付 穎 俞 理 修建龍 馬淑芬 嚴(yán) 力

1.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 2.中國(guó)科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所 3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院滲流流體力學(xué)研究所4.中國(guó)石油華北油田分公司儲(chǔ)氣庫(kù)管理處 5.中國(guó)石油青海油田分公司采油三廠

微生物驅(qū)油產(chǎn)出液循環(huán)利用方法研究

付 穎1，2俞 理3修建龍3馬淑芬4嚴(yán) 力5

1.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 2.中國(guó)科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所 3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院滲流流體力學(xué)研究所4.中國(guó)石油華北油田分公司儲(chǔ)氣庫(kù)管理處 5.中國(guó)石油青海油田分公司采油三廠

為了探究新疆油田六中區(qū)微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)出液循環(huán)利用的可行性，在對(duì)產(chǎn)出液組成及濃度分析研究的基礎(chǔ)上，利用物理模擬方法研究了產(chǎn)出液直接回注、添加營(yíng)養(yǎng)后注入、地面擴(kuò)大培養(yǎng)注入以及注入新油藏4種產(chǎn)出液循環(huán)利用方式對(duì)驅(qū)油效果的影響。實(shí)驗(yàn)表明，產(chǎn)出液中營(yíng)養(yǎng)濃度僅為注入濃度的10%左右，已不能滿足直接注入要求，需要添加營(yíng)養(yǎng)才能進(jìn)一步提高采收率。4種產(chǎn)出液循環(huán)利用方式對(duì)比發(fā)現(xiàn)：有益菌及代謝產(chǎn)物都可以循環(huán)利用，產(chǎn)出液地面擴(kuò)大培養(yǎng)后驅(qū)油效果最好，菌濃達(dá)到2.1×108cfu/mL，表面張力由71.6 mN/m降低至55.9 mN/m，提高采收率14.2%。該研究能夠進(jìn)一步降低驅(qū)油劑成本并為產(chǎn)出液循環(huán)利用提供參考。

微生物驅(qū)油 循環(huán) 驅(qū)油效果 提高采收率 注入成本

微生物驅(qū)油技術(shù)是指通過(guò)利用微生物的代謝活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物(生物表面活性劑、有機(jī)酸等)作用于油藏巖石和流體，提高原油采收率[1-3]。微生物驅(qū)油具有工藝簡(jiǎn)單、施工方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)[4]，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了顯著的增油效果[5-6]。在當(dāng)前低油價(jià)形勢(shì)下，急需尋找一種降低驅(qū)油成本、提高驅(qū)油效率的方法[7]。前期實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，微生物驅(qū)的采油井產(chǎn)出液中有益微生物濃度高，且油藏適應(yīng)性好[8]。將產(chǎn)出液循環(huán)注入油藏，能夠進(jìn)一步提升營(yíng)養(yǎng)劑利用率，補(bǔ)充油藏有益微生物，大幅降低生物驅(qū)油劑成本。目前，國(guó)內(nèi)外微生物驅(qū)油產(chǎn)出液循環(huán)利用的實(shí)驗(yàn)研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方面研究較少，對(duì)不同產(chǎn)出液利用方法并未深入研究[9-11]。本實(shí)驗(yàn)以新疆油田六中區(qū)為研究對(duì)象，在模擬油藏條件下，通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)，考察了產(chǎn)出液循環(huán)利用前后營(yíng)養(yǎng)成分、菌濃、表面張力以及提高采收率情況，分析了產(chǎn)出液循環(huán)利用的可行性。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

高壓模型管(Φ×L:38 mm×300 mm)；2PB20C 平流泵；FY-3 型恒溫箱；ZXZ-0.5型旋片式真空泵；FTA100B界面張力儀；TGL-18C-C高速臺(tái)式離心機(jī)；PB30020-N電子天平；XPN-201型光催化流動(dòng)注射總磷總氮分析儀；0.1 MPa 、4 MPa壓力表；篩分粒徑為0.106～0.150 mm、0.045 mm的石英砂；新疆油田六中區(qū)脫水原油；新疆油田六中區(qū)地層水；去離子水。

