烃降解型微生物强化水驱提高原油采收率微观机制研究

借助微观透明模型建立微观模拟驱油试验系统。以烃降解菌株Rhodococcus ruber Z25和Bacillus cereus Z31为出发菌株,通过物理模拟驱油实验考察了多孔介质中水驱原油的特点及残余油的分布形式：残余油主要以油条和油珠的形式滞留于孔隙介质中;以油膜形式附着在骨架表面;在喉道转角处水流速度为零的＂驻点＂部位。通过静置培养观察了多孔介质中水驱后油藏微生物降解原油及微生物富集的状态,微生物由单菌体形成油水界面处的菌胶团结构。通过研究后续水驱作用下残余油的驱替特征表明,微生物菌胶团、松散的油相与驱替液水相彼此裹挟,沿驱替压力方向运移。本研究揭示了烃降解微生物驱油的微观机制,为微生物采油从实验室走向矿场实践奠定了理论基础。     

微生物水驱传输组分模型

微生物驱油是一种经济有效的三次采油方法.针对微生物在水油性油藏传输驱油的问题进行渗流数学理论研究.根据石油微生物学的多孔介质中微生物传输作用机制,首先建立了适合于两种微生物多种组分相互作用的组分模型.利用数值模拟理论,研制了油藏数值模拟组分模型模拟器,从而为微生物驱油的油田开发问题研究提供了理论方法和数值模拟工具.该模型除考虑水、油特性外,全面考虑了微生物的生长与衰竭、微生物间的竞争排它作用、诱导与阻遏作用、产物的增溶、降解等化学反应,扩散、沉浮、吸附等等.模拟组分为12个,是一个完善、实用的组分模型模拟器.模拟结果表明,该模型模拟器具有较强的功能,深入细致地反映了微生物的传输运移机制和各个组分的物理化学反应规律.可对微生物驱油的各类问题进行研究.     

微生物驱油数学模型

根据微生物生长动力学,建立了微生物生长、基质消耗和代谢产物生成方程。在考虑菌体、基质、产物扩散和吸附的基础上,用物质平衡方法建立了菌体、基质和产物的运移方程。以多孔介质的毛细管模型为基础,建立了由于微生物吸附引起的孔隙度和渗透率变化方程。考虑到微生物作用对流体性质的影响,建立了油、水粘度和油、气、水管力方程。根据黑油模型建立了三维、三相、多组分基质与产物的微生物驱油数学模型。计算结果表明,所建模型能较好地计算出微生物生长曲线、代谢曲线、基质消耗曲线和微生物运移浓度曲线,与实验值有较好的一致性。这些模型综合考虑了微生物的生化特性、微生物作用对岩石、流体性质的影响以及油、气、水的渗流规律,是一个比较完整的微生物驱油数学模型。     

微生物驱油数学模型

根据微生物生长动力学 ,建立了微生物生长、基质消耗和代谢产物生成方程。在考虑菌体、基质、产物扩散和吸附的基础上 ,用物质平衡方法建立了菌体、基质和产物的运移方程。以多孔介质的毛细管模型为基础 ,建立了由于微生物吸附引起的孔隙度和渗透率变化方程。考虑到微生物作用对流体性质的影响 ,建立了油、水粘度和油、气、水毛管力方程。根据黑油模型建立了三维、三相、多组分基质与产物的微生物驱油数学模型。计算结果表明 ,所建模型能较好地计算出微生物生长曲线、代谢曲线、基质消耗曲线和微生物运移浓度曲线 ,与实验值有较好的一致性。这些模型综合考虑了微生物的生化特性、微生物作用对岩石、流体性质的影响以及油、气、水的渗流规律 ,是一个比较完整的微生物驱油数学模型。     

本源微生物驱油数值模拟及应用

为了更好地对本源微生物驱油进行方案设计,很有必要发展本源微生物驱油数值模拟技术.采用室内实验方法,研究了本源微生物采油的机理,引入了微生物因子来描述微生物的特有作用,提出了三维三相本源微生物驱油数学模型,结合具体算例进行了数值求解,比较了不同注水时机对采油的影响.结果表明:该模型所模拟的结果和实际结果较相符,在所模拟的范围内,开始进行本源微生物驱越早越好.该成果对现场应有一定的参考价值和指导意义.     

