石油微生物采油技术

7、钻油与石油炼制的历史
① 最早钻油的是中国人，最早的油井是4世纪或者更早出
现的，使用固定在竹竿一端的钻头钻井，使用竹竿制作的
管道来连接油井；据记载，公元1100年就钻成1000米的深 井。公元六世纪我国就萌发了石油炼制工艺（蒸馏加工）。 ② 中国北宋（公元977年）编著的《太平广记》最早提出 “石油”一词，北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中根据这 种油“生于水际砂石，与泉水相杂，惘惘而出”而正式命 名“石油”。
立一条供长期开采油、气的通道。
以上各层套管都要用水泥与地层 固结在一起，并与井口装置连接 起来，形成永久性通道。正常采
油生产时还要再下入油管，以便
携带抽油泵、各种工具进入井内 并通过油管将油气导出。
10、采油方法 ① 自喷采油：靠油层自身 的能量将原油举升到地面，
称为自喷自喷采油。
到了开发的中后期，油层的压力会逐渐减小，不足以将地 层的原油举升至地面时，需要给油层补充能量，如注水或
石油微生物采油技术
广东轻工职业技术学院 邓毛程
Contents
一、技术背景
二、微生物采油技术概况
三、采油微生物 四、微生物提高石油采收率原理 五、本源微生物采油技术 六、外源微生物采油技术 七、微生物采油存在的问题 八、微生物采油的发展趋势
一、技术背景
1、石油又称原油，是一种粘稠的、深褐色液体，主要成 分是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。它是古代海洋 或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于化石燃料。
[B] 热催化生油气阶段——沉积深度1500~2500m，温度 60~180℃，以热催化作用为主，主要的生油期；干酪根发 生热降解，可产生低分子液态烃和气态烃。
[C] 热裂解生凝析气阶段——沉积深度3500~4000m，温度 180~250℃，以大量C-C链裂解反应为主；液态烃急剧减
少，C25以上高分子正烷烃含量逐渐趋于零；低分子正烷
热催化生油气阶段
3500~4000m 180~250℃ 6000~7000m 250℃以上
热裂解生凝析气阶段
深部高温生气阶段
[A] 生物化学生气阶段——沉积深度数百米至1500m，
温度10~60℃，以细菌活动为主；形成挥发性气体
（CH4、CO2、NH3、H2S等）、干酪根（动植物遗骸
在地下被细菌分解，除去糖类、脂肪酸及氨基酸后残 留下的不溶于有机溶剂的高分子聚合物）、未熟-低熟 石油（本阶段后期形成，温度接近60℃）。
注入天然气，增加油层压力，以延长油井的自喷期。
② 气举法采油：是指地层尚有一定 能量，能够把油气驱动到井底，但地 层供给的能量不足以把原油从井底举
升到地面上时，需要人为地把气体注
入井底，将原油举升出地面的人工举 升采油方式。 ③ 抽油法采油：利用深井泵将原油抽 至地面的人工举升采油方式。
11、采油阶段划分 ① 一次采油：通常把仅仅依靠岩石膨胀、
③ 1986年，美国BAC公司与NPC公司联手开发油田专 用系列微生物产品；1987年，NPC公司在A/B油田 （Altamont/Bluebell油田）推广了微生物采油技术，原 油增产幅度达10%~300%。
（3）深入研究与现场应用阶段（1990年至今）
① 形成了菌种筛选与评价、驱油试验评价、油藏筛选、 试验设计方案、微生物菌种现场试验等五项有关技术组 合的评价方法； ② MEOR技术日臻成熟，成为一项具有强大生命力的三 次采油技术。
边水驱动、重力、天然气膨胀等天然能量
来采油的方法称为一次采油。
② 二次采油：把通过注气或注水，提高油层压力的采油方法
称为二次采油。 ③ 三次采油：把通过注入流体或热量，这些流体能改变原油
粘度或改变原油与地层中的其他介质界面张力，用这种物理、
化学方法来驱替油层中不连续的和难采原油的方法称为三次采 油。
莱特兄弟
8、从寻找石油到利用石油，大致要经过四个主要环节，即 寻找、开采、输送和加工，这四个环节一般又分别称为 “石油勘探”、“油田开发”、“油气集输”和“石油炼 制”。
9、油井
