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微生物采油技术发展概述应化11302刘继泽20130682913摘要:经过70多年的发展,微生物采油技术(MEOR)已经成为继热力驱、化学驱、聚合物驱之后的第4种提高采收率的新的/三采0技术,并且越来越受到人们的重视。本文介绍了微生物采油技术的发展历史、微生物提高原油采收率的技术机理、微生物采油方法及其特点,以及微生物采油技术在我国的发展动态,最后提出微生物采油技术今后发展展望。关键词:微生物采油技术;技术机理;发展动态;展望微生物采油法通常是指向油藏注入合适的菌种及营养物,使菌株在油藏中繁殖,代谢石油,产生气体或活性物质,降低油水界面张力,以提高石油采收率。微生物提高原油采收率(MicrobialEnhancedOilRecovery),以下简称MEOR)是继热力驱、化学驱、聚合物驱等传统方法之后的利用微生物的有益活动及代谢产物来提高原油采收率的一项综合性技术。与其他三次采油技相比,MEOR具有适用范围广、工艺简单、投资少、见效快、功能多、费用低、不损伤油层和无污染等优点,是目前最具发展前景的一项提高原油采收率技术。(1)微生物采油技术发展概况1926年,美国科学家MrBeekman提出了细微生物采油第一专利。IJ.D.Shtum(前苏联)及其它国家等学者也分别作了大量的创新性工作,奠定了微生物采油的基础。美国的Coty等人首次进行了微生物采油的矿物试验。马来西亚应用微生物采油技术在BOkor油田做先导性矿物试验,采油量增加了47%巨3]。2002年至2003年,我国张卫艳等在文明寨油田进行了微生物矿场应用,累计增产原油1695t,累计少产水1943t,有效期达10个月〔4〕。用微生物采油技术增加油田产量,78%的微生物采油项目在降低产水量和增加采油量方面取得了成功巨5〕。1985年至1994年,俄罗斯在鞋鞍、西西伯利亚、阿塞拜疆油田激活本源微生物,共增产原油13.49XIO4t,产量增加了10%一46%〕。1988年至1996年,俄罗斯在n个油田44个注水井组应用本源微生物驱油技术,共增产ZIXIO4t。20世纪60年代我国开始对微生物采油技术进行研究,但发展缓慢。80年代末,大庆油田率先进行了两口井的微生物地下发酵试验(3O℃)。大港、胜利、长庆、辽河、新疆等油田与美国Micr。一Ba。公司合作,分别进行了单井吞吐试验。1994年开始,大港油田与南开大学合作,成功培育了一系列采油微生物,该微生物以原油和无机盐为营养,具有降低蜡质和胶质含量功能,并在菌种选育与评价、菌剂产品的生产、矿场应用设计施工与检测等诸方面取得了成绩圈。1996年以来,吉林油田与日本石油公司合作,探究了微生物采油技术在扶余油田东189站的29口井进行的吞吐试验,21口井见效,见效率达70%[,〕。2000年底,胜利油田东辛采油厂引进了美国NPC公司的耐高温菌种,在Y一16井组进行了耐高温微生物驱油提高采收率研究和现场试验,结果表明,采收率达43.41%,增加可采储量1.81X10‘t,施工后当年增油615.st。胜利油田罗801区块外源微生物驱油技术现场试验提高采收率2.66%。2采油微生物2.1筛选驱油菌种微生物采油的菌种要求满足以原油和油藏中的无机盐为营养液,能在油藏条件下生存、运移并能产生一定量的表面活性剂、有机溶剂、有机酸等对驱油有利的物质,菌种为厌氧菌或兼性厌氧菌。国内油田菌种来源于油田环境(油田污水、采出油泥沙、地下岩心、长期被原油污染的土壤、浅海油井口附近的水和土壤等)的天然菌种。对于耐温性、嗜盐性等特性的菌种,可以从温泉、深海、火山等地带附近选取。