生物酶稠油解堵剂的室内实验研究

庹维志，任今明，钟 婷，兰美丽，王 鹏，袁泽波

（中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院， 新疆 库尔勒 841000）

生物酶稠油解堵剂的室内实验研究

庹维志，任今明，钟 婷，兰美丽，王 鹏，袁泽波

（中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院， 新疆 库尔勒 841000）

稠油通常具有较高的胶质、沥青质含量，在稠油油田开发过程中，由于温度、压力变化等原因容易导致生产井近井地带发生堵塞，渗流阻力增大，生产周期变短，产能降低。生物酶具有较好的油砂分离功能，且能够降解烃类，逐渐受到人们的青睐和重视。通过生物酶稠油降粘实验，生物酶洗油砂实验以及稠油重质组分堵塞与解堵室内模拟实验对生物酶的解堵效果进行研究。实验结果表明，生物酶具有降低原油粘度、从岩石表面剥离油膜的能力。通过室内实验，发现当生物酶的浓度为2.0%时，生物酶对稠油降粘及洗油砂效果较好且措施成本相对较低。室内堵塞与生物酶解堵模拟实验结果表明，岩心渗透率对生物酶解堵效果存在影响，对于渗透率在5×10-3～20×10-3μm2、稠油重质组分造成的堵塞比较严重的岩心，生物酶的解堵效果较好。同时还发现，对于采出液含水率达到 100%的岩心，注入生物酶还可从岩心中驱替出残余油，认为生物酶具有解堵和驱油的双重功效，可以在水驱基础上进一步提高采收率。本研究对生物酶稠油解堵剂的矿场应用具有一定的参考意义。

生物酶；解堵；稠油；室内实验

在稠油油田的开发过程中存在着有机重垢造成污染的问题，这是因为随着开采时间的推移，地层能量逐渐降低，加之近井地带“压降漏斗”的存在，稠油中的轻质组分与重质组分运移速度出现差别，轻质组分先于重质组分进入井筒。稠油中轻质组分的减少会导致会造成。

沥青质、胶质以及其他重烃相对含量增大，从而导致稠油粘度进一步增大，流动性变差[1-3]。稠油中的重质组分还会在岩石孔隙表面吸附，渗流通道面积减小。另外，胶质、沥青质也会吸附在在无机颗粒上，形成包裹体，阻塞孔吼，这些原因都会造成生产井近井地带渗透率降低，导致产能严重降低。生物酶解堵剂具有较好的油砂分离功能，对重质烃类降解具有高效性和专一性，并且与常规修井作业相比具有对管柱腐蚀小、无需更换管柱、作业成本低等优点，随着人们安全环保意识的不断提高，生物酶解堵技术也越来越受到人们的青睐和重视[4-6]。

通过生物酶稠油降粘实验、生物酶洗油砂实验以及稠油堵塞与生物酶解堵模拟实验对生物酶的解堵效果进行研究，为了确保实验数据的准确性，采用了空白对照实验和平行实验的方法。研究发现生物酶具有降解稠油重质组分从而降低原油粘度、剥离岩石表面油膜、解除堵塞、增大岩心渗透率、驱替出水驱残余油的作用。通过一系列室内实验优化了生物酶解堵剂浓度，研究结果对生物酶稠油解堵剂的矿场应用具有一定的参考作用。

1 生物酶稠油降粘实验

1.1 实验条件

器材：恒温水浴锅、搅拌器、试剂瓶、NDJ-1旋转粘度计、烧杯、试管、量筒、温度计、玻璃棒、恒温箱；

试剂：生物酶解堵剂、蒸馏水、模拟地层水、模拟注入水、稠油。

1.2 实验步骤

（1）取14个试剂瓶，分为7组，分别编号为1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、5-1、5-2、6-1、6-2、7-1、7-2；

（2）用电子秤称取 70g稠油，分别加入到第1～7组试剂瓶中，并向第1～6组试剂瓶中分别加入80 mL浓度为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%的生物酶溶液，第7组瓶中加入80 mL蒸馏水作为对照样品；

（3）用搅拌器恒温低速搅拌试剂瓶中的混合液20 min，再将试剂瓶置于45 ℃恒温水浴锅中；

（4）分别在2、4、8、10、24、36、48、72、96、120 h之后用旋转粘度计测定原油粘度并记录实验结果。

1.3 实验结果及分析

表1是不同浓度的生物酶溶液作用120h后测得的稠油粘度，图1是根据实验数据做出的稠油粘度与生物酶浓度曲线。

表1 生物酶作用下120 h后稠油粘度Table 1 Heavy oil viscosity under enzyme function for 120 h

图1 稠油粘度曲线Fig.1 Crude oil viscosity curve

由表1和图1可以看出，在实验设定的生物酶浓度下，120 h后测定的原油粘度值随生物酶浓度的增加而降低，但当生物酶浓度大于2.0%后，原油粘度曲线变得平缓，表示随生物酶浓度的增加，原油粘度下降幅度变小，这说明存在一个最优的稠油降粘生物酶浓度，结合表1数据和图1曲线分析，认为此生物酶浓度为2.0%。

