微生物采油

微生物采油

作者：佚名文章来源：本站原创点击数：61 更新时间：2005-12-10

微生物采油

1综述

在世界范围内,经过一次，二次采油两次常规采油之后的总采收率一般只能占地下原油的3 0%～40%。遗留在地层的残余油仍然占60%~70%，故如何提高采收率,从地下采出更多原油,一直是世界上许多国家不断研究的课题[1] 。直到1926年Ｂｅｅｋｍａｎ[2]提出细菌能采油至今,经过70多年的发展,微生物清蜡和降低重油粘度、微生物选择性封堵地层、微生物吞吐、微生物强化水驱等已成为一项成熟的提高采收率技术，并形成了继传统的热驱、化学驱、气驱之后的第四种提高采收率的方法----微生物提高原油采收率技术(microbili al enhanced oil recover ,MEOR)。

ＭＥＯＲ是将微生物及其营养源注入地下油层,使微生物在油层中生栖繁殖,一方面利用微生物对原油的直接作用,改善原油物性,提高原油在地层孔隙中的流动性,另一方面利用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,来提高原油采收率的一种方法。微生物采油有个明显的特点。首先,微生物以水为生长介质,以质量较次的糖蜜作为营养,实施方便,可从注水管线或油套环形空间将菌液直接注入地层,不需对管线进行改造和添加专用注入设备;由于微生物在油藏中可随地下流体自主移动,作用范围比聚合物驱大,注入井后不必加压,不损伤油层,无污染,提高采收率显著。其次以吞吐方式可对单井进行微生物处理,解决边远井、枯竭井的生产问题,提高孤立井产量和边远油田采收率;再有选用不同的菌种,微生物可解决油井生产中多种问题,如降粘、防蜡、解堵、调剖,最后提高采收率的代谢产物在油层内产生,利用率高,且易于生物降解,具有良好的生态特性。微生物采

油由于其成本低、效果好、无污染,愈来愈受到人们广泛的重视。美国俄克拉何马州Payne 县东南Vrssar vertza砂岩矿区[3]、Teapot donne油田等[4]现场先导实验均使采油率有所增加，证明MEOR是行之有效的．微生物采油技术在许多油田中应用,取得了投入产出比为1∶5的好效果[5]

2微生物采油机理及数学模型

2.1微生物采油机理

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,深入研究作用机理显得尤为重要。

武平仓等[6]对原油受实验微生物作用生成的气体进行研究，发现Ｃ6以下气态烃的含量增加幅度达90%—100%;气体中烃的总含量由28.090%增加到54.145%,增加幅度接近93%。同时有Ｎ2、ＣＯ2、Ｈ2生成。生成气可改善原油在地层条件下的流动性,大量气体在油藏中生成也会产生驱油效果。大港油田、青海油田重复试验证明微生物作用后原油高碳烃密度减少,原油组成改变[7]。Statman 等[8]等对微生物作用前后油样对比发现作用后油黏度变小。Onyekonwu等[9]对微生物作用前后的油样进行对比分析，发现长链烃含量相对减少,短链烃或中链烃含量明显增加,从而使原油结构中轻质组分含量增加.微生物能作用芳烃可

以对芳环上的取代支链发生断链作用.,胶质分子中取代基的平均分子链长也有变化.原油受微生物作用后生成大量的可带羰基的化合物如酸、酯、酮等.这些有机物可以很好改变原油物性,使原油变得容易开采,从而提高产量.何正国等还进行了人造岩心驱替实验，微生物在水驱后的岩心中活动，作用原油，可明显观察到有产气现象出现,对收集到的生物气进行气相色谱成份分析得知,微生物作用原油能够产生短链烷烃气和二氧化碳等。气体有利于产层压

