微生物采油机理及应用-石油技术

微生物采油机理及应用
随着世界经济的飞速发展,能源的生产与供求矛盾越发突出,石油作为工业发展的命脉,由于其储量的有限性,使得人们对它的研究和关注程度远胜于其它能源。

寻找有效而廉价的采油新技术一直是专家们不断探索的问题。

有资料表明我国原油开采采出率仅有30%左右,远低于发达国家50%-70%的采出率,高粘、高凝和高含腊的胶质沥青油藏为原油的开采带来诸多困难,而新型微生物采油系列产品对“三高” 油藏的开发具有较强的针对性,能使采出率大幅度提高。

定义
微生物采油技术是一项利用微生物在油藏中的有益活动来提高石油产来提高石油产量的三次采油技术。

将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入油层,或单独注入营养液激活油层内微生物,使其在油层内生长繁殖,产生有利于提高采收率的代谢产物,以提高油田采收率的方法。

微生物采油是技术含量较高的一种提高采收率技术,不但包括微生物在油层中的生长、繁殖和代谢等生物化学过程,而且包括微生物菌体、微生物营养液、微生物代谢产物在油层中的运移,以及与岩石、油、气、水的相互作用引起的岩石、油、气、水物性的改变【1】。

同时,微生物在油层中生长代谢产生的气体,生物表面活性物质,有机酸,聚合物等物质,这些微生物的代谢产物通过降低原油表面张力和粘度,可提高岩石孔隙介质中原油的流速,增强洗油和驱油效果,提高原油采收率。

来提高原油采收率的一种方法[2]。

机理
微生物的采油机理是什么?在大量研究的基础上,一般认为可能的机理有下几点:
(1)微生物生长代谢能降解原油的重组分变成轻组分, 产生的CO2、H2、N2、CH4 等气体增加油层压力, 并降低原油的黏度, 使其流动性变好。

(2)微生物生长代谢产生能促使油释放的代谢产物, 如低分子量的醇、有机物、生物表面活性剂等, 使油水界面张力降低, 从而使原油从岩石中释放出来;
(3)微生物代谢产生的生物聚合物可控制液体流动, 或者形成选择性封堵:
(4)溶剂性产物可溶解原油, 生成的CO2、H2、CH4 等小分子产物可起到溶解驱油的作用。

从已知的采油机理可知微生物提高采油率是一种多用途的技术, 应用该技术可以解决原油渗透率低、扫油效率低、流度比不利、气锥进、水锥进、圈闭渍及结蜡结垢等问题,具体到各种工艺, 微生物采油的机理又有所不同, 不同的工艺设计可以解决不同领域的问题, 这给油田操作者提供了广泛而多样的选择[3] 。

采油微生物产物分析
采油微生物代谢产物及其分析是研究微生物采油机理研究的重要理论基础, 包木太总结了以烃为碳源的采油微生物在模拟油藏条件下的主要代谢类型和对油藏的作用的基础上,概括了采油微生物代谢产物的定性和定量分析方法(短链有机酸分析-衍生化法、等速电泳法等)和生物表面活性剂样品的提取和分析方法(轴对称液滴分析法、快速液滴破裂实验法、直接薄层色谱法等) 以及生物气分析和有机物分析,同时指出了进一步详尽的研究采油微生物代谢产物对微生物采油机理的研究和不同类型油田的技术应用的意义。

微生物采油的方法及其优点:
微生物采油基本方法广义地说主要包括两大类:一类是利用微生物产品如生物聚合物和生物表面活性剂作为油田化学剂进行驱油,称为微生物地上发酵提高采油率工艺,即生物工艺法,目前该技术在国内外已趋成熟;另一类是利用微生物及其代
谢产物提高采油率,主要是利用微生物地下发酵和利用油层中固有微生物的活动,称为微生物地下发酵提高采收率方法。

狭义地说微生物采油是指利用微生物地下发酵提高采收率方法。

该方法与其他三次采油方法相比具有以下优点:(1)成本低廉,微生物采油技术施工简单,费用低,在无需改动管柱和修建大型地面设施的条件下,即可完成施工。

在低渗透油田具有良好的应用前景,经大庆油田和克拉玛依油田现场实验,投入和产出比可达1 ∶24。

(2)本质解决原油的高粘性。

相比其它方法暂时降低原油的高粘性,微生物采油技术可从本质上解决原油高粘性的问题,即选择性的将原油中的长链烃等重组分降解,转化为有机酸、多糖等可作为表面活性剂物质,同时产生物气增加地层压力。

(3)环境友好。

微生物采油不污染破坏油层,可在同一井中多次使用,且微生物的产物具备生物降解功能,作为解堵剂时也不会导致环境污染问题。

(4)无聚驱后堵塞问题。

(5)聚合物驱油后会仍有大量的剩余油残留在低渗透层中,切油层中滞留的聚合物还会给后续的驱油带来负面的影响,而使用微生物驱油无此问题,并且可将导致堵塞的聚合物分解。

