一種提高原油採收率的方法
2023-05-05 20:09:01
專利名稱：一種提高原油採收率的方法
技術領域：
本發明涉及微生物與儲層中蒙脫石等礦物交互作用的前沿交叉研究領域，特別涉及通過微生物作用改善超低滲透率油田儲層礦物特性、抑制儲層水敏膨張，從而提高原油採收率的方法。
背景技術：
我國傳統的油氣資源開發工作，特別是所佔比重越來越大的超低滲油田採收方法，極大地制約著我國石油企業的原油產量。六十多年來，國內外大力發展微生物採油理論與方法，包括內源微生物採油方法和外源微生物採油方法兩大類。目前國內外有關研究主要集中在微生物降解原油機理、化學趨向性和代謝產物等方面。無論是外源還是內源微生物採油方法，其共同特徵是，利用微生物及其代謝產物直接作用於原油，以實現原油採收率的提高。迄今為止，國際上尚未有報導在超低滲透油田利用微生物及其代謝產物，直接作用於儲層粘土礦物，來提高原油採收率的方法研究。事實上，油藏儲層中含有多種粘土礦物，它們往往是構成泥質巖和碎屑儲集巖填隙物質的主要組分。其中常見的粘土礦物有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石，以及蒙脫石/伊利石、伊利石/蒙脫石和綠泥石/蒙脫石不規則混層礦物等。一般認為，遇水膨脹的唯有蒙脫石及其混層礦物，而伊利石、高嶺石和綠泥石遇水幾乎不發生膨脹作用。顯然，油藏儲層中蒙脫石及其混層礦物層間域遇水膨脹作用是直接影響儲層孔隙度、滲透率乃至原油採收率的瓶頸問題。因此，在水驅採油工程中提高原油採收率的關鍵問題之一是:如何防止蒙脫石發生膨脹作用，特別是注水膨脹後，如何促進蒙脫石層間域發生脫水縮膨作用，以實現儲層縮膨的目的。近年來，地球科學與生命科學滲透融合而產生的新興交叉學科一地球生物學，是伴隨著重大科學發現及新方法發展而產生的新領域。這一新發展為探討單一學科難以解決的科學問題構建理論框架，蘊含著巨大的科學研究機遇和潛在的方法技術突破。開展礦物與微生物交互作用研究，屬於當今國際上該領域中最為活躍的交叉學科前沿研究之一。國內外已有研究表明，自然界中礦物既是微生物能量和營養的主要來源，也是微生物生長與演化的載體。微生物往往通過複雜的生物化學過程破壞礦物表面結構，加速礦物分解與轉化作用。微生物代謝產物可改變礦物表面物理化學環境，是導致礦物分解主要動力。微生物分解礦物速率比單一化學分解作用要高出幾個數量級。Kim等人的研究發現，一株異化鐵還原菌Shewanellaoneidensis MR-1能在兩周的時間內將富鐵蒙脫石中的三價鐵還原，並促進蒙脫石向伊利石轉變(Kim J.，Dong H.L.，Seabaugh J.，Newell S.W.，Eberl D.D.(2004)Role of Microbes in theSmectite-to-1llite Reaction.Science.303(5659):830-832.)。Vorhies 和 Gaines 研究美國Utah州頁巖時發現，微生物能夠還原粘土礦物晶體結構中三價鐵，可導致粘土礦物發生溶解作用，釋放出S1、Al、Fe等元素，可進入巖石孔隙水中，在適當條件下便能夠結晶形成伊利石和石英等礦物(Vorhies J.S.,Gaines R.R.(2009)Microbial dissolution of clayminerals as a source of iron and silica in marine sediments.Nature Geosc1.,2:221-225.) o Dong等系統總結了微生物與粘土礦物交互作用研究現狀(Dong H.L.，JaisiD.P.，Kim J.W.，and Zhang G.X.(2009)Microbe-clay mineral interactions.AmericanMineralogist.94:1505-1519.)