（油气田开发工程专业论文）微生物提高采收率机理微观实验研究.pdf

m i c r o - e x p e r i m e n tr e s e a r c ho nm e c h a n i s mo fm i c r o b i a l e n h a n c e d0 i lr e c o v e r y m aj i y e ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rl e ig u a n g l u n a b s t r a c t m e c h a n i s mo fm i c r o b i a le n h a n c e do i lr e c o v e r yh a m tb e e nt o t a l l yr e c o g n i z e da n d q u a n t i f i e db e c a u s et h ed i v e r s i t yo fm i c r o o r g a n i s m sa n dm e t a b o l i cp r o d u c t s ，s ow es t i l ln e e dt o r e s e a r c hi ti nv a r i o u sm e a n s i nt h i sp a p e r , m i c r o s c o p i cs i m u l a t i o nm o d e l sa n dm i c r o s c o p i c m o d e l sw i t hb l i n d h o l e sw e r e u s e dt oe x p e r i m e n t a l l ys t u d yt h ep e r f o r m a n c eo fr e m a i n i n go i l d u r i n gw a t e r f l o o d i n ga n dm i c r o b i a lf l o o d i n gu n d e rt h ec o n d i t i o no fh p h t m i c r o s c o p i c f l o o d i n gb e h a v i o r sa n dm e c h a n i s m sh a v eb e e ns t u d i e di np o r ea n dm i c r o m e t e rl e v e l t h e i n t e r r a c i a ld i l a t i o n a lv i s c o e l a s t i cp r o p e r t i e sa n dd y m a m i ci n t e r f a c i a lt e n s i o no fb a c t e r i a l l i q u i do no i l w a t e ri n t e r f a c ew e r ei n v e s t i g a t e dw i 廿ls i n ew a v em o v e m e n tm e t h o d s d y n a m i c a n dm o c r o b i a la b o r p t i o ni n f o r m a t i o no fb a c t e r i al i q u i dw a so b t a i n e d t h ei n t e r f a c i a l d i l a t i o n a lv i s c o e l a s t i c p r o p e r t i e sa n dd y r n a m i ci n t e r r a c i a l t e n s i o nw e r ec o m b i n e dt o q u a n t i t a t i v er e s e a r c he f f e c t i o no fm y c o b i o n ti t s e l fo no i l - w a t e ri n t e r f a c ep r o p e r t y t h er e s u l t s s h o wt h a tb i o g a sa n db i o s u r f a c t a n tc a nc h a n g et h ef o r ma n dd i s t r i b u t i o no fr e m a i n i n g o i l b i o g a sc a r ld i s p l a c eo i la n dp e e lo i lf i l m ，r e m a i n i n go i lc a ns l i d er a p i d l yo nt h eg a s - l i q u i d i n t e r f a c e b i o g a sc a ne n t e rb l i n dh o l e sa n dr e p l a c er e m a i n i n go i li nt h e mw h