微生物驱提高采收率数值模拟研究

基于目前国内外对微生物驱油的数值模拟研究资料和已取得的技术成果,发展了一个综合的微生物驱油三维三相多组分（水、油、气、微生物及其营养物、代谢产物等）数学模型。用全隐式方法对模型进行了差分,并讨论了由此得到的有限差分方程组的解法和模型所含参数的获取途径。通过一典型实例对微生物驱油的数学模型进行检验,对比了微生物驱与普通水驱后的含油饱和度分布和采出程度等。结果表明,应用该模型能够真实、详细地描述微生物体系在地层中的生长、运移和驱油过程以及分析解决受各种因素（微生物和营养物浓度、段塞结构、层间渗透率等）影响下的微生物驱油参数优化问题。     

疏水缔合聚合物驱油数学模型

为了研究疏水缔合聚合物驱油规律和动态,建立了疏水缔合聚合物驱油数学模型。根据室内对疏水缔合聚合物溶液结构的研究成果,采用聚合物线形体和聚合物聚集体共同描述疏水缔合聚合物溶液在多孔介质中的性质变化和渗流特性,同时考虑了疏水缔合聚合物溶液在不同孔渗条件下水相相对渗透率降低能力、不可入孔隙体积系数的变化、吸附滞留与建立流动阻力的关系等物化问题。利用模型对岩芯驱油实验结果进行了拟合,数值模拟结果与实际岩芯驱油结果基本一致。表明该模型能够有效描述疏水缔合聚合物溶液的驱油动态,为疏水缔合聚合物驱的理论研究和现场分析提供了研究方法。     

粘弹性聚合物驱油的数学模型

为了研究粘弹性聚合物驱油规律,建立了粘弹性聚合物驱油数学模型。从弹性效应和粘性效应两个方面描述聚合物驱油机理。聚合物弹性能够降低残余油饱和度,聚合物粘性改善油水流度比,扩大波及体积。该模型能够模拟聚合物驱油具有的提高微观驱油效率和流度控制驱油机理以及所发生的对流、弥散、扩散、吸附等一系列物化现象。利用该模型拟合了实验室聚合物岩心驱油过程。数值模拟结果与实际岩心驱油过程基本一致,表明该模型可以进行聚合物驱油的机理研究、实际应用可行性研究、矿场方案优选和开发效果预测。     

微生物提高采收率微观机制

在模拟油藏条件下,利用微观仿真平板模型和分支盲孔模型,对水驱、微生物驱油过程中剩余油形态及流动现象进行显微观察和分析,研究微生物驱油和置换盲孔内剩余油的微观机制;利用动态扩张黏弹性流变试验,定量考察菌体本身及生物表面活性物质对油水界面膜的作用及对原油流动能力的改善作用.结果表明:微生物通过降解原油和代谢产生生物气体、生物表面活性物质等改变剩余油形态及分布;微生物驱具有气驱、气液界面滑动和剥离油膜等微观驱油方式;生物气能够在生物活性物质的辅助作用下,进入水驱、聚驱、气驱都无法波及的盲孔,置换出其中的剩余油;微生物菌体本身具有界面活性,能与代谢活性产物共同降低油水界面膜强度,提高原油流动能力.     

