延緩產(chǎn)量遞減,延長油田經(jīng)濟(jì)開采期限的MEOR新技術(shù)-論文

1、延緩產(chǎn)量遞減,延長油田經(jīng)濟(jì)開采期限的MEOR新技術(shù)摘要:該項目證明,微生物滲透率剖面調(diào)整(M PPM技術(shù)通過在常規(guī)水驅(qū)采油的注入水中加入氮和含磷培養(yǎng)基可有效提高原油采收率。M PPM技術(shù)不僅將這一油田的經(jīng)濟(jì)開采期限延長了60137個月,而且經(jīng)預(yù)測還可多采出6360095400m3(40×104 60×104bbl原油。產(chǎn)液組分出現(xiàn)的化學(xué)變化表明油藏未波及區(qū)含有原油。從開始注培養(yǎng)基后22個月內(nèi)所鉆井巖心的微生物數(shù)量增多,證明微生物確實發(fā)生了作用。主題詞M E ORM PPM巖心分析增加產(chǎn)量一、介紹三次采油的目的是從已探明儲集層中采出大量未開采的原油。如果利用現(xiàn)有技術(shù),美國已探

2、明的全部原油儲量中約有三分之二的原油將無法經(jīng)濟(jì)地開采出來。本文介紹的微生物提高采收率技術(shù)(M E OR有幾方面不同于其它M E OR技術(shù)。而清晰闡述這些差異相當(dāng)重要。首先,這一項目的設(shè)計是為了提高整個油藏的采收率,而不是用來處理單井的。更重要的是這一技術(shù)是建立在層內(nèi)微生物群落活動的基礎(chǔ)上,而不是建立在注入儲層微生物的繁殖基礎(chǔ)上。MPPM技術(shù)與一般水驅(qū)采油作業(yè)不會相互影響,而且微生物和危險化學(xué)物質(zhì)不會污染周圍環(huán)境,這一點非常重要。北Blo w horn Creek油單元(NBCU位于伯明瀚以西約75mile的Alabama的L amar縣境內(nèi)。該油田地處Black Warrior盆地。產(chǎn)層位于M

3、ississipp ian紀(jì)深度約達(dá)700m(2300ft的Carter砂巖層。該儲層是西北/東南走向的三角洲砂體,約5k m(3mile長,11.7 km(0.51mile寬。砂層只有1m,最厚處約12m (40f t。砂巖相對較純(大于90%石英,不含膨脹性粘土。該油田是1979年發(fā)現(xiàn)的,最初是以80acre 井距進(jìn)行開發(fā)。1983年實施水驅(qū)采油。儲層原始石油地質(zhì)儲量(IOI約為5×43(6×4 ,5年末期已開采出其中的33(55×。迄今為至,N B是在BW盆地發(fā)現(xiàn)的最大油田。5年原油產(chǎn)量達(dá)到最高約475m3/d(3000bbl/d,隨后穩(wěn)步遞減。目前,擁有2

4、0口注水井和32口生產(chǎn)井。油田試采方案初期油產(chǎn)量約為46m3/d(290bbl/d,氣產(chǎn)量1700 m3/d(6×104ft3/d,產(chǎn)水493m3/d(3100bbl/d,注水量近似為600m3/d(4150bbl/d。在方案初期推算,如果缺乏新的有效的提高采收率方法,就會約有159×104m3原油(1000×104bbl滯留在地下采不出來。二、室內(nèi)試驗研究本文介紹的這一技術(shù)在室內(nèi)巖心驅(qū)替試驗中證明很有效。然而,在油田試采方案中建議使用正在進(jìn)行試采的儲集層巖心進(jìn)行巖心驅(qū)替實驗。為確定現(xiàn)場試驗方案和所注營養(yǎng)量,在這一方案中鉆了2口井,并用1口井的巖心進(jìn)行了室內(nèi)巖心驅(qū)