，甚至產甲烷菌和嗜熱菌都能夠還原粘土礦物結構中的三價鐵，導致粘土礦物發生相變作用(Zhang J.,Dong H.L.,Liu D.,Fischer Τ.B.,Wang S.，Huang L Q.，(2011).Microbial reduction of Fe (III)in illite-smectite mineralsby methanogen Methanosarcinamaze1.Chem.Geol., 292:35-44 ；Zhang, G.X.，Dong, H.L，Kim,J.and Eberl,D.D.(2007)Microbial reduction of structural Fe3+ in nontroniteby a thermophilic bacterium and its role in promoting the smectite to illitereaction.American Mineralogist，92，1411-1419.)。這些發現打破了長期以來人們對蒙脫石發生伊利石化過程受溫度、壓力和時間控制的認識(Eberl，D.D.and Hower, J.(1976)Kinetics of illite formation:Geol.Soc.Amer.Bull.87: 1326-1330 ；Pytte A.M.and Reynolds Jr.R.C.(1989)The thermaltransformation of smectite to illite.1n N.D.Naeser and T.H.McCulloh, Eds.,Thermal History of Sedimentary Basins !Methods and Case Histories， p.133-140.Springer-verlag, New York.),特別突破了粘土礦物之間轉化作用時間尺度較大的局限。需要特別強調的是，無論是蒙脫石發生伊利石化，還是蒙脫石發生高嶺石化，微觀上均能破壞蒙脫石晶體結構，可使蒙脫石表面上和層間域中大量水得以釋放逸出，宏觀上大大降低蒙脫石的外膨脹作用與內膨脹作用，真正促進蒙脫石發生縮膨作用。儲層粘土礦物蒙脫石這一縮膨作用，能夠實現儲層孔隙增大，為開發提高油藏儲層滲透率乃至原油採收率技術，帶來極大可能。然而，當前國內外有關微生物與蒙脫石交互作用研究，僅僅停留在微生物如何有效還原促進富鐵蒙脫石發生伊利石化轉變的理論研究層面，尚未開展自然界中廣泛存在的含鐵較低的普通蒙脫石多種轉化方式的深入研究，更沒有針對油田水敏性礦物——蒙脫石在微生物作用下發生物相轉變理論與應用研究。特別是自從微生物採油理論誕生六十多年以來，人們一直關注的是微生物如何有效作用於油田原油性能問題，國內外學者從未探討過好氧或厭氧微生物與油田儲層礦物發生作用問題。
發明內容
本發明旨在結合微生物與儲層礦物交互作用過程與機理，提供一種新的提高低滲透油田原油採收率的方法。本發明基於微生物促進儲層中蒙脫石物相轉化的研究，開發出了通過改善儲層水敏膨脹特性，從而提高原油採收率的方法。研究發現，在厭氧環境中，鐵還原微生物能夠從儲層蒙脫石內部瓦解蒙脫石，瞄準結構中Fe，通過厭氧呼吸直接傳遞電子到八面體中Fe (III)，使其還原為Fe (II)，造成靜電作用力不平衡，蒙脫石晶體結構畸變，蒙脫石層間距縮小至1.0nm左右，發生伊利石化。在好氧環境中，具有矽酸鹽礦物分解能力的微生物從蒙脫石外部進攻，瞄準蒙脫石結構中S1、Al，通過有氧呼吸代謝產生大量有機酸，從礦物表面向內逐步造成蒙脫石局部區域內矽氧四面體脫落、鋁氧八面體錯位或畸變，出現0.9nm層間距，或在新的靜電作用平衡下形成多層超晶格1.8nm層間距，在不同反應條件下，發生局部伊利石化，或高嶺石化與埃洛石化。無論儲層蒙脫石在微生物作用下發生伊利石化或高嶺石與埃洛石化，其遇水膨脹程度都將大幅下降，從而抑制儲層水敏膨脹。