i c ha i r , w a t e ra n d p o l y m e rc a n tg e ti n t o b e s i d e s ，m y c o b i o n ti t s e l fi sa c t i v ew h i c h c a l ll o w e ri n t e r r a c i a lt e n s i o n a n dd i l a t i o n a lm o d u l u s ，c h a n g eo i l w a t e ri n t e r f a c ep r o p e r t y , e n h a n c eo i lf l o wa b i l i t y b u ti t s a c t i v i t yw a si n f l u e n c e db yt e m p e r a t u r e ，m o c o r o b e sh a v eo p t i m a la c t i v et e m p e r a t u r e t h i s r e s e a r c hh a sd i s c o v e r e da n dp r o v e dn e wm i c r o - m e c h a n i s m so fm i c r o b i a le n h a n c e do i l r e c o v e r ya n dw i l lh e l pm i c r o o r g a n i s m sa c t u a l i z eg r e a tp o t e n t i a li ne n h a n c i n go i lr e c o v e r y k e y w o r d s ：m i c r o b e ；m i c r o m e e h a n i s m ；h p h t ；o i ld i s p l a c e m e n te x p e r i m e n t ；d i l a t a t i o n v i s c o e l a s t i cp r o p e r t y 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：互馒丝日期：年 月 e l 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门 ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被 查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用 影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 生篮丝一一 指导教师签名： 盍堑丝 日期：年月日 日期：年月日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 1 1 研究目的与意义 微生物提高原油采收率技术( m i c r o b i a le n h a n c e do i lr e c o v e r y ，m e o r ) 是 一项利用微生物的有益活动及代谢产物来提高原油采收率的一项综合性技术。 与其它三次采油技术相比，微生物采油法具有适用范围广，工艺简单、投资少、 见效快、功能多、费用低、无污染等优点，是目前最具发展前景的项三次采 油技术【l - 2 。经过近年来的不断研究和现场试验，微生物提高采收率技术有了长 足的发展，用微生物在高含蜡油井【3 4 】和有机质沉淀堵塞油井中进行吞吐，已成 为一种常规的增产技术【5 - 0 3 1 微生物驱提高采收率也有了较强的技术积累，特别 是空气辅助微生物驱和本源微生物驱【7 吲的研究与初步试验表明微生物驱油将 在高含水油田、聚合物驱后的油田提高采收率中起到非常重要的作用【9 。1 2 】。 关于微生物提高采收率机理已有很多研究成果，但由于微生物的生命活性、 种类和代谢产物的多样性以及影响因素的复杂性【1 3 】，使得不少提高采收率机理 还没被我们认识和量化，且研究大都处于常温常压条件下的宏观定性描述【1 4 - 1 5 1 ， 还需要我们采取多种手段进行研群1 7 1 。论文针对具体菌种及油藏高温高压条 件下，对微生物在有氧条件下和无氧条件下的微观驱油机理进行了实验研究； 对聚合物驱后微生物驱油的可能性进行了微观实验研究；对微生物作用后的油 水界面界面张力以及界面膜的扩张流变性质进行了定量实验研究，分析含菌体 菌液与油作用、不含菌体菌液与油作用，以及蒸馏水与油作用时的界面张力及 流变性质的差异，以了解菌体及生物活性物质在两相界面上行为的微观信息。 研究与分析表明，微生物在常温常压下的新成代谢和与原油作用及提高采 收率机理与在高温高压条件下有较大区别。在有氧和无氧下，采油微生物的代 谢效率和代谢产物也有不小区别【1 8 - 1 9 。因此，通过微观驱油实验来观察分析微 生物在高温高压状态下与原油作用形态和驱油机制，观察分析微生物在有氧无 氧下的微生物与原油作用行为及提高采收率机理，对进一步认识微生物在油藏 条件下和有氧无氧条件下的驱油特性，充分认识其作用规律，发挥其最佳的提 高采收率潜能有重要意义。 