图2是不同浓度生物酶作用后原油粘度曲线，从图2可以看出，在0～8 h内，未添加生物酶的稠油与添加了生物酶的稠油粘度都急剧增大，对出现该现象的原因进行分析，认为是初始时刻的搅拌过程对稠油重质组分造成了剪切破坏，稠油粘度降低，停止搅拌后的 0～8 h，被破坏的结构重新聚集，原油粘度重新恢复，但是添加有生物酶的原油粘度增幅相对缓慢，可见生物酶在该时段内起到了降低原油粘度的作用。8 h以后，未添加生物酶的原油粘度基本稳定，而添加了生物酶的原油粘度随时间逐渐降低，可见生物酶起到了稠油降粘的效果。

图2 原油粘度曲线Fig.2 Crude oil viscosity curve

从图2可以看出，生物酶与原油混合后的72 h以内是生物酶降粘作用最高效的时期，当作用时间超过72 h后，原油粘度变化幅度不明显，但依然能使原油维持在较低粘度的水平。对比 2.0%和 2.5%生物酶浓度作用下的原油粘度，生物酶浓度为2.5%时，生物酶的降粘作用时间提前，但在2.0%与2.5%两种浓度的生物酶作用下原油粘度降低幅度基本相同。

2 生物酶洗油砂实验

2.1 实验条件

器材：移液管、烧杯、试管、量筒、电子秤、玻璃棒

试剂：生物酶解堵剂、蒸馏水、砂粒、稠油

2.2 实验步骤

（1）用电子秤称取40 g稠油和160 g砂粒放入烧杯中并用玻璃棒搅拌均匀，再放入 45 ℃恒温箱中老化4 d；

（2）取10支刻度试管，分别编号为1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、5-1、5-2，向每支试管中加入5 g油砂；

（3）向第1组试管中加入5 mL蒸馏水作为对照，向第2-5组试管中加入5 mL浓度分别为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的生物酶溶液；

（4）将试管放入45 ℃恒温箱中，分别在4、8、24、48、72、96、120 h观察试管中的现象；

（5）在120h取出试管，用吸水纸吸取试管上部的油膜，再将试管放入恒温箱中，使试管中的水分充分蒸发；

（6）用电子秤称量烘干后的试管和其中油砂的重量，记录实验结果。

2.3 实验结果及分析

实验数据见表2、图3。

表2 洗油砂实验结果Table 2 Experimental results of washing the oil sands

图3 生物酶浓度与洗油效率关系曲线Fig.3 Enzyme concentration and washing oil efficiency curve

从图3可以看出，洗油效率随着生物酶浓度的增加而增大，但当生物酶浓度增加到2.0%以后，即使继续提高生物酶浓度，洗油效率增加幅度不明显，综合考虑生物酶稠油降解效果以及经济因素，认为2.0%是洗油砂的最佳生物酶浓度。

图4是生物酶洗油砂实验实拍图，左侧6支试管添加中为油砂与不同浓度的生物酶溶液，右侧2支试管为空白样品（未加入生物酶），通过对比油砂颜色可以看出，在实验温度下，生物酶具有从岩石表面剥离油膜的能力。

图4 生物酶洗油砂实拍图Fig.4 Enzyme washing oil sands

3 稠油堵塞与生物酶解堵模拟实验

3.1 实验条件

器材：恒温箱、驱替泵、活塞容器、真空泵、游标卡尺、岩心夹持器、压力传感器、手摇加压泵、电子秤、试管、量筒

试剂：生物酶解堵剂、蒸馏水、模拟地层水、模拟注入水、人造岩心（规格Φ2.5 cm×9～15 cm）、砂粒、稠油

3.2 实验步骤

（1）测量岩心长度L1、直径d1、质量m0，将岩心用地层水饱和，用电子称称量饱和地层水后岩心质量mB，同时配制浓度为2.0%的生物酶溶液；

（2）将恒温箱温度设置在45℃，按图5接好岩心流动实验装置，并将模拟地层水装入活塞容器；

（3）排掉实验装置中的空气，用0.3 mL/min的排量对驱替岩心，记录稳定压力P0，根据达西定律计算岩心渗透率K0；

（4）对岩心饱和原油，并模拟水驱油，直至出液中含水率为100%结束，全过程记录采出液中的水量、油量以及驱替压力，流量0.3 mL/min，根据水驱稳定压力值P1，计算模拟稠油重质组分堵塞后的岩心渗透率K1；

（5）将岩心夹持器中的岩心取出并反方向放入岩心夹持器中，卸下装有注入水的活塞容器，连接装有生物酶的活塞容器，注入0.3 PV的生物酶溶液；

（6）岩心老化72 h后，按照步骤（3）的实验方法，记录相关数据，根据后续水驱稳定压力 P2计算生物酶作用后的岩心渗透率K2；

（7）选取不同岩心，依次重复上述步骤进行实验，记录实验结果。

图5 室内模拟装置连接示意图Fig.5 Indoor simulator diagram

3.3 实验结果及分析

根据测得的驱替压力P0、P1、P2以及岩心长度L，截面积 S等数据，结合达西定律可计算出岩心的初始渗透率K0、稠油堵塞后渗透率K1和生物酶解堵后渗透率 K2，从而计算出岩心的封堵率 R封堵和渗透率恢复率R恢复：

