杜江民，張相春

(1.石家莊經(jīng)濟學(xué)院資源學(xué)院，河北 石家莊 050031；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

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灘海油田廢水活化采油技術(shù)初探
——以NB35-2油田為例

杜江民1,2，張相春2

(1.石家莊經(jīng)濟學(xué)院資源學(xué)院，河北 石家莊 050031；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

[摘要]灘海油田是我國陸地油田的重要組成部分，廣泛分布于東部沿海。NB35-2油田原油粘度高，滲流阻力大，油水關(guān)系復(fù)雜，一次采收率低，同時在采油過程中產(chǎn)出了大量的污水。為了解決剩余污水和提高稠油油田采收率，開展了微生物廢水活化采油技術(shù)研究。本文依據(jù)NB35-2油田地質(zhì)和開發(fā)特點，針對NB35-2油藏實際情況，應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)，篩選出優(yōu)勢菌種，通過靜態(tài)和動態(tài)物理模擬實驗對優(yōu)選菌種進(jìn)行了系統(tǒng)評價。結(jié)果表明：NB35-2油田油藏地質(zhì)條件適合開展微生物采油，優(yōu)選的菌種對NB35-2油田油水界面張力降幅大于30%，降粘率達(dá)到30%以上，對C30+原油組分降解率達(dá)12%以上，室內(nèi)驅(qū)油效率比水驅(qū)提高8%以上；與衰竭開發(fā)和注水開發(fā)方式相比，微生物廢水活化技術(shù)是一種有效的提高稠油采收率技術(shù)，應(yīng)用后將具有明顯的增產(chǎn)效果。

[關(guān)鍵詞]灘海油田；廢水活化；微生物采油；NB35-2油田；菌種篩選

灘海油田是我國石油工業(yè)的重要組成部分，廣泛分布與沿海各大油田。目前，灘海油田均已進(jìn)入以高含水或特高含水為主要特征的注水開發(fā)后期，油井產(chǎn)出液含水90%以上，每年產(chǎn)出數(shù)千萬噸污水。為了減少油田污水無效回灌地下或外排，緩解污水對地下水和地表水的污染，必須提高油田污水回注量，最大限度地實現(xiàn)油田污水資源化再利用。通過生物法處理油田采出水，使其達(dá)到油藏注水水質(zhì)指標(biāo)，同時依靠微生物代謝產(chǎn)物活性物質(zhì)，提高回注率和采收率，可實現(xiàn)油田廢水的資源化再利用[1]。本論文通過對灘海油田NB35-2油田的廢水處理菌種的活性研究，論證廢水處理和活化采油的可行性，既可以解決剩余廢水處理的問題、又可以提高原油采收率。

1NB35-2油田概況

NB35-2油田發(fā)現(xiàn)于1995年6月，位于渤海中部海域。海域平均水深12.2 m，儲層為河流相沉積砂體，具有高孔、高滲及非均質(zhì)性較強的特征。油田地面原油具有粘度高、密度大、含硫量低、凝固點低、含蠟量中等等特點，屬重質(zhì)稠油。

圖1　巖石電鏡照片

1.1儲層巖性特征

NB35-2油田儲層以中砂級顆粒為主，其次為粗砂，少量的細(xì)砂，顆粒成分主要為石英、長石，其次為酸性噴出巖巖塊。碎屑顆粒為次圓狀、彼此游離為主，疏散分布，粒間孔隙發(fā)育好，孔隙直徑中值在0.15～0.3 mm之間。部分長石及巖屑發(fā)育粒內(nèi)溶孔，個別呈蜂窩狀或殘余狀，巖石的孔滲性主要受泥質(zhì)的制約[2](見圖1)。

1.2儲層物性和非均質(zhì)特征

儲層具有高孔高滲特點，孔隙度主要分布于31.9%～35.3%之間，平均33.9%，滲透率主要分布于在956.0～1 834.6×10-3μm2之間，平均1 347.2×10-3μm2，儲物性能較好。儲層滲透率突進(jìn)系數(shù)，滲透率極差 儲層具有較強的非均質(zhì)性[2]。

1.3油藏溫度及流體性質(zhì)