【5】
微生物采油方法的局限性及采油中存在的问题微生物采油方法也有其自身的局限: 对于高温( > 89 ℃) 或高含盐量( > 10 %) 的地层通常不能适用; (2) 营养基中有时含有一定量的重金属离子, 可能对微生物有负作用; (3) 需进行实验室配伍性试验以及合理的工程设计, 其采油机理尚未完全探明证实; (4) 对特定油层的最佳微生物应用工艺尚在建立之中;
(5) 油田应用的筛选标准仍需不断改进; (6) 能可靠预测现场过程的地层模拟技术尚未开发。

微生物在井下的出现对石油开采既有有利的一面,又有不利的一面,具体地说不利方面有: (1)某些细菌能产生粘性渗出液即菌胶团,堵塞地层(2) 钢套管、油管及泵受到硫酸盐还原菌产生的腐蚀性化学物质的侵蚀,能使低硫原油性能变坏;(3)由于硫酸盐还原产生的H2S在地层中与铁反应生成硫酸亚铁黑色沉淀,经常堵塞污染生产管线;(4)有些微生物能导致用于EOR工艺的化学剂降解。

发展
目前,国外分离得到的自然采油菌主要有假单胞菌、芽孢杆菌、微球菌、棒杆菌、分歧杆菌、节杆菌、梭菌、甲烷杆菌、拟杆菌、热厌氧菌等。

采用基因工程学方法培育出的非天然存在的自然菌用于微生物采油即基因工程采油菌。

基因工程菌能够根据某种目标而进行培养,因此其往往具有独特的性能如耐高温、富产酸、富产表面活性剂等,能够增强微生物与原油的作用效果。

我国对微生物采油技术的研究始于20世纪60年代,进入20世纪80年代以后对该项技术的研究和现场试验工作逐渐活跃起来,取得了很多可借鉴性的工作,个别研究成果也达到了国际先进水平。

微生物驱油的数学模型
国外对微生物提高采收率的数学模型和数值模拟的研究始于20世纪80年代末和90年代初,随后许多学者相继发表了有关的研究结果以及相应的数学模型,这些模型多以黑油模型为基础,引入微生物生长方程,运移方程和渗透率变化方程。

雷光伦在参考国外微生物驱油数学模型和分析研究微生物驱油过程及机理基础上,首次提出了国内较完整的微生物驱油数学模型,是一个三维、三相、多组分产物与底物的微生物驱油数学模型,可计算微生物生长、运移和浓度分布等。

经初步计算结果表明,计算值与实验值基本一致。

鉴于微生物采油技术在我国的研究和应用现状,为了促进该技术短时间内能在油田开发中形成生产能力,最终实现微生物
采油技术的产业化,今后主要的研究工作应包括:
①建立采油微生物评价指标体系与评价标准;在此基础上分别确定稠油油藏、高含水油藏、聚合物驱后油藏等不同油藏条件的采油微生物评价指标体系与评价标准②继续进行采油微生物菌种筛选与培养,建成具有初步规模的中国采油微生物菌种库;③运用现代生物工程技术,对我国开发采油微生物工程菌的技术与经济及环境
问题做出可行性评价;④建立针对油藏条件确定采油微生物菌种的计算机专家系统,实现微生物采油油藏筛选与菌种库后选菌种匹配的智能化,完成采油微生物与油藏适应性的研究。

【4】
微生物采油技术应用领域及发展趋势
(1)应用领域,微生物采油技术的应用领域十分广泛,综合概括起来如下:单井增产措施,
微生物提高采收率驱,清蜡,改善粘度,控水,改善重油。

(2)发展趋势:由于微生物采油技术的综合性,复杂性和多学科行,其研究工作将出现出现
学科联合的现象,进一步加强微生物作用下水-油-岩的互相作用及其规律的研究,彻底查清不同地层条件下微生物提高原油采收率的机理,拓宽并完善微生物采油技术的筛选标准。

建立完善的用于微生物驱油的菌种库。

而采油微生物菌种评价,代谢产物分析,微生物驱油数值模拟技术的发展,将使微生物采油的经济型得到进一步的证明。

【6】
微生物直接驱油机理:
1.产生的表面活性物质将水驱条件下的不能流动的残余油乳化,增加原油流动性。

2.改变岩石表面润湿性,使油膜从岩石表面剥离,成为流动相。

3.生物气溶于原油降低其黏度,原油在生物气泡表面向前滑动而降低渗流阻力。

该技术适用于丰产期过后的油井,这类油井经过第一阶段的自喷,第二阶段的抽油之后,在颗粒接触的缝隙角隅处仍然存在有大量的残余油。

【1】本源微生物菜油技术的原理和应用常彦斌科技资讯2006 13
【2】微生物菜油增产机理及应用谈士海油气井测试2003/01 第12卷第一期46-48 【3】浅谈微生物采油李风华济宁师专学报第20 卷第 6 期
【4】微生物采油技术应用与发展动态郝桂玉,徐亚同,黄民生能源环境保护2004/04
18—2
【5】微生物采油在我国老油田增产中的应用刘亭亭内蒙古石油化工2008年19期【6】微生物采油技术的应用现状及发展趋势杜长荣李冰焦春
【7】微生物采油技术及应用康玉红王岚科苑论坛。