1.2 菌種與營(yíng)養(yǎng)劑

1.2.1 菌種及產(chǎn)物性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)采用由蒙古林油田地層水篩選馴化得到的一株高產(chǎn)鼠李糖脂的銅綠假單胞菌WJ-1為驅(qū)油功能菌。WJ-1的主要代謝產(chǎn)物為鼠李糖脂，是一種生物表面活性劑，不僅具有乳化、增溶、降低界面張力的作用，而且易于生物降解[12]。非油藏環(huán)境下，WJ-1發(fā)酵液表面張力可由71.2 mN/m降至23 mN/m，且該菌產(chǎn)生的表面活性劑可以在高溫、高鹽、強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下較長(zhǎng)時(shí)間地保持穩(wěn)定性[13]。

1.2.2 菌液制備

種子培養(yǎng)基采用LB培養(yǎng)基，其主要成分(質(zhì)量濃度)為蛋白胨10 g/L、酵母粉5 g/L、NaCl 10 g/L，pH值為7.0～7.5。將WJ-1接種到種子培養(yǎng)基中，于37 ℃恒溫?fù)u床以120 r/min轉(zhuǎn)速培養(yǎng)18 h至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，低溫保存作為種子液。

1.2.3 營(yíng)養(yǎng)液

營(yíng)養(yǎng)液組成(質(zhì)量濃度)為：蔗糖3 g/L，KNO34 g/L、Na2HPO42 g/L、NaCl 1 g/L、MgSO40.5 g/L、 微量元素0.4 g/L、FeCl3·7H2O 0.01 g/L、CaCl20.01 g/L、ZnSO40.01 g/L、酵母粉3 g/L。

1.2.4 微生物驅(qū)油營(yíng)養(yǎng)體系

營(yíng)養(yǎng)體系：每100 mL營(yíng)養(yǎng)液中添加對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的種子液5 mL。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

1.3.1 巖心制備

配制一定比例的石英砂，裝填5根巖心(Φ×L:38 mm×300 mm)，氣測(cè)滲透率Kg；將裝填好的巖心抽真空3 h后飽和地層水，測(cè)飽和地層水前后巖心質(zhì)量，計(jì)算孔隙體積Vp與孔隙度φ；原油驅(qū)替巖心的地層水至出口含水率低于2%，被驅(qū)出的地層水體積即為巖心中原始含油體積，恒溫老化3天，計(jì)算巖心原始含油飽和度Soil[14-16](巖心參數(shù)見(jiàn)表1)。

1.3.2 產(chǎn)出液利用

(1) 產(chǎn)出液循環(huán)利用。將3根巖心(1#～3#)分別水驅(qū)至含水98%，注入微生物驅(qū)油營(yíng)養(yǎng)體系，培養(yǎng)7天，后續(xù)水驅(qū)至含水98%，取樣檢測(cè)產(chǎn)出液剩余營(yíng)養(yǎng)成分、菌濃、表面張力，并計(jì)算微生物驅(qū)油采收率；分別采用產(chǎn)出液直接回注、添加營(yíng)養(yǎng)后注入、地面擴(kuò)大培養(yǎng)注入3種循環(huán)利用方式注入并培養(yǎng)；后續(xù)水驅(qū)至含水98%，取樣檢測(cè)產(chǎn)出液剩余營(yíng)養(yǎng)成分、菌濃、表面張力，并計(jì)算循環(huán)微生物驅(qū)油采收率。

表1 巖心基本參數(shù)與產(chǎn)出液循環(huán)利用方式Table1 Basicparametersofcoresandtherecyclingmethodsofproducedfluid巖心編號(hào)Vp/cm3?/%Kg/10-3μm2Soil/%產(chǎn)出液循環(huán)利用方式1#110．432．552281．4直接回注2#117．234．576182．5添加營(yíng)養(yǎng)后注入3#115．233．956386．1地面擴(kuò)大培養(yǎng)注入4#112．433．067880．0微生物驅(qū)5#113．533．454281．9添加營(yíng)養(yǎng)注入新巖心

