非常规致密储层压裂液伤害的微生物修复方法及机理研究

The exploration and development of unconventional oil and gas resources has currently become a new research hotspot, and fracturing is the necessary means for the development of unconventional tight oil and gas resources. However, the fracturing fluid and its residue and filtrate etc. would easily cause serious damage in the unconventional tight reservoirs, which greatly influences the fracturing effect and oil and gas production. This technical problem relates to the success or failure of the fracturing and development of unconventional tight reservoirs. In the current project, a new method, i.e., microbial remediation of fracturing fluid damage in unconventional tight reservoirs is proposed, and the microbial remediation mechanisms will be investigated systematically. First, by means of microbiology, the fracturing fluid degradation strains system with high efficiency and heat resistance will be established. Then using the self-designed microscopic visualization model and microfluidic chip model which can reflect the fracturing fracture characteristic in unconventional oil and gas reservoir and combined with the laboratory experiments, the mechanisms for microbial remediation of fracturing fluid damage and their influencing mechanisms under complex multi-factor conditions will be elucidated. Through laboratory core physical simulation technology, the related technical parameters will be optimized. The aim is to build the technique system and method for the microbial remediation of fracturing fluid damage in unconventional oil and gas reservoir. The research results will lay a theoretical foundation for the industrial application of the microbial remediation of fracturing fluid damage in unconventional tight reservoirs, and thus promote the basic research for the application of microbial technology in the development of unconventional oil and gas.

非常规油气资源已成为当前勘探开发的新热点，压裂改造是目前非常规致密油气开发的必备手段。但压裂液及其残渣、滤液等极易造成非常规致密储层伤害，严重影响压裂效果和油气产量，是非常规油气开发中存在的技术难题，关系到非常规致密储层压裂和开发的成败。为此，本项目提出非常规致密储层压裂液伤害的微生物修复新方法，并系统开展微生物修复机理研究。采用微生物学手段，构建适应非常规致密储层条件、满足技术要求的高效耐温压裂液降解微生物菌种体系；利用自主设计构建的非常规致密储层压裂裂缝微观可视化模型和微流控芯片模型并结合室内评价实验，阐明复杂多因素条件下微生物修复压裂液伤害的机理及其影响机制；通过室内岩心物理模拟技术，优化相关工艺技术参数，建立微生物修复非常规致密储层压裂液伤害的技术体系和工艺方法，为非常规致密储层压裂液伤害微生物修复方法的工业化应用奠定理论基础，促进微生物技术在非常规油气开开发中的应用基础研究。

随着油气勘探开发的不断深入以及对能源需求的日益增加，低渗、致密油气等非常规油气资源已成为当前勘探开发的新热点。目前，压裂改造是非常规油气资源开发的必备手段，通过压裂改造可以增强非常规油气储层的渗流能力，使油气井能够达到工业油气流标准，从而提高油气井的生产能力。但是，压裂液及其残留物极易引起储层的严重污染和堵塞，极大地影响压裂效果和油气产量。储层压裂液伤害的微生物及其酶修复技术是本文提出的一种新型压裂液伤害治理技术，其原理是针对胍胶压裂液的易生物降解特征，利用微生物自身的繁殖、运移和代谢，通过微生物及其酶在裂缝中对胶团、残渣、滤饼等不溶性压裂液残留物的降解作用，促进压裂液残留物降解和返排，从而提高裂缝和基质的渗流能力，最终达到改善压裂开发效果和提高油气产量的目的。微生物对储层多孔介质的修复技术非常复杂，合理认识和科学描述其技术方法和修复机制是决定微生物修复储层压裂液伤害技术应用前景的关键。本文首先系统地研究分析了胍胶压裂液的理化性质，探索出提高胍胶压裂液热稳定性的新方法，并依此设计出以胍胶为唯一碳源的耐温型微生物培养基进行胍胶降解菌的分离和分子生物学鉴定，建立起胍胶降解菌的菌种体系，并结合储层环境特征深入研究了储层环境因素对微生物生长的影响，通过在不同培养基中的生长曲线研究了微生物以胍胶为唯一碳源时的生长特征；其次，通过胍胶降解菌的产酶曲线筛选胍胶降解酶的高产菌株，分离制取粗酶制剂，研究其酶促反应的动力学特征，优化产酶菌的产酶条件，再结合储层环境特征深入研究了储层环境因素对酶促反应的影响；然后，通过微生物降解过程中胍胶的理化性质的变化揭示了微生物降解胍胶压裂液的生化机理，并通过酶降解过程中胍胶的理化性质的变化阐述了酶降解胍胶压裂液的生化机理，根据压裂液伤害形成的主要成因，通过对微生物及其酶降解胍胶残渣过程中残渣总量和残渣粒径的变化研究微生物及酶对胍胶压裂液残渣储层伤害的修复机理，并通过微生物及酶降解胍胶滤饼的过程中胍胶滤饼厚度和滤饼脱附的分析，研究微生物及酶对胍胶压裂液滤饼储层伤害的修复机理；最后，构建PDMS微流控微观模型，通过有无胍胶降解酶时微观模型上注入压力变化研究胍胶降解酶在孔隙中对胍胶压裂液的降解作用，通过人造岩心实验模拟压裂液伤害的形成过程和微生物及酶的修复过程，评价微生物及酶对储层压裂液伤害的修复效果。