文摘

封堵效果区域内提高原油采收率的油藏是一种简单的方法通过低渗透注水转移液体oil-saturated区烃位移,从而增加改善波及效率。Sporosarcina巴氏(写明ATCC 11859)是一个nitrogen-circulating细菌能够沉淀碳酸钙钙离子源和尿素。这种微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)能够加密多孔介质的孔隙空间,因此可以作为潜在的微生物封堵剂提高波及效率。以下探讨MICP-plugging的微观特征,渗透率降低其有效性。我们制造人工岩石核心由渥太华砂与三个不同粒径分数代表大型(40/60网沙),中间(60/80网沙),和小(80/120网沙)孔隙大小。结果表明显著减少后渗透率只有短期的MICP治疗。具体来说,八个周期的微生物处理后(约4天),人造岩心的渗透率代表大,中间,和小孔径最大限度地降至47%,32%,和16%的个人初始渗透率。x射线衍射(XRD)表明,大多数生成的碳酸钙晶体发生球霰石只有少量的方解石。成像通过SEM表明,孔壁是由碳酸钙薄膜涂层水晶球霰石和方解石散布在孔壁和行为有效地堵塞孔隙空间。微生物的分布格局和形态CaCO介导的₃表明MICP更高效率与胞外聚合物相比,堵塞毛孔物质(系统)目前的主要微生物封堵剂用于提高波及效率。

1。介绍

石油已经并将继续发挥主导作用在全球能源系统与各种技术用于增强其复苏。通常,油藏开发涉及主要通过一系列的生产阶段,二次和三次开采技术(1]。主要的连续使用二次开采油藏可能只产生~ 20% ~ 50%的原始地质储量(2]。强化采油,也称为采油(采油),使用复杂的技术来恢复石油库区锁定,不能在中小学阶段的经济复苏中提取(3]。三次采油的目的是不仅恢复地层压力也提高驱油或储层流体流动(4]。四个主要类型的化学驱三次采油操作气体置换(混相驱、非混相驱)、热回收(驱或原位燃烧),和微生物提高原油采收率5]。

微生物提高原油采收率(优势)是一个基于生物技术组成的操纵原生微生物环境的功能和/或结构存在于油藏(6- - - - - -8]。具体来说,选择微生物能够代谢碳水化合物产生有机溶剂或分泌微生物介导的产品可以改善原油的流动性或者有选择地插头的效果区油藏提高扫描效率(9,10]。波及系数是用来衡量在多大程度上取代流体与储层的含油部分(11),是影响原油采收率的关键指标之一(12]。异构水库阻碍波及效率,因为注水液体通过效果优先传播“贼区”没有席卷低渗透性oil-saturated区。因此,效果贼的堵塞区域必然转移通过低渗透注水液体oil-saturated区域内的储层(13]。这同样导致流动分为高和低渗透性地层,使注水均匀水库和一种改进的“扫扫描效率。“因此,简单的封堵效果的“贼区”是最合理的,也最简单可行的方法来提高“扫描效率”,从而提高原油采收率。

在这项工作中,我们调查的可行性生物矿化的方法来填补效果区油藏。生物矿化的研究表明,某些特定的微生物菌株能够诱导碳酸钙沉淀的酶法水解尿素和生物钙离子。这种生物过程通常被称为微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)Sporosarcina巴氏最常用于MICP [14]。这种细菌可以分泌高度活跃的脲酶的代谢过程。这种酶可以催化尿素水解成氨(NH)₃)和二氧化碳(有限公司₂)。这些水解产品然后扩散到细胞周围的解决方案并及时水解(NH铵₄⁺)和碳酸盐岩(有限公司₃^{2 -})。当这种水解反应发生在周围的溶解钙离子的存在,碳酸盐与钙离子反应生成碳酸钙(CaCO₃)[15- - - - - -17]。氢氧化(哦^{- - - - - -})生成尿素的水解导致pH值的增加,为碳酸钙沉淀提供了有利条件。碳酸钙在细菌的浓度超过其饱和时,碳酸钙过饱和首先转换成无定形沉淀(CaCO₃·H₂O),然后用微生物自发地转换成球霰石和方解石的成核网站(18]。Sporosarcina巴氏MICP过程提供了脲酶的水解尿素也充当CaCO的结晶的成核点₃。微生物的生化过程诱导碳酸钙沉淀如图1。与化学合成碳酸钙,这个微生物介导的碳酸钙展品高内聚性和机械强度,因此可以作为生物堵塞剂,降低了多孔介质的渗透率(19,20.]。此外,Sporosarcina巴氏可以忍受,并有很强的生物活性在高碱性或酸性条件和高盐度(21]。因此,这种微生物相互作用的潜在的选择性封堵效果贼区。

