【導(dǎo)讀】油采收率．縱觀原油生產(chǎn)的壘過程，其實就是一個不斷提高采收率的過程。當(dāng)天然能量衰竭時，通過注水向油層提供補充能量，即開始了開采的第二。它的采收率遠(yuǎn)比能量衰竭法高，最終采收率通常為30%～40%。田的水油比接近作業(yè)的經(jīng)濟(jì)極限時，即產(chǎn)出油的價值與水處理及其注入費用相差太小，采收率方法的研制，目前備受國內(nèi)外重視。一次采油后，要進(jìn)一步提高采收率，需要對油田注水注氣設(shè)。備進(jìn)行第二次投資，因此稱為二次采油。二次采油的采收率可達(dá)45%。采收率提高幅度的大小取決于采用的方法、油藏條件。多的采收率，經(jīng)濟(jì)上更具有吸引力。油藏的采收率定義為油藏累計采出的油量與地質(zhì)儲量的比值的百分?jǐn)?shù)。Sor注入流體波及區(qū)內(nèi)殘余油飽和度。毛管數(shù)是影響殘余油飽和度的主要因素。了典型水驅(qū)油毛管數(shù)范圍，對應(yīng)的殘余油飽和度為30％。3個數(shù)量級，那么巖石中殘余油飽和度可大幅度地降低。時，殘余油飽和度可減低到12％左右。如果毛管數(shù)進(jìn)一步增加到10－

　　

【正文】 氣驅(qū)過程中的含油飽和度取決于他的熱力學(xué)性質(zhì)，蒸汽帶中的殘余油因經(jīng)受的溫度最高而降至最低的飽和；凝結(jié)帶中，由于蒸汽帶前緣形成的溶劑油帶的抽提作用以及蒸汽帶的溫度也較高，因此，其殘余油因經(jīng)受的溫度最高而降至最低的飽和度；凝結(jié)帶中由于蒸汽帶前緣形成的溶劑油帶的抽替作用以及蒸汽帶的溫度也較高，因此其殘余油飽 和度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于冷水驅(qū)。蒸汽帶和凝結(jié)帶的不斷推進(jìn)，推動可動原油前進(jìn)，因而形成了前面原油飽和度高于原始值的油帶及冷水帶，此處的額驅(qū)油方式和水驅(qū)相同，在油層原始區(qū)，溫度和含油飽和度仍在最初狀態(tài)。 因此蒸汽驅(qū)的機(jī)理有降粘作用、蒸汽的蒸餾作用、熱膨脹作用、重力分離作用、蒸汽溫度 油藏溫度 溫度分布 距離 飽和度分布 飽和度分布 蒸汽 蒸汽水 油 蒸汽帶 蒸汽凝析帶和熱油帶 原始油帶 距離 圖 蒸汽驅(qū)的溫度及飽和度分布 相對滲透率及毛管壓力的變化、溶解氣驅(qū)作用、油相混相驅(qū)動、以及乳狀液驅(qū)替作用。這些機(jī)理的作用程度主要取決于原油及油層的特性。目前，比較公認(rèn)的蒸汽驅(qū)機(jī)理及提高采收率的效果如圖 43. 圖 33 稠油蒸汽驅(qū)機(jī)理對采收率的貢獻(xiàn) 影響蒸汽驅(qū)效 果的因素： 1） 油層厚度 2） 原油粘度 3） 含油量 4） 油藏埋藏深度 5） 油藏壓力 6） 油層的非均質(zhì)性 1） 注入速度 2） 蒸汽干度 3） 采注比 3. 火燒油層 火燒油層是通過注入井向油層注入空氣，使油層中的一部分原油燃燒而產(chǎn)生熱量， 加熱和驅(qū)替未燃燒區(qū)的大部分原油，并從生產(chǎn)井中開采出來。 火燒油層是在一定井網(wǎng)下，從注入井注入空氣，向油層提供足夠的氧氣，然后進(jìn)行井下點火，在此后的連續(xù)注入氣過程中，油層內(nèi)形成一個狹窄的高溫燃燒帶。在高溫作用下，進(jìn)井地帶的原油被蒸餾和液化；輕質(zhì)油和蒸汽向前流動，由于換熱作用而凝析下來；蒸餾和裂化后殘留的重?zé)N變成焦炭作為繼續(xù)燃燒的燃料，燃燒氣在向前流動時加熱和驅(qū)替原油；燃燒氣中的蒸汽再向前推進(jìn)過程中形成熱水帶。在前緣推進(jìn)過程中，廢氣、水蒸氣、氣相烴類和凝析油間發(fā)生局部混相，產(chǎn)生混相驅(qū)油作用。只要有足夠的殘留碳作為燃料和足夠的燃燒溫度和空氣量，就可以維持燃燒，并使燃燒前緣不斷向生產(chǎn)井推進(jìn)。圖 44是火燒油層過程示意圖。 按燃燒方法的不同，火燒 油層可分為正向燃燒、逆向燃燒和濕式燃燒。 （ 1）正向燃燒 正向燃燒是向注入井注入空氣，并點燃注入井附近油層。燃燒從注入井向生產(chǎn)井方向發(fā)展，燃燒帶與供氣方向同行。 （ 2）逆向燃燒 逆向燃燒是向生產(chǎn)井注入空氣，并點火燃燒。燃燒帶從生產(chǎn)井移動一個較短距離后，生產(chǎn)井停止注空氣，將原油驅(qū)向先前點火的生產(chǎn)井，如圖 45 所示。燃燒從生產(chǎn)井向注入井方向發(fā)展，燃燒帶與供氣逆向而行。這種方法多用于特原油的開發(fā)。 0 Δ T 燃燒前緣 蒸汽前緣 蒸汽帶 富油帶 燃燒帶 SO 圖 34 火燒油層過程示意圖 圖 35 逆向燃燒過程示意圖 （ 3）濕式燃燒 濕式燃燒是正向燃燒的改良。正向燃燒法所產(chǎn)生的熱量約一半 存在于燃燒前緣和注入井之間，為有效地利用這部分熱量，必須將其移至燃燒帶的前方，為此可采取注水方法。注入水與燃燒前緣后面的高溫巖層接觸則蒸發(fā)，巖石則冷卻，同時，燃燒前緣前面的蒸汽凝結(jié)成熱水，擴(kuò)大了高溫帶和蒸汽帶的范圍，使更多的原油驅(qū)向生產(chǎn)井。圖 46 為燃燒過程溫度分布情況。 圖 36 正向燃燒和濕式燃燒溫度分布對比 （ a） 正向燃燒 （ b） 濕式燃燒 火燒油層過程中，燃燒帶向前移動時，火線波及的地區(qū)由于熱力降粘和膨脹作用，輕油稀釋作用以及水汽的驅(qū)替作用，除了部分重?zé)N焦化作為燃料外，洗油效率幾乎達(dá)到 100%。熱力或溫度對稠油的影響比較大，使稠油粘度降低的幅度很大，提高了稠油的流動性。因此，火燒油層法用于稠油油藏時可取的明顯的效果，期采收率可達(dá) 50%左右，而且采油速度高，可加速稠油油藏的開發(fā)。 熱力采油發(fā)除了蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)和火燒油層外，還有電磁加熱法和熱化學(xué)法。電磁加熱法是指通過井下電磁加熱器發(fā)出的電磁波對近井有限范圍內(nèi)的油層實施電磁加熱，達(dá)到對于原油加熱降粘、解除井底堵塞目的的采油工藝方法。熱化學(xué)法是指通過向油井注入化學(xué)生熱劑，經(jīng)過燜井換熱，已達(dá)到降低原油粘度的采油工藝方法。 第 四 章 微生物采油 微生物提高石油采收率 (ME0R)技術(shù)是將經(jīng)過選擇的微生物注入油層，通過它們在油藏內(nèi)增殖產(chǎn)物的激勵和運移作用，進(jìn)一步增加二次采油后油井的產(chǎn)油量，減少地層中的殘余油。微生物采油有工藝簡單、投入少的優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。 微生物采油技術(shù)是應(yīng)用微生物及其代謝產(chǎn)物來改善殘余油流動性、增加低滲透帶的滲透率。微生物具有生長繁殖的特點，當(dāng)其進(jìn)人地層某處時，能就地生長代謝，產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。生物多糖的產(chǎn)生及細(xì)菌細(xì)胞本身的增殖，造成局部微環(huán)境中代謝產(chǎn)物的高濃度，對地層起調(diào)剖作用，從而提高石油采 收率。另外，由于微生物采油應(yīng)用的所有物質(zhì)均為可生物降解物質(zhì)，產(chǎn)出液無后處理問題，因此，該技術(shù)屬環(huán)保技術(shù)。 微生物采油的局限性在于：①微生物不僅應(yīng)能在地層條件下生存，而且必須能產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，增加微生物個體數(shù)量；②微生物應(yīng)能有效地作用于地層中的殘余油。實際上，地層條件對微生物的生長極其不利，而且同一種微生物不可能適應(yīng)所有的油藏，也不是所有的油藏都適合微生物采油，許多油藏由于溫度或礦化度太高，不適合于進(jìn)行微生物采油。③微生物進(jìn)人地層也不可避免地發(fā)生稀釋、吸附和變性，從而產(chǎn)生一系列問題 。 1. 微生物采油原理 (1)微生物在油層中增殖，形成生物量。由于菌體通常粘附在巖石表面，改變巖石表面的潤濕性，從而將巖石上附著的油膜排代下來。 (2)微生物在地下發(fā)酵過程中能產(chǎn)生各種氣體，如 CH4， C02， N2， H2等，這些氣體可增加油層壓力，降低原油粘度。 (3)微生物在地下發(fā)酵過程中能產(chǎn)生生物聚合物，這些生物聚合物能調(diào)整注水油層的吸水剖面，控制高滲地帶的流度比，改善地層滲透率。 (4)能降解烴類的微生物可將高分子的石油烴類降解為低分子的烴類。從而降低石油的粘度和凝點，增加原油的流動性。 (5)微生物在地下發(fā)酵過程中產(chǎn)生生物表面活 性劑，它能降低水一巖石一原油體系的界面張力，提高洗油效率。表面活性劑除了能降低油水界面張力和乳化原油以外，還能通過改變油層巖石界面的潤濕性來改變巖石對原油的相對滲透性，有些表面活性 劑還能降低重油的粘度．所有這些作用都有利于提高石油采收率。 表 1列出了微生物代謝產(chǎn)物及其對油層的作用。 表 41 微生物代謝產(chǎn)物對油層的作用 微生物代謝產(chǎn)物 對油層的作用 有機(jī)酸（甲酸、乙酸、丙酸等低分子量酸 ) 無機(jī)酸 H2SO4 提高孔隙度和滲透率；與碳酸巖石反應(yīng)產(chǎn)生CO2提高孔隙度和滲透率 氣體 (H CH CO N H2S) 提高地層壓力；溶解在原油中使原 油粘度下降；溶解礦物中的硫，提高滲透率；使原油膨脹 生物表面活性劑和乳化劑 降低巖石一油一水系統(tǒng)中的表面張力；形成石油一水乳狀液 生物聚合物 封堵高滲透層，增大水驅(qū)掃油效率并降低水油比 醇類溶劑 (甲、乙、丙、異丁醇 ) 醛類溶劑 (甲醛 ) 酮類溶劑 (丙酮 ) 溶解巖石孔隙中的原油 降低原油粘度 2. 微生物篩選 菌種篩選是微生物采油技術(shù)的關(guān)鍵。篩選菌種所遵循的原則是所選擇的微生物應(yīng)能適應(yīng)油層環(huán)境條件。首先，所選菌種能在油藏條件下生存、運移并能產(chǎn)生大量對驅(qū)油有利 的代謝產(chǎn)物；其次，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，所選菌種能以原油為營養(yǎng)源。不同的生物工程目的所需的微生物代謝產(chǎn)物有所不同。根據(jù)提高原油采收率的需要，要求微生物的配方具備下列性能。 (1)驅(qū)油效率高。這是根本的一條。微生物進(jìn)入油層中，要產(chǎn)生較多的 C02和烴類等氣體，不產(chǎn)生或極少產(chǎn)生污染地層的硫化氫等氣體，同時產(chǎn)生生物表面活性劑、生物聚合物等，并有相應(yīng)的代謝產(chǎn)物產(chǎn)生。往往單一的細(xì)菌做不到這一點，只有復(fù)配才有上述功能。 (2)所有的細(xì)菌最好是兼性菌。因為兼性菌在有氧和無氧情況下均可生存。 MEOR菌 種既可以是好氧菌，也可以是厭氧 菌。油藏處于缺氧狀態(tài)，而在油藏處理過程中不能保持絕對無氧狀態(tài)，故所用菌種最好為兼性厭氧菌。兼性厭氧菌的優(yōu)勢還在于可以在好氧條件下培養(yǎng)，以縮短培養(yǎng)時間。好氧代謝比厭氧代謝快，先進(jìn)行好氧培養(yǎng)，后進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，可以加快篩選速度。另外，混合菌種可能具有協(xié)同作用，驅(qū)油效果優(yōu)于單株菌。菌種的配伍性需要進(jìn)行試驗來確定。 (3)微生物配方要適用較寬的溫度、壓力、 pH值范圍。這三者范圍越寬，微生物配方越能適應(yīng)注入地層中的復(fù)雜情況。 (4)微生物的配方不宜中毒，能耐高濃度鹽。 (5)微生物配方中各種物質(zhì)必須來源廣泛，價格較低， 以便獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。 3. 影響微生物活動的油藏條件 采油微生物的繁殖生長和代謝都是在油藏孔隙介質(zhì)中完成的，而油藏是一個非常復(fù)雜的環(huán)境，由固、液、氣三相組成，每種組成都可能對微生物的存活和生長產(chǎn)生有利或不利的影響。為此美國國家石油和能探研究所 (NIPER)提出了微生物采油的油藏篩選標(biāo)準(zhǔn) (見表 2)及油藏篩選程序 (見表 3)。 