为了更加直观比较生物酶解堵效果，引入渗透率提高率R提高：

根据实验所得数据，计算出不同岩心的封堵率与渗透率恢复率，实验结果见表4。

表4 堵塞与解堵模拟实验数据Table 4 Plug and removal simulation experiment data

由表4可以看出，模拟稠油堵塞后岩心渗透率K1比初始时水测渗透率 K0明显降低，这说明稠油可造成岩心堵塞，导致渗透率降低，注入生物酶解堵剂并作用一段时间后，岩心渗透率K2明显增大，说明生物酶具有对稠油重质组分堵塞地层的解堵能力。

图6是不同岩心封堵率、解堵率、生物酶作用后渗透率提高率柱状图，在图6中，编号为1~6的岩心初始水测渗透率 K0分别为47.66×10-3、43.85×10-3、21.26×10-3、18.73×10-3、5.67×10-3、6.35×10-3μm2，可以看出，岩心渗透率对生物酶解堵效果存在影响，虽然渗透率恢复率随着岩心渗透率的减小而减小，但使用生物酶解堵剂作用后的渗透率提高率反而增大，分析认为出现该现象的原因是对于渗透率较小的岩心，稠油重质组分造成的地层伤害比较严重，生物酶的解堵效果较好，而对于渗透率相对较大的岩心，造成渗透率降低的主要原因是微粒的运移，生物酶的解堵作用效果有限。

图6 岩心封堵率与渗透率恢复率柱状图Fig.6 Core plugging rate and permeability recovery rate histogram

在室内模拟解堵室内中还发现，使用生物酶还能驱替出部分水驱残余油，能够在水驱基础上提高采收率，说明生物酶具有解堵和驱油的双重功效，考虑还可以将生物酶作为提高采收率的驱替剂。

4 结 论

（1）生物酶浓度为2%时，生物酶解堵剂对稠油重质组分堵塞具有一定的解堵效果。

（2）在注入生物酶之后0～72 h的时间范围内，是生物酶发挥作用的最高效时期，该结论对于生物酶解堵剂的矿场应用时确定合理的关井时间以及注入速率具有参考作用。

（3）生物酶能从岩石表面剥离油膜，具有解堵和驱油的双重功能，因此也可考虑用作驱油剂。

［1］ 杨德华，董治学，罗波. 生物酶解堵技术现场试验研究[J]. 石油天然气学报，2008，30(06): 321-323．

［2］ 苏崇华. 生物酶解堵增产研究与应用[J]. 石油钻采工艺，2008，30(05)：96-100．

［3］ 邵立明. 生物酶解堵剂在胜利油田的应用[J]. 精细石油化工进展，2012，13(11)：5-7．

［4］ 詹立坚. 生物环保酶解堵技术在扶杨油层的应用[J]. 长江大学学报（自然版），2014，11（14）：71-72.

［5］ 孔金，李海波，周明亮，等. SUN生物酶解堵剂及其在胜利海上油田的应用[J]. 油田化学，2005，22(1)：23-24．

［6］ 王建国，吴超. LS生物酶油水井解堵技术及其应用[J]. 大庆石油学院学报，2009，33(5)：82-85．

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Experimental Study on Enzyme Plug Removal Agent of Heavy Oil

TUO Wei-zhi，REN Jin-ming，ZHONG Ting，LAN Mei-li，WANG Peng，YUAN Ze-bo

（Oil & Gas Engineering Research Institute of Tarim Oil Field, Xinjiang Korla 841000，China）

Heavy oil typically has high resin and asphaltene content. During the development of heavy oil, the plug near wellbore caused by the factors such as temperature and pressure change can easily increase the filtrational resistance, and can short production cycle. The enzyme has good oil-sand separation function and can degrade hydrocarbons. Through heavy oil viscosity reduction experiment by enzyme, washing oil sands experiment by enzyme and heavy oil plug and plug removal simulation experiment, the plug removal effect of biological enzymes was studied. Experimental results show that the enzymes can reduce the viscosity of crude oil, and has the ability to peel oil film from the rock surface. The indoor experiments show that, when enzyme concentration is 2%, the enzyme has better effect on heavy oil viscosity reduction and washing oil sand, and the cost is relatively low. Indoor plug and plug removal simulation results show that core permeability has influence on the enzyme plug removal effect, when core permeability is 5×10-3~20×10-3μm2, formation plug caused by heavy component is more serious, the plugging removal effect of biological enzymes is better. In addition, for the core whose produced liquid water content rate is 100%, injecting enzymes can drive a certain residual oil, so it’s proved that the enzyme has the double effect of plug removal and flooding.

enzyme; plug removal; heavy oil; indoor experiment

TE 357

A

1671-0460（2016）12-2783-05

2016-06-07

庹维志（1989-），男，湖南省常德市人，助理工程师，硕士研究生，2015年毕业于东北石油大学油气田开发工程专业，研究方向：从事提高油气采收率理论与技术研究。E-mail：tuoweizhi@qq.com。