以下探讨MICP-plugging的微观特征,渗透率降低其有效性。具体地说,Sporosarcina巴氏被用作这些pore-plugging /微生物股票闭塞实验。渥太华砂由三个独立的粒径的骨料分数代表大(40/60网沙),中间(60/80网沙),和小(80/120网沙)孔隙尺寸调查的功效和microprocess MICP-plugging由于不同生物周期。

2。材料和方法

骨料渥太华砂符合三个独立的体积分数(40/60网,60/80的网格,网格80/120)变量被用作人造岩心孔隙大小检查的有效性MICP削减渗透率不同持续时间的微生物治疗。

2.1。细菌培养

Sporosarcina巴氏用于本研究从美国获得类型文化集合(冻干,写明ATCC 11859)。生长培养基是NH4-YE液体介质(写明ATCC 1376)。细菌培养是培养在30°C摇晃水浴(200 r / min) 36-48 h在收获 。OD_600年是一个缩写代表一个样本的光学密度测量的波长600 nm。它是一个标准的测量方法估算细菌或其他细胞的浓度在液体(22]。悬浮细菌溶液文化然后在4000 g离心两次30分钟,去除上清液,补充新鲜NH4-YE增长媒体每次离心后。在离心过程中,细菌的解决方案是储存在4°C之前MICP治疗。

2.2。人为核心组装

渥太华砂骨料被用作人工核检查MICP治疗的疗效。渥太华砂是一种天然near-spherical near-pure石英砂从渥太华,伊利诺斯州,圣彼得的形成(23]。沙子渗进的三个粒度分类:80/120网(0.180 mm - 0.125 mm),网格(0.250 mm - 0.180 mm), 60/80和40/60网(0.425 mm - 0.250 mm),它被用作人工核心反映了三种不同的孔隙大小分布。已筛渥太华砂是浸泡在盐酸溶液(5 mol / L)去除多余的矿物质。材料然后在去离子水清洗,干在105°C MICP治疗前24小时。圆柱形PVC管(1英寸(25毫米)内径和12英寸(300毫米)的长度)作为实验核心持有人与沙列10英寸(250毫米)。每个粒度分布是准备为三个相同列不同微生物的暴露疗法。每个大小的粒子的初始孔隙度总分数由氦porosimetry决定。孔隙度测量的样品/粒子装配过程是一样的,对于后续MICP实验的样本平衡重量100克和手动振动1分钟。测量的初始孔隙度和渗透率列如表所示1。

2.3。列Bead-Pack流装配和实验过程

实验装置如图2。的Sporosarcina巴氏悬架,固定液(0.05 mol / L CaCl₂),(1.0 mol / L CaCl胶结的解决方案₂和1.0 mol / L尿素)顺序注入样品从底部进入核心持有人蠕动泵。钙离子稳定的解决方案可以提高细菌的粘附粒子的表面以及细菌絮凝(24]。沙列透水缓冲层流体入口和出口列夹在中间。一个标准的注射过程如下:(一)60毫升细菌悬液第一次被注入到列0.5毫升/分钟的速度(b)每个样本然后站了两个小时,让细菌附着在颗粒的表面(c)10毫升的固定液注射0.50毫升/分钟的速度(d)最后一步是注射100毫升的胶结方案0.50毫升/分钟的速度

