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

1、延緩產(chǎn)量遞減,延長(zhǎng)油田經(jīng)濟(jì)開(kāi)采期限的MEOR新技術(shù)摘要:該項(xiàng)目證明,微生物滲透率剖面調(diào)整(M PPM技術(shù)通過(guò)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(kāi)采期限延長(zhǎng)了60137個(gè)月,而且經(jīng)預(yù)測(cè)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(kāi)始注培養(yǎng)基后22個(gè)月內(nèi)所鉆井巖心的微生物數(shù)量增多,證明微生物確實(shí)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(chǔ)集層中采出大量未開(kāi)采的原油。如果利用現(xiàn)有技術(shù),美國(guó)已探

2、明的全部原油儲(chǔ)量中約有三分之二的原油將無(wú)法經(jīng)濟(jì)地開(kāi)采出來(lái)。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(xiàng)目的設(shè)計(jì)是為了提高整個(gè)油藏的采收率,而不是用來(lái)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(dòng)的基礎(chǔ)上,而不是建立在注入儲(chǔ)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(huì)相互影響,而且微生物和危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)不會(huì)污染周?chē)h(huán)境,這一點(diǎn)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(chǔ)層是西北/東南走向的三角洲砂體,約5k m(3mile長(zhǎng),11.7 km(0.51mile寬。砂層只有1m,最厚處約12m (40f t。砂巖相對(duì)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(kāi)發(fā)。1983年實(shí)施水驅(qū)采油。儲(chǔ)層原始石油地質(zhì)儲(chǔ)量(IOI約為5×43(6×4 ,5年末期已開(kāi)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(huì)約有159×104m3原油(1000×104bbl滯留在地下采不出來(lái)。二、室內(nèi)試驗(yàn)研究本文介紹的這一技術(shù)在室內(nèi)巖心驅(qū)替試驗(yàn)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(chǔ)集層巖心進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。為確定現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案和所注營(yíng)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(yàn)。1,注培養(yǎng)基所用的滑動(dòng)裝置設(shè)計(jì)注培養(yǎng)基室內(nèi)試驗(yàn)完成后,便按比例將取得的結(jié)果應(yīng)用到了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中,而且這是注培養(yǎng)基滑動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(見(jiàn)圖1。經(jīng)確定每個(gè)注入滑動(dòng)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(jì)的滑動(dòng)裝置維護(hù)簡(jiǎn)單,用現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)移到生產(chǎn)井所需的時(shí)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?chē)?口生產(chǎn)井中取水樣。10月,從2 3井中檢測(cè)到5×-1Bq L(L的氚化水;月,又從同一口井中檢測(cè)到5 Bq L(L;還從5井檢測(cè)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(cè)到氚。盡管如此,在

7、不足7個(gè)月內(nèi)都沒(méi)有檢測(cè)到有微生物活動(dòng)的跡象,只有在注培養(yǎng)基后一年才檢測(cè)出來(lái)。 圖1North Blowhor n Cr eek 單元使用的MEOR 注入滑動(dòng)裝置流程圖三、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)1,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)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(yàn)。試驗(yàn)中選用4口注入井來(lái)接收微生物培養(yǎng)基(試驗(yàn)用注入劑,另外還選用4口注入井控制注入物,同時(shí)監(jiān)控每口注入井周?chē)纳a(chǎn)井。這樣,試驗(yàn)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(lèi)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(jiàn)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(yàn)井注培養(yǎng)基的起始日期為:試驗(yàn)方案1在1994年11月21日,試驗(yàn)方案2在1995年2月27日,試驗(yàn)方案3在1995年1月6日,試驗(yàn)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(píng)價(jià)了現(xiàn)場(chǎng)

9、結(jié)果及進(jìn)行了其它巖心驅(qū)替室內(nèi)實(shí)驗(yàn)后,則需調(diào)整試驗(yàn)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(yàn)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(chǔ)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(píng)價(jià)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)的巖心,該巖心顯示與先前水驅(qū)驅(qū)掃的一個(gè)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(zhǎng)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(shuō)明這一儲(chǔ)層是非均質(zhì)性的。

12、對(duì)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(cè)。同時(shí)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(dòng)裝置,并開(kāi)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(xiàng)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(yíng)養(yǎng)物和注入方法井號(hào)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(chǎng)作業(yè)人員每周要對(duì)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)控制井網(wǎng)中所選幾口井的產(chǎn)出液的API重度、絕對(duì)粘度、水/油界面張力、水/氣表面張力進(jìn)行了測(cè)量。油田

14、試采方案實(shí)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(cè)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(xiàng)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(kāi)采油量多且超過(guò)了預(yù)計(jì)值。要指出的是過(guò)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(yàn)井網(wǎng)中15口生產(chǎn)井中的8口都對(duì)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(méi)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(shì)。在第一口試驗(yàn)注入井注培養(yǎng)基后的30個(gè)月內(nèi),控

