CN107152266A - 提高油藏残余油的生物气化速率的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高油藏残余油的生物气化速率的方法，包括如下步骤：1)在油藏中构筑电极；2)向油藏中注入厌氧微生物激活剂的水溶液；3)通过电极施加电压来在油藏中形成微电场，以刺激产甲烷菌和其互营代谢菌的增殖和代谢；4)停止施加电压，向油藏中注入含水液体，来将产甲烷菌和其互营代谢菌驱替至地层深部；5)开井生产甲烷。本发明还涉及其应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高速率的方法，尤其涉及一种提高油藏领域的速率的方法。本发明还涉及其应用。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展和能源结构调整，我国能源需求日益旺盛，供需矛盾日益加剧：截止2014年底，我国石油、天然气年进口量分别达到3.1亿吨和457亿立方米，对外依存度分别为59.6％和25.6％。目前，我国80％的石油产能来自水驱开发油藏，陆上油田普遍进入高含水期(中石化、中石油分别有47.3％和43.5％的已动用储量进入特高含水期)，按照储采比16.85计算，未来10年，我国油田将大规模进入水驱废弃阶段。然而，在现行采油技术水平下，油藏总体采收率还比较低(＜40％)，尚有大量残余油赋存地下无法经济、有效开发。
油藏残余油生物气化技术是目前国际上一项重要的前瞻性研究课题，该技术为低品位油气资源的高效开发提供了一条有益的技术思路，已经受到欧美发达国家的广泛重视和关注。油藏残余油生物气化技术是指通过激活油藏内源微生物或引入外源微生物，在地层中形成“互营代谢菌-甲烷菌”微生物群落，将残余油通过厌氧降解作用转化成为天然气(甲烷)，从而将残余油以天然气的形式采出；或者，通过生物气化补充油藏能量，从而大幅度提高油气资源的利用效率和开采水平。
然而，烃类物质的厌氧烃降解的起始反应——烃底物厌氧降解产氢产乙酸反应，其吉布斯自由能变化量为正(需从外界补给能量)，即反应无法自发进行，微生物必须依靠胞外电子传递等方式攫取额外能量，因此，烃厌氧降解反应速率很大程度受到这些反应过程的限制，导致厌氧条件下烃类微生物降解产气速度非常缓慢，自然条件下石油的生物降解需要百万年的时间尺度，这样的反应速度在短时间内不可能形成大规模天然气聚集，人工激活方法虽然能够一定程度提高残余油产甲烷速率，但根据目前已报道的转化速率进行折算，产气速率仍无法满足大规模气藏开发的要求。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种提高油藏残余油的生物气化速率的方法。本发明的方法通过微生物电解池***，强化胞间电子输送实现电能对烃类物质厌氧降解反应的能量补给，突破微生物催化过程的反应热力学限制，实现残余油厌氧降解产甲烷反应速率的提升。
在本发明的一个实施方式中，本发明提供了一种提高油藏残余油的生物气化速率的方法，包括如下步骤：
1)在油藏中构筑电极；
2)向油藏中注入厌氧微生物激活剂的水溶液；
3)通过电极施加电压来在油藏中形成微电场，以刺激产甲烷菌和其互营代谢菌的增殖和代谢；
4)停止施加电压，向油藏中注入含水液体、优选水，来将产甲烷菌和其互营代谢菌驱替至地层深部；
5)开井生产甲烷。
在本发明的一个优选的实施方式中，上述步骤1)至5)可以以逻辑上可行的任意顺序进行，优选按照从步骤1)至步骤5)依次进行。
本发明创造性地将微生物电解池技术引入生物地球化学和油气田开发等应用领域，采用微电场实现了烃厌氧降解限速反应中的高效胞外电子传递和外源能量补给，大幅度提升烃厌氧降解产甲烷速率。微生物电解池阳/阴极组合下，烃厌氧降解产甲烷的“反应热力学-电化学”机制如下：
①阳极反应(互营代谢菌为主体)
原油+H2O→CH3COOH+H++e-
CH3COOH→CH4+CO2
②阴极反应(产甲烷菌为主体)
CO2+H++e-→CH4+H2O
③总体反应
原油+H2O→CH4+CO2
本发明通过微电场向生物催化过程中补给能量，在生物催化-电化学联合作用下提高以烃为底物的厌氧降解产甲烷的反应速率。本发明通过微电场将电能转化为生物化学能，突破了烃类厌氧产甲烷过程的生物能量限制，提高了厌氧产甲烷的反应效率。
在本发明中，术语“产甲烷菌”是指产甲烷的微生物类群，尤其是以乙酸分解或者二氧化碳-氢气还原方式产甲烷的微生物类群。在本发明中，产甲烷菌的“互营代谢菌”是指在严格厌氧条件下生长，在与耗氢微生物(产甲烷菌)互养时能降解石油中烃类底物的一类微生物。
在本发明中，术语“驱替”是指通过注入液体，驱动油藏内已有液体向油藏深部移动。
在本发明的一个优选的实施方式中，将步骤1)至5)重复两次或两次以上。
在本发明的一个优选的实施方式中，步骤1)所述的电极采用包括水力压裂技术的方法构筑。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述电极为使用导电材料制备的支撑剂。在该优选的实施方式中，使用使用导电材料制备支撑剂，然后在井底连接导线至直流电源，从而构建电极。本领域常规的支撑剂应该是支撑裂缝用，一般都是陶粒或者石英砂，而本发明的优选的实施方式中使用导电材料制备支撑剂，其既是支撑剂又是电极，起到了一剂双用的特别良好的技术效果。
在本发明的一个优选的实施方式中，步骤2)注入厌氧微生物激活剂的量为V±10％，其中V通过如下公式计算：
其中，L表示水力压裂裂缝的半径长度，h表示水力压裂裂缝的缝高，w表示水力压裂裂缝的缝宽，φ表示油藏孔隙度。