针对不同油藏的环境,可以通过培养天然菌种的某一种特性(耐盐性、耐高温、富产表面活性剂、富产气体等)来筛选适用的菌种,如采用紫外线照射、全DNA转化、添加生长因子、反复驯化等手段来优选天然菌种。2.2菌种性能评价评价菌种的目的在于筛选有利于微生物采油的优秀菌种。用于评价的指标为最大菌体浓度变化、表面张力降低幅度、代谢产物表面活性剂乳化原油能力及粘度的变化、培养液pH值、混合气体的量及组成、原油组分变化、降粘性能以及岩心驱替物理模拟实验等。室内筛选菌种的评价方法有:气相色谱分析(用于测定生成气体的组成和性能)、原油粘度测定(用于测定发酵液的降粘作用)、原油全烃色谱分析法、恩氏蒸馏法及族组成方法(用于测定原油发酵后组成和性能的变化)、油水界面张力测定及有机酸含量分析(用于确定发酵液中微生物产生的活性代谢产物)、岩心模拟驱油实验和高压模拟驱油实验(用于测定微生物提高采收率的程度)等方法。如果菌种能引起一个以上测定值的显著变化,则该菌种可以作为培养目标,但有些复配物中虽然不引起测定值的显著变化,但也有可能有增效作用,故应根据MEOR实验结果作出判断。2.3代谢产物分析采油微生物代谢主要包括酸、生物气、生物表面活性剂、有机溶剂和生物聚合物等物质,这项研究和微生物驱油机理有关团。采用衍生化法、等速电泳法和直接进样法可分析代谢产物中的低链有机酸。结果表明,酸主要是低分子量的短链有机脂肪,如乙酸、丙酸、丁酸等。这些酸可以有效地溶解孔隙中的碳酸盐,增大低渗透油层的孔隙度,改善原油的流动环境。同时,酸与碳酸盐岩反应产生的C认可以融人原油,增加油层压力,降低原油粘度,改善原流动性,提高采收率,但不可能形成混相驱油仁gJ。采用轴对称液滴分析法、快速液滴破裂实验法、直接薄层色谱法、比色法和超声波振荡法可分析表面活性剂。结果表明,表面活性剂主要有长链脂肪酸、醛酮、糖类脂化物等。表面活性剂是具有亲油基和亲水基的两亲化合物,其中亲油基一般是长链脂肪酸的烷基,亲水基由经基、梭基、拨基等构成。生物活性剂具有起泡和消泡性能,较强的乳化性及分散、防腐功能,可改变岩石表面的润湿性,有助于原油从岩石表面剥落。用GC或GC/MS(固相萃取)进行定性分析或半定量分析生物气。结果表明,生物气主要有CO:、CH;、H:、N:、CO、QHS等气体。微生物不同,产生的气体也不相同,可能是一种或几种的混合气体。生物气的作用是增加储油层的压力、降低原油粘度、改善流动性。3微生物采油技术3.1微生物采油技术与油田化学剂在油田开发的各个阶段都会使用不同性质的化学剂。大量化学剂进人油藏后,将发生物理变化和化学变化,对微生物采油过程可能产生不同的影响。化学剂既可引起微生物生存环境(透压、氧化还原电位、pH值)的改变,又可直接改变生物的生理(呼吸作用、蛋白质、核酸及影响微生物生长的大分子物质的合成)以及影响微生物细胞壁的功能,从而影响微生物的生长,降低采收率。在实验室里采用化学作用效果测试和化学剂持速时间测试,得出最低影响浓度和持速时间,评价化学剂对微生物生长的影响程度及影响作用持速时间,得出该化学剂影响微生物采油技术的初步分析,供现场实施微生物采油参考。但是,微生物采油也需要一定的化学剂来促进微生物的生长繁殖,增加微生物的数量和活动能力,提高采收率。有些物质如碳源、氮源、磷源生长缓慢,而缺磷时细胞不能合成ATP,而且微生物可将碳源转化为气体或表面活性剂,实施驱油作用仁〕。3.2微生物驱油机理微生物提高原油采收率作用涉及到复杂的生物、化学和物理过程,除了具有化学驱提高原油采收率的机理外,微生物生命活动本身也具有提高采收率机理。虽然目前的研究不断深人,但仍然无法对微生物采油技术各个细节进行量化描述,综合文献资料,主要包括以下几个方面。3.2.1原油乳化机理微生物的代谢产物表面活性剂、有机酸及其它有机溶剂,能降低岩石一油一水系统的界面张力,形成油一水乳状液(水包油),并可以改变岩石表面润湿性、降低原油相对渗透率和粘度,使不可动原油随注人水一起流动[13〕。