5、替試驗。1,注培養(yǎng)基所用的滑動裝置設(shè)計注培養(yǎng)基室內(nèi)試驗完成后,便按比例將取得的結(jié)果應(yīng)用到了現(xiàn)場作業(yè)中,而且這是注培養(yǎng)基滑動裝置的設(shè)計基礎(chǔ)(見圖1。經(jīng)確定每個注入滑動裝置需要具有每天可在8275kPa(1200lb/in2的壓力下混合并泵送3801135L(100300gal含23180kg (50400lb化學(xué)物質(zhì)的水的能力。除了糖漿,其它培養(yǎng)基均以干狀存放在23kg(50lb的袋中,因此,該裝置要求具有可將化學(xué)物質(zhì)混合及配制成液的功能。設(shè)計的滑動裝置維護(hù)簡單,用現(xiàn)場泵操作很方便。此外,還需要一小塊存放未用化學(xué)物品并保持其干燥的地方。2,示蹤劑研究為了解水從1口注入井運移到生產(chǎn)井所需的時間,進(jìn)

6、行了示蹤劑研究。1994年4月,向2141井注入了7.4×1010Bq(2Ci的氚化水,并按周按月從注水井周圍的5口生產(chǎn)井中取水樣。10月,從2 3井中檢測到5×-1Bq L(L的氚化水;月,又從同一口井中檢測到5 Bq L(L;還從5井檢測到3×Bq L(L。5年月在3P2410m10010 bbl19987440m0 104bbl o rth lo w horn Creek lack arrior19811.1810/m14pC i/m111.17 /m41p Ci/m2117.010-2/m 1.9p C i/m19910111井中連續(xù)檢測到氚。盡管如此,在

7、不足7個月內(nèi)都沒有檢測到有微生物活動的跡象,只有在注培養(yǎng)基后一年才檢測出來。 圖1North Blowhor n Cr eek 單元使用的MEOR 注入滑動裝置流程圖三、現(xiàn)場試驗1,現(xiàn)場試驗的實驗性設(shè)計由于這是試采方案,所以只在油田局部區(qū)域進(jìn)行了試驗。試驗中選用4口注入井來接收微生物培養(yǎng)基(試驗用注入劑,另外還選用4口注入井控制注入物,同時監(jiān)控每口注入井周圍的生產(chǎn)井。這樣,試驗注入井四周的生產(chǎn)井獲取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)便與受注入培養(yǎng)基影響的外面那些同類井?dāng)?shù)據(jù)及井自身的歷史數(shù)據(jù)相一致。表33口新鉆井巖心的巖性表明Carte r 砂層是非均質(zhì)的井名井深(m (ft孔隙度(%滲透率(m d 流體飽和度%Oil

8、66635536根據(jù)注入井NB CU 2141井的水驅(qū)注入量7680m 3/d (480500b bl/d 提出如下注入方案(見表1。表11994年11月1996年4月所注培養(yǎng)基和注入方案培養(yǎng)基方案1和32和4KNO 30.12%(W /V 星期一0.12%(W /V星期一NaH 2PO 40.034%(W /V星期三星期五0.034%(W /V 星期五糖漿不注0.12%(W /V星期三向試驗井注培養(yǎng)基的起始日期為:試驗方案1在1994年11月21日,試驗方案2在1995年2月27日,試驗方案3在1995年1月6日,試驗方案4在1995年2月27日。2,微生物驅(qū)和注入方案的調(diào)整在仔細(xì)評價了現(xiàn)場

9、結(jié)果及進(jìn)行了其它巖心驅(qū)替室內(nèi)實驗后,則需調(diào)整試驗注入井1和4所用培養(yǎng)基和注入方案,如表2所示。表21996年4月1997年6月所注培養(yǎng)基和注入方案培養(yǎng)基試驗方案1234K NO 30.12%(W /V星期一0.12%(W /V 星期一0.12%(W /V 星期一0.06%(W /V 星期一N a H 2PO 40.034%(W /V 星期三0.034%(W /V星期五0.034%(W /V星期三星期五0.017%(W /V 星期三糖漿0.2%(V /V星期五0.12%(V /V星期三不注0.3%(V /V 星期五3,3口新鉆井1996年秋在Carter 砂巖儲積層新鉆了3口井。目的是利用采集巖

10、心的數(shù)據(jù)分析評價培養(yǎng)基產(chǎn)生的層內(nèi)微生物的繁殖情況。鉆的第一口井是NB CU 252井。這口井鉆穿了668676m (21922218ft處的Carter 純砂層達(dá)7.3m (24ft,并采集了13.1m (43ft長的巖心。巖心分析表明,與常規(guī)情況一樣,低滲透性巖石的含油飽和度高,而高滲透性巖石因容易驅(qū)掃,含油飽和度較低。肉眼觀察巖心顯示低滲透巖石中含有大量剩余油。119.7221911.021. 2.0鉆的第二口井是NBCU2132井,鉆穿了664 672m(21802205ft處的Carter純砂層達(dá)6.4m (21ft,并采集了9.7m(32ft長的巖心。巖心分析表明,上面10ft砂層的

