微生物采油现状及前景展望

微生物采油现状及前景展望

卢家亭,李　闽Ξ

(西南石油学院石油工程学院)

摘　要　介绍了微生物采油技术的基本概念,机理和发展现状,探讨了该技术的研究方法,优点和适用条件,并提出了微生物采油技术的发展前景及需要进一步解决的问题。

关键词　微生物采油;研究现状;前景展望

在世界范围内,原油经过一次采油和二次采油只能采出地下油藏30%～40%的原油。如何提高采收率,从地下采出更多的原油,多年来一直是世界许多国家不断研究的课题。为了提高采收率,人们对三次采油技术越来越重视。微生物提高采油率(M EO R)技术是利用微生物代谢产生的聚合物、表面活性剂、二氧化碳及有机溶剂等进行有效驱油的采油方法,是目前国内外发展非常迅速的一项提高原油采收率技术,是生物工程技术在油田开发领域开拓性的应用。近年来国内各油田都相继开展了微生物采油技术的研究,取得了一定的进展。加快国内微生物采油技术的发展,符合我国石油发展的需要,也有利于实现“稳定东部,发展西部”的策略[1]。

1　国内外研究概况

1.1　国外发展动态

利用微生物开采原油是一种具有100多年探索和矿场研究历史的技术。早在1895年,M iyo sh i就首先记载了微生物作用烃类的现象[2],1926年,B eck2 m an最早提出了用微生物提高原油产量的想法[3], 1946年Zobell获得第一项微生物采油专利[4],到了上世纪50年代,美国、前苏联及东欧国家相继进行了微生物采油的工业规模现场实验,多数取得了理想的效果。进入七十年代随着世界石油危机的爆发,世界各国更加重视对微生物采油技术的研究和应用步伐。上世纪九十年代微生物采油技术在美国及前苏联的矿场应用标志着工业化应用阶段的到来[5]。近十几年来,随着生物工程技术和信息技术等高科技在世界范围内的迅速发展,加上人们对M EO R技术认识的不断深化,美、英、俄、德、奥等国在M EO R 室内研究及矿场试验方面取得了令人瞩目的成果。现在M EO R技术已经在更多的国家的石油开采中得到应用,取得了很好的经济效益,同时许多大学和石油公司的实验室也加大了微生物采油技术的研究和开发力度,取得了许多可喜的研究成果。随着研究内容不断加深,研究领域也不断拓宽。

1.2　国内发展动态

我国对微生物采油技术研究较晚,1966年,新疆石油管理局开始利用微生物进行原油脱蜡技术的研究,被认为是微生物技术研究的开端。“七五”期间,M EO R被列为国家科技攻关项目[6],主要开展了以下工作:①微生物地下发酵提高采收率研究;②生物表面活性剂的研究;③生物聚合物提高采收率的研究;④注水油层微生物活动规律及其控制的研究。二十世纪80年代,大庆油田率先进行了两口单井微生物吞吐矿场实验,结果含水量下降,原油产量增加。“九五”期间,国内油田M EO R应用技术也已进入工业性应用阶段。大庆、胜利、大港、河南等油田,大庆石油学院等科研机构、采油厂都已制定了攻关项目,并且正在密切合作付诸实施。大港油田建立了厂,微生物菌液并率先进行了区块的微生物驱矿场先导试验。目前辽河油田、胜利油田、新疆油田等油田也在开展M EO R的室内研究与应用[7]。

2　微生物采油的基本方法和作用机理

M EO R是指利用微生物提高石油采收率的各种技术的总称。凡是与微生物有关的采油技术均属于M EO R。因此,广义地说,M EO R的基本方法主要包括两大类[6]:一类是地面发酵(地面法);一类是微生物地下发酵(油层法)。狭义地说,我们通常讨论的M EO R主要是指第二类方法,即微生物地下发酵(油层法)。现在地面发酵法也趋于成熟。

