微生物采油技术培训教程

微生物采油技术主讲：陶剑清目录引言微生物的分类位置微生物在勘探开发方面应用原理微生物采油1、微生物采油（MEOR）发展概况2、微生物提高采收率机理3、微生物提高采收率的优点4、微生物采油技术工艺5、采油菌菌种筛选6、采油菌室内研究方法7、微生物采油工艺油藏筛选标准8、微生物采油技术现场应用实例(1)单井吞吐(2)微生物驱9、关于微生物驱(封堵)配套技术的基本思路引言在人类利用自然、改造自然的历史中，对微生物(microbes)的利用不仅历史悠久，而且十分广泛。早在4000多年前，古埃及人就开始利用发酵工艺来做面包、酒类等食品、饮料。目前利用微生物的主要领域：1、发酵工业2、环境保护3、医药卫生4、石油勘探开发微生物的分类位置根据摄食和细胞组成特点，生物界分为：a.病毒界(Virus)b.原核生物界(Monera)细菌、蓝澡c.原生生物界(Protista)d.真菌界(Fungi)酵母e.植物界(Plantae)f.动物界(Animalia)微生物在勘探开发方面应用原理一)、原理微生物的生命活动必须有碳源、氮源、磷源等来维持。通过利用油气中的碳源来达到目的。二)、微生物勘探当油藏中的轻烃泄漏到地表时，地表土壤中利用烃类作为碳源的微生物就会增加三)、微生物采油微生物采油微生物采油（microbialenhancedoilrecovery--MEOR）是指将地面分离、培养的微生物菌液和营养液注入油层，或单纯注入营养液来激活油层内的微生物，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(降解作用)，而改善原油物性，以提高油田采收率的采油方法。从1926年Beckman提出了用微生物提高石油采收率的构想，到1946年获首个微生物释放原油专利以来，随着生物技术和石油开发技术的发展，微生物采油从单纯的实验研究发展到数学模型的建立和数值模拟研究，作用方式从单井发展到区块，微生物采油技术日趋成熟。微生物采油（MEOR）发展概况研究历程微生物提高石油采收率（MEOR）技术研究发展过程已经历了70余年，1926年，Beckman（美国）提出了用细菌采油的想法。1946年Zobell获得了把细菌直接注入地下提高油层采收率的专利，这MEOR的第一个专利，从50年代起前苏联和一些东欧国家对MEOR进行了深入研究；70年代以后MEOR的实验和应用范围不断扩大；80年代末细菌采油法处于实验室研究后期，90年代微生物采油技术在美国、前苏联、东欧的矿场应用标志着工业性应用阶段的到来。微生物采油（MEOR）发展概况国内研究和应用现状我国对微生物采油的研究，早在60年代末，就开始了探讨利用地面烃类发酵，来就地制备生物表面活性剂及生物聚合物的试验。60年代初，中科院微生物所研究了非油田菌株在原油中的生存状况及油层和油水中的微生物区系，利用杀菌增注，防腐综合处理工艺，治理了35口注水井的堵塞，效果良好。60年代中期开始了生物聚合物的研究，“七五”期间中科院微生物所与大庆油田合作开展了两口井的微生物吞吐试验并取得明显效果。“八五”期间，吉林油田和中科院微生物所合作在35口井进行了试验，大港油田使用美国菌种作了试验。1993年，胜利油田临盘采油厂利用美国菌种和技术，对5口高含蜡油井进行了微生物处理。近几年来，大庆、胜利、辽河、大港、吉林、河南、新疆、玉门、长庆、青海等油田MEOR矿场试验规模越来越大。微生物提高采收率机理微生物将石油中的长链饱和烃分解为短链烯烃；微生物代谢产生气体，使原油膨胀，降低粘度，增加油层压力；微生物代谢产生具有广泛效果的表面活性剂；微生物在地下代谢生成聚合物，与细菌一起形成物理堵塞，起到调剖作用，进行选择性封堵，改变水的流向；脱硫、脱氮细菌使原油中的硫、氮脱出，降解沥青、胶质，降低原油粘度；产生有机酸、有机溶剂等；微生物能使储层表面润湿性反转，改变流动性能；微生物附着在岩石表面生长形成生物沉积膜，有利于细菌在孔隙中存活与延伸，扩大驱油面积微生物提高采收率的优点•对边际油田而言，在经济上具有吸引力，且效果持续时间长；•工序简单，操作方便。