1991年,美国已把微生物处理技术列为热驱、化学驱、气驱之后的第四类提高原油采收率方法。
在我国(50-60年代也时行过生物找油)进入90年代以后,特别是近几年微生物采油又引起石油开发研究者的重社。吉林油田、大港油田、大庆油田、新疆油田、胜利油田都先后开展,微生物单井吞吐,微生物驱油采油。
(5)油芷、地层流体与油层微生物的相关性 1)地层条件对微生物的要求
将细菌注入地层,并要求微生物在那里繁殖,不是一容易事,因为温度地层压力,水矿化度,酸碱度含氧量和地层岩石性质等因素都是难以改变的,所以要选择合适的细菌去适应这种环境。
对寻找该类细菌有两个基本要求:①能在地层环境中生存;②通过该细菌在地层中的作用,能引起原油地层发生有利用开采的物理或化学变化。
地层温度一般与深度有关,对微生物的生存最理想的温度20-40℃,而地层温度相对较高,这就要求微生物能够面对高温最好在60-100℃这个范围有内能生存。(现场实验表明在100℃以下的地层中,都不进行微生物处理)。
地层压力,就目前对微生物的影响不是太重要,压力可以通过其他因素间接对微生物起影响作用。
地层水矿化度是较高的,主要是NaCl造成的,自然界中许多嗜盐细菌,如盐湖中的某些细菌,一般来讲地层水矿化度在100000mg/L以下对细菌有利。
地层层水的PH值一般都在细菌能忍受的范围内,理想值在PH4-9范围内,当酸碱度发生变化时,有些细菌的代谢方式发生改变,代谢产物也发生变化。
地层中氧气的含量很低,在注水井周围小范围内的地层中含有一定量的氧,这是注入水带入的,但在地层深处几乎是无氧的。自然界中有不少细菌中在无氧条件下生存,如兼性厌氧菌;还有些细菌不能在有氧条件下生存,氧对其有害,如专性厌氧菌。所生物驱(采)油时尽可能利用兼性厌氧菌。
地层的岩石性质对细菌有一定的影响作用。细菌在地层中要进行主动或被动的察行运动。这就要求地层要有一定的孔隙度,渗透率和孔径。由于细菌的形体不同,试验表明,岩层渗透率在75-100?10-3um2将对细菌的察行不利,不但影响细菌运动而且影响其生长和代谢。
原油性质对微生物技术的实施也有影响,原油中的一些轻质组分对细菌可产生毒性,主要C10以下的烃类,另一个因素就是原油密试,用API表示重度低于
18一般称为重质油,低于10几条为固体了,实验表明API重度应大于18。
(2)微生物与地层烃类作用的机理
微生物强化采油技术(MEOR),其作用机理涉及到复杂的生物,生化、化学和物理过程,对其认识在不断深入,现已形成一些基本看法:
①微生物在地下发酵产生的,生物表面活性剂可降低油水界张力,并乳化原油,改变油层岩石界面的润湿性,从而改变原油的相渗透率。
②微生物在地下的发酵过程中产生的各种气体,如CH4、CO2、N2、H2等能溶于石油,从而降低了原油粘度;有些气体溶于水中,降低了油层的PH值,而酸性的油层水又能溶解储层中CaCO3成分,不能溶于原油和水的气体则能提高油层压力,从而推动流动,提高原油采收率。
③微生物在地下发酸过程中产生有机酸酮类、醇类等机溶剂,可降低表面张力。微生物在新陈代谢过程中产生的有机酸、无机酸与CaCO3和MgCO3反应而形成了可渗性碳酸盐,由于反应溶解了石灰质岩石,使油层孔隙度变大,从而达到增产的目的。
④微生物在新陈代谢过程中产生的分解酶类能裂解重质烃和石蜡组分,改善原油在地层中的流动性能,减少石蜡在井眼附近的沉积降低地层的流动阻力。
⑤微生物在地下发酵过程中产生的生物聚合物可以调热注水油层的吸水剖面,控制高渗带的流度比,改善地层渗透率。
细菌是单细胞生物,在不同营养条件下,有细菌的细胞体积变得较大,当处于饥饿状态下,体积变小,将这样细菌注入地层,有选择注入高渗透层(区),再供给关键性的营养,让细胞在高渗区生长繁殖成团,可起到调剖和改善水驱的效果。
⑥微生物在有害活性:A、微生物吃石油,特别是在地面有氧气的水中以及有营养物的油层里,据报导,世界原油储量的10%损失于微生物吃油。B、细菌堵塞油层,但这种堵塞油层作用反过来可转化为有用的封堵技术。C、腐蚀问题,人们一方面采取杂菌的方法,另一方面也采取选择菌种,有除方法来解决,并且均收率到了一定的效果。
从以直应该看到,尽管微生物驱油在某种方法上取得了一些成功,但它还是项未很成熟的技术,特别是微生物驱还处于探索和试验阶段,由于它投资少(糖/废水),前景好的发展潜力,国内外都在继续研究之中。
发展油层微生物增产技术的关键点:
①筛选高效分解原油各组分的细菌
目前单一的一种细菌不能对原油中各种组分起分解作用,分别存在于不同细菌的四种质粒控制着原油不同组分的分解,如果通过遗传工程技术将这四和质粒移植到一种细菌内,就可用一种细菌可分解原油的各种组分,避免了把多种细菌同时注入地层而引起的许多问题。
②微生物在地层中的运移。从注入井往地层迁移过程中,出现吸附堵塞现象,如何能使微生物在地层中吸利地运移,是一重要的课题。
③其它问题。如提高细菌在地下新陈代谢的活性问题。注入菌与固有菌的竞争问题。如何抑制不期望的细菌的过度繁殖问题(如硫酸还原菌)都是有特进一步解决的问题。
第四章 油藏地质动态变化及动态分析
第一节 采油过程中油层性质的变化
油田投入开发后,特别是在注入水的驱替作用下,储层的物理性质将发生一定的变化,如岩石表面润湿性的转变,岩石孔隙结构及流体性质的变化,以及温度场、压力场的分布等。这些物理性的变化控制着油水的运动规律,和剩余油的分布状态。研究这些变化对正确制定高含水期开采技术,方案调整措施及提高油层最终采收率,都有普遍的指导意义。 一、油层岩石表面润湿性变化
油层岩石的润湿性是指在地层条件下,当存在两种作混相流体时,某种流体在岩石表面附着或延展的倾向性。在岩石—油—水体系中,这种基本特性表现为一种流体在分子的作用下自发地驱赶另一种流体的能。它是影响两相流体渗流特性和油层采收率的重要因素,也是合理开发油田的理论基础之一。
1.影响润湿性的因素:
由于组成岩石的矿物成分不同,岩石表面又不十分光滑,加之石油和水的性质差异,这些对油层表面润湿性都有较大影响。所以在原始条件下油层岩石润湿性是混合作均匀润湿性,当储集层中流体性质发生变化时,油层岩石的表面润湿性也随之转变。
实验表明,固体表面的这种润湿选择性还与表面活性物质在溶液中的浓度有关,即随着表面活性物质浓度的增加,固体表面将由水湿转为油湿,或由油湿转为水湿。
水的性质对岩石表面润湿性的影响,一般表现为碱水中石英颗粒表面上油—水体系的接触角要比在硬水和蒸馏水介质中小些。
在蒸馏水中添加碱性地层火会使润湿性接触角逐渐减小如,油田注水开发中,注入碱水可使润湿性由紊油紊水转化。
成芷过程中由些可以认识到,在油芷形成过程中,当油充分地驱替了水时,石油中的极性物质(一般为沥青的组分)会顺附在岩石表面,而转化成采油水均质润湿性。同时润湿性还与容气渗透率和含水饱和度有关,大庆油田检查资料表现,当容气渗透在1000×10-3um2以上时,岩石润湿性随渗透率增加而紊油性增强;在1000×10-3um2以下时,则润湿性随容气渗透减少而紊水增强。在原始含水饱和度在25%以下(即含油饱和度75%以上)时润湿性随含油饱和度增加,
而紊油性增强;相反,当含水饱和度在25%以上时,油层润湿性则随含水饱度增加而采水性增强。
2.开发过程中岩石润湿性变化
在注水开发中,随着油层含水饱和度的增加,水湿程度也相应增加,当油层含水饱和度大于25%后,开始转为弱紊水。大庆对50底闭取心井100块岩样润湿性测定资料分析表现,水淹层的平均无因次顺水量比顺油量大4.4%。水淹岩样比作水淹岩样的顺油量明显减少。
这说明水淹层岩石的润湿性发生了明显转化。已由偏紊油的作均匀润湿性转变为偏紊水的作均匀润湿性。
3.润湿性变化后开发状况的分析
实验模拟和现场试验结果表明,紊水油层比紊层的开发效果好,在同样注入水倍数时,亲水油层可以获得对亲油油层高的采出程度。
江汉油田实验:当注入量倍数为0.7倍时: 亲油层 最终采收率为21.7% 亲水层 最终采收率为33.6% 强亲水层 最终采收率为64.5%
强亲水油层开发特点是:①有较长时间的低含水期,②进入高含水期后,含水率上升很快,说明大部分油在低含水期联合会已采出。
亲水油层比亲油油层驱油效果好的原因主要有两方面: ①注水时流体的分布状态和流动特点不同
亲水油层孔隙介质内的流体分布状态和流动特征具有亲水洗油的作用。 水驱油初期,注入水首先在岩石表面润湿中溥膜状态,吸附在砂粒表面,孔隙空间充满石油,中期,含水饱和度增加大,在油水同时流动的地带,大部分处于连通孔隙通道内,在水驱油压力下从油层中月采出来,在末期,含水饱和度更高,存在于小孔隙内的原油被大量的水分割成滴状存在,水淹以后在岩石内仅剩下被分割的油滴因而水驱效率高。
在亲油油层中,注入水进入油层,首先沿孔道中的推进,形成水窜油式的流动,原油容易吸附在岩石表面,因而水驱油效率低。