2016年05月10日 星期二

松辽西斜坡油砂地质调查与原位开采试验取得重要进展

作者:仝立华 张家强 李锋 徐银波 发布时间:2020-12-17

摘要:实施油砂原位开采小井网试验工程,首次探索油砂微生物冷采技术,以期创新绿色高效油砂原位开采技术。通过5口油砂试验井、1口水文调查井钻探,获取了试验靶区白垩系姚家组油砂关键地质参数,进一步落实了储层特征、含油特征、油水关系、顶底板保存条件以及储层上下含水层发育情况。以微生物冷采技术为核心,定向筛选了低温降解功能菌剂,实施了热油基发酵液吞吐、微生物焖井、微乳液循环注采生产测试工程,采出油砂油21方,取得重要进展。

1. 项目概况

2019-2020年中国地质调查局油气资源调查中心在“全国油页岩地质调查与评价”项目中安排了松辽盆地西斜坡油砂原位开采试验工作,目标任务是探索低温条件下合适松辽盆地西斜坡油砂的微生物冷采技术。通过两个年度的项目实施,完成了松辽盆地西斜坡油砂原位开采先导试验工程,在大岗靶区实施了5口油砂试验井和1口水文调查井钻探(图1),总进尺1379.47m;建设了地面采油及油水分离回注系统,安装了5口井的井下管柱和2口井的谐波振动源;完成了5口井的大孔径和深穿透射孔、热油基发酵液吞吐、微生物菌剂注入与焖井,以及循环注采生产测试等工程,累计采出油砂油21方;完成了包括岩心含油性分析、油品性质分析、低温菌种配方设计、驱替液配方设计和采出液跟踪监测分析等分析测试1000余项次,获取了一批关键地质参数和一手资料,取得了重要的新进展和新认识,初步证实微生物冷采原位油砂油技术方法可行有效。

1  松辽盆地西斜坡油砂原位开采试验区钻井位置示意图

2. 成果简介

1)钻获高品位油砂矿层,进一步查明试验区油砂资源赋存特征。在已有选区评价工作成果基础上,优选松辽西斜坡大岗油砂试验靶区实施了5口油砂试验井和1口水文调查井,并形成小井网。6口井在目的层上白垩统姚家组累计钻获含油显示岩心64.18m,油砂含油性较好,最高含油率为16.02%,平均含油率为8.30%,达到资源品位油砂的累计净厚度为12.04m,达到中-高等品位油砂的累计净厚度为13.94m,达到富矿品位油砂的累计净厚度为14.14m根据储层测井岩电特征和岩心含油率测试分析结果,自浅至深将姚家组含油层段划分为4个小层,优势储层赋存于含油层段下部的小层S3和小层S4油浸细砂岩和油斑粉砂岩储层中(图2),其中小层S3平均含油率高达10.8%、平均厚度约为2.9m;小层S4平均含油率高达11.4%、平均厚度约为1.9m(图3和图4),该两套优势小层确定为射孔主力层位。

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2  吉赉油1-1井白垩系姚家组油砂岩心照片

a. 196.2-197.0m井段油浸细砂岩;b. 187.4-187.7m井段油斑粉砂岩)

松辽西斜坡大岗靶区白垩系姚家组S3砂组油砂含油率等值线示意图a

松辽西斜坡大岗靶区白垩系姚家组S4砂组油砂含油率等值线示意图b

3  大岗靶区白垩系姚家组含油砂岩小层含油率等值线示意图

a:小层S3含油率等值线;b:小层S4含油率等值线)

松辽西斜坡大岗靶区白垩系姚家组S3砂组油砂厚度等值线示意图c

松辽西斜坡大岗靶区白垩系姚家组S4砂组油砂厚度等值线示意图d

4 大岗靶区白垩系姚家组含油砂岩小层厚度等值线示意图

a:小层S3厚度等值线;b:小层S4厚度等值线)

