【導讀】油采收率．縱觀原油生產的壘過程，其實就是一個不斷提高采收率的過程。當天然能量衰竭時，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)的經濟極限時，即產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，目前備受國內外重視。一次采油后，要進一步提高采收率，需要對油田注水注氣設。備進行第二次投資，因此稱為二次采油。二次采油的采收率可達45%。由于三次采油的規(guī)模較大，三次采。采收率提高幅度的大小取決于采用的方法、油藏條件。層壓力，提高水驅采收率。多的采收率，經濟上更具有吸引力。因此，三次采油的概念已失去了一定的應用性，油藏的采收率定義為油藏累計采出的油量與地質儲量的比值的百分數(shù)。Sor注入流體波及區(qū)內殘余油飽和度。毛管數(shù)是影響殘余油飽和度的主要因素。在典型的水驅油情況下，毛管數(shù)變化范圍為10－7～10－5。對于水濕巖石來說，

　　

【正文】 度高、風險大。因此，目前蒸汽驅的產量要比蒸汽吞吐的產量少。 蒸汽吞吐的機理比較復雜，但比化學驅（尤其是復合驅）要清楚地多，可以認為原油粘度降低、流度改變、原油蒸餾和膨脹、相對滲透率改變、溶解氣驅和溶劑混相驅等作用都會使采收率提高。 蒸汽驅采油機理 蒸汽驅開采過程中，從注入井注入的熱蒸汽加熱原油并把它 趨向生產井。由于注入井到生產井的過程中，形成幾個溫度不同的區(qū)：蒸汽驅及部分凝結水區(qū)、熱水區(qū)、熱油帶和原始油帶。 （ 1） 蒸汽及部分冷凝水帶。蒸汽注入油藏后再注入井周圍形成一飽和蒸汽帶，其溫度和蒸汽的溫度相同，連續(xù)注入的蒸汽使蒸汽帶向生產井推進，在蒸汽帶前緣有部分冷凝水。 （ 2）熱水帶。蒸汽帶前面是凝結的熱水袋。它是加熱油層后，由于釋放熱量溫度降低的蒸汽凝結而成，熱水凝結帶在推進過程中，溫度逐漸降低。 （ 3）熱油帶。熱油帶前為熱油帶，熱油帶向前推進，溫度進一步降低，最后溫度和原始油層溫度相同，形成原始油層。 本科畢業(yè)設計（論文） 31 在每個區(qū)帶中，其軀體機理不同，因此，由注入井到生產井，形成了一個含油飽和度和溫度不同的剖面（如圖 ）蒸汽驅過程中的含有飽和度主要取決于 氣驅過程中的含油飽和度取決于他的熱力學性質，蒸汽帶中的殘余油因經受的溫度最高而降至最低的飽和；凝結帶中，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，其殘余油因經受的溫度最高而降至最低的飽和度；凝結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 和度遠遠低于冷水驅。蒸汽帶和凝結帶的不斷推進，推動可動原油前進，因而形成了前面原油飽和度高于原始值的油帶及冷水帶，此處的額驅油方式和水驅相同，在油層原始區(qū)，溫度和含油飽和度仍在最初狀態(tài)。 因此蒸汽驅的機理有降粘作用、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 蒸汽驅的溫度及飽和度分布 本科畢業(yè)設計（論文） 32 相對滲透率及毛管壓力的變化、溶解氣驅作用、油相混相驅動、以及乳狀液驅替作用。這些機理的作用程度主要取決于原油及油層的特性。目前，比較公認的蒸汽驅機理及提高采收率的效果如圖 43. 圖 33 稠油蒸汽驅機理對采收率的貢獻 影響蒸汽驅效 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生熱量，本科畢業(yè)設計（論文） 33 加熱和驅替未燃燒區(qū)的大部分原油，并從生產井中開采出來。 火燒油層是在一定井網下，從注入井注入空氣，向油層提供足夠的氧氣，然后進行井下點火，在此后的連續(xù)注入氣過程中，油層內形成一個狹窄的高溫燃燒帶。在高溫作用下，進井地帶的原油被蒸餾和液化；輕質油和蒸汽向前流動，由于換熱作用而凝析下來；蒸餾和裂化后殘留的重烴變成焦炭作為繼續(xù)燃燒的燃料，燃燒氣在向前流動時加熱和驅替原油；燃燒氣中的蒸汽再向前推進過程中形成熱水帶。在前緣推進過程中，廢氣、水蒸氣、氣相烴類和凝析油間發(fā)生局部混相，產生混相驅油作用。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井推進。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 逆向燃燒是向生產井注入空氣，并點火燃燒。燃燒帶從生產井移動一個較短距離后，生產井停止注空氣，將原油驅向先前點火的生產井，如圖 45 所示。燃燒從生產井向注入井方向發(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 本科畢業(yè)設計（論文） 34 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成熱水，擴大了高溫帶和蒸汽帶的范圍，使更多的原油驅向生產井。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 本科畢業(yè)設計（論文） 35 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替作用，除了部分重烴焦化作為燃料外，洗油效率幾乎達到 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 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、蒸汽驅和火燒油層外，還有電磁加熱法和熱化學法。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的油層實施電磁加熱，達到對于原油加熱降粘、解除井底堵塞目的的采油工藝方法。