下载文档原格式
微生物采油机理及应用随着世界经济的飞速发展,能源的生产与供求矛盾越发突出,石油作为工业发展的命脉,由于其储量的有限性,使得人们对它的研究和关注程度远胜于其它能源。
寻找有效而廉价的采油新技术一直是专家们不断探索的问题。
有资料表明我国原油开采采出率仅有30%左右,远低于发达国家50%-70%的采出率,高粘、高凝和高含腊的胶质沥青油藏为原油的开采带来诸多困难,而新型微生物采油系列产品对“三高” 油藏的开发具有较强的针对性,能使采出率大幅度提高。
定义微生物采油技术是一项利用微生物在油藏中的有益活动来提高石油产来提高石油产量的三次采油技术。
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,以提高油田采收率的方法。
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【1】。
同时,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,这些微生物的代谢产物通过降低原油表面张力和粘度,可提高岩石孔隙介质中原油的流速,增强洗油和驱油效果,提高原油采收率。
来提高原油采收率的一种方法[2]。
机理微生物的采油机理是什么?在大量研究的基础上,一般认为可能的机理有下几点:(1)微生物生长代谢能降解原油的重组分变成轻组分, 产生的CO2、H2、N2、CH4 等气体增加油层压力, 并降低原油的黏度, 使其流动性变好。
(2)微生物生长代谢产生能促使油释放的代谢产物, 如低分子量的醇、有机物、生物表面活性剂等, 使油水界面张力降低, 从而使原油从岩石中释放出来;(3)微生物代谢产生的生物聚合物可控制液体流动, 或者形成选择性封堵:(4)溶剂性产物可溶解原油, 生成的CO2、H2、CH4 等小分子产物可起到溶解驱油的作用。
微生物采油法微生物采油是指向油藏中注入合适的菌种及营养物质，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。
微生物采油法是继热力驱、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。
微生物采油法适用范围广，工艺简单，不易损伤油层以及无污染，是目前最具发展潜力的一项原油采收技术。
微生物采油中应用的微生物是经过严格的筛选和培养的，要求注入的微生物在高温、高压、高矿物度的油藏条件下具有快速的生长、繁殖、代谢功能。
微生物采油技术包括很多生物化学过程，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、水的物性的改变。
在油藏中，依靠微生物及其产生的酸、气体、表面活性剂等改变油藏岩石及其表面性质、油藏原油性能，从而达到提高波及效率，降低残余油的目的。
与传统采油方法相比，微生物采油法具有明显优点。
微生物的繁殖能力和适应性强，作用效果持续时间长，大大降低了采油成本；微生物采油只需利用常规注入设备即可实施，不必增添井场设备，工序简单；微生物采油不仅可以开采各种类型的原油，而且适于开采重油，其适用范围较广；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，因地制宜，灵活调整微生物配方；易于控制，通过停止注入营养液，即可终止微生物的活动；微生物细胞小且运动性强，能进入其他驱油工艺的盲区；微生物只有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的盲目性，微生物采油的产物均可生物降解，并可以在同一井中重复使用。
当然，微生物采油法也有其弊端，微生物的耐高温和耐盐能力有一定的限度，有些微生物不易降解，还有就是有些微生物可能会对水源产生潜在污染。
微生物采油技术有望成为未来油田开发后期稳油控水、提高采收率的主要技术之一。
