压、进出口压力同时降低，压差保持在0.5MPa左右，直到压力降低到大气压为止。
6)对实验结果整理和后续分析。即利用图像预处理和对微观模型中的驱油效果进行分析。
本实例还对上述方法的结果进行了评价分析，具体如下：
圆形盲端：相比于其他类型的盲端剩余油，圆形盲端内的剩余油是较易于驱出来。一次水驱后，有许多剩余油滞留于该类盲端内。注入菌株SL-1及产物时，圆形盲端内剩余油逐渐被剥离、拉断并驱出。
梯形盲端：微生物的乳化、剥离作用能有效剥离梯形盲端内的剩余油。微生物作用后两种不同大小的梯形盲端内剩余油均比水驱后残余的油减少很多。
三角形盲端：三角形盲端剩余油根据盲端类型的差异驱出效果存在差异。一次水驱几乎不能动用半封闭的三角形剩余油，但能动用少量全开型的三角剩余油。实验结果发现，菌株SL-1原位培养期间，微生物通过生命活动作用有效动用半封闭的三角盲端剩余油，而菌液注入过程对这部分剩余油作用较少，菌液注入方式只能驱替出全开型三角盲端剩余油。
柱形盲端：该模型中柱形盲端剩余油是相对最难驱替出的一种剩余油。一次水驱结束后，柱形盲端内几乎是以饱和油的状态存在。只能通过原位培养过程中微生物的界面趋向性等特性剥离、降解柱形盲端剩余油。
从表1和表2看出，菌株SL-1和有机激活剂对三角形盲端和柱形盲端剩余油提高采收率分别达1.25％和0.22％，相对于各自的初始剩余油，有48.30％、47.88％原油被采出。菌株SL-1的驱替作用主要对圆形盲端和梯形盲端剩余油有较好的剥离作用，提高采收率达1.0％～1.7％，相对于各自的初始剩余油，有48.42％、54.01％的原油被采出。菌株SL-1及产物对四种盲端剩余油的作用效果依次为圆形盲端剩余油＞梯形盲端剩余油＞三角形盲端剩余油＞柱形盲端剩余油。
表1不同驱油方式对各种形状剩余油采收率
表2不同驱油方式不同形状剩余油减少比例
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法，其特征在于：一次水驱后将微生物菌液注入孔隙，并进行原位培养，通过微生物及其代谢产物启动不同形状盲端剩余油。
2.根据权利要求1所述的启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法，其特征在于：所述盲端形态有圆形、梯形、三角形和柱形，其中三角形盲端包括半封闭型和全开型。
3.根据权利要求1所述的启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法，其特征在于：所述盲端剩余油为密封于死角或孔隙盲端的残余油。
4.根据权利要求1所述的启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法，其特征在于：该方法向不同形状盲端中注入微生物原位培养15天。
5.根据权利要求1所述的启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法，其特征在于：该方法采用高温高压微观可视化实验装置进行分析，其中，高温高压微观可视化实验装置包括微量泵(1)、中间容器(2)、微观模型夹持器(3)、微观可视化刻蚀模型(4)、复眼式图像采集系统(5)、光源(6)、图像分析系统(7)、回压阀(8)、量筒(9)和手摇泵(10)，微量泵(1)连接中间容器(2)，中间容器(2)连接微观模型夹持器(3)，微观可视化刻蚀模型(4)位于微观模型夹持器(3)内，微观模型夹持器(3)上部设置复眼式图像采集系统(5)，微观模型夹持器(3)下部设置光源(6)，微观模型夹持器(3)连接回压阀(8)，回压阀(8)与量筒(9)相连，复眼式图像采集系统(5)与图像分析系统(7)相连，回压阀(8)与手摇泵(10)相连。
6.根据权利要求5所述的启动不同形状盲端剩余油的驱替及分析方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
(一)打开微观模型夹持器(3)的上密封盖，微观可视化刻蚀模型(4)装入微观模型夹持器(3)缸体内壁中部环状台阶上，保证微观模型夹持器(3)下缸体与微观可视化刻蚀模型(4)之间无气泡、微观可视化刻蚀模型(4)进出口之间相互连通，缓慢拧紧微观模型夹持器(3)上密封盖，保证整个系统内的气泡完全排除，关闭微观模型夹持器(3)放空阀；
(二)根据实验流体所需的实验温度，调节与微观模型夹持器(3)相连的温度控制仪，设定温度与实验流体所需实验稳定相同，待温度达到稳定开始实验；首先，选定微观可视化刻蚀模型(4)中的三个以上特征位置，布置复眼式图像采集系统(5)，打开光源(6)，准备进行实时数据采集；然后，开始向微观可视化刻蚀模型(4)中注入流体，通过微量泵(1)把中间容器(2)中的地层水注入微观可视化刻蚀模型(4)内，随着围压的升高，调整回压阀(8)，通过手摇泵(10)增加回压，保证中间容器(2)注入微观可视化刻蚀模型(4)的压力与回压的压力相同；按照上述方法对微观可视化刻蚀模型(4)进行饱和油，至微观可视化刻蚀模型(4)出口所对应的微观模型夹持器(3)的出口处无水流出；在此过程中，通过复眼式图像采集系统(5)和图像分析系统(7)对微观可视化刻蚀模型(4)进行图像信息采集记录；
(三)饱和油完成后，待整个系统稳定，关闭微观模型夹持器(3)出口；注入驱替地层水，在此过程中，利用复眼式图像采集系统(5)对于微观可视化刻蚀模型(4)的特征区域进行动态实时图像采集，记录不同时间和驱替阶段的图像信息，以备后续处理和分析；
(四)注入微生物，与步骤(三)中地层水驱替方式相同，原位培养15天，每天观察并利用复眼式图像采集系统(5)对于微观可视化刻蚀模型(4)的特征区域进行图像采集，记录不同形状盲端剩余油的形态变化；
(五)实验结束后，通过温度控制器缓慢降低微观模型夹持器(3)和微观可视化刻蚀模型(4)的温度，待温度降到室温后缓慢降压，保证微观可视化刻蚀模型(4)的围压、进出口压力同时降低，压差保持在0.3-0.7MPa，直到压力降低到大气压为止；
(六)对实验结果整理和后续分析，利用图像预处理对微观可视化刻蚀模型(4)中的驱油效果进行分析，得到不同形状盲端剩余油在微生物作用前后的采出程度。
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