一般不必增添井场设备；•可用于开采各种类型的原油，开采重质原油效果更好；•注入的微生物和营养基价格便宜，可针对具体的油藏，灵活调整配方；•只要停止注入营养液，即可终止微生物活动；•微生物细胞很小，且能运移，所以能进入其它驱油工艺不能全及的油层中的死角和裂缝；•微生物只在有油的地方繁殖并产生代谢物，克服了盲目性；•成本低，细菌能自我复制，通过层内繁殖扩大其有利作用；•不损害地层，可在一井中多次应用；•MEOR产物均可生物降解，不污染环境。微生物采油技术工艺MEOR工艺生产中的问题应用微生物的性能单井激励强化水驱调剖清洗井筒缓解指进地层受到伤害，渗透性差原油受到毛细管力束缚地层有孔道，水驱效率低结蜡地层水或气指进产表面活性剂、气体,降解烃类产表面活性剂、气体、酸和醇产聚合物或增殖形成生物团产乳化剂、表面活性剂，降解烃类产聚合物或增殖形成生物团表1矿场MEOR应用的各种工艺采油菌菌种筛选采油菌菌种来源①从自然界筛选；②基因突变；③通过遗传因素改良；④油层中的微生物直接利用。筛选菌种的基本条件筛选适应油层的菌种需从油藏具体环境和微生物自身的特点两个方面来确定。试验菌作用于原油、油层后，必须有助于改善原油、油层的物性使地下原油能够更有效地被采出。菌种的生理化特性必须与储层物性（渗透率、孔隙大小分布、孔隙度、润湿性、黏土矿物），地层水性质、地层温度、压力相匹配。采油菌菌种筛选流程采样增殖培养平板分离斜面接种定性半定量测定初筛复筛保藏生产性能测试摸索增殖条件采油菌室内研究方法菌种生理生化性能测试菌种形态、大小、染色反应观察生长曲线绘制菌种耐温性测定耐盐性测定菌种产气、产表面活性物质、产酸性能测定细菌产物形态观察细菌安全性实验采油菌室内研究方法原油菌解实验分析菌解前后原油族组成分析菌解前后原油芳烃、饱和烃气相色谱分析细菌清蜡实验菌解前后原油凝固点测定菌解前后原油粘度分析微生物驱油实验驱油条件的确定（地层物性、原油、地层水）驱油模型的设计（岩心、可视化玻璃模型）驱油流程设计（多轮次、多断塞、不同组合驱替）驱油效果分析微生物采油工艺油藏筛选标准微生物采油工艺油藏筛选标准(美国）油层温度小于77℃；2439m；含水小于95%，20%-80%最佳；矿化度100000mg/l;矿物含量10~15mg/L,矿物为砷、汞、镍、锶；地层水PH值5.5-9，6-8最佳；地层固有微生物与所用试验菌相容原油重度15°API；残余油饱和度28%,可能有一些例外；有效渗透率大于50×10-3um2。微生物采油工艺油藏筛选标准通过微生物室内研究结果以及现场应用经验建立微生物采油工艺油藏筛选标准油层温度小于100℃，28℃-85℃最佳；含水小于95%，20%-80%最佳；矿化度小于200000mg/l，小于100000mg/l最佳；油井深度小于3000m，在2000m以内最佳地层水PH值5.5-9，6-8最佳产液量大于1.5m3/d，大于3m3/d最佳；有效孔隙度大于13%；有效渗透率大于40×10-3um2。微生物采油技术现场应用实例—EuniceMonument油田微生物强化水驱引言微生物强化水驱是在注水井中注入微生物菌以及相应的营养液，由于细菌在多孔介质中的运移特性，细菌首先占据甚至只能占据岩石中的大孔道，因此可利用微生物在地层中产生生物聚合物、微生物细胞体，形成稳定的生物膜（biofilm)，选择性地封堵地层中高孔高渗带（thiefzones),起到调剖堵水的作用，提高水驱效率，同时在地层中，微生物还可产生表面活性物质和生物气，有助于释放地层中的残余油，提高原油采收率。微生物采油技术现场应用实例—EuniceMonument油田微生物强化水驱试验区概况EuniceMonument油田位于美国新墨西哥CentralBasinPlaform西北边缘，该油田被1929年发现，1934年投产，1986年开始注水开发，水驱控制面积80英亩左右，注水层厚度250ft左右，注水层埋深3700ft，目前油田处于开发的中后期，下表列出了油田的具体情况，下图展示了微生物注入井与生产井的位置关系。