2)首次查清大岗靶区油水关系和水文地质条件,有效指导了油砂试采工程。实施的油砂水文地质调查井吉赉水地1井准确钻获了上白垩统姚家组油砂矿层及底板2套透(含)水层,通过现场抽水试验,获取油砂顶板透水层最大用水量为12.33t/h,底板含水层最大用水量为14.12t/h,水质分析显示为低矿化度、较强碱性淡水特征。储层油水分布关系研究结果显示出“水夹油”的特征(图5),油砂层段上部与顶板透(含)水层之间隔层较薄或无有效隔层,具有水窜风险,而底板之下的含水层与油砂层底界之间发育一套胶结致密的泥砾岩隔层,具有一定的封堵性能,远离上部水层的下部油砂层段利于射孔及试油施工。本次水文地质调查工作查明了油砂层段及其顶底板的油水分布特征、水体能量及水化学特征,为油砂试验井钻探和试油工程提供了及时有效的资料依据。

5  过吉赉油1-3-吉赉油1-吉赉油1-1-吉赉水地1井油水关系剖面图

3)获得低温降解油砂油功能菌种,实现了低温条件下油砂油的乳化降粘。油品特征分析显示,姚家组油砂油密度最大值为0.977 g/cm3,平均值为0.955 g/cm3,地层低温(10-15)条件下粘度极高,测得15℃脱水脱砂的油砂油粘度值高达1750000 mPa.s针对油品特征,通过定向分离和评价储层流体中内外源生物群落的组分、结构及功能特性,筛选得到ChryseobacteriumCitrobacterPseudomonas为主要菌属的功能性生物剂,成功实现了在5-10℃缺氧环境下规模繁殖,该菌剂发酵液可有效降解烷烃,起到降低油砂油粘度的作用(图6),室内测试评价降粘率达到49.1%

6  ChryseobacteriumCitrobacter菌作用效果与空白原样对比照片

4)以微生物冷采技术为核心开展原位油砂开采技术方法试验,通过技术创新累计采出油砂油21方。针对油砂储层低温、高粘、松散、含水等特点,提出油砂微生物冷采技术思路(图7)。在地面形成梅花形试采小井网(井间距5070m),利用热油基发酵液吞吐技术在井间油砂储层形成亏空,从而达到有效改造,实施微生物菌剂注入和焖井,形成微生物功能“反应腔”,通过循环注采测试连续生产能力。

7   微生物冷采原位油砂油技术工艺示意图

国内首次利用纳米技术和井下振动协同技术,将纳米级表活剂分子胶束渗透进入原油与岩石界面,争夺原油与岩石界面的吸附点,大幅度提高表活剂的功效,提高剥离原油的能力。现场含油测试阶段共采出油砂油21方(未扣除含水),证实该方法对低温高粘油砂原位开采技术可行(图8),为进一步优化开采技术方案奠定技术基础。

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8  循环注采阶段采出油砂油具可燃性

3. 成果意义

1)拉动油砂勘查

松辽盆地西斜坡浅层油砂资源非常可观,全国油砂资源评价估算全区资源量高达4.7亿t,整体勘探程度极低,探明率不足2%。中国地质调查局部署的油砂基础地质调查项目在松辽西斜坡中南部(吉林地区)查清资源量2.45亿t,优选了勘探有利区2处,进一步明确了油砂勘探方向。应用二级项目成果,2019年吉林省地勘基金投入资金870余万元,在松辽西斜坡索龙空白区继续开展油砂勘探工作。

2)探索适合我国陆相浅层油砂原位开采新技术,力争突破技术瓶颈。

我国陆相油砂原位开采面临剥离难、能耗大、成本高的技术瓶颈,探索高效、经济、绿色的陆相浅层油砂原位开采技术,对促进我国油砂资源勘查开发具有重要意义。在已有工作成果和认识基础上,继续开展松辽西斜坡油砂原位微生物冷采技术攻关研究,优化功能菌群定向激活工艺,研发以纳米生物溶剂为基础的驱油技术,探索低频高能震动对吸附界面状态改造的能力,弱化油-砂界面吸附强度,提高微生物对油砂油的分离速率,形成以“生物改质+低频共振+生物纳米乳液驱油”为三项核心技术的中低温油砂油开采工艺,力求实现地下原位中低温条件下的油砂注采驱动,以期引领油砂油勘探开发技术创新。