(2) 產(chǎn)出液注入新巖心。將兩根巖心分別水驅(qū)至含水98%；4#巖心注入微生物驅(qū)油營(yíng)養(yǎng)體系，培養(yǎng)7天，后續(xù)水驅(qū)至含水98%，取樣檢測(cè)產(chǎn)出液剩余營(yíng)養(yǎng)成分、菌濃、表面張力，并計(jì)算微生物驅(qū)油采收率；將4#巖心產(chǎn)出液添加營(yíng)養(yǎng)注入5#巖心，培養(yǎng)7天，后續(xù)水驅(qū)至含水98%，取樣檢測(cè)產(chǎn)出液剩余營(yíng)養(yǎng)成分、菌濃、表面張力，并計(jì)算產(chǎn)出液再利用采收率。

1.4 產(chǎn)出液循環(huán)利用方式

(1) 直接回注：產(chǎn)出液不添加營(yíng)養(yǎng)直接注入巖心，培養(yǎng)7天。

(2) 添加營(yíng)養(yǎng)后注入：產(chǎn)出液添加原始營(yíng)養(yǎng)液一半濃度的營(yíng)養(yǎng)物再注入巖心，培養(yǎng)7天。

(3) 地面擴(kuò)大培養(yǎng)注入：產(chǎn)出液添加原始營(yíng)養(yǎng)液一半濃度的營(yíng)養(yǎng)物，在搖床20 ℃、120 r/min條件下發(fā)酵培養(yǎng)3天，注入巖心，培養(yǎng)4天。

(4) 注入新巖心：產(chǎn)出液添加原始營(yíng)養(yǎng)液一半濃度的營(yíng)養(yǎng)物注入到一次水驅(qū)后的巖心，培養(yǎng)7天。

各巖心產(chǎn)出液循環(huán)利用方式見(jiàn)表1。

1.5 取樣檢測(cè)

(1) 菌濃檢測(cè)。采用平板稀釋法[17]，將待測(cè)樣品稀釋到一定程度，涂布到平板上，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)，統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)，根據(jù)稀釋倍數(shù)和取樣接種量計(jì)算出產(chǎn)出液中菌濃。

(2) 表面張力與氮、磷濃度檢測(cè)。產(chǎn)出液離心去除菌體并提出糖脂后，采用FTA100B界面張力儀測(cè)量，采用XPN-201型光催化流動(dòng)注射總磷總氮分析儀測(cè)氮、磷含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)出液循環(huán)利用

2.1.1 營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)結(jié)果與分析

微生物驅(qū)和3種不同循環(huán)微生物驅(qū)油方法的產(chǎn)出液中氮、磷濃度檢測(cè)結(jié)果如圖1和圖2所示(圖中循環(huán)驅(qū)指循環(huán)微生物驅(qū)，下同)。微生物驅(qū)油后產(chǎn)出液中氮、磷質(zhì)量濃度(0.051 g/mL、0.063 g/mL)與檢測(cè)到的微生物驅(qū)油營(yíng)養(yǎng)體系氮、磷注入質(zhì)量濃度(0.854 g/mL、0.792 g/mL)對(duì)比可知，產(chǎn)出液中營(yíng)養(yǎng)含量較少，注入的營(yíng)養(yǎng)基本已被微生物生長(zhǎng)代謝所消耗，僅有一小部分產(chǎn)出，營(yíng)養(yǎng)利用率在90%以上。

與微生物驅(qū)油相比，循環(huán)微生物驅(qū)油產(chǎn)出液中氮、磷濃度均有不同程度的下降，說(shuō)明產(chǎn)出液循環(huán)利用還可以進(jìn)一步提高營(yíng)養(yǎng)利用效率；2#與3#都添加營(yíng)養(yǎng)，而3#由于產(chǎn)出液地面擴(kuò)大培養(yǎng)，生長(zhǎng)環(huán)境易控制，條件更優(yōu)越，營(yíng)養(yǎng)消耗更多。因此，3#營(yíng)養(yǎng)利用效率更高。

2.1.2 菌濃檢測(cè)結(jié)果與分析

菌濃是驅(qū)油效果的保障，由各巖心微生物驅(qū)、循環(huán)微生物驅(qū)產(chǎn)出液菌濃檢測(cè)結(jié)果(見(jiàn)圖3)可以看出，有益菌進(jìn)入巖石孔隙中，在充足的營(yíng)養(yǎng)條件下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的適應(yīng)后，生長(zhǎng)繁殖，微生物驅(qū)產(chǎn)出液菌濃達(dá)到4.53×108cfu/mL。