微生物采油的机理比较复杂,就目前所知可以概括为以下几点[7～8]:①微生物在生物代谢作用下所产生的酶类,可以裂解重质烃类和石蜡,使原油粘度、凝固点降低,从而改善了原油的流动性能;

②厌氧微生物在地层中生长代谢过程中,能产生CO2、N2、H2和CH4等气体,这些气体能保持和增加油层压力,并可溶于原油使其粘度下降;

③注入地层的微生物在其代谢过程中产生各种化学物质,生物聚合物及同重金属生成的沉淀物具有高效封堵作用,这对非均质油藏的注水调剖具有良好的效果;

④微生物中的厌氧菌产生的溶剂性产物能溶解石油,降低油水界面张力,微生物能吸附在岩石表面,在油膜下生长,最后把油膜推开,原油得到释放。

利用微生物提高采收率主要有四种方式[7]:

①微生物吞吐增油该技术是将微生物发酵液及营养液注入生产井内,关井一段时间(从数天到数周不等),让微生物进行发酵,然后再开井生产,如此循环。

②微生物调剖法该技术是把能够生产聚合物的微生物注入地层,使其在高渗透层内大量繁殖,从而可以起到封堵高渗透带的作用。该种方法比注入人工合成的有机聚合物或凝胶更为有效,而且不会造成地层的永久性破坏。

③微生物清防蜡微生物清蜡技术可以取代溶剂和分散剂的作用,并能基本上取代热油处理法。

④微生物水驱增油降水该技术是将菌种和营养液混合而成的微生物处理液注入处理的油层,其与油层作用产生的活性物质如表面活性剂、酸、醇,气体等通过物理化学作用将岩石表面吸附的原油释放出来,使原来不能流动的原油以油水乳状液的形式被注入到水驱生产井中,在生产井中被采出。

3　微生物采油技术应用的油层条件

M EO R技术属于三次采油技术,应用时一般选用地产井或者近枯竭井。与其他三采技术类似,在进行微生物处理前一般都要研究井史井况,然后根据一定的筛选标准,确定是否适用于微生物采油技术,针对具体的一口井确定采用何种微生物采油工艺,模拟井下油藏条件进行配伍性实验和单井注入实验,然后根据这些实验结果,提出矿藏工程设计方

42内蒙古石油化工 2006年第4期　Ξ收稿日期:2006-02-15

案,进行大规模的矿场实验,从而成为成熟的微生物采油技术[5]。由于微生物生长需要一定的环境条件,所以在使用M EO R 技术时必需选择适宜的油藏条件。这些条件包括温度、压力、矿化度、渗透率、含油饱和度、pH 值、

原油相对密度等。①温度。在所有的影响因素中,温度是影响微生物最为重要的一个因素。高温会引起微生物生长缓慢,甚至导致其死亡。油层温度以30～50℃为宜。最大最好不要超过120℃。②压力。10.5-21.0M Pa 的压力一般不影响微生物生长。在高压下微生物会变形,杆状的可变成球状的,微生物的耐压能力取决于其自身的物理条件。相应地根据压力与深度的函数关系,M EO R 适用的油层深度一般小于1500m 。③矿化度。适合微生物生长的盐水总矿化度应低于10000m g L ,盐度过高,不利于微生物的生长繁殖,另外底层缺氮和磷也不利于细菌生长。④原油密度。

原油的密度应小于0.9659g c m 3

。⑤pH 值。pH 值以中性最适合微生物生长,上下限一般在4～9,一般油层具备这一条件,同时很多微生物在很大程度上存在耐酸碱性。⑥渗透率及孔隙度。油层渗透率不

应低于0.05Λm 2

,孔隙度应大于15%,否则都会影响微生物在油层中的运移。

⑦饱和度。地层剩余油饱和度应大于25%。另外,地层不应该有其他对微生物有害的物质,如缓蚀剂、表面活性剂、杀菌剂等。⑧重金属含量。地层水中的重金属元素如砷、汞、镍等含量应低于10m g L 。其它需要考虑的地层条件还有地层水化学组份等。油藏是由固、液、气三相构成的,其物理化学性质对微生物的生长,繁殖和代谢活动有决定性影响。一般情况下,做一项有关地层流体和所用的微生物之间的配伍性试验(配伍优化)即能检验出微生物是否能适应这些条件。