简述微生物采油技术[论文关键词]：微生物采油技术发展机理[论文摘要]：目前，微生物采油技术引起了微生物学界、石油工业界、石油地质界和地球化学界等相关学科的广泛兴趣和关注。
详细介绍微生物采油技术概况，明确分析微生物采油技术概况机理，并探讨其发展方向。
微生物原油采收率技术(microbial enhananced oil recovery，MEOR) 是利用微生物在油藏中的有益活动，微生物代谢作用及代谢产物作用于油藏残余油，并对原油/岩石／水界面性质的作用，改善原油的流动性，增加低渗透带的渗透率，提高采收率的一项高新生物技术。
该项技术的关键是注入的微生物菌种能否在地层条件下生长繁殖和代谢产物能否有效地改善原油的流动性质及液固界面性质。
与其它提高采收率技术相比，该技术具有适用范围广、操作简便、投资少、见效快、无污染地层和环境等优点。
一、微生物采油技术概况1926年，美国科学家Mr.Beckman提出了细菌采油的设想。
1946年Zobeu研究了厌氧的硫酸盐还原菌从砂体中释放原油的机理，获得微生物采油第一专利。
I．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%。
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。
美国和俄罗斯在微生物驱油研究和应用方面，处于世界领先地位。
美国有1000多口井正在利用微生物采油技术增加油田产量，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。
1985年至1994年，俄罗斯在鞑靼、西西伯利亚、阿塞拜疆油田激活本源微生物，共增产原油13.49x10t，产量增加了10～46％。
1988年至1996年，俄罗斯在11个油田44 个注水井组应用本源微生物驱油技术，共增产21x10t。
微生物采油技术简要总结中原油田分公司勘探开发科学研究院2003.07一、微生物采油机理及应用范围1、微生物采油技术原理：采用从自然环境中筛选、培养的微生物，这些微生物通过复杂的新陈代谢作用降解原油中的石蜡，产生有机酸、有机溶剂分子、生物表面活性剂，可降低原油的倾点、粘度，减少重质成分含量，降低油水界面张力，增加原油的流动性。
由此可以增加油井产量，提高原油采收率，延长油井的使用寿命，这就是微生物采油的基本原理。
微生物（细菌）具有：尺寸小、呈指数增加率生长、能忍受地层中所遇见的恶劣环境（如高盐、高温、高压）等特征。
微生物在油藏孔道中可通过自由水相及束缚水相进入地层深部。
2、微生物采油应用范围1）周期性单井吞吐增产处理。
2）微生物驱、本源微生物驱。
3）生物多糖（聚合物）、生物表面活性剂。
4）微生物破乳、清污、防腐等。
3、微生物采油技术的使用条件1）油层温度：＜90℃2）矿化度；氯离子含量＜10万mg/L3）矿物含量：砷、汞、镍、硒＜15mg/L4）渗透率：＞50×10-3um2 (如果地层中的裂缝不发育)5）残余油饱和度：＞20%（有例外情况）6）原油密度：＜0.940g/cm37）含水量：＞5%二、微生物采油菌种的筛选及生产勘探开发科学研究院采收率所从96年以来，开展了微生物采油技术的研究。
先后采用外购菌种开展微生物单井吞吐现场试验，开展局级微生物驱试验研究项目等，经过几年的研究探索，逐渐由应用研究、机理研究走向核心技术（菌种筛选与生产）的开发，目前已拥有提供微生物采油从室内评价、菌液生产到现场施工的全套技术能力。
取得以下成果：1、建立了微生物富集、筛选、分离、纯化、保藏的全套方法。
采用HUNGATE 厌氧技术，从中原油田140个地层水样品中通过富集培养、筛选分离到25株纯菌株，属厌氧嗜热嗜盐细菌。
可适应温度90℃、矿化度15×104mg/L 的油藏环境。
2、通过对部分代谢产物定量分析，筛选的菌株有产生用于驱替原油的有机物的能力，如：有机酸或气体等。