施工过程注入细菌孢子注入细菌营养液关井注入驱替水描述/特征值油层温度平均孔隙度平均渗透率高孔高渗透带有效厚度剩余油饱和度油比重渗透率变化控制面积注水井和生产井的距离90℉9.4%13mD500~1000mD186ft0.3532°API0.8580acres140ft油藏描述和流体特征401423437425424试验区井分布微生物采油技术现场应用实例—EuniceMonument油田微生物强化水驱室内工作模拟油藏条件下，进行岩心驱替试验，岩心孔隙度为注入剖面中高渗带的渗透率，测定处理前后岩心孔隙度，评价细菌封堵性能。试验效果分析注入井注入量曲线，注入井压力曲线，以及在处理后测定的吸水剖面，表明经微生物作用，有效地起到了调剖作用。石蜡通常指碳数为26~50的长链饱和烃，在采油过程中，溶解在原油中的石蜡当温度降低时，将呈结晶状态凝析出来。石蜡的析出会使原油凝固，引起油流阻力增加，降低产能。细菌可以代谢和分解高碳数的烷烃，从而降低原油中的石蜡含量或清除井筒周围沉积的石蜡。细菌处理石蜡可能有两个途径：一是细菌直接降解石蜡，使不溶固体石蜡经过细菌作用通过一系列生化反应转化为可溶于培养基的物质；二是细菌在代谢过程中产生有机溶剂，溶解固体石蜡，从而使得处理后的石蜡重量减少。图3-9驱油效率与注入孔隙体积（PV）倍数的关系曲线05101520253035404550024681012注入孔隙体积倍数驱油效率（%）岩芯编号42-1岩芯编号42-3岩芯编号42-4岩芯编号42-5岩芯编号42-2岩芯编号42-2‘微生物驱油效率对比组合驱油效率结果图3-10驱油效率与注入孔隙体积（PV）倍数的关系曲线05101520253035404502468101214注入孔隙体积倍数驱油效率（%）2组菌2组菌+0.5%聚合物2组菌+CMC（0.1%）0.5%聚合物两轮次驱油效率结果注入孔隙体积倍数(pv)0.51.01.52.04.06.08.010.012.0微生物驱油效率%1组菌17.415.619.623.427.629.831.832.632.81’残余油饱和度降低了2.96%2组菌77.413.315.118.323.728.731.032.533.17’残余油饱和度降低了3.64%0.5%PAM38.316.619.722.729.431.031.932.432.7应用MEOR技术，温度是抑制该技术广泛推广应用的重要因素，由于油层一般埋深从几百米到几千米，油层温度也从几十摄氏度到上百摄氏度不等，因此研究菌种的耐温性非常重要。温度对微生物的影响很大，从微生物的总体来看，生长温度范围很广，可在0~100℃。各种微生物按其生长速度可分为三个温度界限，即最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度。细菌生长的最适温度范围越宽，其适应环境的能力越强。油田盐水中含有各种阳离子和阴离子的浓度范围变化很大，盐水的离子总浓度从＜100mg/l到＞300000mg/l不等。大多数产出盐水的主要成分为氯化钠和氯化钙，有些盐水中主要是镁、硫酸盐和碳酸氢盐，而一般细菌只能在低盐度环境中繁殖，低浓度的盐类（NaCl、KCl、MgSO4等）对微生物的生长是有益的；当盐的浓度过高时，则要抑制或杀死微生物。主要因为高浓度会引起细胞脱水，造成菌体生理上的干燥，盐类分子量较小的，毒性较低。因此对细菌的耐盐性进行测试，并在高矿化度水中对采油菌进行驯化培养非常重要微生物通过一定条件的培养，在代谢过程中能够分泌出具有表面活性的产物，可降低水溶液和烃混合物的表面张力及界面张力。微生物能够利用烃类作底物产生糖脂、脂肽和脂蛋白、磷脂和脂肪酸、多聚表面活性剂等。这些表面活性物质在油层中可以降低油/岩、油