11、滲透率比下面的高。正如前面所鉆的井一樣,滲透性高的巖石一般比滲透性低的巖石的含油飽和度低,水驅(qū)很難驅(qū)掃。肉眼觀察巖心表明,與上口井觀察的結(jié)果一樣,也含有豐富的剩余油。鉆的第三口井是NBC U2113井,總鉆深為703m(2306ft,鉆穿了659.6670.6m(2164 2200ft處Carter砂層達(dá)11m(36ft。采集了9.7m (32ft長的巖心,該巖心顯示與先前水驅(qū)驅(qū)掃的一個區(qū)域的結(jié)果一樣,剩余油飽和度很高。4,巖心分析巖心樣品為細(xì)粒、中度成熟石英,其中含有少量長石、高嶺石及少量鈣質(zhì)膠結(jié)物。表3列出了從3口新井收集到的不同巖心的巖石物理性質(zhì)。表中的數(shù)值范圍說明這一儲層是非均質(zhì)性的。

12、對3口新鉆井每口井的5段巖心是否有硝酸根離子(用鎘還原法和正磷酸鹽離子(用ascorbic酸還原法進(jìn)行了檢測。同時還分析了巖心的微生物含量。5,注入法的推廣1997年7月,制造了另外一套注培養(yǎng)基滑動裝置,并開始向NBCU36161井、2121井、2 102井、3471井和241井注培養(yǎng)基。截至去年該項目共有10口注培養(yǎng)基井。表4給出了10口注入井中添加的培養(yǎng)基。表41997年7月1998年6月10口注入井所注營養(yǎng)物和注入方法井號星期一星期二星期三星期四星期五341610.16N0.04P0.28M2410.10N0.03P0.20M2610.05N0.30M0.02P 34910.11N0.1

13、8M0.05P31610.19N0.05P0.32M34710.17N0.04P0.21M21010.12N0.02P0.19M11510.15N0.29M0.04P0.26N3MNMN=硝酸鉀的百分比(W V;=磷酸二氫鈉的百分比(W V;=糖漿的百分比(V V6,監(jiān)控方案現(xiàn)場作業(yè)人員每周要對井網(wǎng)中所有生產(chǎn)井產(chǎn)出液(油、氣和水的產(chǎn)量進(jìn)行測量。每月都要將井網(wǎng)中注入井和生產(chǎn)井液收集到5.7L容器中,送往實驗室分析。用氣相色譜法(GC分析部分油樣就可獲得油樣脂肪族剖面。為了解產(chǎn)出油的全部性能,還對試驗控制井網(wǎng)中所選幾口井的產(chǎn)出液的API重度、絕對粘度、水/油界面張力、水/氣表面張力進(jìn)行了測量。油田

14、試采方案實施期間,不僅分析了產(chǎn)出液中活細(xì)胞微生物,而且還監(jiān)測了產(chǎn)出液中的氯離子、硬度、硝酸根離子、磷酸根離子、鉀離子、硫酸根離子和硫離子。四、結(jié)果1,產(chǎn)油量該項目使用M PPM技術(shù)已經(jīng)連續(xù)地提高了原油采收率。依據(jù)這口井的產(chǎn)量遞減曲線,增加的油量比開采油量多且超過了預(yù)計值。要指出的是過去增加的油量包括了增加的百分產(chǎn)油量。到1996年末期,試驗井網(wǎng)中15口生產(chǎn)井中的8口都對所注培養(yǎng)基呈現(xiàn)良好反應(yīng)。相反,控制井網(wǎng)中卻有兩口生產(chǎn)井因沒有工業(yè)產(chǎn)量被放棄了,另外還有5口井產(chǎn)油量持續(xù)自然遞減。這一井網(wǎng)的其余生產(chǎn)井因附近控制注入井的注水量增加而呈現(xiàn)油產(chǎn)量遞增的趨勢。在第一口試驗注入井注培養(yǎng)基后的30個月內(nèi),控