石油和天然气埋藏在地下的油气层中，要把它开采出 来，也需要在地面和地下油（气）层之间建立一条油
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气通道，称为油井。
① 导管（第一层）——建立最初的钻 井液循环通道，保护井口附近的地表 层；
② 表层套管（第二层）——一般为几 十至几百米，其作用是封隔上部不稳
定的松软地层和浅水层；
③ 技术套管（第三层）——是钻井
中途遇到高压油、气、水层、漏失
层和坍塌层等复杂地层时，为保证 钻井能钻到设计深度而下的套管；
④ 油层套管（第四层）——油层套管 的下入深度取决于油层深度和油井结 构，其作用是封隔油、气、水层，建
（1）本源微生物
② 硫酸盐还原菌
③ 产甲烷菌
是指存在于油藏中较为稳定的微生物群落，多数是在油田 注水开发过程中由地表带入且已适应地层环境保存下来的 微生物，也有的细菌在油藏形成过程就已经存在。由于地
层缺乏微生物生长的营养物质，绝大多数处于休眠状态。
① 烃降解菌
可以利用石油烃作为生长底物的菌群， 在注水井及接近注水井地带最为丰富。
大部分为好氧菌，代表菌株有微球菌、
节竿菌、红球菌和盐杆菌。 例如，从Kazakhstan和WestSiberia油田分离到“喜热噬
油芽孢杆菌（B.thermoleovorans）”，菌株杆状、运动、
内生芽孢、严格好氧，生长温度40~70℃，最适生长条件 为：pH中性、温度55~60℃、氯化钠浓度5~10g/L，能够 利用正构烷烃作为碳源。
② 硫酸盐还原菌 包括脱硫弧菌属、脱硫肠菌属、脱硫状菌属等。这些菌代
谢产生H2S酸性气体，不但可以提高地层压力，还可以溶解
碳酸盐层，促进原油的释放和增大地层的渗透率。某些菌 还可以降解石油中的组分，改善原油的流动性，提高原油 采收率。
③ 产甲烷菌 包括甲烷杆菌属、甲烷八叠球菌属等。
（2）外源微生物 外源微生物又称异源微生物，也就是在外界培养，经 筛选后注入油田的微生物。 应具备特点：
12、石油资源
① 世界上常规原油可采储量 预计1272×108m3，稠油、特
稠油及沥青的可采储量约
1510×108m3，超过了常规原 油，其年产量高达1.27×108t 以上。随着常规原油产量的递 减，21世纪以稠油开采为重点。 ② 稠油是一种高黏度、高密度的原油，开采难度大；微生
物采油技术作为稠油开采的新技术，具有高效率、低能耗、
关研究；1954年，苏联的Lisbon油田第一次开展微生物提高
采收率的矿场试验。
（2）蓬勃发展阶段（1975~1990年）
① 1973年爆发了第一次世界石油 危机，引起人们对各种提高石油采 收率技术的高度重视；随着现代生
物技术的发展，加快了MEOR技
术的研究与应用；
② 1982年，美国召开34个国家参加的 “世界微生物采油会议”，并决定今 后每两年召开一次国际会议；
③ 8世纪，新建的巴格达的街道上铺有从当地附近的自 然露天油矿获得的沥青；9世纪，阿塞拜疆巴库的油田 用来生产轻石油；10世纪地理学家阿布· 哈桑· 阿里· 麦斯
欧迪和13世纪马可· 波罗曾描述过巴库的油田。
④ 明朝科学家宋应星（1587-）编著《天工开物》，对 石油开采技术、石油化学知识进行了系统叙述；该书16 世纪传到日本，18世纪传到欧洲。
依格纳茨
⑤ 现代石油炼制技术始于1852年，波兰人依格纳茨· 卢 卡西维茨发明了以石油提取煤油的方法，次年波兰南部 克洛斯诺附近开辟了第一座现代的油矿；1859年，美国
人Drake发明了转动钻管，Drake油井钻探成功；1861
年在巴库建立了世界上第一座炼油厂，当时巴库出产世 界上90%的石油，后来斯大林格勒战役就是为夺取巴库 油田而展开的。
会造成环境污染，属于真正意义上的绿色采油技术。
3、微生物采油技术的发展历程 （1）基础研究阶段（1926~1975年） ① 1926年，美国贝克曼首先提出“在储油层利用微生物提高 原油采收率”的设想；
② 1940年，美国佐贝尔发现细菌可以从沉积物中释放油，于
1946年获得关于厌氧细菌注入油层的专利； ③ 从20世纪50年代起，不少微生物学家、生物化学家开展有
2、微生物技术采油技术特点 ① 适用范围广。MEOR技术可开采各种类型的原油（轻油、
