CN111827942B - 一种微生物驱采油技术的井组布井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微生物驱采油技术的井组布井方法，利用微生物三次采油技术在较厚砂岩油藏中部署一套水平井开采、直井注入的组合注采井网，所述组合注采井网要做到平面对应、纵向立体、底注顶采的要求；直井注入指利用直井将微生物注入砂岩油藏的底部区域，水平井开采指将采出井水平段部署在较厚砂岩油藏的顶部区域；平面对应是指注入直井和采出井水平段在俯视状态下投影到平面上之后重合，是一种上下相对应的关系；纵向立体是指直井注入段、采出井水平段在砂岩油藏内不同深度平行排列，在平行于重力方向而垂直于采出井水平段主井筒的截面内形成立体井网；本发明具有较高的扫油效率、高的采油能力及较高的最终采收率等优点。

Description

一种微生物驱采油技术的井组布井方法

技术领域

本发明涉及石油开采行业三次采油技术领域微生物采油技术，具体地说是一种微生物驱采油技术的井组布井方法。

背景技术

在世界范围内，经过一次采油，二次采油两次常规采油之后的总采收率一般只能占地下原油的30％～40％。遗留在地层的残余油仍然占60％～70％，故如何提高采收率，从地下采出更多原油，一直是世界上许多国家不断研究的课题。

微生物提高原油采收率技术是将微生物及其营养源注入地下油层，使微生物在油层中生栖繁殖，一方面利用微生物对原油的直接作用,改善原油物性，提高原油在地层孔隙中的流动性，另一方面利用微生物在油层中生长代谢产生的气体、生物表面活性物质、有机酸、聚合物等物质,来提高原油采收率的一种方法。微生物可解决油井生产中多种问题，如降粘、防蜡、解堵、调剖，最后提高采收率的代谢产物在油层内产生，利用率高，且易于生物降解，具有良好的生态特性。微生物采油由于其成本低、效果好、无污染，愈来愈受到人们广泛的重视。

目前微生物采油工艺都是依托原有井网，按其注入、生产方式大致分为微生物单井吞吐法与微生物驱法，由于受微生物处理范围、油水流度比大、地层能量低等因素影响，实际应用效果与室内研究结果相差较大，有的甚至没有效果。其原因是原有井网布井方式是在照满足油藏一次、二次采油技术下所布设的注采井网，并不能适用微生物驱采油技术。

我们以物模技术手段为基础，研究了细菌在油藏条件下繁殖、代谢、吸附、运移规律，根据油藏中油水密度差、流度比大的情况，结合多孔介质渗流特征，在砂岩油藏三次采油阶段，提出了一种全新的微生物驱油采油的一种井组布井井方法。

在三次微生物驱油采油技术领域内，没有检索到类似本申请技术方案的现有技术。

申请号：201510724356.4提供了一种超低渗致密油藏拟本井侧向驱替水平井布井方法，具体步骤如下：确定主力贡献层段；确定水平井、注水井、压裂裂缝的位置；确定水平井井排的方向；确定水平井之间的井距；确定水平井的排距；确定水平井的长度；确定注水井偏移距；确定注水井人工压裂缝缝长；注水；由过去的点状注水转变为线状注水，在注水量相同的情况下，注水压力降低，有利于避免天然裂缝在注水过程中产生的天然裂缝二次开启，降低裂缝性水淹风险；将人工裂缝之间的区域由弹性溶解气驱转变为水驱，局部区域的裂缝优势方向保持一致，有利于避免早期见水，提高能量补充水平。

申请号：201710824476.0公开了一种油页岩原位开采的布井与地层处理方法，在油页岩开采区域范围内，布设两口水平井和六口竖井；竖井均布在油页岩开采区域的两侧，第一水平井与第二水平井成斜对称方式，第一水平井与第二水平井分别钻穿至油页岩的上顶板和下底板。第一水平井与第二水平井在水平、竖直方向均有距离且呈镶嵌状态；采用水力喷射的方式分别对第一水平井与第二水平井喷射出分支井。对于第一水平井和第二水平井，分别使用水力喷射钻具向下方和上方定向喷射出3个在油页岩地层内的分支井；最后，采用水力压裂的方式将第一水平井的分支井、第二水平井的分支井和所有竖井压裂贯通，使其裂缝更加发育，孔隙度与渗透性能进一步提高。

