CN111088967B - 一种提高油藏微生物产甲烷产量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于三次采油技术领域，具体涉及一种提高油藏微生物产甲烷产量的方法。该方法具体包括以下步骤：油藏的筛选；油藏中气体组分的测定；油藏中H2需要量的确定；油藏中H2供给工艺的确定；现场试验及效果分析。本发明利用向油藏中安全可靠地补充氢气的方式实现了产甲烷微生物代谢产生甲烷气，不仅大幅度地提高了原油转化甲烷的转化率和转化速度，而且大幅度地提高了产甲烷气体的量，从而提高了油藏的原油采收率。因此，本发明可广泛地应用于废弃油藏提高采收率的现场试验中。
Description
技术领域
本发明属于三次采油技术领域，具体涉及一种提高油藏微生物产甲烷产量的方法。
背景技术
随着油田的不断开发，采出程度逐渐升高，剩余可采储量逐渐降低，当油井含水达到98％以上的时油田将面临无效益开采的严峻形势，部分区块不得不整体关停。尽管油井含水达到98％以上，但是地层中仍然有超过30％的剩余油无法开采出来，嗜烃微生物可以利用原油为碳源进行生长代谢，从而产生二氧化碳气体，该气体可以作为产甲烷微生物合成甲烷气体的重要原料物质。目前已知的甲烷生物合成途径有3种，它们以乙酸、甲基化合物、氢/二氧化碳为起始，通过不同的反应途径都形成了甲基辅酶M，在甲基辅酶M还原酶的催化下最终形成甲烷。在地下油藏中产甲烷微生物合成甲烷的主要途径是利用氢/二氧化碳为起始，从而产生甲烷气体。
油藏中嗜烃微生物能够产生大量的二氧化碳气体，而且油藏中伴生气也有一定二氧化碳气体。但是大部分油藏伴生气中检测不到氢气，可能油藏中产甲烷代谢消耗了氢气的缘故。要促进油藏中产甲烷微生物有效生长代谢并产生甲烷气体，氢气成为限制产甲烷微生物生长代谢的主要因素。由于氢气是易燃气体，因此直接向油藏注入氢气会产生一定的危险性，同时存在着注入成本高，工艺复杂的缺点。因此，寻找可行的安全的方法实现油藏中氢气的产生，促进产甲烷微生物有效的生长代谢并产生甲烷气体。
经文献检索，公告号“CN102329822B”，专利名称“一种调控石油烃厌氧生物降解产甲烷速率的方法”，公开了一种加速石油烃厌氧降解产甲烷过程速率的调控石油烃厌氧生物降解产甲烷速率的方法，通过向石油烃厌氧生物降解体系样品中补充添加低浓度的硫酸盐和磷酸盐，激活在厌氧情况下具有降解石油烃能力的硫酸盐还原菌，磷酸盐的加入刺激产甲烷菌群的整体运转，从而加速石油烃的降解和甲烷的产生。但该方法的缺点在于：(1)添加酸盐酸和磷酸盐等营养体系能够在一定程度上激活提高嗜烃微生物生长代谢，产生二氧化碳气体，并没有产生氢气，不能促进甲烷菌产生甲烷气体；(2)油藏中硫酸盐的加入在一定程度上促进了硫酸盐还原菌的生长，对于甲烷气体的产生并没有促进作用；(3)上述方法实施工程太过于简单，不够具体明确，不利于现场实施，而且还存在油藏适应性的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足而提供一种提高油藏微生物产甲烷产量的方法，本发明利用向油藏中安全可靠地补充氢气的方式实现了产甲烷微生物代谢产生甲烷气，不仅大幅度地提高了原油转化甲烷的转化率和转化速度，而且大幅度地提高了产甲烷气体的量，从而提高了油藏的原油采收率。
本发明公开了一种提高油藏微生物产甲烷产量的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)油藏的筛选