在本发明的一个优选的实施方式中，步骤2)所述的厌氧微生物激活剂包括氮源、磷源、硫源以及有机物。更优选的，在每升步骤2)所述的厌氧微生物激活剂的水溶液中，所述厌氧微生物激活剂包括0.5-1.0g氮源、0.2-0.5g磷源、0.05-0.10g硫源以及0.01-0.05g有机物。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述厌氧微生物激活剂由处理后的采出液或者清水加上氮源、磷源、硫源和/或有机物中的一种或多种配制而成。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述氮源包括氯化铵、尿素、硝酸钾和硝酸钠中的一种或多种。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述磷源包括磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠中的一种或多种。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述硫源包括硫酸钾、硫酸钠和硫酸镁中的一种或多种。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述有机物包括酵母浸膏、牛肉膏和蛋白胨中的一种或多种。
在本发明的一个优选的实施方式中，步骤3)所述电压的电压强度为0.10-1.50V。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述微电场的场强为0.001-0.05V/m。
在本发明的一个优选的实施方式中，步骤3)中所述施加电压的持续时间为30-90天、优选60-80天。
本发明的另一个目的在于，提供上述方法在提高油藏残余油产量和/或采收率方面的应用。
本发明的有益效果在于：本发明的方法可以大大提升油藏残余油的生物气化速率，并且节约能源、环保。
附图说明
图1为以多分段压裂水平井中各段压裂缝面作为电极，多段缝面组合形成油藏内微电场的示意图。其中，箭头表示压裂时支撑剂的裂缝延伸方向。
具体实施方式
下面结合非限制性的具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于下述实施例。
实施例1：
河南油田某区块枯竭油藏，实施了水平井多分段压裂，压裂段数8段，向每段(半缝长100米，缝高30米，缝宽10毫米，孔隙度50％)内注入约50m3激活剂，共注入激活剂400m3，激活剂组成为0.5g/L尿素、0.25g/L磷酸氢二钾、0.05g/L硫酸镁和0.01g/L酵母浸膏。采用由导电材料制备的支撑剂来进行水利压裂，然后在井底连接导线至直流电源，从而构筑电极。设定相邻段分别为阳极和阴极，设置阳极电压为-0.20V vs.参比电极电压(NHE)，阴极电压为-0.35V vs.参比电极电压(NHE)，加电压时间90天，后停止施加电压，使用4000m3水进行驱替，闷井180天后，开井后天然气初产为4万方/天。
实施例2：
江苏油田某区块枯竭油藏，实施了单井分段压裂，压裂段数2段，目标储层较浅，为水平缝。向每段(半缝长80米，缝高40米，缝宽6毫米，孔隙度50％)内注入约30m3激活剂，共注入激活剂60m3，激活剂组成为0.8g/L氯化铵、0.50g/L磷酸氢二钾、0.08g/L硫酸镁和0.01g/L牛肉膏。采用由导电材料制备的支撑剂来进行水利压裂，然后在井底连接导线至直流电源，从而构筑电极。设定相邻段分别为阳极和阴极，设置阳极电压为-0.15V vs.NHE，阴极电压为-0.40V vs.NHE，加电压时间60天，后停止施加电压，使用800m3水进行驱替，闷井150天后，开井后天然气初产为1.6万方/天。
对比例1
如实施例1所述的河南油田某区块枯竭油藏未经如实施例1中所述的处理之前(即在无电极和微电场情况下)，没有观测到任何微生物源的甲烷产生。
对比例2
如实施例2所述的江苏油田某区块枯竭油藏未经如实施例2中所述的处理之前(即在无电极和微电场情况下)，没有观测到任何微生物源的甲烷产生。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种提高油藏残余油的生物气化速率的方法，包括如下步骤：
1)在油藏中构筑电极；
2)向油藏中注入厌氧微生物激活剂的水溶液；
3)通过电极施加电压来在油藏中形成微电场，以刺激产甲烷菌和其互营代谢菌的增殖和代谢；
4)停止施加电压，向油藏中注入含水液体、优选水，来将产甲烷菌和其互营代谢菌驱替至地层深部；
5)开井生产甲烷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤1)至5)重复两次或两次以上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的电极采用包括水力压裂技术的方法构筑。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述电极为使用导电材料制备的支撑剂。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)注入厌氧微生物激活剂的量为V±10％，其中V通过如下公式计算：
其中，L表示水力压裂裂缝的半径长度，h表示水力压裂裂缝的缝高，w表示水力压裂裂缝的缝宽，φ表示油藏孔隙度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的厌氧微生物激活剂包括氮源、磷源、硫源以及有机物；
优选的，在每升步骤2)所述的厌氧微生物激活剂的水溶液中，所述厌氧微生物激活剂包括0.5-1.0g氮源、0.2-0.5g磷源、0.05-0.10g硫源以及0.01-0.05g有机物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氮源包括氯化铵、尿素、硝酸钾和硝酸钠中的一种或多种；
所述磷源包括磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠中的一种或多种；
所述硫源包括硫酸钾、硫酸钠和硫酸镁中的一种或多种；
所述有机物包括酵母浸膏、牛肉膏和蛋白胨中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤3)所述电压的电压强度为0.10-1.50V。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述微电场的场强为0.01-0.05V/m。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法在提高油藏残余油产量和/或采收率方面的应用。
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