與微生物驅(qū)相比，2#、3#循環(huán)微生物驅(qū)產(chǎn)出液菌濃略有下降，而1#菌濃下降兩個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明產(chǎn)出液添加營(yíng)養(yǎng)后注入巖心還能繼續(xù)維持較高菌濃。2#微生物驅(qū)產(chǎn)出液中驅(qū)油功能菌濃高，添加營(yíng)養(yǎng)注入巖心后，因前期在巖心中已培養(yǎng)過(guò)一周而適應(yīng)性強(qiáng)，可快速生長(zhǎng)繁殖；3#產(chǎn)出液添加營(yíng)養(yǎng)，地面擴(kuò)大培養(yǎng)后注入，微生物生長(zhǎng)繁殖更加旺盛；1#產(chǎn)出液直接注入巖心，由于營(yíng)養(yǎng)匱乏，微生物生長(zhǎng)速率低于死亡速率，且?guī)r心內(nèi)微生物滯留[18]，造成循環(huán)微生物驅(qū)產(chǎn)出液菌濃大幅下降。

2.1.3 表面張力檢測(cè)結(jié)果與分析

從各巖心產(chǎn)出液表面張力結(jié)果(見(jiàn)圖4)可以看出，產(chǎn)出液的表面張力均低于原始地層水的表面張力(71.6 mN/m)。微生物驅(qū)產(chǎn)出液表面張力降低至52 mN/m左右，第一次注菌后，微生物在巖石孔隙中，在充足的營(yíng)養(yǎng)條件下，生長(zhǎng)代謝旺盛，生物表面活性物質(zhì)濃度高，能定向吸附在油水界面，降低單位面積上的油水界面能，進(jìn)而降低表面張力。

循環(huán)微生物驅(qū)后，添加營(yíng)養(yǎng)的循環(huán)利用方式產(chǎn)出液表面張力略有升高，未添加營(yíng)養(yǎng)直接回注產(chǎn)出液表面張力升高較多。2#、3#補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)后微生物繼續(xù)生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生鼠李糖脂，使表面活性劑維持較高濃度；1#未添加營(yíng)養(yǎng)直接回注巖心，由于營(yíng)養(yǎng)匱乏，微生物生長(zhǎng)代謝微弱，循環(huán)微生物驅(qū)產(chǎn)出液中的代謝產(chǎn)物幾乎全部來(lái)自于注入的產(chǎn)出液，因此表面張力最高。

2.1.4 提高采收率評(píng)價(jià)

微生物驅(qū)產(chǎn)出液中驅(qū)油功能菌濃高，但營(yíng)養(yǎng)濃度低。因此，添加營(yíng)養(yǎng)可使功能菌繼續(xù)生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生生物表面活性物質(zhì)，降低油水界面張力，乳化原油，改變巖石潤(rùn)濕性，改善原油流動(dòng)性，從而進(jìn)一步提高原油采收率[19]。從巖心物理模擬提高采收率結(jié)果(見(jiàn)圖5)可知，微生物驅(qū)提高采收率8%，循環(huán)微生物驅(qū)可進(jìn)一步提高采收率，產(chǎn)出液地面擴(kuò)大培養(yǎng)注入(3#循環(huán)驅(qū))可提高6.2%，添加營(yíng)養(yǎng)后注入(2#循環(huán)驅(qū))可提高5.4%，直接回注(1#循環(huán)驅(qū))僅提高1.1%。

2.2 產(chǎn)出液注入新巖心

4#和5#巖心產(chǎn)出液各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果與提高采收率情況見(jiàn)表2。5#巖心產(chǎn)出液氮磷濃度與注入體系(可參考微生物驅(qū)油營(yíng)養(yǎng)體系氮、磷注入濃度)相比非常低，說(shuō)明產(chǎn)出液添加營(yíng)養(yǎng)注入新巖心后，營(yíng)養(yǎng)被微生物大量消耗；5#巖心產(chǎn)出液與4#巖心產(chǎn)出液相比，菌濃略低，表面張力小幅上升，說(shuō)明產(chǎn)出液添加營(yíng)養(yǎng)循環(huán)注入新巖心中，在添加營(yíng)養(yǎng)后，微生物仍然可以生長(zhǎng)代謝，產(chǎn)生生物表面活性物質(zhì)，發(fā)揮驅(qū)油作用，提高采收率4.7%，但低于循環(huán)微生物驅(qū)2#、3#巖心驅(qū)油效果，可能因?yàn)楫a(chǎn)出液功能菌注入新巖心需要一個(gè)適應(yīng)過(guò)程，微生物的生長(zhǎng)代謝能力相對(duì)較弱。