油藏的筛选需要满足以下条件：油藏温度＜90℃、油藏压力＜20MPa、油藏渗透率＞100×10-3μm2、地层水矿化度＜200000mg/L、原油粘度＜50000mPa·s、含水＞98％；油藏中含有嗜烃微生物和产甲烷微生物。
所述的嗜烃微生物为假单胞菌或不动杆菌；所述的产甲烷微生物为甲烷热杆菌或甲烷嗜热球菌。
(2)油藏中气体组分的测定
利用气相色谱法测定油藏产出气体中CO2、H2的含量，分别用X、Y表示。
(3)油藏中H2需要量的确定
油藏中H2需要量Q由下面公式确定：
Q＝3.14×L2RФ(4X-Y)
式中：Q—油藏中H2的需求量，m3；
R—油藏厚度，m；
L—注水井与油井之间的距离，m；
Ф—油藏的孔隙度，无量纲；
X—油藏中CO2含量，百分数；
Y—油藏中H2含量，百分数。
(4)油藏中H2供给工艺的确定
油藏中H2供给工艺如下：首先利用聚丙烯酰胺凝胶将硼氢化钠包埋，然后将包埋后的硼氢化钠从随注入水从油藏的注水井中注入，注入油藏中的硼氢化钠产生H2。
所述的硼氢化钠的包埋量M由以下公式确定：
M＝37.83×Q/(4×22.4)
式中：M—硼氢化钠的包埋量，kg；
Q—油藏中H2的需求量，m3；
(5)现场试验及效果分析
根据上述步骤确定的工艺进行现场试验，现场试验结束进行试验效果的评价，评价的指标包括油藏产出气中CH4、CO2、H2含量，甲烷的产量以及投入产出比。
本发明利用聚丙烯酰胺凝胶将硼氢化钠包埋，然后将包埋后的硼氢化钠从随注入水从油藏的注水井中注入，注入油藏中的硼氢化钠产生H2。利用该方法向油藏中提供H2，不仅克服了直接向油藏中直接注入H2存在的危险性强、注入成本高和工艺复杂的问题；而且采用包埋方式的硼氢化钠，延长了硼氢化钠在油藏的反应时间，有利于扩大H2在油藏中的供给范围(波及体积)，从而提高了油藏中甲烷气的产量。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)本发明利用向油藏中安全可靠地补充氢气的方式实现了产甲烷微生物代谢产生甲烷气，不仅大幅度地提高了原油转化甲烷的转化率和转化速度，而且大幅度地提高了产甲烷气体的量，从而提高了油藏的原油采收率；
(2)本发明利用聚丙烯酰胺凝胶包埋硼氢化钠的方法实现了氢气的产生和注入，满足了安全环保、经济性的要求；
(3)本发明根据油藏不同油水井间距设计了不同硼氢化钠凝胶颗粒的注入，提高了不同油藏实施的针对性和有效性，保证了产甲烷效率；
(4)本发明现场实施的针对性和可操作性强，而且与传统方法相比具有成本低、绿色环保、产出液无需后续处理等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述：
实施例1：
胜利油田某采油厂试验区块A概况：油藏温度60℃，油藏压力12MPa，油层厚度3.5m，渗透率800×10-3μm2，地层水矿化度8500mg/L，孔隙度0.24，原油粘度1200mPa·s，综合含水98.5％，采出程度为26％，1注3采，油水井平均井距为100m。经检测试验区块地层水中含有假单胞菌和甲烷嗜热球菌，菌浓分别为2.0×102个/ml、1.0×102个/ml。利用本发明的方法提高该区块甲烷气的产量，具体步骤如下：
(1)油藏的筛选
油藏的筛选需要满足以下条件：油藏温度＜90℃、油藏压力＜20MPa、油藏渗透率＞100×10-3μm2、地层水矿化度＜200000mg/L、原油粘度＜50000mPa·s、含水＞98％；油藏中含有嗜烃微生物和产甲烷微生物。