考虑水包油乳状液的复合驱数学模型

通过考察乳化液在多孔介质中的渗流规律,建立考虑乳化作用的复合驱数学模型。新模型既考虑水包油乳状液的形成可提高驱替相流度的作用,又考虑乳化降低残余油的机制;建立相对渗透率和相黏度的描述方式;将物理模型与数学模型结合,提出模型关键参数的获取方法。结果表明,复合驱中乳化可有效起到降水增油的作用,随着乳化性能增强,其降水增油能力也逐渐提升,但是增加的幅度逐渐减小。     

微生物驱油物理模拟实验研究

根据物理模拟实验的相似性准则,进行了微生物在多孔介质中运移实验、微生物驱油提高采收率实验、不同的代谢产物对采收率的影响实验及复配菌种的增殖作用对采收率的影响实验,结果表明,N80菌种能够随着注入水在多孔介质中生长和运移,其代谢产物各组分对采收率影响随代谢产物浓度的增加而增加,对采收率提高值贡献最大的是代谢产物中的表面活性剂,其次为代谢产生的酸及气体,并发现单个代谢产物的驱油效率的代数和小于各组分共同作用时的驱油效率,表明微生物代谢产物中各组分间的协同作用有助于提高采收率。     

微生物提高采收率过程中促进原油动用的机制

随着石油需求的不断增长,提高采收率越来越重要。近年来,选择微生物及其代谢产物作为驱油材料,可以降低成本、减少环境污染且效果较好。已有不少学者通过渗吸、填砂管模型、驱替、数值模拟等实验方法对MEOR的效率进行了研究。本文总结了微生物驱油的五个机制,并通过比较其对微生物驱油效率的影响,发现渗透率变化、改善岩石表面润湿性和界面张力降低在微生物驱油机制中占主导地位。参与MEOR的细菌能够适应不同条件的储层环境,并代谢出生物活性物质,其中生物表面活性剂应用效果最为明显。最后,本研究将有助于理解微生物与提高采收率的关系,并确定其在增加石油产量中发挥作用的机制,对于MEOR在油气行业的发展具有重要意义。     

泡沫在多孔介质中生成与破灭速度的影响因素分析

 通过多孔介质中泡沫驱油的渗流数学模型,编制泡沫驱数值模拟软件。该软件可以反映泡沫渗流时涉及的生成、破灭及运移机制。以埕东油田西区泡沫驱油先导实验区为原型,分析数值模拟模型各网格泡沫生成速度、自然破灭速度和遇油破灭速度分布与影响因素的统计规律。结果表明,泡沫生成速度随平均渗透率、含气饱和度、气相中泡沫摩尔分数的增大而增大,随含油饱和度的增大而减小;泡沫自然破灭速度随平均渗透率、含气饱和度、含油饱和度和气相中泡沫摩尔分数的增大而增大;泡沫遇油破灭速度随含油饱和度、气相中泡沫摩尔分数的增大而增大。     

多孔介质模型的三维重构方法

建立准确的多孔介质模型在微观渗流机理的研究中具有重要意义.为了更加方便准确地建立多孔介质模型,总结了多孔介质模型重构的物理实验方法和数值重构方法,通过重构方法的优缺点对比及适用性分析,优选出马尔可夫链-蒙特卡洛方法(MCMC).针对3种不同性质的多孔介质,采用MCMC方法分别对其进行了重构.结果表明,MCMC方法计算速度快,适用范围广泛,重构效果好.最后将MCMC方法扩展到三维空间,重构出三维多孔介质模型,为微观渗流机理的研究提供了一个模拟平台.     

油层法微生物采油代谢产物生成量的理论分析

为研究油层法微生物采油代谢产物提高原油采收率的能力,根据物质守恒定律及储层孔隙结构特征,建立储层中微生物代谢产物含量与微生物可利用物质含量的数学方程,分析微生物驱油机制及微生物代谢产物的化学组成,揭示微生物在储层中生长代谢有利驱油物质的能力。结果表明:利于驱油的代谢产物成分中氧原子数量较多,而储层流体中可供微生物利用以合成驱油物质的氧原子浓度相对较低,限制了含氧原子的生物表面活性剂、生物聚合物、生物气体等的生成;以烃为唯一碳源的微生物采油难以大幅度提高原油采收率;油层中微生物可利用物质的溶解度、消耗速率、流体的注入速度等均制约微生物代谢产物的产量和生成范围。     