以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，针对本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微生物驱采油技术的井组布井方法，经注入直井注入微生物原液及营养液，再利用采出井产出的采油方法。其理论是将微生物及营养剂从位于油藏油层底部附近的直井注入油藏，让微生物在油层中生长、繁殖和代谢一定的时间周期，利用微生物的降解石油组分、乳化原油作用，降低原油密度、粘度，提高原油在地层孔隙中垂向流动性。同时利用微生物生长、代谢过程中产生气体，及可控注入压力，将低粘度原油驱至布置在油藏上部的采出井水平段附近。微生物在油藏中经过一定作用时间，然后通过采出井水平段产出的采油方法，具有较高的扫油效率、高的采油能力及较高的最终采收率等优点。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种微生物驱采油技术的井组布井方法，利用微生物三次采油技术在较厚砂岩油藏中部署一套水平采出井开采、直井注入的组合注采井网，所述组合注采井网要做到平面对应、纵向立体、底注顶采的要求；

其中，平面对应是指注入直井的井底和采出井水平段投影到平面上之后，是一种上下相对应的关系；

其中，纵向立体是指注入直井、采出井水平段在砂岩油藏内不同深度平行排列，在平行于重力方向而垂直于采出井水平段主井筒的截面内形成立体井网；

其中，底注顶采指微生物注入直井布置在砂岩油藏底部，采出井布置在砂岩油藏顶部。

所述注入直井至少设置一列，注入直井井底位于采出井水平段的下方，并且每一列注入直井井底均与采出井水平段是一种上下相对应的关系，所述一列注入直井至少包括两个单独的注入直井，且均匀分布。

所述直井注入指利用直井将微生物注入砂岩油藏的底部区域，水平采出井开采指将采出井水平段部署在较厚砂岩油藏的顶部区域；砂岩油藏的厚度是指底面到油藏最底层的距离，那么注入直井的井底要钻到砂岩油藏整个厚度的五分之四的位置，采出井水平段所钻设的位置为砂岩油藏整个厚度的三分之一处。

根据油藏渗透率、微生物处理后的原油粘度、及油水饱和度基本数据，基于油层渗流力学理论公式计算注入井底部与水平井段的垂向距离，以此指导井组在油藏中的部署位置。

油藏渗透率、原油粘度和运移距离之间的渗流理论关系可由以下证明：

假设油、水相流动都分别服从达西定律，考虑重力和毛细管力影响时，在倾斜角为α的微观孔隙中；其中，v_o1为毛细管力作用下运动方向r上的分速度，v_o2为重力作用下运动方向r上的分速度；

对于油水界面上某一点的油相，其运动方程为：

v_o＝v_o1+v_o2 (1-1)

其中：

考虑到压力梯度方向与毛细管力分速度方向相反，在式中为负值，故压力梯度项负号代表方向；

由1-1式，1-2式，1-3式得：

同理，对于水相：

流体流度

流度比为：

流度越大，流体流动性越好；流度比越大，指进现象越严重；

通过微生物反应，稠油粘度降低50％以上，从而增大油相流度，增强原油流动性；降低流度比，有效改善水窜现象；

微观上，微生物降粘，降低原油密度有利于油相驱替，证明如下；

微生物反应后，油相运动方程如下：

结合1-4式和1-7式，得：

在压力梯度不变的条件下，反应后原油的流度增大，密度减小，故v′_o-v_o＞0，即v′_o＞v_o，反应后原油流动速度更快，更易于运移；

在实例中，采出井与注入直井在同一油藏内，采出井水平段在注入直井井底上方；

注入直井与采出井的垂向距离记为ΔH，注入直井井底压力为p₁，采出井井底压力为p₂，压力差Δp＝p₁-p₂。由达西定律得：

油藏原油向上驱替时，应满足v＞0，即：

微生物降粘反应后，可以降低驱替压力差；

在生产中，日产量通常保持稳定，渗流速度为一定值，将v＝c代入1-9式变形得：

通过微生物反应降低粘度，提高油相相对渗透率，在压差相对稳定的情况下，可相对获得油相运移距离，为注入直井井底与采出井水平段段垂向距离的确定具有指导意义。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