试验区块A的油藏温度为60℃、油藏压力为12MPa、油藏渗透率为800×10-3μm2、地层水矿化度为8500mg/L、原油粘度为1200mPa·s、含水98.5％；试验区块中含有假单胞菌和甲烷嗜热球菌。满足本发明的油藏筛选标准，可以实施本发明。
(2)油藏中气体组分的测定
利用气相色谱测定油藏产出气体中CO2、H2的含量，分别用X、Y表示。检测结果见表1。
表1试验区块A各油井产出气体组分分析结果，单位：％
| 油井 | 二氧化碳 | 氢气 | 甲烷 | 其他 |
| 井1 | 76 | 2 | 5 | 17 |
| 井2 | 80 | 3 | 6 | 11 |
| 井3 | 82 | 1 | 8 | 9 |
| 平均 | 79.33 | 2 | 6.33 | 12.34 |
从表1可以看出：试验区块A产出气中CO2、H2的平均含量X、Y分别为79.33％、2％。
(3)油藏中H2需要量的确定
油藏中H2需要量Q由下面公式确定：
Q＝3.14×L2RФ(4X-Y)
＝3.14×1002×3.5×0.24×(4×0.7933-0.02)
＝8.32×104m3
式中：Q—油藏中H2的需求量，m3；
R—油藏厚度，3.5m；
L—注水井与油井之间的距离，100m；
Ф—油藏的孔隙度，0.24；
X—油藏中CO2含量，79.33％；
Y—油藏中H2含量，2％。
(4)油藏中H2供给工艺的确定
油藏中H2供给工艺如下：首先利用聚丙烯酰胺凝胶将硼氢化钠包埋，然后将包埋后的硼氢化钠从随注入水从油藏的注水井中注入，注入油藏中的硼氢化钠产生H2。
所述的硼氢化钠的包埋量M由以下公式确定：
M＝37.83×Q/(4×22.4)
＝37.83×8.32×104/(4×22.4)
＝3.51×104kg
式中：M—硼氢化钠的包埋量，kg；
Q—油藏中H2的需求量，8.32×104m3；
(5)现场试验及效果分析
根据上述步骤确定的工艺进行现场试验，现场试验结束进行试验效果的评价，评价的指标包括油藏产出气中CH4、CO2、H2含量，甲烷的产量以及投入产出比。
现场试验效果评价：现场实施后油井产出气体中CH4、CO2、H2平均含量分别为92.5％、2.5％和0％，产出气中CH4含量明显增加，而CO2含量明显降低，说明硼氢化钠的加入促进了甲烷气的产生，甲烷的产量为1.5×106m3，投入产出比为1:3.5，现场试验效果良好。
实施例2
胜利油田某采油厂试验区块B概况：油藏温度80℃，油藏压力16MPa，油层厚度4.5m，渗透率1200×10-3μm2，地层水矿化度22000mg/L，孔隙度0.28，原油粘度1850mPa·s，综合含水99％，采出程度为30％，1注2采，油水井平均井距为150m。经检测试验区块地层水中含有假单胞菌和甲烷热杆菌，菌浓分别为1.0×102个/ml、1.0×102个/ml。利用本发明的方法提高该区块甲烷气的产量，具体步骤如下：
(1)油藏的筛选
油藏的筛选需要满足以下条件：油藏温度＜90℃、油藏压力＜20MPa、油藏渗透率＞100×10-3μm2、地层水矿化度＜200000mg/L、原油粘度＜50000mPa·s、含水＞98％；油藏中含有嗜烃微生物和产甲烷微生物。
试验区块B的油藏温度80℃，油藏压力16MPa，渗透率1200×10-3μm2，地层水矿化度22000mg/L，原油粘度1850mPa·s，综合含水99％；试验区块中含有假单胞菌和甲烷嗜热球菌。满足本发明的油藏筛选标准，可以实施本发明。
(2)油藏中气体组分的测定
利用气相色谱测定油藏产出气体中CO2、H2的含量，分别用X、Y表示。检测结果见表2。