力增加从而提高产量。在注微生物于含原油岩心培养72h后,对各岩心进行水驱,没有注微生物的对照试验岩心几乎无油驱出;而注入微生物的岩心均有油驱出,采收率有明显提高,且驱出的油粘度变小.对驱出液进行镜检,有大量球菌和杆菌存在.包木太[10]等对微生物代谢产物进行分析发现采油微生物代谢过程中除了产酸、生物表面活性剂和气体等代谢产物外,还产生物聚合物和有机溶剂等,所有这些代谢产物都能在不同程度上以不同方式作用于地层原油,改善原油的性质,以利于原油的开采。

一般认为起驱油作用的是微生物产生的气体和表面活性剂,还有产酸作用、对原油的降解作用[11~14]。微生物注入地层后,通过间隙水与临近的油滴结合之后运移,微生物吸附于油滴边界,将烃类分子转化成有机溶剂、表面活性剂、酸、醇，和气体。有机溶剂溶解于石油,降低其粘度,并通过溶解孔喉中重质长链烃类提高有效渗透率;表面活性剂可降低油与岩石和油与水的界面张力，提高驱油效率,改变岩石润湿性,使岩石更加水湿; 消除岩石孔壁油膜,提高油相流动能力;分散乳化原油,降低原油粘度。酸能够降低油和孔喉中碳酸盐含量,侵蚀石英和碳酸盐表面以提高有效渗透率,并通过与碳酸盐反应产生ＣＯ2降低石油粘度,引起油滴膨胀。气体溶解于油,降低粘度,通过引起油滴膨胀起到物理驱油作用。微生物还产生两种未知醇类,这些都是微生物在发酵原油过程中的代谢产物,它们有利于改善原油粘度,类似轻度酸化,增加岩石孔隙度,从而提高原油产量.新繁殖的细菌不断产生并连续起作用,将以前不能流动的石油变成能流动的石油,从而提高了产量。胜利油田和大港油田都曾应用微观模型研究驱油过程,分析微生物产生的表面活性剂对残余油的增溶、乳化和互溶现象,提出孔隙胶束增溶、孔隙乳化、孔隙两相界面互溶和孔隙隧渗流等机理[15],但这些机理与化学表面活性剂驱油机理没有太大本质区别。微生物直接驱油机理主要是:①产生的表面活性物质将水驱条件下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;大孔隙中的大气泡对液流形成一定阻力,造成“贾敏效应”,具有一定“微观调剖”作用[16]。概括起来，微生物采油的是通过是改变原油组成性质和改变原油的驱油环境，利用气泡和微生物尺寸形成的微观调剖作用，以及微生物附着在岩石表面生长形成生物沉积膜，有利于细菌在空隙中存活与延伸，扩大驱油面积等因素达到提高采油增产目的的。

根据微生物采油作用机理不同，可以对微生物采油的矿场应用类型分为：微生物强化水驱，周期注微生物采油，微生物选择性封堵地层，微生物清蜡和降低重油黏度等[17]。

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。值得一提的是[18]，不同菌种的代谢产物不尽相同,同一菌种代谢不同营养物的产物也不尽相同,故不同菌种的作用机理有所不同。同一菌种的作用机理往往不止一种。微生物提高原油采收率是多种因素协同作用的结果。目前,微生物提高原油采收率的机理还不十分清楚，还需进一步的研究探讨。

2.2数学模型

微生物采油技术以其投入少、环保、施工简单等优点得到开发者的认同,但实际应用效果与室内研究结果相差较大,有的甚至没有效果,其原因是缺少对微生物在地层中运移、增产作用的数学描述以及对实施方案的详细优化。微生物采油效果的好坏与多种因素有关。如何根据微生物采油特点,较好地预测利用微生物采油时的单井产油量、区块增油量以及含水率变化,对微生物采油方案设计和经济效益预测有重要的理论与实际意义。从20世纪80年代末就开始有对微生物采油数学模型和数值模拟研究。比较典型的有国外的Ｉｓｌａｍ、Ｚｈａｎｇ和Ｃｈａｎｇ模型[18~20]。其中Islam模型由于缺少实验数据,在模型中没有对微生物的增产机理进行考虑,所以该模型只适用于理论研究和室内计算岩心中微生物和营养物的