微生物驱的原理是稠油油藏依靠蒸汽吞吐或微生物吞吐开采时，只能采出各个油井井点附近油层中的原油，井间留有大量的剩余油富集区，利用微生物驱技术，由注入直井连续或间断注入微生物，微生物进入砂岩孔隙孔道中后，降解孔隙孔道中的原油、岩石表面的油膜及孔隙壁面的重质组分，形成水包油乳化液，乳化液比原油的流动性强，粘度只有1-10mPa.s，密度比水低，由于注入直井点压力高，采油井点压力低，乳化液从油井采出。主要作用有原油降解乳化作用、重力分异作用、气体增能降粘、微生物产生的表面活性物质的洗油作用。本发明根据砂岩油藏中油水密度、粘度、油层渗流特性考虑一套“直井注入”“水平井开采”的平面对应、纵向立体的微生物驱注采井网，采出井水平段开采与直井相比具有泄油面积大、单井产量高、储量动用程度高等特点，加之采出井水平段生产压差小，对于高含水底水油藏可以一定程度控制含水上升速度。油藏底部注入微生物，使得微生物波及范围大，处理后的低粘度、密度原油，利用重力分异作用，辅助驱油，更易于向油藏上部运移，同时底部注入保障地层能量，采出井水平段可控制含水上升，提供产能保障，两者相互结合提高驱油效率。

本发明经注入直井注入微生物原液及营养液，再利用水平井产出的采油方法。其理论是将微生物及营养剂从位于油藏油层底部附近的直井注入油藏，让微生物在油层中生长、繁殖和代谢一定的时间周期，利用微生物的降解石油组分、乳化原油作用，降低原油密度、粘度，提高原油在地层孔隙中垂向流动性。同时利用微生物生长、代谢过程中产生气体，及可控注入压力，将低粘度原油驱至布置在油藏上部的采出井水平段附近。微生物在油藏中经过一定作用时间，然后通过采出井水平段产出的采油方法，具有较高的扫油效率、高的采油能力及较高的最终采收率等优点。

附图说明

图1是本发明所述的井组布井方法的井组油藏剖面示意图。

图2是本发明所述的井组布井方法的俯视井组平面井位示意图。

图3是本发明所述的井组布井方法的井组剖面局部图。

图4是考虑重力及毛细管力时的油水两相渗流示意图。

图中标记：采出井1、采出井水平段2、第一注入直井3、第一注入直井井口4、第一注入直井井底5、第二注入直井6、第二注入直井井口7、第二注入直井井底8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：

一种微生物驱采油技术的井组部署方法，利用微生物三次采油技术在较厚砂岩油藏中部署一套采出井开采、直井注的平面对应、纵向立体、底注顶采的组合注采井网；

其中，直井注入指将微生物注入直井部署在砂岩油藏的底部区域，具体是指注入直井的井底要深入到砂岩油藏的底部区域，采出井开采指将采出井水平段部署在砂岩油藏的顶部区域；砂岩油藏的厚度是指底面到油藏最底层的距离，那么注入直井的井底要钻到整个厚度的五分之四的位置，比如整个油藏厚度为15米，那么注入直井的井底要钻到地下12米位置，采出井水平段所钻设的位置为砂岩油藏整个厚度的三分之一处，比如整个油藏厚度为15米，那么水平段要钻设在地下5米的位置。

平面对应是指注入直井的井底和采出井水平段为上下相对应的关系；具体来讲，注入直井要设置多个，本实施例示意图设置了两个，当然可以设置更多个，但要成列设置，均匀分布。如图1所示，在俯视状态下，该列中的注入直井要在一条直线上，且注入直井的井底和采出井水平段为上下相对应，由于位于两侧旁，为一种上下斜对，如果直井井底再横向钻设到水平井正下方，那就是上下正对，无论如何都是上下相对应的关系。在正投影状态下，注入直井底部投影所连成直线与采出井水平段相互平行，如图2所示。

纵向立体是指注入直井、采出井水平段在砂岩油藏内不同深度平行排列，在平行于重力方向而垂直于采出井水平段主井筒的截面内形成立体井网；具体来讲，这样有水平的采出井水平段，有垂直的注入直井，直井的直字就代表垂直的意思，共同构成立体井网，而且水平段所处的位置以及注入直井井底所到达的位置为不同深度的位置。

底注顶采指微生物注入直井布置在砂岩油藏底部，采出井布置在砂岩油藏顶部。

因此，本发明提供的微生物驱三次采油井网部署方法可以有效提高微生物三次采油原油采收率，是砂岩油藏微生物三次采油的一种有效井组布井方法。

注入直井井底位于采出井水平段的下方，且均匀分布，此时，微生物注入直井将会与采出井水平段形成较好的注采对应关系，使得注入微生物波及体积最大，因此驱替效果较好，驱油效率很高。

根据油藏渗透率、微生物处理后的原油粘度、及油水饱和度等基本数据，可基于油层渗流力学理论公式计算注入直井底部与采出井水平段段的垂向距离，以此指导井组在油藏中的部署位置。