微生物技术微生物采油是指将地面分离培养的微生物菌液和营养液注人油层,或单纯注人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,以提高油田采收率的采油方法,也称微生物强化采油。
1.微生物采油的优点微生物采油多用于三次开采,其不同于其它化学驱开采的优点在于。
⑴成本低,微生物的主要营养源之一是用通常手段难以采出的石油,微生物的繁殖能力和适应性强,作用效果持续时间长,这尤其对边际油田吸引力大;⑵微生物采油技术工序简单,利用常规注入设备即可实施,不必增添井场设备,比其他E OR技术实用且操作方便;⑶应用范围广,不仅可开采轻油、中质原油,更适于开采重油;⑷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;⑸易于控制,通过停止注入营养液,即可终止微生物的活动;⑹微生物细胞小且运动性强,能进入其他驱油工艺的盲区如死油区或裂缝;⑺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黏剂段塞的盲目性;⑻微生物采油产物均可生物降解,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;⑼长效性:微生物能自我复制,生活史比高等生物短,注入到油藏中的细菌不断地繁殖,长时间发挥作用;⑽生产成本低廉:微生物培养设备和成本低⑾灵活度高：可以针对具体的油藏灵活注入具体的微生物菌种和注入量;⑿微生物体积小,能进入地层裂缝,不会引起明显的结垢腐蚀或堵塞等问题。
2.微生物采油的机理2.1生物表面活性剂提高采收率机理微生物所产表面活性剂会降低油水界面张力,减小水驱油毛管力,提高驱替毛细管数。
而且生物表面活性剂会改变油藏岩石润湿性,从亲油变成亲水,使吸附在岩石表面上的油膜脱落,从而提高采收率。
2.2生物气提高采收率机理大多数微生物在代谢过程中都产生气体,如CO2、H2、N2等,这些气体溶解在油中,可降低原油粘度,提高原油流动能力。
2.3微生物降解机理微生物在生长代谢过程中,一方面可以以原油中的碳链作为自生生长所需要的碳源,从而改变原油的碳链组成;另一方面微生物生长时释放出的生物酶,可降解原油,使原油碳链断裂,高碳链原油变为低碳链原油,改变原油性质,起降粘度减少结蜡的作用。
微生物采油技术二○○四年四月前言70年代初期世界石油危机，世界各国都加强了对微生物提高石油采收率的研究，国内微生物采油在二十世纪90年代中期引起各油田重视，并在国内各油田部署微生物采油工作，吉林油田主要进行注入营养物的微生物方法研究，辽河油田进行微生物单井吞吐矿场试验，大港油田进行微生物驱油先导试验，胜利油田进行微生物菌种筛选研究工作，大庆油田进行基础理论研究工作。
上述各油田的工作均取得一定的进展。
目前，大庆油田开发进入中后期，采出液含水大幅增加，而可采储量的半成以上仍被圈闭在地下，如何进一步提高采收率对大庆油田具有重要的历史意义。
实践证明，微生物采油不仅可以改变油井原有的产量递减趋势，提高原油产量，延长了油井的生命期，而且对同一口井可以反复使用。
与其它化学采油方法比较，微生物采油具有不污染油藏和水资源、施工简单、成本低、高回报率、生物环保、可反复应用等优点，它克服了其它化学方法无法避免的高成本、高污染等缺点，显示出强大的生命力，具有广阔的发展前景，对大庆油田的后续开发有着重要意义。
一、微生物菌液性能驱油采用的微生物是一种兼性厌氧，在无氧的油层环境下能依靠原油中长链烷烃（石蜡）为食源而生存、繁殖。
大约每4个小时可增加体积一倍。
该微生物的体积直径一般在0.1—0.3μm。
适应的油层条件为，温度120℃以下，含水率10%以上，矿化度30万ppm以下，原油中饱和烷烃或含蜡量3%以上。
二、微生物采油机理采油微生物种类较多，各种微生物特性和作用机理不尽相同，但从效果上概括起来主要是对原油起到清蜡降粘的作用，在微生物代谢的同时伴有产热、产气和产生表面活性物质等。