(模拟)构成一个MICP-cycle的步骤。这些沙子流过所有三个粒度分布列单独执行4,6,8注射周期来表示各种生物处理时间。注射执行不断,没有两个后续周期之间的间隔。

MICP治疗后,每一列是解剖纵向分成五个等长段(2英寸长(50毫米))来测量渗透率和碳酸钙每个部分的内容。稳定流的渗透率测量基于达西定律(25]; 在哪里磁导率,体积流率,是液体的动力粘度,样品的长度,是压差,的横截面积。

碳酸钙(CaCO₃)内容由沉浸了少量的每段到5.0 mol / L盐酸完全去除碳酸盐,然后测量治疗前后质量差。碳酸钙含量决定如下: 在哪里碳酸钙含量,和代表样本之前和之后的干重沉浸在盐酸,分别。

3所示。实验结果

测量渗透率如图3。总的来说,和样品的渗透率三孔隙大小分布减少注入养分累积量的增加。具体来说,人造岩心的渗透率包含大毛孔(40/60网砂)4、6和8个周期MICP-treatment 11.39 ~ 13.49 D, 9.17 ~ 12.18 D,分别和7.40 ~ 9.92 D。岩心的渗透率包含中型毛孔(60/80网砂)1.83 ~ 1.96 D, 1.33 ~ 1.69 D,和0.81 ~ 1.06 D,而核心代表最小的大小的孔(80/120网砂)0.74 ~ 0.92 D, 0.51 ~ 0.66 D, 0.18 ~ 0.33 D。

渗透试验后,碳酸钙(CaCO₃)检查每一部分内容。每一部分的碳酸钙之间的通信内容和渗透率如图4。总的来说,CaCO₃质量的内容在每个孔隙大小型的数量增加而MICP-treatment周期。无量纲相对渗透率( )是用来比较规范化的有效性堵在这三种孔隙大小的核心,在哪里代表的初始渗透率未经处理的核心。碳酸钙含量较低(少周期),规范化渗透率降低这三个样品的孔隙大小基本一致。当碳酸钙含量积累到一定水平时,渗透率的变化较小的孔隙大小的样本表明更大的敏感性在渗透率CaCO同等增加₃质量比大孔隙大小。这是符合一个更大的孔喉直径的减少发生的较小的孔隙的喉咙。

4所示。显微分析

我们确定矿物类型包括生成的碳酸钙粉基质的x射线衍射(XRD)。碳酸钙沉积的微观结构及其分布在孔隙空间检查通过扫描电子显微镜(SEM)来定义微观过程微生物引起的堵塞。

4.1。晶体结构和分布的微生物诱导碳酸钙

如图5XRD结果表明,矿物成分的biotreated标本包括石英、球霰石和方解石。石英是矿物成分代表组成人工的渥太华砂芯。球霰石和方解石,代表两种多晶型物的碳酸钙,是微生物产生的组件。XRD结果还表明,超过90%的碳酸钙晶体球霰石。我们检查的微观形态学CaCO生成₃以及其分布在孔隙空间使用扫描电子显微镜(SEM)。如图6球(球霰石)和立方(方解石)碳酸钙晶体生成和不规则地分布在粒子表面。此外,由碳酸钙粒子表面包膜的电影。