熱化學法是指通過向油井注入化學生熱劑，經過燜井換熱，已達到降低原油粘度的采油工藝方法。 本科畢業(yè)設計（論文） 36 第 四 章 微生物采油 微生物提高石油采收率 (ME0R)技術是將經過選擇的微生物注入油層，通過它們在油藏內增殖產物的激勵和運移作用，進一步增加二次采油后油井的產油量，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，應用前景廣闊。 微生物采油技術是應用微生物及其代謝產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，當其進人地層某處時，能就地生長代謝，產生代謝產物。生物多糖的產生及細菌細胞本身的增殖，造成局部微環(huán)境中代謝產物的高濃度，對地層起調剖作用，從而提高石油采 收率。另外，由于微生物采油應用的所有物質均為可生物降解物質，產出液無后處理問題，因此，該技術屬環(huán)保技術。 微生物采油的局限性在于：①微生物不僅應能在地層條件下生存，而且必須能產生代謝產物，增加微生物個體數(shù)量；②微生物應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，不適合于進行微生物采油。③微生物進人地層也不可避免地發(fā)生稀釋、吸附和變性，從而產生一系列問題 。 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)酵過程中能產生生物聚合物，這些生物聚合物能調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，有些表面活性本科畢業(yè)設計（論文） 37 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物及其對油層的作用。 表 41 微生物代謝產物對油層的作用 微生物代謝產物 對油層的作用 有機酸（甲酸、乙酸、丙酸等低分子量酸 ) 無機酸 H2SO4 提高孔隙度和滲透率；與碳酸巖石反應產生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的關鍵。篩選菌種所遵循的原則是所選擇的微生物應能適應油層環(huán)境條件。首先，所選菌種能在油藏條件下生存、運移并能產生大量對驅油有利 的代謝產物；其次，從經濟角度出發(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)驅油效率高。這是根本的一條。微生物進入油層中，要產生較多的 C02和烴類等氣體，不產生或極少產生污染地層的硫化氫等氣體，同時產生生物表面活性劑、生物聚合物等，并有相應的代謝產物產生。往往單一的細菌做不到這一點，只有復配才有上述功能。 (2)所有的細菌最好是兼性菌。因為兼性菌在有氧和無氧情況下均可生存。 MEOR菌本科畢業(yè)設計（論文） 38 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，先進行好氧培養(yǎng)，后進行厭氧培養(yǎng)，可以加快篩選速度。另外，混合菌種可能具有協(xié)同作用，驅油效果優(yōu)于單株菌。菌種的配伍性需要進行試驗來確定。 (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注入地層中的復雜情況。 (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必須來源廣泛，價格較低， 以便獲得最大的經濟效益。 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中完成的，而油藏是一個非常復雜的環(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準 (見表 2)及油藏篩選程序 (見表 3)。 不同的徽生物適應地層中各種條件的能力及產生的代謝產物不同，另外，不同的生物工程目的所需的徽生物代謝產物也有所不同，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鍵。 (1)孔隙度和滲透率：細菌形態(tài)各異，一般其長度在 ～ ，寬度在 ～。因此，當孔徑直徑小于 ，細菌在巖石基質中的運 移會受到嚴重阻礙?？紫抖群蜐B透率對細菌活動的影響反映在兩個方面。一是對細菌運移的影響，當孔喉尺寸小于 、滲透率小于 5 103 m2時會阻礙細菌在孔隙中的運移；二是對細菌的繁殖和代謝的影響，以毛細管模擬巖石孔隙的實驗表明，毛細管尺寸減小時，細菌生長速率和菌體的大小也減小。一般認為孔隙尺寸應在 ，滲透率應在 5103181。m2以上。 (2)地層壓力：與其它因素相比，壓力對細菌的活動影響較小。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。 本科畢業(yè)設計（論文） 39 表 42 油被篩選標準 油藏參數(shù) 范圍 含鹽質量分數(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 確定提高原油產量的內在機理 應用配伍性試驗評價微生物生長與代謝活動 在地層條件下用應用配伍性試驗評價微生物生長與代謝活動 應用配伍性試驗確定出微生物生長與代謝活動有害的影響 如果進行多井微生物務處理，應進行單井注入能力試驗和巖心驅替研究 在地層條件下用應用配伍性試驗評價微生物生長與代謝活動 對大多數(shù)自然界存在的細菌，壓力在 50 MPa以下時對細菌的活動沒有太 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