对于油藏中存在的死孔隙，聚合物大分子无法进入这类孔隙体积 2 0 - 2 ，而 微生物却对这类孔隙具有特殊的提高采收率机理，实验研究这类机理将为聚合 第一章前言 物驱后微生物提高采收率提供理论依据。 对于微生物生长后菌液表面张力变化规律研究，将从定量手段入手，研究 微生物作用后界面张力的变化趋势及规律，菌体及生物表面活性物质的吸附规 律，并通过界面扩张流变特性的实验研究，得到微生物作用后界面膜的流变特 性以及界面活性物质的微观行为信息。研究为丰富微生物提高采收率理论，更 好的实现微生物提高采收率效果提供实验和理论基础。 1 2 国内外微生物采油技术研究概况 在世界范围内，用常规采油技术只能从地下油藏采出3 0 - 4 0 的原油 2 2 1 。 如何提高采收率，从地下采出更多的原油，多年来一直是世界各国不断研究的 重要课题。 1 9 2 6 年b e c k m a n 首次提出微生物及其代谢产物，可使原油从地层岩石中剥 离和运移，为用微生物提高石油采收率奠定了思想基础，接着1 9 4 0 年美国石油 研究所的z o b e l l 2 3 】进行了一系列微生物提高采收率实验，公布了微生物产物， 如c 0 2 、有机溶剂、有机酸和微生物菌体从油砂中剥离原油的实验数据，并对 此方法申报了专利。他的研究证实了微生物及其代谢产物可改变原油性质、增 强原油流动性，为用微生物提高石油采收率奠定了理论与实验基础。 第一次把微生物用于提高采收率的矿场试验，是1 9 5 4 年在苏联的l i s b o n 油田。1 9 5 7 年，美国又申请了一项微生物采油专利，即以油藏为反应工厂，利 用注入的微生物把注入的营养液，如糖蜜转化为可提高采收率的气体、酸、溶 剂和生物膜。这一阶段，可看作是微生物采油技术发展的第一阶段。 在上世纪6 卜8 0 年代，在世界范围内，尤其在美国、前苏联、罗马尼亚、 波兰_ 、澳大利亚、加拿大等国，微生物采油得到了广泛的研究和和现场应用1 2 4 1 ， 1 9 7 3 年的石油危机，更加速了这种经济可行的提高采收率技术的发展，成为一 种重要的提高采收率方法，为微生物采油发展的第二阶段口5 1 。8 0 年代以后微生 物采油进入了第三个研究阶段。 我国石油工作者从上世纪6 0 年代就开始进行微生物采油技术研究。8 0 年 代末，大庆油田研究院的张春英高工和中国科学院微生物研究所的王修垣教授 分别在室内研究的基础上，在吉林油田进行了微生物采油吞吐试验，取得了较 好效果。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 进入9 0 年代，我国各主力油田相继进入高含水开发期，迫切需要经济可行 的提高采收率方法，同时国外微生物采油技术的日益成熟，有不少国外微生物 采油公司开始涉足中国油田市场，如美国u p c 公司、n p c 公司和迈克公司都 相继在油田开展了微生物采油试验，取得了较好效果。同时国内的科技工作者 和采油专家对微生物提高采收率技术也极其重视，先后连续几个“五年计划 都被列为国家重点科技攻关项目，取得了一大批研究成果，建成了多个高水平 的微生物采油研究室，培养的不少微生物采油专业研究人才。进入2 l 世纪，微 生物采油开始从单井吞吐向微生物驱转化，尤其是开展的空气辅助微生物驱和 本源微生物驱，已初步见到了的良好效果，预示着微生物提高采收率技术将在 理论和方法上有较大的突破【2 6 】。 用微生物提高采收率技术是技术含量较高的一种提高采收率技术，不但包 括微生物在油层中的生长、繁殖和代谢等生物化学过程，而且包括微生物菌体、 微生物营养液、微生物代谢产物在油层中的运移，以及与岩石、油、气、水的 相互作用引起的岩石、油、气、水物性的改变，导致复杂的提高采收率机理和 驱油机理f 2 7 五舯，仍需采用多种手段进行研究【2 9 】。本课题将用微观实验手段 3 0 - 3 3 1 ， 开展高温高压下好氧和厌氧的微观驱油机理研究、研究孔隙尺度刚微米级驱油 盲孔内的微观驱油行为、研究菌体和活性物质在油水界面的定向富集和吸附界 面性质的影响及界面扩张流变特性，从而为微生物提高采收率技术提供更充分 的理论依据。 1 3 研究内容 主要研究内容有： ( 1 ) 在高温高压条件下j 对有氧微生物和无氧微生物的提高采收率机理进 行微观驱油实验，并根据实验获得的图片、录像分析其提高采收率微观机理； ( 2 ) 进行微生物对盲孔剩余油作用机理研究； ( 3 ) 从定量手段研究微生物生长过程中菌液表面张力变化规律，菌体及生 物表面活性物质的吸附规律，扩张流变特性，获取菌体及生物表面活性物质界 面行为的微观信息，对含菌体菌液和不含菌体菌液的界面张力及扩张流变特性 进行对比。 1 4 关键技术 第一章前言 关键技术为： ( 1 ) 微观模型的高温高压实验方法及重点区域标记； ( 2 ) 应用图像处理原理编制软件，对微观模型剩余油进行定量分析； ( 3 ) 1 0 - - , 3 0u1 1 1 分支盲孔微观模型的制作； ( 4 ) 菌体和活性物质向油水界面的定向富集和吸附实验。