提高油藏殘餘油的生物氣化速率的方法及其應用與流程
2024-02-24 01:05:15
本發明涉及一種提高速率的方法，尤其涉及一種提高油藏領域的速率的方法。本發明還涉及其應用。
背景技術：
隨著我國國民經濟的快速發展和能源結構調整，我國能源需求日益旺盛，供需矛盾日益加劇：截止2014年底，我國石油、天然氣年進口量分別達到3.1億噸和457億立方米，對外依存度分別為59.6％和25.6％。目前，我國80％的石油產能來自水驅開發油藏，陸上油田普遍進入高含水期(中石化、中石油分別有47.3％和43.5％的已動用儲量進入特高含水期)，按照儲採比16.85計算，未來10年，我國油田將大規模進入水驅廢棄階段。然而，在現行採油技術水平下，油藏總體採收率還比較低(＜40％)，尚有大量殘餘油賦存地下無法經濟、有效開發。
油藏殘餘油生物氣化技術是目前國際上一項重要的前瞻性研究課題，該技術為低品位油氣資源的高效開發提供了一條有益的技術思路，已經受到歐美發達國家的廣泛重視和關注。油藏殘餘油生物氣化技術是指通過激活油藏內源微生物或引入外源微生物，在地層中形成「互營代謝菌-甲烷菌」微生物群落，將殘餘油通過厭氧降解作用轉化成為天然氣(甲烷)，從而將殘餘油以天然氣的形式採出；或者，通過生物氣化補充油藏能量，從而大幅度提高油氣資源的利用效率和開採水平。
然而，烴類物質的厭氧烴降解的起始反應——烴底物厭氧降解產氫產乙酸反應，其吉布斯自由能變化量為正(需從外界補給能量)，即反應無法自發進行，微生物必須依靠胞外電子傳遞等方式攫取額外能量，因此，烴厭氧降解反應速率很大程度受到這些反應過程的限制，導致厭氧條件下烴類微生物降解產氣速度非常緩慢，自然條件下石油的生物降解需要百萬年的時間尺度，這樣的反應速度在短時間內不可能形成大規模天然氣聚集，人工激活方法雖然能夠一定程度提高殘餘油產甲烷速率，但根據目前已報導的轉化速率進行折算，產氣速率仍無法滿足 大規模氣藏開發的要求。
技術實現要素：
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供了一種提高油藏殘餘油的生物氣化速率的方法。本發明的方法通過微生物電解池系統，強化胞間電子輸送實現電能對烴類物質厭氧降解反應的能量補給，突破微生物催化過程的反應熱力學限制，實現殘餘油厭氧降解產甲烷反應速率的提升。
在本發明的一個實施方式中，本發明提供了一種提高油藏殘餘油的生物氣化速率的方法，包括如下步驟：
1)在油藏中構築電極；
2)向油藏中注入厭氧微生物激活劑的水溶液；
3)通過電極施加電壓來在油藏中形成微電場，以刺激產甲烷菌和其互營代謝菌的增殖和代謝；
4)停止施加電壓，向油藏中注入含水液體、優選水，來將產甲烷菌和其互營代謝菌驅替至地層深部；
5)開井生產甲烷。
在本發明的一個優選的實施方式中，上述步驟1)至5)可以以邏輯上可行的任意順序進行，優選按照從步驟1)至步驟5)依次進行。
本發明創造性地將微生物電解池技術引入生物地球化學和油氣田開發等應用領域，採用微電場實現了烴厭氧降解限速反應中的高效胞外電子傳遞和外源能量補給，大幅度提升烴厭氧降解產甲烷速率。微生物電解池陽/陰極組合下，烴厭氧降解產甲烷的「反應熱力學-電化學」機制如下：
①陽極反應(互營代謝菌為主體)
原油+h2o→ch3cooh+h++e-
ch3cooh→ch4+co2
②陰極反應(產甲烷菌為主體)
co2+h++e-→ch4+h2o
③總體反應
原油+h2o→ch4+co2
本發明通過微電場向生物催化過程中補給能量，在生物催化-電化學聯合作用 下提高以烴為底物的厭氧降解產甲烷的反應速率。本發明通過微電場將電能轉化為生物化學能，突破了烴類厭氧產甲烷過程的生物能量限制，提高了厭氧產甲烷的反應效率。
在本發明中，術語「產甲烷菌」是指產甲烷的微生物類群，尤其是以乙酸分解或者二氧化碳-氫氣還原方式產甲烷的微生物類群。在本發明中，產甲烷菌的「互營代謝菌」是指在嚴格厭氧條件下生長，在與耗氫微生物(產甲烷菌)互養時能降解石油中烴類底物的一類微生物。
在本發明中，術語「驅替」是指通過注入液體，驅動油藏內已有液體向油藏深部移動。
在本發明的一個優選的實施方式中，將步驟1)至5)重複兩次或兩次以上。
在本發明的一個優選的實施方式中，步驟1)所述的電極採用包括水力壓裂技術的方法構築。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述電極為使用導電材料製備的支撐劑。在該優選的實施方式中，使用使用導電材料製備支撐劑，然後在井底連接導線至直流電源，從而構建電極。本領域常規的支撐劑應該是支撐裂縫用，一般都是陶粒或者石英砂，而本發明的優選的實施方式中使用導電材料製備支撐劑，其既是支撐劑又是電極，起到了一劑雙用的特別良好的技術效果。