由此，本發明採用如下技術方案:一種提高原油採收率的方法，在原油採收之前，針對油田O 800m深度的淺部儲層巖心，注入具有矽酸鹽礦物分解能力的好氧微生物；針對油田800m以上深度的深部儲層巖心，注入具有鐵還原能力的厭氧微生物；待注入的微生物與儲層粘土礦物作用一段時間之後再進行原油採收。上述好氧微生物和厭氧微生物一般是提前進行發酵培養，製成菌液。現場操作中，首先調研儲層孔隙總體積(m3)，然後按照「1000m3孔隙體積:0.2 4.0m3菌液」的比例從注水井注入提前發酵培養好的菌液，停留一段時間後進行原油採收。注入微生物菌液後淺部儲層不封井，而深部儲層封井。微生物與儲層粘土礦物作用時間優選為25-30天。值得注意的是，若在油田儲層微生物分布調研中，發現儲層中存在上述各類細菌(稱為本源功能菌群)，可按照「 IOOOm3孔隙體積:0.4 8.0m3培養液」從注水井注入相關營養物質(培養液成分可參考本發明的具體實施方式
部分)對本源功能菌群進行激活，使其作用於儲層粘土礦物。停留時間30-35天，淺部儲層不封井，深部儲層封井。待反應周期結束後，加強油井水驅，提高原油採收率。上述具有矽酸鹽礦物分解能力的好氧微生物例如膠質芽孢桿菌(Bacillusmucilaginosus)、臘狀芽孢桿菌(Bacillus cereus)等。上述具有鐵還原能力的厭氧微生物例如阪崎克洛諾菌(cronobactersakazakii)、迪茨菌(Dietziacercidiphylli)、腐敗希瓦氏菌(Shewanellaputrefaciens)、奧奈達湖希瓦氏菌(Shewanellaoneidensis)等。培養好氧微生物可選擇含有下述成分的培養基:蔗糖5.0g/L,酵母膏1.0g/L,MgSO40.25g/L, K2HPO40.2g/L, FeCl3.6H205mg/L, CaCl210mg/L。培養厭氧微生物可選擇含有下述成分的以乙酸鈉為唯一碳源的培養基:Na2HPO4.12Η2010.31g/L, NaH2PO4.12Η203.31g/L, NH4Cl0.31g/L, KC10.13g/L，無水乙酸鈉
6.56g/L和酵母提取物0.3g/L。本技術應用領域:I對不同深度環境下注水膨脹後的低滲油田進行縮膨；2對未注水、但含蒙脫石較高的油田儲層進行防膨。本發明從當前利用微生物作用油藏原油研究，拓展到微生物作用油藏儲層礦物研究，為超低滲油層儲層縮膨與提高原油採收率開闢新的途徑。
圖1顯示了好氧體系實驗巖心縮膨率測試結果。圖2顯示了厭氧體系實驗中在微生物作用下巖心縮膨率的變化特徵。
具體實施例方式下面通過小試實驗進一步說明本發明的作用效果，但不以任何方式限制本發明的範圍。本實驗採用適當培養基活化微生物，至對數生長期後，與巖心樣品混合，置於適宜條件下作用25-30天後，清洗烘乾巖心樣品，進行膨脹率測試與縮膨率計算。實驗所用巖心樣品採自大慶油田薩零組地層，具有較高蒙脫石含量。其中厭氧體系實驗利用6個樣品，好氧體系實驗選擇深度較淺的2個樣品(表I)。巖心樣品經粉碎研磨後，取100目篩下粉末清洗烘乾後備用。表I大慶油田薩零組儲層巖心樣品特徵
權利要求
1.一種提高原油採收率的方法，在原油採收之前，針對油田O 800m深度的淺部儲層巖心，注入具有矽酸鹽礦物分解能力的好氧微生物；針對油田800m以上深度的深部儲層巖心，則注入具有鐵還原能力的厭氧微生物；待注入的微生物與儲層粘土礦物作用一段時間之後再進行原油採收。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，對所述好氧微生物和厭氧微生物提前進行發酵培養，製成菌液；然後按每IOOOm3儲層孔隙體積注入0.2 4.0m3菌液的比例通過注水井向儲層巖心注入菌液；注入菌液後淺部儲層不封井，而深部儲層封井，讓注入的微生物與儲層粘土礦物交互作用。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，注入的微生物與儲層粘土礦物作用的時間為25-30天。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述好氧微生物選自膠質芽孢桿菌和蠟狀芽孢桿菌的一種或兩種；所述厭氧微生物選自阪崎克洛諾菌、迪茨菌、腐敗希瓦氏菌和奧奈達湖希瓦氏菌中的一種或多種。