表2试验区块B各油井产出气体组分分析结果，单位：％
| 油井 | 二氧化碳 | 氢气 | 甲烷 | 其他 |
| 井1 | 72 | 10 | 8 | 10 |
| 井2 | 76 | 8 | 12 | 4 |
| 平均 | 74 | 9 | 10 | 7 |
从表2可以看出：试验区块B产出气中CO2、H2的平均含量X、Y分别为74％、9％。
(3)油藏中H2需要量的确定
油藏中H2需要量Q由下面公式确定：
Q＝3.14×L2RФ(4X-Y)
＝3.14×1502×4.5×0.28×(4×0.74-0.09)
＝2.55×105m3
式中：Q—油藏中H2的需求量，m3；
R—油藏厚度，4.5m；
L—注水井与油井之间的距离，150m；
Ф—油藏的孔隙度，0.28；
X—油藏中CO2含量，74％；
Y—油藏中H2含量，9％。
(4)油藏中H2供给工艺的确定
油藏中H2供给工艺如下：首先利用聚丙烯酰胺凝胶将硼氢化钠包埋，然后将包埋后的硼氢化钠从随注入水从油藏的注水井中注入，注入油藏中的硼氢化钠产生H2。
所述的硼氢化钠的包埋量M由以下公式确定：
M＝37.83×Q/(4×22.4)
＝37.83×2.55×105/(4×22.4)
＝1.1×105kg
式中：M—硼氢化钠的包埋量，kg；
Q—油藏中H2的需求量，2.55×105m3；
(5)现场试验及效果分析
根据上述步骤确定的工艺进行现场试验，现场试验结束进行试验效果的评价，评价的指标包括油藏产出气中CH4、CO2、H2含量，甲烷的产量以及投入产出比。
现场试验效果评价：现场实施后油井产出气体中CH4、CO2、H2平均含量分别为93.2％、1.0％和0％，产出气中CH4含量明显增加，而CO2含量明显降低，说明硼氢化钠的加入促进了甲烷气的产生，甲烷的产量为5.8×106m3，投入产出比为1:3.3，现场试验效果良好。
实施例3：
胜利油田某采油厂试验区块C概况：油藏温度75℃，油藏压力12.5MPa，油层厚度3.5m，渗透率1050×10-3μm2，地层水矿化度9400mg/L，孔隙度0.32，原油粘度690mPa·s，综合含水98.5％，采出程度为24％，1注2采，油水井平均井距为200m。经检测试验区块地层水中含有假单胞菌和甲烷热杆菌，菌浓分别为2.0×102个/ml、5.0×102个/ml。利用本发明的方法提高该区块甲烷气的产量，具体步骤如下：
(1)油藏的筛选
油藏的筛选需要满足以下条件：油藏温度＜90℃、油藏压力＜20MPa、油藏渗透率＞100×10-3μm2、地层水矿化度＜200000mg/L、原油粘度＜50000mPa·s、含水＞98％；油藏中含有嗜烃微生物和产甲烷微生物。
试验区块C的油藏温度75℃，油藏压力12.5MPa，渗透率1050×10-3μm2，地层水矿化度9400mg/L，原油粘度690mPa·s，综合含水98.5％；试验区块中含有假单胞菌和甲烷嗜热球菌。满足本发明的油藏筛选标准，可以实施本发明。
(2)油藏中气体组分的测定
利用气相色谱测定油藏产出气体中CO2、H2的含量，分别用X、Y表示。检测结果见表3。
表3试验区块C各油井产出气体组分分析结果，单位：％
| 油井 | 二氧化碳 | 氢气 | 甲烷 | 其他 |
| 井1 | 80 | 2 | 6 | 12 |
| 井2 | 78 | 4 | 4 | 14 |
| 平均 | 79 | 3 | 5 | 13 |
从表3可以看出：试验区块C产出气中CO2、H2的平均含量X、Y分别为79％、3％。
(3)油藏中H2需要量的确定