具体如下：1、采油微生物在生物代谢过程中以石蜡为养分，石蜡裂解后生成轻组分烃类，使石油中原有的重组分烃类向轻组分发生转移，从而降低了原油的粘度和凝固点，增强了原油的流动性。
2、微生物在地下代谢过程中产生CH4、H2、CO2、N2等气体，这些气体能够增加油层压力，部分溶于原油，改善原油流动性。
3、微生物在代谢过程中产生多种化学物质，如生物活性剂、有机酸和醇、酯等有机溶剂。
其中生物活性剂能降低油田水界面张力，产生水包油的乳化作用，使油和水的相容性增强，改善水驱效果；有机酸对碳酸岩层起到酸化地层和井筒周围近井解堵的作用：醇和有机酯等有机溶剂可以改变岩石表面性质和原油物理性质，使吸附在空隙岩石表面的原油释放出来。
4、微生物在代谢过程中产生生物聚合物，能够在高渗透层控制流度比，调整注水油层的吸水剖面，增大波及体积。
三、微生物采油现场技术微生物采油现场试验方式主要有：单井吞吐、微生物水驱、微生物循环驱、微生物水压裂以及微生物与共它采油措施，如聚合物驱、三元复合驱、且面活性剂等复配。
1、微生物单井吞吐：微生物单井吞吐是指将微生物从油井注入，关井1至3天后起井生产，达到提高产量的作用。
其原理主要是起到降解了石蜡和重质烃类，清洗管道。
微生物不仅在近井地带起到很好的清洗作用，而且微生物对食物的趋向性决定了它向深井地带的转移和扩散，使清洗效果和持续时间高于化学试剂清蜡。
2、微生物水驱：向生物水驱是指将采油微生物与水按照一定的比例混合，由水井注入，一段时间后，相对应的油井见到增油效果的采油方法。
微生物水驱是微生物的综合作用效果，微生物在地下由水井向油井推进过程中，原油中石蜡一定程度被分解，重组分向轻组分发生转移，原油的粘度降低、流动性增强；表活剂使油水界面张力降低，油和水的相容性增强；有机酸溶解部分岩石，暴露更多的油面；细菌的细小身体进入岩石孔隙中，发生作用后释放出更多原油；代谢过程产生的气体增强了油层压力；微生物菌体和代谢产物与重金属形成生物螯合物，具有高效的封堵作用，对于非均质油藏起到堵水调剖作用；代谢过程放出热量，温度升高发送了原油的流动性等。
3、微生物循环驱：微生物循环驱是建立在油井的采出液中高含注入的微生物前提下，通过分主、回收污水，再回注水井的过程。
4、微生物水压裂：微生物水压裂是指在油井压裂时，将微生物按照一定比例稀释，并作为前置液的一部分进行压裂的过程，微生物水压裂使微生物在压裂瞬间被送到更大的半径范围内，提高了增油系数，延长了压裂的有效周期。
5、微生物与其它采油措施的复合：微生物与其它采油措施的复合是指微生物与聚合物、三元聚合物或表活剂等措施相结合，发挥各自优势，使综合效果最佳。
四、微生物采油技术在大庆的应用概况：自1998年以来，先后在采油一厂、二厂、三厂、五厂、六厂、七厂、八厂、十厂、十一厂、头台油田等进行了微生物单井吞吐和微生物驱的采油试验。
在微生物现场试验中，已累计增油几万吨。
进行了室内色谱分析发现原油微生物降解后长链饱和烃减少，短链饱和烃增加。
注入油层的微生物浓度为104-5个/ml，而产出液中微生物浓度为107-8个/ml。
说明微生物能在油层中存活前迅速增长，也就是说注一吨微生物原液能产出相当于微生物原液1000吨的油井产出水。
这情况说明大庆地下的地化和物化环境非常适合微生物的生长，它能在大庆地下油层形成微生物场，达到降低原油粘度，增强原油流动性，从而提高油井的产量，提高油田的采收率。
1、微生物吞吐1997年9月始，大庆油田开始进行微生物单井吞吐现场试验。
施工井次目前累计156口，施工共注微生物120吨，增产原油约11000吨，吨微生物增油91.7吨。
2、微生物水驱采油2000年在采油十厂的预备井区和朝80区块23口水井、45口油井进行了微生物驱采油先导试验，到2002年期间先后又在采油一厂、三厂、六厂、八厂、十厂等56个注水井组进行了微生物驱油，例如采油六厂11-丙103井组。