在本發明的一個優選的實施方式中，步驟2)注入厭氧微生物激活劑的量為v±10％，其中v通過如下公式計算：
其中，l表示水力壓裂裂縫的半徑長度，h表示水力壓裂裂縫的縫高，w表示水力壓裂裂縫的縫寬，φ表示油藏孔隙度。
在本發明的一個優選的實施方式中，步驟2)所述的厭氧微生物激活劑包括氮源、磷源、硫源以及有機物。更優選的，在每升步驟2)所述的厭氧微生物激活劑的水溶液中，所述厭氧微生物激活劑包括0.5-1.0g氮源、0.2-0.5g磷源、0.05-0.10g硫源以及0.01-0.05g有機物。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述厭氧微生物激活劑由處理後的採出液或者清水加上氮源、磷源、硫源和/或有機物中的一種或多種配製而成。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述氮源包括氯化銨、尿素、硝酸鉀和硝酸鈉中的一種或多種。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述磷源包括磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鈉和磷酸氫二鈉中的一種或多種。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述硫源包括硫酸鉀、硫酸鈉和硫酸鎂中的一種或多種。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述有機物包括酵母浸膏、牛肉膏和蛋白腖中的一種或多種。
在本發明的一個優選的實施方式中，步驟3)所述電壓的電壓強度為0.10-1.50v。
在本發明的一個優選的實施方式中，所述微電場的場強為0.001-0.05v/m。
在本發明的一個優選的實施方式中，步驟3)中所述施加電壓的持續時間為30-90天、優選60-80天。
本發明的另一個目的在於，提供上述方法在提高油藏殘餘油產量和/或採收率方面的應用。
本發明的有益效果在於：本發明的方法可以大大提升油藏殘餘油的生物氣化速率，並且節約能源、環保。
附圖說明
圖1為以多分段壓裂水平井中各段壓裂縫面作為電極，多段縫面組合形成油藏內微電場的示意圖。其中，箭頭表示壓裂時支撐劑的裂縫延伸方向。
具體實施方式
下面結合非限制性的具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明的保護範圍並不局限於下述實施例。
實施例1：
河南油田某區塊枯竭油藏，實施了水平井多分段壓裂，壓裂段數8段，向每段(半縫長100米，縫高30米，縫寬10毫米，孔隙度50％)內注入約50m3激活劑，共注入激活劑400m3，激活劑組成為0.5g/l尿素、0.25g/l磷酸氫二鉀、0.05g/l硫酸鎂和0.01g/l酵母浸膏。採用由導電材料製備的支撐劑來進行水利壓裂，然後在井底連接導線至直流電源，從而構築電極。設定相鄰段分別為陽極和 陰極，設置陽極電壓為-0.20vvs.參比電極電壓(nhe)，陰極電壓為-0.35vvs.參比電極電壓(nhe)，加電壓時間90天，後停止施加電壓，使用4000m3水進行驅替，悶井180天後，開井後天然氣初產為4萬方/天。
實施例2：
江蘇油田某區塊枯竭油藏，實施了單井分段壓裂，壓裂段數2段，目標儲層較淺，為水平縫。向每段(半縫長80米，縫高40米，縫寬6毫米，孔隙度50％)內注入約30m3激活劑，共注入激活劑60m3，激活劑組成為0.8g/l氯化銨、0.50g/l磷酸氫二鉀、0.08g/l硫酸鎂和0.01g/l牛肉膏。採用由導電材料製備的支撐劑來進行水利壓裂，然後在井底連接導線至直流電源，從而構築電極。設定相鄰段分別為陽極和陰極，設置陽極電壓為-0.15vvs.nhe，陰極電壓為-0.40vvs.nhe，加電壓時間60天，後停止施加電壓，使用800m3水進行驅替，悶井150天後，開井後天然氣初產為1.6萬方/天。
對比例1
如實施例1所述的河南油田某區塊枯竭油藏未經如實施例1中所述的處理之前(即在無電極和微電場情況下)，沒有觀測到任何微生物源的甲烷產生。
對比例2
如實施例2所述的江蘇油田某區塊枯竭油藏未經如實施例2中所述的處理之前(即在無電極和微電場情況下)，沒有觀測到任何微生物源的甲烷產生。
應當注意的是，以上所述的實施例僅用於解釋本發明，並不構成對本發明的任何限制。通過參照典型實施例對本發明進行了描述，但應當理解為其中所用的詞語為描述性和解釋性詞彙，而不是限定性詞彙。可以按規定在本發明權利要求的範圍內對本發明作出修改，以及在不背離本發明的範圍和精神內對本發明進行修訂。儘管其中描述的本發明涉及特定的方法、材料和實施例，但是並不意味著本發明限於其中公開的特定例，相反，本發明可擴展至其他所有具有相同功能的方法和應用。