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章高温高压有氧条件下微生物驱油微观实验研究 2 1 实验仪器设备 2 1 1 微观透明模型 运用光学原理将天然岩心的孔隙结构复制下来，然后对涂有感光材料的光 学玻璃模板进行曝光，再用氢氟酸处理曝光后的玻璃模板，制得亲水性微观透 明物理模型4 块，分别记作a 、b 、c 、d 。在模型的相对两角处分别打一小孔， 模拟注入井和采出井。 在两块玻璃板中间充填石英砂，砂层厚度约l m m ，制得微观可视填砂仿真 模型4 块，分别记作1 、2 、3 、4 。模型尺寸约为1 0 c m x1 0 c m ，在模型的相对两 角处分别打一小孔，模拟注入井和采出井。 微观透明仿真模型具有可视性，可直接观察驱油过程；二是具有仿真性， 可根据油藏天然岩心的孔隙结构，实现几何形态和驱替过程的仿真。 2 1 2 实验仪器设备 微观实验系统由以下仪器设备组成：t s z - 6 0 型微量注入泵，显微镜，图像 采集设备，佳能$ 8 0 数码相机：以及其它容器罐和加压设备等。微观驱油实验 流程图见图2 - 1 。 图2 - 1 微观驱油机理研究实验装置示意图 f i g2 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fe x p e r i m e n td e v i c e 2 1 3 实验流体及所用菌种 实验驱替水采用自来水；实验用油为脱水脱气原油添加适当比例煤油配制 成的模拟油，6 5 c 时粘度6 8 m p a s ；实验用菌种为采油院提供的好氧菌w 1 8 、 d m 2 和s h 1 。这三株菌均为单菌，能够以石油烃为碳源，代谢产生的生物表 第二章高温高压有氧条件下微生物驱油微观实验研究 面活性物质较多，菌株基本特征见表2 1 。 表2 - 1 好氧菌株基本特征 1 r a b l e 2 - 1b a s i cc h a r a c t e r i s t i c so fa e r o b e s 菌株基本特征 w 1 8 高温好氧菌，最适生长温度7 0 3 2 ，菌落形态圆形，淡黄色，菌体杆状，能 够降解原油，主要代谢产生海藻糖脂类生物表面活性物质，产少量甲烷。 d m - 2 高温好氧菌，最适生长温度5 5 6 0 ，菌落圆形，湿润，菌体长杆状，能够 以液体石蜡为唯一碳源生长。 s h - l 高温好氧菌，最适生长温度7 0 3 2 ，最适生长p h 7 0 ，杆菌，g + ，耐3 n a c i ， 能利用甘露糖、半乳糖，能分解酪蛋白，不能分解淀粉，能降解烷烃和萘。 2 2 实验步骤和方法 ( 1 ) 选取要研究的3 珠菌种w 1 8 、d m 2 、s h 1 ； ( 2 ) 脱水脱气原油添加适当比例煤油配制模拟油； ( 3 ) 微观模型抽真空饱和水； ( 4 ) 向微观模型注入原油造束缚水； ( 5 ) 对4 块微观透明物理模型，微观录像记录原始模型原油饱和情况，并在 a 、b 、c 三个模型中分别标注6 个重点区域，在d 中标注8 个重点区域，以便 每次录像时进行对比分析；对4 块微观填砂模型，拍照纪录其原始油分布情况； ( 6 ) 进行一次水驱过程微观实验，对a 、b 、c 、d 四块模型，水驱速度为 15 0ul h ，并录像纪录其一次水驱过程，水驱结束后，对其剩余油分布、剩余 油形态以及标注的重点区域拍照。对1 、2 、3 、4 四块模型，水驱速度为2 5 0i i l h ，并录像纪录其一次水驱过程，拍照纪录剩余油分布情况以及剩余油形态； ( 7 ) 在水驱基本不出油后，a 板注入约2 p v 菌w 1 8 ，b 板注入约2 p v 菌 d m 2 ，c 板注入约2 p v 菌s h 1 ，d 板注入约2 p v 营养液做空白对照。注入速 度均为5 0ul 1 1 ，以便让微生物与原油充分接触；1 板注入w 1 8 ，2 板注入s h 1 ，3 板注入d m 2 ，4 板注入营养液，注入速度均为1 0 0i ll h 。 ( 8 ) 将模型出口、入口端均打开条件下放入压力容器，压力容器上装压力 表； ( 9 ) 将压力容器置于恒温箱中缓慢加热到6 5 左右，然后缓慢向容器注入 6 中国石油大学( 华末) 硬学位娃盘 空气，空气注入容器后，容器每增加05 m p a 即停止注气，特注入空气在容器 中膨胀，容器压力不再升高后再进行下次注气； ( 1 0 ) 直到注气容器压力达到1 0 m p a ； ( 1 1 ) 在1 0 m p a 压力和6 5 c 左右下恒温作用7 d ，在这期间随时观察压力和 温度阻及时调整： ( 1 2 ) 恒温恒压结束后，先缓慢降温，降到室温后观察容器压力，然后缓慢 降压要求每降0 i m p a 时，停止1 0 m i n 后在降，直到等于大气压： ( 1 3 ) 将模型放在微观实验台立即进行培养后的原始状态录像记录，对a 、 b 、c 、d 四块板拍照纪录其剩余油分布，剩余油的形态以及重点区域剩余油的 变化情况；对l 、2 、3 、4 四块板拍照记录其剩余油分布及剩余油形态； ( 1 4 ) 再进行后续水驱实验，水驱的速度与一次水驱保持一致，对a 、b 、c 、 d 四块模型，水驱速度仍为1 5 0ul h ，并录像纪录其二次水驱过程水驱结束 后，对其剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域拍照。