油藏渗透率、原油粘度和运移距离之间的渗流理论关系可由以下证明：

假设油、水相流动都分别服从达西定律，考虑重力和毛细管力影响时，在倾斜角为α的微观孔隙中，其渗流示意图如图4所示。其中，v_o1为毛细管力作用下运动方向r上的分速度，v_o2为重力作用下运动方向r上的分速度。

对于油水界面上某一点的油相，其运动方程为：

v_o＝v_o1+v_o2 (1-1)

其中：

考虑到压力梯度方向与毛细管力分速度方向相反，在式中为负值，故压力梯度项负号代表方向。

由1-1式，1-2式，1-3式得：

同理，对于水相：

流体流度

流度比为：

流度越大，流体流动性越好；流度比越大，指进现象越严重。

通过微生物反应，稠油粘度降低50％以上，从而增大油相流度，增强原油流动性；降低流度比，有效改善水窜现象。

微观上，微生物降粘，降低原油密度有利于油相驱替，证明如下。

微生物反应后，油相运动方程如下：

结合1-4式和1-7式，得：

在压力梯度不变的条件下，反应后原油的流度增大，密度减小，故v′_o-v_o＞0，即v′_o＞v_o，反应后原油流动速度更快，更易于运移。

在实例中，采出井与注入直井在同一油藏内，采出井水平段在注入直井井底上方，如图3所示。

注入直井与采出井的垂向距离记为ΔH，注入直井井底压力为p₁，采出井井底压力为p₂，压力差Δp＝p₁-p₂。由达西定律得：

油藏原油向上驱替时，应满足v＞0，即：

微生物降粘反应后，可以降低驱替压力差。

在生产中，日产量通常保持稳定，渗流速度为一定值，将v＝c代入1-9式变形得：

通过微生物反应降低粘度，提高油相相对渗透率，在压差相对稳定的情况下，可相对油相运移距离，为注入直井井底与采出井水平段段垂向距离的确定具有指导意义。

本发明采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明根据砂岩油藏中油水密度、粘度、油层渗流特性考虑一套“直井注入”“采出井水平段开采”的平面对应、纵向立体的微生物驱注采井网，采出井水平段开采与直井相比具有泄油面积大、单井产量高、储量动用程度高等特点，加之采出井水平段生产压差小，对于高含水底水油藏可以一定程度控制含水上升速度。油藏底部注入微生物，使得微生物波及范围大，处理后的低粘度、密度原油，利用重力分异作用，辅助驱油，更易于向油藏上部运移，同时底部注入保障地层能量，采出井水平段可控制含水上升，提供产能保障，两者相互结合提高驱油效率。

应用本发明的思路，在新疆某油田排6南区砂岩油藏进行了应用验证。排6南区N1s砂体一般埋深470～660m，油层厚度平均10米，渗透率一般为3618-6768毫达西，50℃地面脱气原油粘度平均值为2844mPa·s，地面原油密度为0.9567g/cm3，地层温度下脱气原油粘度为19683mPa.s，凝固点为4℃，含蜡3.25％，其油藏类型为浅薄层地层特稠油油藏。

截止2013年，排6南区投产油井46口，开井39口，日产液677t/d,日产油179t/d，综合含水73.6％，累产油56.0万吨，累注汽65.8万吨，累积油气比0.85，累积回采水率1.37，累积采注比2.2，累积地下亏空75.5万吨，阶段采出程度为13.2％，受原油粘度与含油饱和度影响，该区域内部储量动用呈北低南高特征。

微生物驱的原理是稠油油藏依靠蒸汽吞吐或微生物吞吐开采时，只能采出各个油井井点附近油层中的原油，井间留有大量的剩余油富集区，利用微生物驱技术，由注入直井连续或间断注入微生物，微生物进入砂岩孔隙孔道中后，降解孔隙孔道中的原油、岩石表面的油膜及孔隙壁面的重质组分，形成水包油乳化液，乳化液比原油的流动性强，粘度只有1-10mPa.s，密度比水低，由于注入直井点压力高，采油井点压力低，乳化液从油井采出。主要作用有原油降解乳化作用、重力分异作用、气体增能降粘、微生物产生的表面活性物质的洗油作用。排6南蒸汽吞吐开发过程中导致油藏内部压力降低，边底水向油藏内部推进严重，边底水是油层下部的优势渗流通道，蒸汽吞吐过程中边底水进入采出井水平段井筒的通道是垂向的优势渗流通道。