表2 4#和5#巖心產(chǎn)出液各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果與提高采收率情況Table2 Testresultsofproducedfluidandenhancedoilrecoveryfrom4#～5#core巖心編號(hào)注入營(yíng)養(yǎng)體系產(chǎn)出液檢測(cè)指標(biāo)ρ(氮)/(mg·mL?1)ρ(磷)/(mg·mL?1)菌濃/(cfu·mL?1)表面張力/(mN·m?1)提高采收率/%4#微生物驅(qū)油營(yíng)養(yǎng)體系0．0510．0635．2×10853．77．95#4#產(chǎn)出液添加營(yíng)養(yǎng)0．0350．0414．3×10758．44．7

3 結(jié) 論

(1) 微生物驅(qū)產(chǎn)出液中營(yíng)養(yǎng)濃度偏低，已不能滿足直接注入要求，需要添加營(yíng)養(yǎng)后循環(huán)注入，提高采收率最高可達(dá)14.2%，具備較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

(2) 產(chǎn)出液注入到原油藏和新油藏均具有一定的驅(qū)油效果，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝條件選擇產(chǎn)出液循環(huán)利用方式。建議利用現(xiàn)有地面污水處理系統(tǒng)或聯(lián)合站沉降罐擴(kuò)大培養(yǎng)后回注到原油藏。

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Study of the methods for recycling produced fluid inmicroscopic oil displacement

Fu Ying1，2，Yu Li3，Xiu Jianlong3，Ma Shufen4, Yan Li5

1.UniversityofChineseAcademyofScience,Beijing,China; 2.InstituteofPorousFlow&FluidMechanics,UniversityofChineseAcademyofScience,Langfang,Hebei,China; 3.InstituteofPorousFlow&FluidMechanics,PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,LangfangHebei,China;4.AuthorityofUGSManagement,PetroChinaHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Henan,China;5.TheThirdOilProductionPlant,PetroChinaQinghaiOilfieldCompany,Haixi,Qinghai,China

In order to explore the feasibility of recycling on-site produced fluid in microscopic oil displacement in Xinjiang oilfield, based on the research of the composition and concentration of produced fluid, the method of physical simulation was used to research the oil displacement efficiency of four produced fluid injection methods: injecting produced fluid into the core without adding any nutrition, adding nutrition to produced fluid, adding nutrition to produced fluid and then cultivating it on the ground, and injecting produced fluid into a new core. Experimental results show that the nutrition concentration of produced fluid was just 10% of injecting fluid and can not meet the requirement of direct re-injection. Therefore, it needed adding nutrition to enhance oil recovery further. Comparing four produced fluid injection methods, it shows that the bacteria and metabolites of produced fluid can be recycled, and produced fluid injection method of adding nutrition to produced fluid and then cultivating it on the ground has the best oil displacement efficiency. The surface tension of produced fluid reduced from 71.6 mN/m to 58.9 mN/m, bacteria concentration was up to 2.1×108cfu /mL, and enhanced oil recovery was up to 14.2%. The research can reduce injection cost further and provide certain reference significance for recycling produced fluid in microscopic oil displacement.

microscopic oil displacement, recycling, oil displacement efficiency, enhanced oil recovery, injection cost

國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)項(xiàng)目“中低溫油藏微生物定向激活與模擬技術(shù)研究”(2013AA064402)；中石油科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“微生物驅(qū)油技術(shù)研究與應(yīng)用”(2016B-1106)。

付穎(1990-)，女，四川德陽(yáng)人，2013年獲西南石油大學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為中科院滲流流體力學(xué)研究所碩士研究生，主要研究方向?yàn)槲⑸锾岣卟墒章省-mail:mzfuying@126.com

TE357.9

B

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.04.014

2016-12-09；編輯：馮學(xué)軍