NB油田地層溫度在54℃～56℃，具有密度高、粘度大的特點，地層原油粘度范圍50～300 mPa·s，密度：0.939～0.949 g/cm3。原油300℃的餾分基本都在10%以下(見表1)，說明長鏈烴組分較多。水油流度比較大，導(dǎo)致水驅(qū)效率不高[3]。

1.4油田開發(fā)存在的問題[3]

(1) 受勘探未獲新突破的影響，無新探明儲量投入開發(fā)，造成尤其開發(fā)后備資源匱乏，儲采比低，穩(wěn)產(chǎn)困難；

(2) 注采井網(wǎng)不完善，地層能量較弱，生產(chǎn)壓差變小，油井產(chǎn)量較低；

(3) 原油粘度較大，油水流度比較一直處于油粘度大，油水流度比大，含水高；

(4) 油層非均質(zhì)，油層滲透率層間差異大，產(chǎn)液剖面差異大，油層動用程度不均；

(5) 廢水量大，回注率低。

2菌種來源

為了解決NB35-2油田開發(fā)中存在的問題，提高油田廢水處理和活化效率，菌種來源于石家莊經(jīng)濟學(xué)院、西北大學(xué)篩選的石油烷烴降解菌(見圖2)，菌種屬于芽孢桿菌，屬革蘭氏陰性菌，該復(fù)合菌種處理前后水質(zhì)活性見表2所示，在12 h內(nèi)將NB35-2油田含油廢水處理至10 mg/L以下，微生物數(shù)量增加3個數(shù)量級，pH略有下降，該菌種在以原油為唯一碳源的條件下能夠代謝產(chǎn)生生物表面活性劑，能夠使表面張力降68.91 mN/m，具有較好處理效果，能夠提高廢水活性，降低油水界面張力，改善油水流度比，增加原油流動性，提高單井產(chǎn)液量，促進(jìn)采油[4,5,6]。

表1　NB35-2部分井油品性質(zhì)

圖2　優(yōu)勢菌株顯微鏡圖片

處理過程含油(g/L)活性物質(zhì)(g/L)微生物數(shù)量(個/mL)pH表面張力(mN/m)處理前26.6/96×1037.0171.82處理后8.20.7152×1066.8867.91

3微生物菌種優(yōu)選及性能測試

3.1菌種降粘性能

粘度是重要的原油物理性質(zhì)，粘度降低，有利于采油；對于含臘量較高的單井，原油與菌種聯(lián)合培養(yǎng)12 d[7,8]，原油粘度變化曲線(見圖3)。

圖3　原油粘度-時間變化曲線

由圖3可以看出，內(nèi)源微生物作用后原油粘度降低，油品性質(zhì)得到改善，在培養(yǎng)第8天原油粘度降低了33.9%。

3.2菌種界面張力性能

發(fā)酵液每培養(yǎng)24 h進(jìn)行取樣檢測表面張力與界面張力，在培養(yǎng)到第4天，樣品發(fā)酵液的表面張力、界面張力均達(dá)到最低值[9,10]，其變化曲線(見圖4)。

圖4　表/界面張力-時間變化曲線

由圖4可以看出，采用最優(yōu)化激活體系將內(nèi)源微生物激活后培養(yǎng)液表面張力、界面張力明顯降低，說明內(nèi)源微生物代謝產(chǎn)生了表面活性物質(zhì)表面張力4 d降低到了最低值38.73 mN/m。比最初的表面張力降低了31%，界面張力降低了39%。后期隨時間的增加，表面張力、界面張力有所上升，說明隨內(nèi)源菌的激活，菌濃增加，營養(yǎng)物質(zhì)濃度降低，微生物的省長和代謝都受到了限制；同時隨著食物鏈下游微生物的激活，開始以上游微生物代謝產(chǎn)物為營養(yǎng)，都導(dǎo)致了表面張力、界面張力的升高現(xiàn)象。

3.3菌種對原油組份作用

原油與微生物菌液、營養(yǎng)液一直放入錐形瓶中，恒溫?fù)u床中培養(yǎng)，培養(yǎng)7天，處理后8 g原油以5 ml正己烷溶解，進(jìn)行原油色譜[11,12]，分析結(jié)果(見圖5)。

