专利名称：一种提高原油采收率的方法
技术领域：
本发明涉及微生物与储层中蒙脱石等矿物交互作用的前沿交叉研究领域，特别涉及通过微生物作用改善超低渗透率油田储层矿物特性、抑制储层水敏膨张，从而提高原油采收率的方法。
背景技术：
我国传统的油气资源开发工作，特别是所占比重越来越大的超低渗油田采收方法，极大地制约着我国石油企业的原油产量。六十多年来，国内外大力发展微生物采油理论与方法，包括内源微生物采油方法和外源微生物采油方法两大类。目前国内外有关研究主要集中在微生物降解原油机理、化学趋向性和代谢产物等方面。无论是外源还是内源微生物采油方法，其共同特征是，利用微生物及其代谢产物直接作用于原油，以实现原油采收率的提高。迄今为止，国际上尚未有报道在超低渗透油田利用微生物及其代谢产物，直接作用于储层粘土矿物，来提高原油采收率的方法研究。事实上，油藏储层中含有多种粘土矿物，它们往往是构成泥质岩和碎屑储集岩填隙物质的主要组分。其中常见的粘土矿物有蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石，以及蒙脱石/伊利石、伊利石/蒙脱石和绿泥石/蒙脱石不规则混层矿物等。一般认为，遇水膨胀的唯有蒙脱石及其混层矿物，而伊利石、高岭石和绿泥石遇水几乎不发生膨胀作用。显然，油藏储层中蒙脱石及其混层矿物层间域遇水膨胀作用是直接影响储层孔隙度、渗透率乃至原油采收率的瓶颈问题。因此，在水驱采油工程中提高原油采收率的关键问题之一是:如何防止蒙脱石发生膨胀作用，特别是注水膨胀后，如何促进蒙脱石层间域发生脱水缩膨作用，以实现储层缩膨的目的。近年来，地球科学与生命科学渗透融合而产生的新兴交叉学科一地球生物学，是伴随着重大科学发现及新方法发展而产生的新领域。这一新发展为探讨单一学科难以解决的科学问题构建理论框架，蕴含着巨大的科学研究机遇和潜在的方法技术突破。开展矿物与微生物交互作用研究，属于当今国际上该领域中最为活跃的交叉学科前沿研究之一。国内外已有研究表明，自然界中矿物既是微生物能量和营养的主要来源，也是微生物生长与演化的载体。微生物往往通过复杂的生物化学过程破坏矿物表面结构，加速矿物分解与转化作用。微生物代谢产物可改变矿物表面物理化学环境，是导致矿物分解主要动力。微生物分解矿物速率比单一化学分解作用要高出几个数量级。Kim等人的研究发现，一株异化铁还原菌Shewanellaoneidensis MR-1能在两周的时间内将富铁蒙脱石中的三价铁还原，并促进蒙脱石向伊利石转变(Kim J.，Dong H.L.，Seabaugh J.，Newell S.W.，Eberl D.D.(2004)Role of Microbes in theSmectite-to-1llite Reaction.Science.303(5659):830-832.)。Vorhies 和 Gaines 研究美国Utah州页岩时发现，微生物能够还原粘土矿物晶体结构中三价铁，可导致粘土矿物发生溶解作用，释放出S1、Al、Fe等元素，可进入岩石孔隙水中，在适当条件下便能够结晶形成伊利石和石英等矿物(Vorhies J.S.,Gaines R.R.(2009)Microbial dissolution of clayminerals as a source of iron and silica in marine sediments.Nature Geosc1.,2:221-225.) o Dong等系统总结了微生物与粘土矿物交互作用研究现状(Dong H.L.，JaisiD.P.，Kim J.W.，and Zhang G.X.(2009)Microbe-clay mineral interactions.AmericanMineralogist.94:1505-1519.)，甚至产甲烷菌和嗜热菌都能够还原粘土矿物结构中的三价铁，导致粘土矿物发生相变作用(Zhang J.,Dong H.L.,Liu D.,Fischer Τ.B.,Wang S.，Huang L Q.，(2011).Microbial reduction of Fe (III)in illite-smectite mineralsby methanogen Methanosarcinamaze1.Chem.Geol., 292:35-44 ；Zhang, G.X.，Dong, H.L，Kim,J.and Eberl,D.D.(2007)Microbial reduction of structural Fe3+ in nontroniteby a thermophilic bacterium and its role in promoting the smectite to illitereaction.American Mineralogist，92，1411-1419.)。这些发现打破了长期以来人们对蒙脱石发生伊利石化过程受温度、压力和时间控制的认识(Eberl，D.D.and Hower, J.(1976)Kinetics of illite formation:Geol.Soc.Amer.Bull.87: 1326-1330 ；Pytte A.M.and Reynolds Jr.R.C.