有机酸能溶解岩石基质,提高孔隙度和渗透率,增加原油的流动性,并与钙质岩石产生二氧化碳,提高渗透率。其它溶剂能溶解孔隙中的原油,降低原油粘度。3.2.2微生物调剖增油机理微生物注人水驱油层后,微生物代谢生成的生物聚合物与菌体一起形成微生物堵塞,堵塞高渗透层,调整吸水剖面,增大水驱扫油效率,降低水油比,起到宏观和微观的调剖作用,可以有选择地进行封堵,改变水的流向,达到提高采收率的效果。在较大多孔隙中,微生物易增殖,生长繁殖的菌体和代谢物与重金属形成沉淀物,具有高效堵塞作用。3.2.3生物气增油机理微生物在地层中代谢产生的CO、C、N:、H:、CH魂和偏HS等气体,可以提高地层压力,并有效地融人原油中,形成气泡膜,降低原油粘度,并使原油膨胀,带动原油流动,还可以溶解岩石,挤出原油,提高渗透率[l3」。3.2.4中间代谢产物的作用微生物及中间代谢产物如酶等,可以将石油中长链饱和烃分解为短链烃,降低原油的粘度,并可裂解石蜡,减少石蜡沉积,增加原油的流动性。脱硫脱氮细菌使原油中的硫、氮脱出,降低油水界面张力,改善原油的流动性。(4).微生物采油的方法及特点广义地说微生物采油基本方法包括两大类,一是利用微生物产品作为油田化学剂进行驱油,称为生物率的方法。狭义的理解微生物采油是指利用微生物地下发酵提高采收率方法。与其他方法相比,微生物采油技术具有明显的优适应性强,作用效果持续时间长这尤其对边际油田吸引力大;2)工序简单,利用常规注入设备即可实施,不必增添井场设备;3)应用范围广,不仅可开采各种类型的原油,更适于开采重油;4)注入的微生物和培养基原料来源广,容易制取,且可根据具体油藏特点,灵活调整微生物的配方;5)易于控制,通过停止注入营养液,即可终止微生物的活动;6)微生物细胞小且运动性强,能进入其他驱油工艺的盲区;7)微生物只在有油的地方繁殖并产生代谢产物,避免了表面活性剂注入或降粘剂段塞的盲目性;8)MEOR产物均可生物降解,不损害地层,不会造成环境污染,且可以在同一井中重复使用多次应用[4]。(5).微生物采油技术在我国的发展动态20世纪80年代以后我国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。5.1PCR技术在MEOR研究中的应用PCR(聚合酶链式反应)技术可以了解目的菌的属种、浓度、纯度、生存竞争能力、油藏环境适应性和地下繁殖运移能力,能确定目的菌种增产机理和确认杂菌的种类、浓度及其对MEOR的影响,并能有针对性地快速筛选MEOR菌种,准确分析和客观评价MEOR现场试验效果,是微生物采油技术发展的重要技术手段。5.2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[5]等在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、定量分析方法和生物表面活性剂样品的提取和分析方法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。5.3微生物驱油的数学模型雷光伦[6-7]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[4,8]。(6).微生物采油技术发展展望微生物采油技术具有其他三次采油技术无可比拟的优点)))多功能性,故有望成为未来提高采收率的主要技术之一。微生物技术今后发展方向主要集中在
本文标题:刘继泽油田化学
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