5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，培養所述好氧微生物的培養基成分為:蔗糖 5.0g/L,酵母膏 1.0g/L, MgSO40.25g/L, K2HPO40.2g/L, FeCl3.6H205mg/L 和 CaCl2IOmg/L ;培養所述厭氧微生物的培養基成分為=Na2HPO4.12H2010.31g/L, NaH2PO4.12H203.31g/L，NH4Cl0.31g/L，KC10.13g/L，無水乙酸鈉 6.56g/L 和酵母提取物 0.3g/L。
6.一種提高原油採收率的方法，在原油採收之前，對油田儲層微生物分布進行調研，如果儲層中存在本源功能菌群，即油田O 800m深度的淺部儲層巖心中分布有具有矽酸鹽礦物分解能力的好氧微生物，和/或，油田800m以上深度的深部儲層巖心中分布有具有鐵還原能力的厭氧微生物，那麼，向儲層注入營養物質對本源功能菌群進行激活，使其作用於儲層粘土礦物，一段時間之後再進行原油採收。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述營養物質是相關微生物的培養液，按每IOOOm3儲層孔隙體積注入0.4 8.0m3培養液的比例通過注水井向儲層巖心注入培養液；注入培養液後淺部儲層不封井，而深部儲層封井。
8.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，注入營養物質後30-35天再進行原油採收。
9.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述好氧微生物選自膠質芽孢桿菌和蠟狀芽孢桿菌的一種或兩種；所述厭氧微生物選自阪崎克洛諾菌、迪茨菌、腐敗希瓦氏菌和奧奈達湖希瓦氏菌中的一種或多種。
10.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，用於激活儲層中所述好氧微生物的營養物質的各成分及其含量為:蔗糖5.0g/L，酵母膏1.0g/L, MgSO40.25g/L，K2HPO40.2g/L，FeCl3 *6H205mg/L和CaCl210mg/L ;用於激活儲層中所述厭氧微生物的營養物質的各成分及其含量為:Na2HPO4.12Η2010.31g/L, NaH2PO4.12Η203.31g/L, NH4Cl0.31g/L, KC10.13g/L，無水乙酸鈉6.56g/L和酵母提取物0.3g/L。
全文摘要
本發明公開了一種提高原油採收率的方法。在原油採收之前，針對油田0～800m深度的淺部儲層巖心，注入具有矽酸鹽礦物分解能力的好氧微生物；針對油田800m以上深度的深部儲層巖心，注入具有鐵還原能力的厭氧微生物；待注入的微生物與儲層粘土礦物作用一段時間之後再進行原油採收。本發明基於微生物促進油藏儲層礦物蒙脫石物相轉化的研究，通過改善儲層水敏膨脹特性，為超低滲油層儲層縮膨與提高原油採收率開闢了新的途徑。
文檔編號C09K8/582GK103147731SQ20131009600
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月25日 優先權日2013年3月25日
發明者魯安懷, 楊曉雪, 王浩然, 朱雲, 李豔, 王長秋, 丁竑瑞, 王鑫 申請人:北京大學