对1 、2 、3 、4 四 块模型，水驱速度仍为2 5 0 pl m ，并录像纪录其水驱过程，水驱结束后拍照纪 录剩余油分布情况以及剩余油形态； ( 1 5 ) 实验结果整理分析。 2 3 实验结果与分析 2 3 1 驱替过程孔隙中原油形态及分析 23 l _ 1 一次水驱之后剩余油形态与分布情况 一次水驱后剩余油形态见图2 - 2 。 j 一1 ， ” a 扳( w 1 8 黔列 a 板( w 1 8 ) 第= 章高温赢匪肓氟条件下微生物驱油微观实验研究 o 、 r - b 扳( d m 2 ) d 板( 空白板) d 板( 空白板) 圈2 - 1 镘税模型一次水驱后剩余油形态 f 啦- 2 r m i d u a l o i ls t a t e sa f t e r p r i m a r y w a t e r d i s p l a e e m 蚰t 从图2 - 2 看出，一次水驱后剩余油的主要存在形式有： ( 1 ) 簇状剩余油 剩余油较连续的分布在较小孔道中，是一次水驰后剩余油存在的主要方 式。 ( 2 ) 孤滴状剩余油 由于孔道亲水，水沿孔隙壁面推进，在孔隙大小变化处沿壁面推进的水 膜在孔喉变小处汇合，将原油节断，使原油以孤滴状存在于较大孔道的中央， 形成孤滴状剩余油是一次水驱后剩余油形成的另一中重要方式。 、 缁圈瓣瑚 中局石袖大学( 华车) 顼士学位论文 ( 3 ) 孔道壁面油膜状剩余油 水沿大孔道推进过程中，驱替速度较大，未把孔道内原油全部驱走，水占 据孔道大部分位置，而剩余油被挤压到管壁表面形成一层油膜状剩余油，这部 分剩余油比例较小。 2 3 1 2 微生物作用后剩余油形态及分布情况 高温高压微生物作用7 天后的剩余油形态见图2 - 3 。 c 扳( s h i )c 板( s h - 1 ) 第= | 高温商有氧条件t 谨生物驱油张现实验研究 黔纠震 d 扳( 空白板) d 板( 空白扳) 图2 - 3 高温高压镊生物作用岳剩余油形态 f 噼- 3r e s i d u a l o i l f o r ma f t e r b e i n g a c t e db y m i c r o b e s 从图2 - 3 看出，3 株菌在高温高压下生长繁殖后，最明显的特征是产生了大 量的生物气在孔隙中形成了较多的气泡，出现了油、气、水三相。 剩余油分布形态主要有： ( 1 ) 微生物产生的生物气体在孔隙内聚集，以气泡的形式占据孔道的中心 部位，挤压剩余油，使孤滴状和簇状剩余油拉伸和延展，以油膜的形式附着在 气泡的表面，形成了连续的油膜。 ( 2 ) 两个气泡的不断膨胀，挤压剩余油向两个气泡中间运移，形成柱状剩 余油。 ( 3 ) 柱状剩余油多与气泡表面的油膜相联系，从而在更大范围内形成剩余 油的连续相，为剩余油的流动创造了条件。 ( 4 ) 小气泡分散在孤滴油和簇状剩余油中，使剩余油的体积增大，占据的 面积增多，孤滴油连片成为簇状油。 231 3 二次水驱后剩余油形态与分布情况 二次水驱后剩余油形态与分靠情况见图24 。 瑟隧 a 扳( w 1 8 )a 板( w 1 8 ) 中国石油大学( 华东) 硕士学位论立 d 扳( 空白板) d 板( 空白板) 固2 - 4 高温高压下微生物作用后= 欢永驱剩余油形卷 n g ；0 r e s i d u a l o hs t a t e sa f t e rs e c o n d w a t e r d l s p l a e e m e n t 由图2 4 可以看出由于微生物作用后剩余油膨胀、联片和与气泡表面剩 余油等形成连续油相，二次水驱时，剩余油以被气泡驱动、在气泡表而滑动等 形式被水驱出，从而剩余油显著降低，二次水驱后剩余油形态主要有： ( 1 ) 细小孤滴状剩余油；( 2 ) 气泡表面很薄的油膜状剩余油：( 3 ) 盲端剩 余油；( 4 ) 角藕处剩余油。 其中以孤滴和角藕状剩余油为主。 2 31 4 一次水驱与微生物作用后剩余油形态重点区域对比 一次水驱与微生物作用后剩余油形态重点区域对比见图2 5 。 鞣一黑一刻一烈 第= 章高温高压有氧枭件下馓物驱油微观实验研究 d 板一敞水驱后( 空白) a l t e r p r i m a r y w g t e u d r i v e d 板微生物作用后 a f t e r b e i n ga c t e db y m i c r o b 蚂 图2 - 5 一次承驱与微生物作用后剩余油形态重点区域对比 f 1 9 2 5r e s i d u a lo i lm 珊c o m p a r i s o n 闷到一日一固一圈捌一圈一圈翻 中犀石油大学( 华东) 硬士学位论文 从图2 - 5 可以看出： ( 1 ) 剩余油的形态和位置发生变化和重新分布 由于微生物苗体的生物动力和生物气的驱动挤压、生物活性剂的剥离等作 用，剩余油的形态和位置发生变化，见a 、b 、c 板。 ( 2 ) 剩余油联片井形成连续相 由于微生物产生表面活性剂使油水性质的改变及生物气体的推动，使孤滴 态剩余油移动或聚集，形成簇状剩余油产生更多的连续油相，见c 板。 ( 3 ) 气泡使剩余油膨胀 气体溶解在油中，和气泡对剩余油的挤压作用，使分散的孤滴油体积膨胀 聚并形成连续相，排挤剩余油，见b 、c 板。 ( 4 ) 空白对比板剩余油形态和位置基本上没有变化 由于无微生物作用，一次水驱后和空白作用7 天后的形态基本没变化，见 d 板。 23 i 5 一次水驱与二次水驱后剩余油形态与分布对比 一次水驱与二次水驱后剩余油形态与分布对比见图2 - 6 。 问融 板一次水驱后( w 1 8 )a 板二次水驱后 霜i 圈栅l 睡黝 c 板一次水驱后( s h 一1 )c 板= 次永驱后 第= 章高温高压有氧条件下微生物驱油罐现实驻研究 a 板一次水驱后右上角( w 1 8 )a 板二次水驱后右上角 翻四 d 板一次永驱后( 空白) d 板二次水驱后 a f t e r p r i m a r y w a t e r f l o o d i a g a f t e r _ e e o n d w a “e r f l o o d i n g 图2 - 6 一敬水驱与二次水驱后剩余油形态与分布对比 即_ 6 r m i d u a l o i l f o r mc o m p a r h o n 由图2 - 6 可以看出，与一次永驱对比，二次水驱后剩余油的明显特征是： ( 1 ) 剩余油明显减少： ( 2 ) 有少量孤滴状剩余油； ( 3 ) 气泡表面有剩余油膜； ( 4 ) 空白板剩余油形态及剩余油量变化不大。 23l _ 6 填砂模型微生物作用与空白板剩余油形态及分布对比 填砂模型微生物作用与空白板二次水驱后剩余油形态及分布对比见图2 7 。 中国自油大学( 华东) 硕学位论文 田2 - 7 填砂模墅微生翱作用与空白扳剩余油形卷及分布对比 f i g2 - ，r e s i d u a l o i lc o m p a r i s o n i ns a n d p e k s b e l w e l mo i l a c t e ds n dn o ta c w d b y m i c r o b e s ( 图中前三块板为微生物作用后剩余油分布扳，依次注 w 1 8 、i ) g - 2 、s h 1 ，第四块 扳是空白对照板) 由图27 可以看出： ( 1 ) 微生物作用二次水驱后的剩余油明显比空白板少： ( 2 ) 微生物作用二次水驱后的剩余油以孤滴和分散状态存在，而空白扳剩 余油主要以联片方式存在，并分布在主流线两侧； ( 3 ) 实验表明微生物作用对剩余原油有较好的分散作用。 2 3 1 _ 7 各个驱油阶段剩余油量变化定量分析 微生物作用后。微观模型剩余油形态及分布发生显著变化，二次水驱后， 剩余油量明显减少。为得到剩余油量变化的定量数据，采用图像处理技术对其 进行了分析。 图像处理技术主要是利用计算机对图像取样、量化以产生数字图像，对数 字图像做各种变换等预处理操作得到清晰有效的图像以方便处理，进而对图像 进行分割，在此基础上进行相关渗流参数的计算胁3 。对微观渗流图像进行处理 的过程包括图像预处理，分割图像以及渗流参数的计算啪1 。由于本次实验所获 微观渗流罔像由显微设备直接拍摄得到，因此图像辨识度很高，只需对图片亮 度，饱和度等稍作处理，就可根据计算出的闽值对图片像素进行分割”，进而 第= 章高温高压有氧条件下微生物驱油微观实验研究 得到渗流参数。 软件界面如圈28 所示，根据像素灰度值对图像进行分割，得到油像素所 占图像像素的比例值。 b ，j 中国石油大学( 华东) 硬士学位论文 二次水驱后分割图像 图2 - 9w 1 8 菌一次水驱与二次水驱后剩余油量对比分析 f i 9 2 - 9 r e s i d u a l o i la m o u n tc o m p a r t s i o a ( w l 舢 表2 - 2 w 1 8 剩余油量计算结果对比 t a b l e 2 - 2 c o m p u t e dr e s u l t sc o m p a r i s i n ao fr e + i d e a lo i l a m o u n t 油像素数目像素总数目油像囊比例( ) l 一次水驱后 6 1 3 03 4 1 9 61 8 l = 次水驱后3 0 7 8 3 0 6 0 01 0 由计算结果可以看出，微生物作用后，剩余油比例由1 8 降至1 0 ，剩余 油量显著降低。 2 32 高温高压下微生物微观驱油机理分析 23 2 1 生物气的提高采收率机理 ( 1 ) 生物气的驱替机理 微生物产生生物气，并以分散气泡和连续气泡形式存在，在二次水驱时， 水驱赶气泡，气泡驱动剩余油，形成活塞气驱方式，是微生物重要的提高采收 率机理。气驱图片说明过程见图2 一1 0 、图2 - 1 l 。 