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微生物采油技術(shù)

作者:王曉菲  來(lái)源:上海師范大學(xué) 
評(píng)論: 更新日期:2022年11月16日

摘要:隨著世界能源供應(yīng)的日益緊張,同時(shí)勘探和采油技術(shù)的不斷進(jìn)步,各國(guó)都對(duì)微生物采油技術(shù)的研究投入了相當(dāng)熱情。我國(guó)在“九五”、“十五”期間,也后對(duì)微生物采油技術(shù)立項(xiàng)攻關(guān),并且取得了一定的成效,我國(guó)勝利油田在四個(gè)塊區(qū)的微生物采油試驗(yàn)也已累計(jì)增油6萬(wàn)余桶。對(duì)許多百姓來(lái)說(shuō),利用微生物技術(shù)采油是個(gè)新鮮話(huà)題。本文將對(duì)這一話(huà)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述。

關(guān)鍵詞:微生物采油、收率、孔隙、篩選

1. 前言和概述

目前世界上已探明的石油可采儲(chǔ)量是按照現(xiàn)有技術(shù)水平認(rèn)定的,只占已探明石油地質(zhì)總儲(chǔ)量的一小部分。十多年前有人預(yù)測(cè)地球上的石油可采儲(chǔ)量只夠用40年,然而如今這一預(yù)測(cè)已被更多的石油可采儲(chǔ)量所否定。其原因是勘探和采油技術(shù)進(jìn)步了,在當(dāng)時(shí)認(rèn)為勘探不到或開(kāi)采不出石油的地方采出了石油。世界現(xiàn)今的采油工業(yè)采收率就50%左右,就是說(shuō)還有約50%的石油埋在地下采不出來(lái)。美國(guó)能源部(DOE)的研究表明,微生物可提高采收率10%-15%,可延長(zhǎng)油藏開(kāi)發(fā)5-10年。[1]

利用微生物提高油井的采收率這項(xiàng)技術(shù)研究在國(guó)外已有了近80年的歷史,它是一項(xiàng)利用微生物的活動(dòng)及其代謝物強(qiáng)化采油的技術(shù)(Microbial Enhanced Oil Recovery,簡(jiǎn)稱(chēng)MEOR)。因其具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力,國(guó)內(nèi)外對(duì)該技術(shù)越來(lái)越重視,90年代初,美國(guó)和加拿大等已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。我國(guó)在此領(lǐng)域雖然起步較晚,但發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁,室內(nèi)研究和礦場(chǎng)試驗(yàn)都有相當(dāng)進(jìn)展,勝利油田微生物吞吐技術(shù)也已經(jīng)進(jìn)入推廣階段。[2]

2. 原因和優(yōu)勢(shì)

起初,也就是油田剛開(kāi)發(fā)時(shí),油厚、油多、地下壓力又大,那時(shí)油可以“自噴”出來(lái)。過(guò)些年后,地下壓力變小,就得往地下注水“驅(qū)油”,用“嗑頭機(jī)”往上抽。再后來(lái),注入地下的水都打上來(lái)了,油則變得很少了,而且新注入的水總是向同一個(gè)方向跑,習(xí)慣了“老路”,油就采不出來(lái)??茖W(xué)家就用化學(xué)辦法采油,即往油層里注聚合物,這些聚合物把水驅(qū)習(xí)慣的“老路”給“堵上”,這樣水就向別的方向壓,結(jié)果油又被擠了出來(lái)。雖然這種化學(xué)采油效果比較好,但是被堵上的“老路”以后幾乎再也打不開(kāi),里面被封閉的石油就無(wú)法開(kāi)采。

繼續(xù)采油需要“微生物”幫忙:微生物多是兼氧菌,有氧能活,無(wú)氧也能活,形態(tài)小,一般為球狀和桿狀,它們?cè)诘叵轮饕允蜑闋I(yíng)養(yǎng)。將微生物及其營(yíng)養(yǎng)源注入地下油層,讓微生物在油層中生棲繁殖。這樣,在復(fù)雜的千米地下,細(xì)小的微生物,通過(guò)新陳代謝,對(duì)原油可以直接作用,把大分子鏈切成小的分子鏈,改善原油物性,降低原油的黏度,提高原油在地層孔隙中的流動(dòng)性。另一方面利用微生物在油層中生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生的氣體、生物表面活性物質(zhì)、有機(jī)酸、聚合物等物質(zhì),可以提高原油采收率。 在采油過(guò)程中,整個(gè)井壁會(huì)被泥沙或者油本身的物質(zhì)如石蠟等堵塞,影響正常生產(chǎn),而這些微生物可以將蠟等物質(zhì)分解,將堵的地方疏通開(kāi)。細(xì)小的微生物還可以通過(guò)代謝產(chǎn)物,把因注水而習(xí)慣性流動(dòng)的“老路”或大的孔隙截堵上,再注水增加壓力,以此提高采油率。