利用排6南区原排6-平48和平49两口井油藏部位厚度大(厚度15米)，采出井水平段轨迹均设计在距油层顶部1/3左右，对应好。根据计算确定出注入直井在油藏中的位置。模拟结果表明该套采出井水平段开采、两口直井注的平面正对、纵向立体、底注顶采的组合注采井网开发效果最好。根据计算确定出注入直井在油藏中的位置，每口采出井水平段分别部署了两口直井作为微生物注入直井，射孔井段距油层顶部12米左右，为保证微生物驱冷采效果创造了条件。

在室内实验的基础上，2014年分别在排6-平48和平49井组的4口注入直井各注入微生物溶液300方，注入结束后，关井反应3个月。排6-平48和平49两口采出井2015年3月开井，同时微生物驱注入直井以20m³/d注入微生物混合液。截止到2017年3月含水上升到96％关井，有效期750天，两口井累计增油13510吨，该发明的井组布井方法极大提高了难动用区块的采收率。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种微生物驱采油技术的井组布井方法，其特征在于，利用微生物三次采油技术在较厚砂岩油藏中部署一套水平采出井开采、直井注入的组合注采井网，所述组合注采井网要做到平面对应、纵向立体、底注顶采的要求；

其中，平面对应是指注入直井的井底和采出井水平段投影到平面上之后，是一种上下相对应的关系；

其中，纵向立体是指注入直井、采出井水平段在砂岩油藏内不同深度平行排列，在平行于重力方向而垂直于采出井水平段主井筒的截面内形成立体井网；

其中，底注顶采指微生物注入直井布置在砂岩油藏底部，采出井布置在砂岩油藏顶部；

所述注入直井至少设置一列，注入直井井底位于采出井水平段的下方，并且每一列注入直井井底均与采出井水平段是一种上下相对应的关系，所述一列注入直井至少包括两个单独的注入直井，且均匀分布；

所述直井注入指利用直井将微生物注入砂岩油藏的底部区域，水平采出井开采指将采出井水平段部署在砂岩油藏的顶部区域；砂岩油藏的厚度是指油藏顶层到油藏最底层的距离，那么注入直井的井底要钻到砂岩油藏整个厚度的五分之四的位置，即底部区域，采出井水平段所钻设的位置为砂岩油藏整个厚度的三分之一处，即顶部区域。

2.根据权利要求1所述的一种微生物驱采油技术的井组布井方法，其特征在于，根据油藏渗透率、微生物处理后的原油粘度、及油水饱和度基本数据，基于油层渗流力学理论公式计算注入井底部与水平井段的垂向距离，以此指导井组在油藏中的部署位置。

3.根据权利要求2所述的一种微生物驱采油技术的井组布井方法，其特征在于，油藏渗透率、原油粘度和运移距离之间的渗流理论关系可由以下证明：

假设油、水相流动都分别服从达西定律，考虑重力和毛细管力影响时，在倾斜角为α的微观孔隙中；其中，v_o1为毛细管力作用下运动方向r上的分速度，v_o2为重力作用下运动方向r上的分速度；

对于油水界面上某一点的油相，其运动方程为：

v_o＝v_o1+v_o2 (1-1)

其中：

考虑到压力梯度方向与毛细管力分速度方向相反，在式中为负值，故压力梯度项负号代表方向；

由1-1式，1-2式，1-3式得：

同理，对于水相：

流体流度

流度比为：

流度越大，流体流动性越好；流度比越大，指进现象越严重；

通过微生物反应，稠油粘度降低50％以上，从而增大油相流度，增强原油流动性；降低流度比，有效改善水窜现象；

微观上，微生物降粘，降低原油密度有利于油相驱替，证明如下；

微生物反应后，油相运动方程如下：

结合1-4式和1-7式，得：

在压力梯度不变的条件下，反应后原油的流度增大，密度减小，故v′_o-v_o＞0，即v′_o>v_o，反应后原油流动速度更快，更易于运移；

在实例中，采出井与注入直井在同一油藏内，采出井水平段在注入直井井底上方；

注入直井与采出井的垂向距离记为ΔH，注入直井井底压力为p₁，采出井井底压力为p₂，压力差Δp＝p₁-p₂， 由达西定律得：

油藏原油向上驱替时，应满足v>0，即：

微生物降粘反应后，可以降低驱替压力差；

在生产中，日产量通常保持稳定，渗流速度为一定值，将v＝c代入1-9式变形得：

通过微生物反应降低粘度，提高油相相对渗透率，在压差相对稳定的情况下，可相对获得油相运移距离，为注入直井井底与采出井水平段段垂向距离的确定具有指导意义。

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