不同的徽生物適應(yīng)地層中各種條件的能力及產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物不同，另外，不同的生物工程目的所需的徽生物代謝產(chǎn)物也有所不同，因此，根據(jù)地層條件和生物工程目的合理地選擇菌種是工程獲得成功的關(guān)鍵。 (1)孔隙度和滲透率：細(xì)菌形態(tài)各異，一般其長度在 ～ ，寬度在 ～。因此，當(dāng)孔徑直徑小于 ，細(xì)菌在巖石基質(zhì)中的運 移會受到嚴(yán)重阻礙?？紫抖群蜐B透率對細(xì)菌活動的影響反映在兩個方面。一是對細(xì)菌運移的影響，當(dāng)孔喉尺寸小于 、滲透率小于 5 103 m2時會阻礙細(xì)菌在孔隙中的運移；二是對細(xì)菌的繁殖和代謝的影響，以毛細(xì)管模擬巖石孔隙的實驗表明，毛細(xì)管尺寸減小時，細(xì)菌生長速率和菌體的大小也減小。一般認(rèn)為孔隙尺寸應(yīng)在 ，滲透率應(yīng)在 5103181。m2以上。 (2)地層壓力：與其它因素相比，壓力對細(xì)菌的活動影響較小。地層壓力梯度范圍在 ～ 。過高的壓力對微生物的繁殖和代謝都有顯著影響。 表 42 油被篩選標(biāo)準(zhǔn) 油藏參數(shù) 范圍 含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)， % NaCl10% 微量元素／ (mg L1) 砷、汞、鎳、錫含量 10~15 原油密度／ (g cm3) 地層滲透率／ 181。m2 地層固有微生物 殘余油飽和度。 溫度／℃ 深度／ m 與選用的菌種配伍 25% 可有某些例外 2438 表 43 油藏篩選程序 油藏參數(shù) 篩選程序 選用的菌種 礦化度 溫度 /深度 微量元素 地層滲透率 地層固有微生物 確定提高原油產(chǎn)量的內(nèi)在機(jī)理 應(yīng)用配伍性試驗評價微生物生長與代謝活動 在地層條件下用應(yīng)用配伍性試驗評價微生物生長與代謝活動 應(yīng)用配伍性試驗確定出微生物生長與代謝活動有害的影響 如果進(jìn)行多井微生物務(wù)處理，應(yīng)進(jìn)行單井注入能力試驗和巖心驅(qū)替研究 在地層條件下用應(yīng)用配伍性試驗評價微生物生長與代謝活動 對大多數(shù)自然界存在的細(xì)菌，壓力在 50 MPa以下時對細(xì)菌的活動沒有太 大的影響，但 50~60 MPa對 于大多數(shù)微生物的繁殖與代謝都有限制作用。 (3)油層溫度：油層溫度是最為重要的一個因素。因為不同的微生物耐溫能力不同，其生長、繁殖有一定的溫度范圍 (表 4)。通常可用油層深度來估算油層溫度。 (4)礦化度：地層水的礦化度一般都比較高，包括許多中鹽類，其中 90%以上的 NaC1微生物對氯化鈉的耐受能力是微生物采油工藝中的一個重要特性。有的微生物能在飽和的氯化鈉溶液 (約 30%)中繁殖。采油微生物菌種篩選出來后，應(yīng)該在所應(yīng)用油藏區(qū)塊的地層水條件下在進(jìn)行培養(yǎng)試驗，進(jìn)一步考察其生長繁殖速率、與提高采收率有關(guān)的代謝產(chǎn)物類型 和產(chǎn)量以及菌種傳代和變異等。 表 44 微生物生長的溫度范圍 ℃ 微生物 最低 最適 最高 舉例 低溫微生物 5~10 10~20 25~30 活性淤泥 中溫微生物 5~10 15~40 45~50 菌狀芽孢桿菌 高溫衛(wèi)生物 25~45 45~65 70~100 黃單胞桿菌 (5)pH值：一般來說，微生物能夠在 pH 為 ～ ，大多數(shù)油藏 pH值在 ～ ，一般能夠滿足微生物的生長要求。對特殊油藏，應(yīng)該專門篩選開 發(fā)嗜酸或嗜堿菌。 除了上述影響外，還有其它一些影響因素，如巖性、油層深度、原油性質(zhì)、營養(yǎng)物、巖石基質(zhì)、地層流體中微量有毒元素砷、汞等、油藏殘余油飽和度及分布、束縛水飽和度等 目前研究較多的是單個因素對采油微生物活動的影響，對這些因素共同存在、且在極端條件下共同對微生物活動的影響研究較少。事實上，后者對微生物采油技術(shù)的發(fā)展意義更大。所以，具體的油藏條件是采油微生物菌種篩選重要的基礎(chǔ)。