油藏中H2需要量Q由下面公式确定：
Q＝3.14×L2RФ(4X-Y)
＝3.14×2002×3.5×0.32×(4×0.79-0.03)
＝4.4×105m3
式中：Q—油藏中H2的需求量，m3；
R—油藏厚度，3.5m；
L—注水井与油井之间的距离，200m；
Ф—油藏的孔隙度，0.32；
X—油藏中CO2含量，79％；
Y—油藏中H2含量，3％。
(4)油藏中H2供给工艺的确定
油藏中H2供给工艺如下：首先利用聚丙烯酰胺凝胶将硼氢化钠包埋，然后将包埋后的硼氢化钠从随注入水从油藏的注水井中注入，注入油藏中的硼氢化钠产生H2。
所述的硼氢化钠的包埋量M由以下公式确定：
M＝37.83×Q/(4×22.4)
＝37.83×4.4×105/(4×22.4)
＝1.86×105kg
式中：M—硼氢化钠的包埋量，kg；
Q—油藏中H2的需求量，4.4×105m3；
(5)现场试验及效果分析
根据上述步骤确定的工艺进行现场试验，现场试验结束进行试验效果的评价，评价的指标包括油藏产出气中CH4、CO2、H2含量，甲烷的产量以及投入产出比。
现场试验效果评价：现场实施后油井产出气体中CH4、CO2、H2平均含量分别为92.0％、0.5％和0％，产出气中CH4含量明显增加，而CO2含量明显降低，说明硼氢化钠的加入促进了甲烷气的产生，甲烷的产量为2.5×107m3，投入产出比为1:3.5，现场试验效果良好。
Claims (4)
1.一种提高油藏微生物产甲烷产量的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)油藏的筛选；
(2)油藏中气体组分的测定；
(3)油藏中H2需要量的确定；
(4)油藏中H2供给工艺的确定；
(5)现场试验及效果分析；
所述的油藏的筛选，需要满足以下条件：(1)油藏温度＜90℃、油藏压力＜20MPa、油藏渗透率＞100×10-3μm2、地层水矿化度＜200000mg/L、原油粘度＜50000mPa·s、含水＞98％；(2)油藏中含有嗜烃微生物和产甲烷微生物；
所述的油藏中气体组分的测定是指利用气相色谱法测定油藏产出气体中CO2、H2的含量X和Y；
所述的油藏中H2需要量Q，由下面公式确定：
Q＝3.14×L2RФ(4X-Y)
式中：Q—油藏中H2的需求量，m3；
R—油藏厚度，m；
L—注水井与油井之间的距离，m；
Ф—油藏的孔隙度，无量纲；
X—油藏中CO2含量，百分数；
Y—油藏中H2含量，百分数；
所述的油藏中H2供给工艺的确定，具体步骤如下：首先利用聚丙烯酰胺凝胶将硼氢化钠包埋，然后将包埋后的硼氢化钠从随注入水从油藏的注水井中注入，注入油藏中的硼氢化钠产生H2；
所述的硼氢化钠的包埋量M，由以下公式确定：
M＝37.83×Q/(4×22.4)
式中：M—硼氢化钠的包埋量，kg；
Q—油藏中H2的需求量，m3。
2.根据权利要求1所述的提高油藏微生物产甲烷产量的方法，其特征在于所述的嗜烃微生物为假单胞菌或不动杆菌，产甲烷微生物为甲烷热杆菌或甲烷嗜热球菌。
3.根据权利要求1所述的提高油藏微生物产甲烷产量的方法，其特征在于所述的现场试验及效果分析是指根据上述步骤确定的工艺进行现场试验，现场试验结束后进行试验效果的评价。
4.根据权利要求3所述的提高油藏微生物产甲烷产量的方法，其特征在于所述的试验效果的评价的指标包括油藏产出气中CH4、CO2、H2含量，甲烷的产量以及投入产出比。
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