(1989)The thermaltransformation of smectite to illite.1n N.D.Naeser and T.H.McCulloh, Eds.,Thermal History of Sedimentary Basins !Methods and Case Histories， p.133-140.Springer-verlag, New York.),特别突破了粘土矿物之间转化作用时间尺度较大的局限。需要特别强调的是，无论是蒙脱石发生伊利石化，还是蒙脱石发生高岭石化，微观上均能破坏蒙脱石晶体结构，可使蒙脱石表面上和层间域中大量水得以释放逸出，宏观上大大降低蒙脱石的外膨胀作用与内膨胀作用，真正促进蒙脱石发生缩膨作用。储层粘土矿物蒙脱石这一缩膨作用，能够实现储层孔隙增大，为开发提高油藏储层渗透率乃至原油采收率技术，带来极大可能。然而，当前国内外有关微生物与蒙脱石交互作用研究，仅仅停留在微生物如何有效还原促进富铁蒙脱石发生伊利石化转变的理论研究层面，尚未开展自然界中广泛存在的含铁较低的普通蒙脱石多种转化方式的深入研究，更没有针对油田水敏性矿物——蒙脱石在微生物作用下发生物相转变理论与应用研究。特别是自从微生物采油理论诞生六十多年以来，人们一直关注的是微生物如何有效作用于油田原油性能问题，国内外学者从未探讨过好氧或厌氧微生物与油田储层矿物发生作用问题。
发明内容
本发明旨在结合微生物与储层矿物交互作用过程与机理，提供一种新的提高低渗透油田原油采收率的方法。本发明基于微生物促进储层中蒙脱石物相转化的研究，开发出了通过改善储层水敏膨胀特性，从而提高原油采收率的方法。研究发现，在厌氧环境中，铁还原微生物能够从储层蒙脱石内部瓦解蒙脱石，瞄准结构中Fe，通过厌氧呼吸直接传递电子到八面体中Fe (III)，使其还原为Fe (II)，造成静电作用力不平衡，蒙脱石晶体结构畸变，蒙脱石层间距缩小至1.0nm左右，发生伊利石化。在好氧环境中，具有硅酸盐矿物分解能力的微生物从蒙脱石外部进攻，瞄准蒙脱石结构中S1、Al，通过有氧呼吸代谢产生大量有机酸，从矿物表面向内逐步造成蒙脱石局部区域内硅氧四面体脱落、铝氧八面体错位或畸变，出现0.9nm层间距，或在新的静电作用平衡下形成多层超晶格1.8nm层间距，在不同反应条件下，发生局部伊利石化，或高岭石化与埃洛石化。无论储层蒙脱石在微生物作用下发生伊利石化或高岭石与埃洛石化，其遇水膨胀程度都将大幅下降，从而抑制储层水敏膨胀。由此，本发明采用如下技术方案:一种提高原油采收率的方法，在原油采收之前，针对油田O 800m深度的浅部储层岩心，注入具有硅酸盐矿物分解能力的好氧微生物；针对油田800m以上深度的深部储层岩心，注入具有铁还原能力的厌氧微生物；待注入的微生物与储层粘土矿物作用一段时间之后再进行原油采收。上述好氧微生物和厌氧微生物一般是提前进行发酵培养，制成菌液。现场操作中，首先调研储层孔隙总体积(m3)，然后按照“1000m3孔隙体积:0.2 4.0m3菌液”的比例从注水井注入提前发酵培养好的菌液，停留一段时间后进行原油采收。注入微生物菌液后浅部储层不封井，而深部储层封井。微生物与储层粘土矿物作用时间优选为25-30天。值得注意的是，若在油田储层微生物分布调研中，发现储层中存在上述各类细菌(称为本源功能菌群)，可按照“ IOOOm3孔隙体积:0.4 8.0m3培养液”从注水井注入相关营养物质(培养液成分可参考本发明的具体实施方式
部分)对本源功能菌群进行激活，使其作用于储层粘土矿物。停留时间30-35天，浅部储层不封井，深部储层封井。待反应周期结束后，加强油井水驱，提高原油采收率。上述具有硅酸盐矿物分解能力的好氧微生物例如胶质芽孢杆菌(Bacillusmucilaginosus)、腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)等。上述具有铁还原能力的厌氧微生物例如阪崎克洛诺菌(cronobactersakazakii)、迪茨菌(Dietziacercidiphylli)、腐败希瓦氏菌(Shewanellaputrefaciens)、奥奈达湖希瓦氏菌(Shewanellaoneidensis)等。培养好氧微生物可选择含有下述成分的培养基:蔗糖5.0g/L,酵母膏1.0g/L,MgSO40.25g/L, K2HPO40.2g/L, FeCl3.6H205mg/L, CaCl210mg/L。培养厌氧微生物可选择含有下述成分的以乙酸钠为唯一碳源的培养基:Na2HPO4.12Η2010.31g/L, NaH2PO4.12Η203.31g/L, NH4Cl0.31g/L, KC10.13g/L，无水乙酸钠
6.56g/L和酵母提取物0.3g/L。本技术应用领域:I对不同深度环境下注水膨胀后的低渗油田进行缩膨；2对未注水、但含蒙脱石较高的油田储层进行防膨。本发明从当前利用微生物作用油藏原油研究，拓展到微生物作用油藏储层矿物研究，为超低渗油层储层缩膨与提高原油采收率开辟新的途径。
图1显示了好氧体系实验岩心缩膨率测试结果。图2显示了厌氧体系实验中在微生物作用下岩心缩膨率的变化特征。