由圖5可以看出，NB2對油品性質(zhì)改善較好，激活本源微生物后，油相平均分子量由181.44下降到157.76，下降了13.1%；油相密度從0.84下降到0.815，較空白下降3.0%，C7+的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)較空白下降12.8%，C11+的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)較空白下降13%，C7+的摩爾百分?jǐn)?shù)較空白下降23.8%，C11+的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)較空白下降24.5%。同時，原油組分中的C30+質(zhì)量百分?jǐn)?shù)較空白下降12.9%，C30+摩爾百分?jǐn)?shù)較空白下降24.3%，說明激活的微生物種群對長鏈烴有廣泛的降解作用，從而增加原油的流動性。

本次試驗為了收集樣品，在原油中加入了試劑，導(dǎo)致整個評價系統(tǒng)的C6值比較高，但不影響相對的變化值。從下圖可以看出，激活劑處理后，長鏈烴相比原油都有少量降低，短鏈烴有所增加。

圖5　作用前后原油性質(zhì)

3.4微生物驅(qū)油物理模擬實驗[13,14]

1)將老化后巖心接入水驅(qū)油流程，以0.6 ml/min速度驅(qū)油，同時在巖心出口通過油水分離計量器計量產(chǎn)出油水量，密切注意見水點。

2)油水計量的取點間隔為0.05～0.1 PV，見水后，每個點計算含水率，至含水率達(dá)到95%時，注入菌液0.5 PV并關(guān)閉巖心兩端，使微生物作用原油。

3)同時，以相同的條件進(jìn)行水驅(qū)油，與菌液驅(qū)油取點、計量相同需要將注入菌液的0.5 PV 換成水驅(qū)，同量條件下，關(guān)閉巖心。

4)當(dāng)?shù)轿⑸镒饔迷蜁r間結(jié)束，恢復(fù)水驅(qū)油，與初次水驅(qū)油計量方法一樣計量和取點，至含水率大于98%或驅(qū)至累計5 PV，結(jié)束實驗。

5)水驅(qū)油時，錄取的參數(shù)有油量、水量、壓力，觀察產(chǎn)出油水的渾濁度，并進(jìn)行描述。

圖6　驅(qū)油效率、含水率與驅(qū)替量的關(guān)系曲線(含水98%)

由圖6可知：在實驗過程中，由于本項目涉及的原油粘度大，流度比高，因此，很快進(jìn)入高含水時期；從含水95%～98%的過程很短，并且伴隨波動，導(dǎo)致含水98%的驅(qū)替實驗與95%的驅(qū)替實驗實驗結(jié)果很接近。結(jié)果表明，水驅(qū)含水98%時，注入菌液及營養(yǎng)劑，內(nèi)源微生物驅(qū)油效率較同等條件下水驅(qū)平均提高8.3%。

4結(jié)語

(1)NB35-2油田屬于“高孔高滲高粘”油藏，開發(fā)過程中常規(guī)措施很難滿足增產(chǎn)需要，熱采技術(shù)成本較高，急需一種新的采油技術(shù)；

(2)篩選到的石油烷烴降解菌能夠滿足NB35-2油田廢水處理要求，處理后的水質(zhì)活性大大提高，活性物質(zhì)達(dá)到0.71 g/L，表面張力降低至68.91 mN/m 。

(3)優(yōu)選的菌種與地層及流體具有較好的配伍性，室內(nèi)實驗降粘率超過30%，界面張力下降30%以上，驅(qū)油效率超過8%；

(4)NB35-2油田具有很好的廢水活化采油技術(shù)的適應(yīng)性，下一步建議開展現(xiàn)場實驗。

(5)油田廢水合理化利用既可以使油田廢水資源化再利用，又可以提高油田采收率,是一舉兩得的方法。

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[中圖分類號]TE19

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)02-0094-03

[作者簡介]杜江民(1984-)，男，河北石家莊人，博士，講師，主攻方向：石油地質(zhì)教學(xué)與研究

[基金項目]國家自然科學(xué)基金資助項目(41302076)；河北省水利廳科研項目資助

[收稿日期]2015-03-14