基于孔隙尺度的低渗透油藏CO_2驱替特征研究

基于多孔介质油气两相渗流理论,采用截断威布尔分布作为孔喉特征分布函数,模拟储层岩心的气驱油过程,建立了能够反映多孔介质孔隙尺度的油气两相三维孔隙网络模型,推导了不同CO2驱替相态下界面张力及接触角计算公式。利用建立的孔隙网络模型,研究了相态变化对驱替效率的影响,从微观角度分析了不同CO2驱替相态下的驱替特征和驱油效果。结果表明:对于孔隙度以及颗粒分布状况相同的储层结构,在注入条件相同的情况下,与非混相驱替相比,实现CO2混相驱可以将原油的驱替效率提高约15%。     

缝洞型介质结构对非混相气驱油采收率的影响

为了研究缝洞型油藏的复杂缝洞介质结构对气驱油的影响,建立4类19个不同缝洞介质结构的数模模型,开展一系列非混相氮气驱油数值模拟研究。结果表明:洞相对于缝的位置越高,气驱油采收率越高;气驱油采收率随着洞密度和洞隙度的增加而增加,随驱替方向裂缝密度的增加而减小;洞的存在有利于提高气驱油采收率,并降低了缝洞介质结构对采收率的影响;气驱油的主要机制是由于密度差异形成的重力驱、体积膨胀补充地层弹性能和降低原油黏度改善流动能力,采收率主要受重力、洞密度、洞隙度、驱替方向裂缝密度等因素影响。     

聚合物交联调剖驱油数学模型

为了优化聚合物交联调剖驱油方案,预测驱油效果,建立了描述聚合物交联调剖驱油过程的数学模型。该模型通过水相粘度和渗透率下降系数的变化模拟调剖驱油机理。水相粘度和渗透率下降系数表述为交联剂浓度、聚合物浓度、pH值和成胶时间的函数。该模型能够模拟调剖驱油具有的流度控制驱油机理以及所发生的对流、弥散、扩散、吸附等一系列物化现象。进行了调剖驱油典型算例计算。计算结果表明所建立的数学模型对调剖驱油机理模拟正确,模型具有较强的实用性。可以通过数值模拟方法辅助进行聚合物交联调剖驱油的机理研究、实际应用可行性研究、矿场方案优选和开发效果预测。     

低渗透多孔介质变渗透率数值模拟方法

 根据流体在低渗透多孔介质中的渗流特征,建立了低渗透多孔介质数学模型,通过引入无因次渗透率变化系数描述低速非达西渗流规律,并基于黑油模型数值模拟系统,开发了低渗透多孔介质变渗透率数值模拟软件。采用矿场实际数据,分别使用达西渗流、考虑启动压力梯度为常数的拟线性渗流和变渗透率渗流模型,对五点井网进行模拟计算,对比分析了不同渗流规律下的油井产油量、含水率、含油饱和度及不同时间的地层渗透率分布。结果表明,变渗透率渗流模型计算的油井产油量、含水率和含油饱和度分布介于达西渗流和拟启动压力梯度渗流模拟结果之间,油水井附近地层渗流能力强,远离主流线地层渗流能力弱;井距越小,地层渗流能力越强;流体在低渗透多孔介质的渗流过程中,达西渗流仅发生在井筒附近小面积区域内,地层大部分区域发生变渗透率渗流,且占据了地层渗流的主导地位,变渗透率数值模拟方法弥补了其他方法未考虑渗透率变化因素的不足,变渗透率数值模拟软件能够更准确地预测流体在低渗透多孔介质中的流动特征。     

三元复合驱驱油机理及乳液渗流规律NMRI研究

通过先进的实验手段-核磁共振成像技术(即Nuclear Magnetic Resonance Imaging,简称NMRI)，首先阐述了三元复合驱驱油过程的微观机理．既而在此基础上从细观水平实验研究了原油／三元复合体系乳状液的流变性，进而揭示了其在多孔介质中的渗流规律，最后建立了原油／三元复合体系乳状液在多孔介质中渗流的数学模型，实验结果表明与理论分析结论基本吻合，说明所建数学模型是合理的。