2002年1月27日—9月15日，11-丙103井共进行了5个微生物段塞的注入工作，累积注入微生物菌液2271.98m3，注入油层孔隙体积0.009PV，微生物原液23.9t。
试验效果1、增油降水效果明显11－丙103井在注入微生物45天后，井组内5口油井陆续开始见效，见效井比例达到100%。
井组平均月含水由见效前的25%最低下降到7.5%，下降了17.5个百分点；日产液由见效前的24t最高上升到40t，日增液16t；日产油由注微生物前的18t最高上升到37t，日增油19t。
目前该井组日产油为26t，与见效前相比日增油8t，累积增油量为4178t。
单井效果对比表2、投入产出比高，经济效益明显目前11-丙103井组已累积增油4178t，吨微生物增油量为175t，投入产出比已达到1：10。
3、微生物菌种在低渗稠油中具有良好的成活、繁衍能力微生物驱油技术其效果好坏的关键在于所注入的微生物菌种能否在油层中成活及繁衍。
经多次现场资料检测分析证明，喇嘛甸油田过渡带外扩地区油层流体中的原生菌含量在101－102个/mL左右。
11-丙103井在注入微生物40多天后，5口油井采出液中微生物含量陆续开始明显增加，采出液中微生物含量最高峰达到1.1×108个/mL。
与注入微生物前相比，5口井的菌数增加均超过了105个/mL，增加幅度最大的达到107个/mL。
上述资料表明所注入的菌种在低渗稠油中具有良好的生长和繁衍能力。
采出井微生物含量检测表4、微生物能使油水性质发生变化，提高了原油在油层中的流动性5口采出井多次现场资料表明，注入的微生物菌液在油层内发酵过程中，通过自身的生长、繁衍和产生代谢物的综合作用，使产出原油粘度降低，碳的轻组分明显增加，胶、蜡含量下降。
使原油的物化性质发生变化，提高了原油在多孔介质中的流动性。
4. 1 采出液中原油含胶、蜡成分减少，粘度明显下降5口采油井在注入微生物见效后，采出液中原油胶、蜡含量均有不同程度的减少，平均含胶量由注微生物前的31.0%下降到注微生物见效后的21.2%，下降了9.8%；含蜡量由注微生物前的29.7%下降到注微生物见效后的22.9%，下降了6.8%。
采出井原油含胶、蜡变化表采出井原油的粘度也随着油井见效而降低，5口井微生物见效后原油粘度平均下降幅度在32%，最大降幅达到41.2%。
单井原油粘度变化表由于采出液粘度降低，油井热洗周期延长。
5口油井在注入微生物前的热洗周期平均为78.8天，注入微生物后延长到119.8天，延长了40天。
4.2微生物改变了原油中的烃类组分采出井原油色谱分析结果表明：微生物在油层发酵过程中，使原油中烃组分分布状况发生明显变化。
5口井的全烃谱图中短链饱和烃类明显增加，而长链饱和烃类明显减少。
5、微生物具有提高吸水能力，降低注入压力的作用5.1 注入压力下降11-丙103井在注入量稳定的条件下，注入微生物30天后，注入压力开始持续下降，由注微生物前的12.5MPa下降到10.9MPa，下降了1.6MPa。
到2002年10月，即注微生物9个月后，该井注入压力仍保持在11.3 MPa，与注入微生物前相比下降了1.2 MPa。
5.2 压降曲线PI（90）值明显下降注入井压降曲线PI(90)值由注入第一段塞后的15.21MPa，下降到注入第四段塞后的13.53 MPa，下降了1.68 MPa。
上述数据表明，微生物在油层中生长、繁衍及代谢物的综合作用下，具有解堵、改变岩石表面润湿性、减少渗流阻力的作用。
6、注入工艺简单，灵活性好微生物采油试验采用高压注入管网稀释流程，此流程注入工艺简单，可采用撬装方式，原有注水工艺流程不用改动，由于微生物注入一般采用多级段塞方式注入，一套高压注入泵可以根据每口注入井的周期，对3－4口井进行循环注入。
由于采用撬装方式还可以根据现场需要，进行站间搬迁，多次使用，大幅度降低了设备投入成本。