具体实施例方式下面通过小试实验进一步说明本发明的作用效果，但不以任何方式限制本发明的范围。本实验采用适当培养基活化微生物，至对数生长期后，与岩心样品混合，置于适宜条件下作用25-30天后，清洗烘干岩心样品，进行膨胀率测试与缩膨率计算。实验所用岩心样品采自大庆油田萨零组地层，具有较高蒙脱石含量。其中厌氧体系实验利用6个样品，好氧体系实验选择深度较浅的2个样品(表I)。岩心样品经粉碎研磨后，取100目筛下粉末清洗烘干后备用。表I大庆油田萨零组储层岩心样品特征
权利要求
1.一种提高原油采收率的方法，在原油采收之前，针对油田O 800m深度的浅部储层岩心，注入具有硅酸盐矿物分解能力的好氧微生物；针对油田800m以上深度的深部储层岩心，则注入具有铁还原能力的厌氧微生物；待注入的微生物与储层粘土矿物作用一段时间之后再进行原油采收。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述好氧微生物和厌氧微生物提前进行发酵培养，制成菌液；然后按每IOOOm3储层孔隙体积注入0.2 4.0m3菌液的比例通过注水井向储层岩心注入菌液；注入菌液后浅部储层不封井，而深部储层封井，让注入的微生物与储层粘土矿物交互作用。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，注入的微生物与储层粘土矿物作用的时间为25-30天。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述好氧微生物选自胶质芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌的一种或两种；所述厌氧微生物选自阪崎克洛诺菌、迪茨菌、腐败希瓦氏菌和奥奈达湖希瓦氏菌中的一种或多种。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，培养所述好氧微生物的培养基成分为:蔗糖 5.0g/L,酵母膏 1.0g/L, MgSO40.25g/L, K2HPO40.2g/L, FeCl3.6H205mg/L 和 CaCl2IOmg/L ;培养所述厌氧微生物的培养基成分为=Na2HPO4.12H2010.31g/L, NaH2PO4.12H203.31g/L，NH4Cl0.31g/L，KC10.13g/L，无水乙酸钠 6.56g/L 和酵母提取物 0.3g/L。
6.一种提高原油采收率的方法，在原油采收之前，对油田储层微生物分布进行调研，如果储层中存在本源功能菌群，即油田O 800m深度的浅部储层岩心中分布有具有硅酸盐矿物分解能力的好氧微生物，和/或，油田800m以上深度的深部储层岩心中分布有具有铁还原能力的厌氧微生物，那么，向储层注入营养物质对本源功能菌群进行激活，使其作用于储层粘土矿物，一段时间之后再进行原油采收。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述营养物质是相关微生物的培养液，按每IOOOm3储层孔隙体积注入0.4 8.0m3培养液的比例通过注水井向储层岩心注入培养液；注入培养液后浅部储层不封井，而深部储层封井。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，注入营养物质后30-35天再进行原油采收。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述好氧微生物选自胶质芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌的一种或两种；所述厌氧微生物选自阪崎克洛诺菌、迪茨菌、腐败希瓦氏菌和奥奈达湖希瓦氏菌中的一种或多种。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，用于激活储层中所述好氧微生物的营养物质的各成分及其含量为:蔗糖5.0g/L，酵母膏1.0g/L, MgSO40.25g/L，K2HPO40.2g/L，FeCl3 *6H205mg/L和CaCl210mg/L ;用于激活储层中所述厌氧微生物的营养物质的各成分及其含量为:Na2HPO4.12Η2010.31g/L, NaH2PO4.12Η203.31g/L, NH4Cl0.31g/L, KC10.13g/L，无水乙酸钠6.56g/L和酵母提取物0.3g/L。
全文摘要
本发明公开了一种提高原油采收率的方法。在原油采收之前，针对油田0～800m深度的浅部储层岩心，注入具有硅酸盐矿物分解能力的好氧微生物；针对油田800m以上深度的深部储层岩心，注入具有铁还原能力的厌氧微生物；待注入的微生物与储层粘土矿物作用一段时间之后再进行原油采收。本发明基于微生物促进油藏储层矿物蒙脱石物相转化的研究，通过改善储层水敏膨胀特性，为超低渗油层储层缩膨与提高原油采收率开辟了新的途径。
文档编号C09K8/582GK103147731SQ20131009600
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者鲁安怀, 杨晓雪, 王浩然, 朱云, 李艳, 王长秋, 丁竑瑞, 王鑫 申请人:北京大学