15、制井網(wǎng)中生產(chǎn)井的反應(yīng)沒有變化,而且試驗井網(wǎng)中有一口生產(chǎn)井(231井不僅沒有呈現(xiàn)持續(xù)的良好反應(yīng)勢頭,卻呈現(xiàn)出異常反應(yīng),這說明要精確評價這口井的性能還需要很長時間。從積極一面來看,試驗井網(wǎng)中對注培養(yǎng)基有良好反應(yīng)的井又多了3口,盡管這被視作那一時期的異常反應(yīng)。這些結(jié)果清晰說明注培養(yǎng)基確實可增加產(chǎn)油量。由此,決定將該方案推廣應(yīng)用于額外的6口注入井。這與先前闡述的情況一樣。在將注培養(yǎng)基方案推廣應(yīng)用于10口注入井的12個月內(nèi),19口生產(chǎn)井中的其中13口反應(yīng)良好,其它兩口井的反應(yīng)證明它們也開始出現(xiàn)良好反應(yīng)。213 1井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明M PPM技術(shù)確實在這口井中發(fā)生了作用。正如所指出的那樣,相對而言這種反應(yīng)是

16、在試驗注入井注培養(yǎng)基后不久(個月發(fā)生的,這正如示蹤劑研究結(jié)果預(yù)測的那樣發(fā)生得較早。在原來的控制井網(wǎng)中只有兩口生產(chǎn)井沒有受到口注培養(yǎng)基井的作用。3井持續(xù)自然遞減,21210.07P0.4/P/m/21417 1011而312井因321注入井增加了注水量,油產(chǎn)量持續(xù)增加。相反,油井原油的物性均未受注入培養(yǎng)基的影響。2,產(chǎn)液中含有新采原油的證據(jù)為確定儲層產(chǎn)液中是否有新開采出的原油(如先前水驅(qū)未波及到的原油,對該研究中所有生產(chǎn)井采出油的GC剖面進(jìn)行了評價(使用Varian3300單柱氣相色譜法。由于在油藏開采期采出輕質(zhì)、水溶性烴類物質(zhì)較早,所以原油百分比濃度會隨開采的時間下降。而新開采出的原油中的輕質(zhì)

17、組分百分比濃度卻較高。收集GC數(shù)據(jù)始于1995年,而且在油田試采方案實施期一直持續(xù)這一工作。定量比較混合物不會有結(jié)果,這是因為采集和備樣的許多分析步驟中不可能在每次分析時都采用同等量的原油。結(jié)果,如果樣品中有新開采出的原油,則原油的輕質(zhì)組分與重質(zhì)組分比將會增大。綜上所述,這些數(shù)據(jù)表明13口井在原油生產(chǎn)期呈現(xiàn)出良好的反應(yīng)。其中2口井從采油角度看表現(xiàn)出異常反應(yīng),1口井(34162證明有新開采出的原油,而另1口(2151則沒有。其中的5口井根據(jù)增產(chǎn)油量沒有呈現(xiàn)良好反應(yīng)或異常反應(yīng),雖然定量看這幾口井沒有呈現(xiàn)良好反應(yīng)跡象,但除1口井沒有新開采出的原油外,其余4口表明有一定量的新開采出的原油。這說明,雖然

18、沒有充分證明出現(xiàn)了良好反應(yīng),但卻有一定量的新開采原油以某種方式流入了這4口井的產(chǎn)出液中。1996年新鉆的3口井的產(chǎn)量造成1口井(251井產(chǎn)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)了嚴(yán)重錯誤,因而無法做出有意義的評價。通過對一些井的樣品進(jìn)行氣體分析獲得了又一個證據(jù),證明新開采出的原油滲入產(chǎn)液。然而,分析的樣品數(shù)量有限,沒有找到微生物產(chǎn)氣的證據(jù)(即沒有檢測到CO2或H2。數(shù)據(jù)表明先前未波及儲層區(qū)域中的氣體造成了產(chǎn)氣量的增加,這是因為它含有丙烷氣的百分含量多于油田開采早期開采的氣體的百分含量。3,培養(yǎng)基在油藏中的分布情況4個試驗井網(wǎng)中的三個(1、2和3生產(chǎn)井產(chǎn)出液中均發(fā)現(xiàn)了磷酸根離子,但在樣品中卻沒有發(fā)現(xiàn)硝酸根離子被微生物群消耗