15、制井網(wǎng)中生產(chǎn)井的反應(yīng)沒(méi)有變化,而且試驗(yàn)井網(wǎng)中有一口生產(chǎn)井(231井不僅沒(méi)有呈現(xiàn)持續(xù)的良好反應(yīng)勢(shì)頭,卻呈現(xiàn)出異常反應(yīng),這說(shuō)明要精確評(píng)價(jià)這口井的性能還需要很長(zhǎng)時(shí)間。從積極一面來(lái)看,試驗(yàn)井網(wǎng)中對(duì)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(shí)期的異常反應(yīng)。這些結(jié)果清晰說(shuō)明注培養(yǎng)基確實(shí)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(gè)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(kāi)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(shí)在這口井中發(fā)生了作用。正如所指出的那樣,相對(duì)而言這種反應(yīng)是

16、在試驗(yàn)注入井注培養(yǎng)基后不久(個(gè)月發(fā)生的,這正如示蹤劑研究結(jié)果預(yù)測(cè)的那樣發(fā)生得較早。在原來(lái)的控制井網(wǎng)中只有兩口生產(chǎn)井沒(méi)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(chǔ)層產(chǎn)液中是否有新開(kāi)采出的原油(如先前水驅(qū)未波及到的原油,對(duì)該研究中所有生產(chǎn)井采出油的GC剖面進(jìn)行了評(píng)價(jià)(使用Varian3300單柱氣相色譜法。由于在油藏開(kāi)采期采出輕質(zhì)、水溶性烴類(lèi)物質(zhì)較早,所以原油百分比濃度會(huì)隨開(kāi)采的時(shí)間下降。而新開(kāi)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(shí)施期一直持續(xù)這一工作。定量比較混合物不會(huì)有結(jié)果,這是因?yàn)椴杉蛡錁拥脑S多分析步驟中不可能在每次分析時(shí)都采用同等量的原油。結(jié)果,如果樣品中有新開(kāi)采出的原油,則原油的輕質(zhì)組分與重質(zhì)組分比將會(huì)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(kāi)采出的原油,而另1口(2151則沒(méi)有。其中的5口井根據(jù)增產(chǎn)油量沒(méi)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(méi)有呈現(xiàn)良好反應(yīng)跡象,但除1口井沒(méi)有新開(kāi)采出的原油外,其余4口表明有一定量的新開(kāi)采出的原油。這說(shuō)明,雖然

18、沒(méi)有充分證明出現(xiàn)了良好反應(yīng),但卻有一定量的新開(kāi)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(cuò)誤,因而無(wú)法做出有意義的評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)一些井的樣品進(jìn)行氣體分析獲得了又一個(gè)證據(jù),證明新開(kāi)采出的原油滲入產(chǎn)液。然而,分析的樣品數(shù)量有限,沒(méi)有找到微生物產(chǎn)氣的證據(jù)(即沒(méi)有檢測(cè)到CO2或H2。數(shù)據(jù)表明先前未波及儲(chǔ)層區(qū)域中的氣體造成了產(chǎn)氣量的增加,這是因?yàn)樗斜闅獾陌俜趾慷嘤谟吞镩_(kāi)采早期開(kāi)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(gè)試驗(yàn)井網(wǎng)中的三個(gè)(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(méi)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(kāi)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(kuò)散的證據(jù)由于這幾口井都沒(méi)有封隔器,故分析產(chǎn)液中微生物含量沒(méi)有用。而且,由于多數(shù)微生物附著在地層上生長(zhǎng),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(cè)到了少量微生物,但沒(méi)有跡象說(shuō)明它們?cè)谘杆贁U(kuò)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(cè)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(gè)月統(tǒng)計(jì)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(cè)極限為0.02ppm,同時(shí),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(méi)有顯著變化。5,培養(yǎng)基注入井的性能要求原來(lái)的4口試驗(yàn)注入井均沒(méi)有出現(xiàn)較大的堵塞問(wèn)題,即使在注培養(yǎng)基4345個(gè)月后也如此。這些試驗(yàn)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(shí)施的最后12個(gè)月中,另外6口培養(yǎng)基注入井均沒(méi)有出現(xiàn)注入壓力或注水量方面的問(wèn)題。6,油田試采

21、方案的綜合性能評(píng)價(jià)M PPM處理技術(shù)在油田應(yīng)用中的綜合性能時(shí),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(cè), 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(guò)M PPM處理技術(shù)開(kāi)采出來(lái)。而且,1992年1月1994年4月產(chǎn)量的計(jì)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(jià)已恢復(fù)并超過(guò)$15/b bl。依據(jù)目前的產(chǎn)油量,預(yù)測(cè)油田的開(kāi)采期限將延長(zhǎng)60 3月,而且這還不包括連續(xù)向口試驗(yàn)注入井注培養(yǎng)基帶來(lái)的其它任何良好反應(yīng)。經(jīng)預(yù)測(cè)該項(xiàng)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(xiàng)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(lái)阻止流體在這些通道中流動(dòng),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(jī)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(gè)顯著特點(diǎn)就是它依靠的是層內(nèi)微生物群落的活動(dòng)而不是注入油藏微生物的繁殖?，F(xiàn)已證實(shí)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(wú)機(jī)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(diǎn)是微生物已經(jīng)遍布了整個(gè)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(shí),當(dāng)向油藏新的區(qū)域注水時(shí)