根据以上分析,国内常用M EO R 适用的油层条件标准为:①油层温度≤120℃;②地层渗透率≥30×10-3Λm 2;③地层水矿化度≤150000m g L ;④原油粘度≤4000M Pa ・s 。

4　微生物驱的优点及不足

相对与其他三采技术,微生物采油技术有很多优点:①它对边际生产油田具有经济吸引力,成本低,见效周期长;②所需设备简单,采用传统的注水地面设备即可达到施工要求;③微生物培养物注入液成本低廉且不受原油价格影响;④可用于各种类型的原油(如重质油、轻质油等);⑤对地层伤害小,相对来说对环境污染小,并且可以在同一口井中多次使用;⑥微生物体积小,运移能力强,能进入其他工艺不能触及的死角和裂缝。因此,M EO R 是一项具有光明发展前景的三次采油技术。

但是M EO R 技术也有其局限性[10]:①微生物在温度较高、盐度较大、重金属离子含量较高的油藏条件下易于遭到破坏;②微生物产生的表面活性剂和生物聚合物有造成沉淀的危险性;③培养微生物的条件不易把握;④微生物采油技术在冬季不易施工。5　微生物采油技术发展展望

经过一个世纪的发展,微生物采油技术已日趋成熟。世界上许多国家都开展这项技术的研究实验,大都获得了比较满意的增产效果,尤其是对稠油油藏的开采,更是其他方法无法比拟的。如今我国大多

数油田都进入了三次采油阶段,产出液含水达到

90%以上,可以考虑运用微生物采油技术进行采油。同时我国稠油资源分布很广,地质储量达16.4亿吨,陆地稠油约占石油总资源的20%,胶质和沥青的含量较高的稠油产量约占原油总量的7%,这些都为微生物采油提供的了广阔的应用前景[11]。

在研究工作方面建议主要进行以下方面的内容:

①培养耐温、耐盐、耐重金属的易培养菌种。在微生物活化过程中,需加入微生物生长所必须含N 、P 等的营养物质,研究并找到低廉易得的营养物质,对于降低该技术成本具有重大的意义。

②微生物提高采收率的机理研究。M EO R 应用技术正在日臻完善之中,但微生物驱油机理方面的研究仍有待进一步加强和深入。为进一步提高采收率打好基础。

③认清并掌握注入微生物组分与盐水的复杂的相互作用,以及微生物在孔介质中的运动规律,建立微生物作用的数学模型,开发模型软件。

④采油微生物评价指标体系和评价方法研究与评价标准的制定

⑤由于其综合性、复杂性和多学科性,需要微生物学家、石油工程专家、石油地质学家和有机地球化学专家的通力合作,协同攻关。

⑥微生物采油工艺技术及配套设备的研究。M EO R 技术经过一个多世纪的研究和发展,已经取得了辉煌的成绩,成为一种具有十分巨大潜力的采油技术,随着世界原油价格的不断攀升和世界能源消耗的不断增长,世界各国必将对提高原油采收率的微生物采油技术更加重视,相应的加大其投资力度,与此同时随着人们研究的深入和实践的不断积累,微生物采油技术将产生新的飞跃,必将为世界石油工业的发展发挥更大的作用。

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Progress and Prospect of M icrobi al Enhance O il Technology

Abstract :T he general descri p ti on ,basic p rinci p le and developm ent h isto ry of the m icrobial enhanced o il recovery

(M EOR )techno logy w ere review ed .T he research m ethod ,advantages and app licati on conditi on of M EOR w ere discussed .T he developm ent p ro spect of M EOR in the future w as described .

Keywords :m icrobial enhanced o il recovery current research situati onfo reground

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2　2006年第4期 卢家亭等　微生物采油现状及前景展望