19、掉或是與油藏中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的情況。自開始注培養(yǎng)基后,最近2年又鉆了3口井25、3和3井。這3口井巖心的、3、5段中的流體分別都含有硝酸根離子。5和3井巖心的3段和段分別都發(fā)現(xiàn)了正磷酸鹽離子。,微生物在油藏中迅速擴散的證據(jù)由于這幾口井都沒有封隔器,故分析產(chǎn)液中微生物含量沒有用。而且,由于多數(shù)微生物附著在地層上生長,所以產(chǎn)液中不含有微生物。1994年鉆的第二口井的巖樣表明雖利用人工電子顯微鏡技術(shù)檢測到了少量微生物,但沒有跡象說明它們在迅速擴散。1996年秋鉆的這3口井的5段巖樣,用人工法和電子顯微術(shù)均檢測到了大量活細(xì)胞。盡管如此,仍有一組數(shù)據(jù)證明培養(yǎng)基是廣泛分布的和/或微生物可在油藏中繁殖。這就

20、是注培養(yǎng)基后的6個月統(tǒng)計的油田采出液中硫含量明顯降低(有效位數(shù)在0.05的情況。為抑制硫酸鹽還原菌(SRB和硫酸鹽生成硫化物,油藏自身要有硝酸鹽和硝酸鹽還原菌的繁殖。硫化物的檢測極限為0.02ppm,同時,受培養(yǎng)基添加劑的影響,氯離子、鉀離子和硫酸根離子濃度及硬度均沒有顯著變化。5,培養(yǎng)基注入井的性能要求原來的4口試驗注入井均沒有出現(xiàn)較大的堵塞問題,即使在注培養(yǎng)基4345個月后也如此。這些試驗注入井只是注入壓力略有增大,注入量略有減少而已,而這很可能是微生物繁殖造成滲透性變化的結(jié)果。然而,在油田試采方案實施的最后12個月中,另外6口培養(yǎng)基注入井均沒有出現(xiàn)注入壓力或注水量方面的問題。6,油田試采

21、方案的綜合性能評價M PPM處理技術(shù)在油田應(yīng)用中的綜合性能時,必須要牢記直到1997年7月,油田20口注入井中只有4口注入了微生物。圖2給出了1992年1月1998年8月油井的產(chǎn)液量。1994年5月1998年12月期間,產(chǎn)油總量為74700m3(47×104bbl原油。根據(jù)1992年1月1994年4月期間的數(shù)據(jù)推測, 1994年5月1998年12月的油產(chǎn)量將只有49175m3 (309×104bbl。其中25000m3(16.1×104bbl是增加的產(chǎn)油量,14563m3(9.2×104bbl產(chǎn)自5口新鉆井,其余11000m3(6.9×104b

22、bl的原油總量均將通過M PPM處理技術(shù)開采出來。而且,1992年1月1994年4月產(chǎn)量的計算結(jié)果表明油田將達(dá)到油產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)極限238m3/月(1500bbl/月,并將持續(xù)到2003年1月1日(1998年1月1日起,假設(shè)油價已恢復(fù)并超過$15/b bl。依據(jù)目前的產(chǎn)油量,預(yù)測油田的開采期限將延長60 3月,而且這還不包括連續(xù)向口試驗注入井注培養(yǎng)基帶來的其它任何良好反應(yīng)。經(jīng)預(yù)測該項目的增油總量將達(dá)63653(×6×。2212211422211141710009400m401040104bbl 圖2包括了新鉆井產(chǎn)量的Nor th Blowthorn Cr eek 油田的總產(chǎn)量五、討論本項目的目的是利用注入一定量培養(yǎng)基生成的微生物和水淹通道采用的注入法來阻止流體在這些通道中流動,從而將注入水推入未波及通道,驅(qū)掃出原油 。圖3用層內(nèi)MPPM 提高油產(chǎn)量的MEOR 技術(shù)的機理與大多數(shù)ME OR 技術(shù)相比,M PPM 技術(shù)在幾方面有所不同。比如,目前的技術(shù)有一個顯著特點就是它依靠的是層內(nèi)微生物群落的活動而不是注入油藏微生物的繁殖。現(xiàn)已證實油藏中不僅有微生物,而且這些原生微生物群落還將受單一無機培養(yǎng)基(如硝酸鉀和磷酸二氫鈉的影響。依靠油藏內(nèi)微生物群落的優(yōu)點是微生物已經(jīng)遍布了整個油藏,而且水驅(qū)作用的區(qū)域中這些微生物可由培養(yǎng)基供給并繁殖。同時,當(dāng)向油藏新的區(qū)域注水時