圜曩霞鋈 圈2 1 0 有氧b 板( d m - 2 ) 生物气驱油过程 f i g2 - 1 0 p m e o f g a s d r i v e ( d m - 2 ) 第= 章高混高压青氧条件t 微生物驱油磁观实噎研究 过程3过程4 图2 1 2 剩余油在气渣界面的滑动驱油机理圈 f i 醇- 1 2g a s - n q u i di n t e r f a c es l i p ( 3 ) 气体使原油体积膨胀 微生物产生的生物气溶解于原油或以气泡的形式存在于剩余油中，住原油 中国石油大学( 华东) 碗学位论文 体积膨胀，使孤滴状和簇状剩余油拉伸和延展，以油膜的形式附着在气泡的表 面，形成连续的油膜或柱状剩余油，使剩余油占据面积更大，二次水驱时受到 的驱动力更多，从而流动性更强。 气体使原油体积膨胀形态见图2 一1 3 。 糊凰 a 板一次水驱后( w 1 b )a 板高温高压作用后 圈豳f 捌l 圈 c 板一次水驱后( s h 一1 )c 板高温高压作用后 图2 - 1 3 生物气使原油膨胀提高采收率过程 f i 口- 1 3 0 i l v o l u m ee x p a n s i o na n d v i 扯o s l 竹d c * j i n eb e c a u s e o f b i o p s ( 4 ) 气泡的贾敏效应扩大波及体积机理 生物气多数以小气泡形式存在，并主要分布在水流太孔道中，而小孔道中 多数是剩余油，以水为生存环境的微生物不能进入，也不能产生气泡。当二次 水驱时，气泡的贾敏效应对水流通道产生阻力，使注入水进入小孔道中驱替其 中的剩余油，从而提高波及体积。 生物气的贾敬效应见图21 4 。 第二章高温高压有氧条件下微生物驱油馥现实验研究 a 扳高温高压作用后( w 1 8 )b 板高温高压作用后( d m - 2 ) 图2 一1 5 微生物驱出盲端剩余油情况 f i 9 2 - i s b i o g a sr e p l a c e s o l l i nb l i n dh o l e s 2322 生物表面活性剂提高采收率机理 中国石油大学( 华东) 硕学位论文 ( 1 ) 降低油水界面张力，使剩余油的变形能力增强 一次水驱后的剩余油表面，由于微生物富集和生长，产生的代谢产物( 生 物表面活性剂、低碳有机酸及低碳有机醇等) 瞬时浓度最高，界面张力降低， 残余油的界面被软化，使原来水驱过程中被捕集在多孔介质内的、界面形状不 易变化的、不能再流动的残余油在水驱动力下，表面剩余油被剥离下来，形成 小油珠，被水携带向前移动，提高了洗油效率。其过程见图21 6 。 图2 1 7 剩余油运移中的变形现象 f i 9 2 - 1 7 d e f o r m a t i o no fr e s i d u a lo i l i n m o v i n g ( 2 ) 剥离油膜 一次水驱后残留大量剩余油膜，二次水驱时，生物表面括性剂使油水界 面张力降低，残余油膜流动能力增强，加之生物气的作用，油膜可被生物气带 动气体带动油膜运动的过程如图21 8 ： 一浠霹一一以弋：，、】_|黼=攀p一 漂一露一 习量闷谰猫 第章高温高有氧条件t 微物驱油微观实验研究 网蠢渊 过程过程2 谰豳 过程3过程4 闺2 - 1 8 有氧b 板( d m - 2 ) 气件带动油膜运动过程 f i 9 2 - 1 8 0 i l l a y e r w s sb e i n gp e e l e db e c a u s e l o w e r i n t e r r a c i a l t e n s i o na n db i o g a s 2 4 高温常压有氧条件下微生物驱油微观机理实验研究 为重点研究生物表面活性物质提高采收率的微观机理，选取一株好氧菌 w 1 8 ，分为两部分，部分用有机营养液培养，另部分用无机营养液培养， 在高温常压条件下，采用同样的实验设备与实验方法，进行微观驱油实验。 2 4i 有机培养基培养微生物作用前后剩余油形态及分析 1 微牛物菌液作_ l 】前后剩余油形态 次水驱后即微生物作用前剩余油形态见图2 1 9 ，微生物作用后剩余油形 态见圈22 0 。 中国i 油大学( 华末) 硕学位论文 翮露 一1 n ， 图2 - 1 9 微生物作用前剩余油形态 f i 贮- 1 9r e s i d u a lf o r mb e f o r eb e i n ga c t e db ym i c r o b e s l - ， i j 一。t ? “ 一 弘y ( j j 一 一， 一_ 。，1 一j lj j 、 ， 二： ! 、 1 。舀i 镩 董 ， 一、lj、 、 、c、。1j ： 、 ，。 - 、 一一 ，。 ，乒，i。 第= 章高温商e 有氧条件下微生物g 油微观实验研究 图2 - 2 0 微生物作用后剩余油形态( 有机培养基) f i 9 2 - 2 0 r e s l d u a l f o r ma f t e r b e i n ga c t e db y m i c r o b e s 如r g a n i ec u l t u r e ) 从前后对比图看，剩余油形态在微生物作用前后有明显变化，微生物作用前 主要以簇状剩余油和油膜状剩余油存在，微生物作用后簇状剩余油减少，膜状剩 余油几乎没有而变为细小油滴。这是由于菌液注入模型后，微生物的迁移作用l ”】 使得微生物遍布整个微观模型。微生物吸附在油水界面上并原位产生生物表厩活 性剂等代谢产物，使剩余油发生不同程度的乳化现象，形成了大小不等的油包水 型乳状液，从而使原油在孔隙中分布趋于均匀，二次水驱时乳化油滴被启动。