中质原油、重油）。
② 工艺简单。MEOR技术利用常规注入设备即可实施，不 需改造或增添注入设备。 ③ 成本低，经济效益好。有些油田可取得投入与产出比为 1:5的良好效果。
④ 无污染。MEOR产物易于生物降解，不损害地层，也不
4、微生物采油技术的研究现状 （1）微生物开采主要机理的研究：菌种生长条件、生长情 况、稠油微生物降黏情况的定性研究；
（2）微生物开采技术可行性的研究：微生物现场地质模拟、
岩心驱替试验等研究工作；
（3）微生物开采效益的研究：现场单井试验、分析产出效
益等研究工作。
三、采油微生物
① 烃降解菌
1、采油微生物来源
⑥ 19世纪石油工业的发展缓慢，提炼的石油主要
是用来作为油灯的燃料。19世纪末，内燃机发明
引起交通运输的革命，推动了石油工业迅速发展。
内燃机发明者 德国工程师奥托
（1876-1883年，内燃机发明；1892年，壳牌公司 建立；1896，福特制造第一辆汽车；1903年，莱 特兄弟第一次试飞）
⑦ 至今，90%的运输能量是依靠石油获得的。 在许多军事冲突（包括第二次世界大战和海 湾战争）中，占据石油资源是一个重要因素。
6、油气藏的形成 ① 结论：在地质历史上由分散在沉积岩中的动、植物有
机体转化而成。在海相和湖相沉积盆地的发育过程中，
原始有机质随其他矿物质沉积后，随着埋藏深度逐渐加
大，经受地温不断升高，在缺氧的还原条件下，有机质 逐步向油气转化。
② 油气成因的现代模式 生物化学生气阶段 1500m 10~60℃ 1500~2500m 60~180℃
① 能够在油藏条件下旺盛生长繁殖。所选微生物必须适
应油藏的矿物岩性、油藏温度、地层压力、地层流体性 质（包括原油性质和地层水性质，如矿化度、pH值等）。
② 代谢产物有利于提高原油采收率。代谢产物主要为气体、 酸、有机溶剂、生物表面活性剂及生物聚合物等。
③ 能够与地层本源微生物配伍。筛选出的微生物注入地层 后应成为优势菌，而不能受到地层本源菌的抑制。
烃剧增（主要是甲烷及其气态同系物），在地下深处呈气
态，采至地面时随温度、压力降低而凝结为液态轻质石油
（即凝析油），进入了高成熟阶段。
[D] 深部高温生气阶段——沉积深度6000~7000m，温度
250℃以上，以高温高压为特征，已形成的液态烃和重质 气态烃强烈裂解，变成甲烷；干酪根残渣释放出甲烷后， 进一步缩聚成为碳沥青或石墨。
4、石油主要是碳氢化合物，它由不同的碳氢化合物混合组 成，组成石油的化学元素主要是碳（83% ~ 87%）、氢
（11% ~ 14%），其余为硫（0.06% ~ 0.8%）、氮（0.02%
~ 1.7%）、氧（0.08% ~ 1.82%）及微量金属元素（镍、钒、 铁、锑等）。
5、石油主要被用来作为燃油和汽油，也是许多化学 工业产品如溶剂、化肥、塑料、杀虫剂等的原料。 目前，88%石油应用于燃料，12%石油应用于化工 原料。
2、地层对微生物活动的影响
油藏是一种特殊环境，其高温、高压、高矿化度、无氧、 多孔介质及其流体等因素对微生物的存活及生长繁殖都会 产生明显影响。
油藏在其被钻开之前，微生物活动处于极低的状态；开采 后，不同微生物就会随注入水进入其中；随着注入水的不 断增加，就会出现下列情况： ① 好氧和厌氧微生物不断地进 入油层，氧和有机物不断溶解到 水中；
低成本的优势。
二、微生物采油技术概况
1、定义：石油微生物采油技术是指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
产物或直接作用于原油改善原油物性，以提高油田采收率的 采油方法，也称微生物强化采油技术（microbial enhanced oil recovery，MEOR）。
2、原油的成分主要有： ① 油质（主要成分）；
② 胶质（一种粘性的半固体物质）；
③ 沥青质（暗褐色或黑色脆性固体物质）；
④ 碳质（一种非碳氢化合物）。
3、原油的颜色非常丰富，有红、金黄、墨绿、黑、褐红、
甚至透明；原油的颜色是它本身所含胶质、沥青质的含量，
含的越高颜色越深。例如，我国四川黄瓜山和华北大港油 田有的油井产无色石油，克拉玛依石油呈褐至黑色，大庆、 胜利、玉门石油均为黑色。