最新微生物驱油技术综述

摘要相对于常规提高采收率技术, 微生物采油有2 个优点, 即微生物不会1

消耗大量能源且其使用与油价无关。微生物能以油藏里的物质为营养代谢, 在2

发酵过程中排出生物气, 占据部分储层空间, 或形成人工气顶。微生物还可以3

堵塞油层的高渗透通道。微生物在油藏整个水相里都发挥作用, 包括水与岩石4

界面和油水界面, 并可以受控地在分子和孔隙微观水平上连续产出气体、溶剂、5

表面活性剂以及其他生物化学剂，驱替石油。日本和中国用优选的微生物菌种6

注入油藏进行矿场试验, 结果提高采收率15 %～23 % 。但是微生物采油也有一7

些局限性, 所以应该加强目前进行的微生物驱油模拟研究, 确定最好的菌种、8

营养物、代谢和生理特征, 使微生物驱油开采技术获得较高成功率。

9

一、微生物采油原理

10

为了让微生物快速繁殖和生长, 研究人员用各种方法往油藏里注入营养物, 11

激活这些微生物。有些微生物能以油藏里的物质为营养代谢, 在发酵过程中排12

出生物气, 占据部分储层空间, 或形成人工气顶。

13

微生物还可用于堵塞油层的高渗透通道。在多年注水开发后, 注入水会绕过14

渗流阻力高的含油部位, 沿渗流阻力最小通道流动。微生物数量在这个通道中15

也很多, 可以在注入水中添加营养物激活微生物。微生物的繁殖造成其数量猛16

增, 封堵无效循环的水路, 扩大波及体积, 提高注水效率。

17

大多数微生物具有天然依附于岩石表面的倾向, 不在液体中自由浮动。油藏18

里, 微生物吸附在岩石表面并繁殖, 产生胞外多糖, 促进了菌体在岩石表面的19

吸附作用, 形成生物膜, 起到对菌体保护的作用, 并加快细菌更好地利用营养20

物等资源。随注入水进入油藏的细菌将在原来的生物膜上流过, 有时微生物也21

会从生物膜中分离出去并与注入水一起渗流, 或者到油藏深部。

22

从物理化学原理方面看, 促使微生物增长并释放原油的机理与常规EOR 技术23

基本是一样的。尽管泄油机理相似, 但其他方面却有很大差异。常规的非微生24

物提高采收率技术是通过井口大量注水, 而微生物在油藏整个水相里都发挥作25

用, 包括水与岩石界面和油水界面, 并可以在受到控制的情况下在分子和孔隙26

微现水平上连续产出气体、溶剂、表面活性剂以及其他生物化学剂。这些生物27

生成物都有已知的泄油机制, 对石油具有化学和物理作用。

28

二、微生物驱技术分类

29

微生物可以在油藏中也可以在地面增长。地面培养时, 可以分离和收集微生30

物的代谢产物, 经过加工和处理再注入到油藏里驱油。

31

从专业角度来看, 微生物驱油有些类似于地下生物改造作用。注入的营养物32

与本源或外源微生物一起促进地下微生物的增长和代谢产物, 使更多原油流动, 33

通过油藏降压作用、界面张力/ 油相降粘以及选择性堵塞高渗区来提高剩余油34

流动性。另外, 经发酵后的活微生物再注入油藏也能达到增采的效果。

35

微生物在地下不但要生成原油流动所必需的化学物, 而且要在油藏环境下繁36

殖增长。在微生物驱油过程中, 要经常注入营养物保持微生物代谢作用, 有时37

还往油藏注入可发酵的碳水化合物作为碳源。有的油藏还需要无机营养物作为38

细胞生长的基液或者作为有氧呼吸的另一种电子受体。

39

三、油藏特征与效果

40

在注微生物前, 必须确定油藏的特征, 如矿化度、p H 值、温度、压力和营41

养物情况。岩石性质也很重要。天然裂缝可能改变微生物有效进入油藏的方式。

42

泥质的存在可能会吸收生物聚合物和生物表面活性剂, 影响作用的发挥。碳酸43

盐会迅速与酸反应, 产生更大量的有利气体, 例如二氧化碳。

44

只有细菌是微生物驱油的希望之星。由于菌类的原因, 霉菌、酵母、藻类和45

原生动物等无法在油藏条件下增长。许多油藏的NaCl浓度高, 这就要求使用能46

够适应这种环境的细菌。在NaCl浓度高达8%的条件下生成的生物表面活性剂和47

聚合物能够得以生长并选择性地堵塞砂岩, 造成封塞, 就可以采出更多原油。

48

没有哪一种微生物驱油方法能适用所有的油藏。有一种成功地利用碳源并适49

应高温、高压和高矿化度的嗜热微生物驱油法, 所选择的微生物在70～90℃、50

13.6～17MPa 和矿化度1.3 %～2.5 % 条件下在原油上增长。能在80～110℃条51

件下生长的极端嗜热厌氧菌已经分离培养出来。

52

用一维模型对微生物驱油过程进行了模拟。该模型有5个组成部分(原油、细53

菌、水、营养物和微生物快速繁殖, 代谢产物), 且具备吸附、扩散、趋药性、54

细菌生长、分解、营养物消耗、渗透率下降和孔隙度降低作用。通过试验与模55

拟结果比较，证实模拟结果有效并确定其准确程度（平均绝对相对误差56

8.323％）。结果发现，原油采收率随注人微生物浓度、微生物培养段塞尺寸、57

培育时间及残余油饱和度而发生变化。

58

定量模拟微生物在油藏里的生物反应综合了微生物和油藏工程专业知识。应59

用反应率公式可以了解微生物发挥作用的程度。微生物活跃地区是具有某个半60

径的生物反应区, 流体在生物反应区的停留时间必须大于反应时间才能发挥作61

用。要想准确地使用这些模型, 还需要从现场试验中获得更多资料来进一步解62

释。

63

微生物驱油过程中会产生不同类型的发酵产物, 比如从原油、烃和各种非烃64

基液产出二氧化碳、甲烷、氢、生物表面活性剂和多糖。在微生物驱现场试验65

中经常使用的生物胶是一种微生物聚合物, 是用水溶性基质的聚芳基酰胺作共66

聚物。生物胶是一种胞外多糖, 分子由许多不同的糖组成, 成分极其复杂, 钻67

井中用它润滑钻柱、清除井筒岩屑, 而在微生物驱油中, 生物胶用于补偿地层68

压力下降, 有利于原油生产。

69

微生物驱油中生物的聚合物性质包括在油藏环境下剪切稳定性、高溶液黏度、70

与油层水配伍性、不同p H 值下黏度稳定、温度、压力和对生物降解的抵抗力。

71