聚 合物驱和凝胶驱并不具备微生物这一微观驱油机理o 。 乳化油滴大都颜色变浅，这是原油在微生物本身的降解作用下，组分发生变 化，从而表现出其颜色上的变化。 2 作用前后重点区域对比 微生物作用前后重点区域对比见图2 - 2 l 。 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 一次水驱后微生物作用后 a f t e r p r i m a r y w a t e r f l o o d i n ga f t e r b e i n ga c t e db y m i c r o b e s 图2 2 l 微生物作用前后重点嚣域对比 f i 9 2 - 2 1 r e s i d u a lo i l f o r mc o m p a r s i o n 可见微生物作用后，剩余油被很好地乳化为细小的油滴剩余油的分布也 1淘11割园圆网 第璋高温高有氧幕什t 馓物驱油微观实验研究 发生明显变化，表明该微生物在有机培养基条件下产表面活性剂能力强，对剩 余油有良好的乳化作用。 2 42 无机培养基培养微生物作用前后剩余油形态及分析 1 微生物菌液作用前后剩余油形态 微生物作用前剩余油形态见图22 2 ，微生物作用后剩余油形态见图22 3 。 圈2 2 2 微生物作用前剩余油形态 f i 9 2 - 2 2r e s i d u a lo i lf o r mb e f o r eb e i n ga c t e db ym i c r o b e s ，? 磊。 i、 t 图2 - 2 3 微生物作用后剩余油形态 f i 9 2 - 2 3 r e s i d u a lo i l 如珊a f t e r b e i n ga c t e db ym i c r o b e s 可见，与有机培养基培养的微生物菌涟作用后的情况有很大差别，未有明 显的剩余油乳化现鲤，而是产生了大量的气体。 中目i 油大学( 毕东) 硕士学位论文 2 作用前后重点区域对比 作用前后重点区域对比见图2 2 4 微生物作用前微生物作用后 圈2 - 2 4 微生物作用前后重点区域对比 f i 9 2 - 2 4 r e s i d u a lo f f f o r me o m p a r s l o nb e f o r ea n da f t e r i i n g a c t e d b y m i c r o b e s 从图22 4 知无机培养基培养的微生物作用后产生了大量的生物气，生物 气使剩余油膨胀、剩余油在气泡的表面形成油膜，使孤滴状的剩余油形成连续 相：微生物作用后剩余油的乳化油滴现象几乎没观察到。 2 5 小结 ( 1 ) 对于实验筛选的3 株好氧微生物，其在1 0 m p a 压力和6 5 的高温高 压下，均能够存活，并能较好的提高采收率： ( 2 ) 高温高压3 株菌作用后的明显特征是产生了大量的生物气，生物气以 气泡的形式挤压剩余油，形成油柱、油膜，使孤滴状剩余油联片； ( 3 ) 生物气提高采收率机理主要有气驱、气液界面原油滑动、贾敏效应提 第二章高温高压有氧条件下微生物驱油微观实验研究 高波及体积、原油膨胀、驱出盲端剩余油等； ( 4 ) 生物表面活性剂剥离油膜和使原油乳化成小油滴，使剩余油进入孔道 中参与流动。 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第三章高温高压无氧条件下微生物驱油微观实验研究 3 1 实验仪器设备 3 1 1 微观透明模型 实验用模型同上。亲水性微观透明物理模型3 块，分别记作a 、b 、c 。微 观可视填砂模型2 块，分别记作1 、2 。 3 1 2 实验仪器设备 微观实验系统仪器设备组成及高温高压设备同上。 3 1 3 实验流体及所用菌种 实验驱替水采用自来水；实验用油为脱水脱气原油添加适当比例煤油配制 成的模拟油，6 5 时粘度6 8 m p a s ；实验用菌种为采油院提供的厌氧菌l 1 和 4 f 。这两株菌均为单菌，能够以石油烃为碳源，代谢产生的生物气体较多，菌 种还未完成完全的生物学种属鉴定，菌株基本特征见表3 1 。 表3 - 1 厌氧菌株基本特征 i a b l e 3 1b a s i cc h a r a c t e r i s t i c so fa n a e r o b i cb a c t e r i a s l l 高温厌氧菌，最适生长温度6 0 ，主要产甲烷。 4 f 高温厌氧菌，最适生长温度6 0 ，高产甲烷及二氧化碳。 3 2 实验步骤和方法 ( 1 ) 选取要研究的2 珠菌种l 1 和4 f ； ( 2 ) 脱水脱气原油添加适当比例煤油配制模拟油； ( 3 ) 微观模型抽真空饱和水； ( 4 ) 向微观模型注入原油造束缚水； ( 5 ) 对3 块微观透明物理模型，微观录像记录原始模型原油饱和情况，并在 a 、b 、c 三个模型中分别标注6 个重点区域，以便每次录像时进行对比分析； 对2 块微观填砂模型，拍照纪录其原始油分布情况； ( 6 ) 进行一次水驱过程微观实验，对a 、b 、c 三块模型，水驱速度为1 5 0 i i