4.2。微生物介导的碳酸钙堵塞的过程和机制

我们的特点在于微观CaCO积累₃SEM图像之间相比之下60/80网沙生物处理后4,6,8周期(数字7(一)- - - - - -7 (c))。的数量和规模near-spherical碳酸钙晶体(球霰石)显著增加,越来越多的生物处理周期,有效堵塞孔隙空间。基于SEM图像,促进biogenerated碳酸钙沉积的机制孔隙空间的描述如图8。微生物首先坚持粒子的表面,逐渐诱导碳酸钙的生产与供应的尿素和钙离子。碳酸钙在细菌的浓度超过化学饱和碳酸钙过饱和将改变成无定形沉淀产品然后用微生物晶体核和结晶形成薄层的碳酸钙(从a到b的过程图8)。与微生物中碳酸钙逐渐积累,一些碳酸钙晶体的成核网站将进一步优惠增长经验,导致大,占主导地位的晶体(从b到c过程图8)。随着这个质量继续积累,孔隙空间被遮挡,导致明显降低渗透性的合奏介质(从c到d图的过程8)。

5。讨论

在这项工作中,我们探索MICP-plugging的微观特征,渗透率降低其有效性。这种沉淀晶体生长模式,这是微生物介导,展品堵塞孔隙空间的高效。较大的孔隙空间中人工核心由窄孔隙喉咙相连,连接的关键控制合奏介质的渗透性。微生物派生的碳酸钙晶体不规则占据的孔隙空间,相邻孔之间的联系通过这些孔隙喉咙变得越来越tortuous-resulting孔隙连通性,因此渗透率下降。胞外聚合物物质(系统)相比,目前的主要微生物封堵剂用于提高波及系数,biomediated CaCO降水₃更有效地堵塞的形态、大小和生长特性。支付系统是糖残基组成的高分子量聚合物,是由微生物分泌的周边环境(26]。虽然系统和微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)生产微生物介导的产品,都有显著差异的物质成分和形态。系统通常保持更大的表面积,但纳米的厚度(200 - 1000 nm) [27,28)(图9),而单一microbial-CaCO₃晶体可以长到几十微米。沉淀的形态和形式的支付系统和MICP之间,后者似乎更有效地堵塞毛孔的喉咙。但这并不一定意味着MICP堵效果大于系统在实际应用中,许多的细节MICP仍然需要研究。

当MICP工程规模,实现目标的体积形成和渗透率之间的差异“贼区”和低渗透oil-saturated区在实施前应澄清MICP-thereby确定细菌的剂量/营养,运输距离,和治疗时间,所以细菌的解决方案完全可以席卷目标区域,防止过度治疗,可能运输细菌/营养液对低渗透区。因此,模拟MICP-implementation过程提前确定注入策略和监控注入流量和压力在MICP实现是必要的为“贼区实现准确的堵塞。“此外,这项研究只是一个初步演示的潜力MICP作为microbial-plugging剂提高波及系数,不充分考虑目标是裂缝性储层。断裂的水库和多孔水库在结构完全不同。MICP-plugging展品健壮的封堵效果在多孔水库,但并不一定保证高效插入裂缝储层。显然有必要单独研究的有效性和机制MICP-plugging骨折水库作为一个单独的话题。破裂孔、弯曲度和初始渗透率应追究其影响MICP-plugging有效性和微观行为。

6。结论

微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)是生物矿化的方法的选择性封堵各向异性油藏提高原油采收率。实验结果表明,8个周期的微生物处理后(约4天),人造岩心的渗透率代表大,中间,和小孔径最大限度地降至47%,32%,和16%的个人初始permeabilities-suggesting MICP堵一个健壮的有效方法。x射线衍射(XRD)表明,生成的碳酸钙晶体主要发生在球霰石的形式。这项研究揭示了堵塞的机理。微生物首先专注于孔壁,他们逐渐产生CaCO₃。随着生成CaCO₃不断增加,孔隙壁是由一层薄,基本上均匀的涂层碳酸钙。这一层通常是增强与不规则分布的碳酸钙晶体在孔隙空间作为封堵剂。之间的连接孔喉是打断了微生物派生的碳酸钙晶体,从而导致明显降低孔隙连通性和整体渗透率。支付系统的形态和大小和MICP,后者表示强势有效堵塞。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以在请求从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文的部分结果支持中国的国家科学基金会(国家自然科学基金委)51604051和重庆市自然科学基金cstc2018jcyjA2664之下。这种支持。