微生物采油不會(huì)產(chǎn)生二次污染:因?yàn)槲⑸镌谧匀唤缰袩o(wú)處不在,從水體、土壤到空氣都有,它們不會(huì)污染環(huán)境,因而這種采油技術(shù)是綠色采油。以前采油過(guò)程中加的一些化學(xué)試劑大部分對(duì)環(huán)境有污染,而且,這些化學(xué)物給石油加工也帶來(lái)一些弊端,而微生物可以把大分子降解為小分子,代謝產(chǎn)物不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

微生物采油不受區(qū)域限制:微生物采油還可以解決其他化學(xué)方法無(wú)法解決的問(wèn)題,有獨(dú)到之處,如化學(xué)劑只能運(yùn)送到原來(lái)的通道里去,比如油層本身存在的空隙等,而微生物則不受這個(gè)限制,它們達(dá)到的區(qū)域很廣,因?yàn)槲⑸镆?,不得不四處找東西吃。

微生物采油成本低、效果好:它以水為生長(zhǎng)介質(zhì),以質(zhì)量較次的糖蜜為營(yíng)養(yǎng)。實(shí)施也很方便,通過(guò)油井現(xiàn)有的管道就可以注入油層。資料顯示,微生物采油技術(shù)已經(jīng)在許多油田中應(yīng)用,取得投入產(chǎn)出比為1∶5的好效果。[3]

3. 機(jī)理和步驟

微生物強(qiáng)化采油技術(shù)就是將特殊的微生物體系、生物催化劑與營(yíng)養(yǎng)物系統(tǒng)接種到生產(chǎn)井或注水井中,從而將其大量的植入含油區(qū)的孔隙介質(zhì)中,并通過(guò)控制酶在含油層油水界面上的反應(yīng),改變?cè)偷牧鲃?dòng)性,產(chǎn)生短鏈的分子與生物表面活性劑。它利用復(fù)雜的生物化學(xué)酶來(lái)加速普遍存在于原油中的直鏈烴的氧化還原反應(yīng),借助于共生微生物及特殊營(yíng)養(yǎng)物,使兼性喜氧微生物與嚴(yán)格厭氧微生物交替作用,最終通過(guò)酶的反復(fù)氧化還原將石蠟等重油組分轉(zhuǎn)化為短鏈分子,從而使原油的性質(zhì)和巖石與原油的相互影響等得到改善。

微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的三個(gè)主要作用機(jī)理為:(1)通過(guò)低界面張力的生物表面活性劑進(jìn)一步降低地層的剩余油飽和度;(2)將石蠟等重油組分轉(zhuǎn)化為短鏈分子,從而改善原油的流動(dòng)性;(3)微生物的大量植入,使流體轉(zhuǎn)向未波及區(qū)域,從而提高波及系數(shù)。[4]

利用微生物采油的四個(gè)步驟。

(1) 調(diào)查油層中微生物生活環(huán)境

由于微生物采油的地層環(huán)境對(duì)微生物采油有很大影響,所以,在進(jìn)行微生物采油前,應(yīng)對(duì)油田進(jìn)行調(diào)查。另外,選擇礦場(chǎng)試驗(yàn)油田時(shí),應(yīng)了解油層溫度、滲透率、孔隙度、原油性質(zhì)、儲(chǔ)層巖性以及油層中所含微生物的類(lèi)型等,盡可能多地掌握各種資料。

(2) 選擇和培養(yǎng)微生物

不是所有的微生物都能夠用于采油,而且不同的油層所需要的采油微生物也不同,所以微生物必須經(jīng)過(guò)篩選,在篩選過(guò)程中還要通過(guò)性能評(píng)價(jià),取得實(shí)驗(yàn)室的各種結(jié)果后才能用到現(xiàn)場(chǎng)。菌種篩選是微生物采油技術(shù)的關(guān)鍵。篩選菌種所遵循的原則是,所選菌種能在油藏條件下生存、運(yùn)移并能產(chǎn)生大量對(duì)采油有利的代謝產(chǎn)物;其次,從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),所選菌種能以原油為營(yíng)養(yǎng)源。

選擇好微生物后,要對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)。在溫度保持恒定的廠(chǎng)房中將微生物注入培養(yǎng)罐,培養(yǎng)至必要的菌體濃度,然后通過(guò)混合罐與無(wú)機(jī)鹽水及營(yíng)養(yǎng)源制成特定濃度的菌體懸濁液。微生物的篩選與油藏微生物生態(tài)問(wèn)題是密不可分的。一定的油藏微生物生態(tài)系統(tǒng)決定了微生物菌種的篩選,而已掌握的微生物菌種的特性反過(guò)來(lái)決定了油井選擇。

(3) 把微生物注入油井

可以從注水管線(xiàn)或油套環(huán)形空間將菌液直接注入地層,不需對(duì)管線(xiàn)進(jìn)行改造和添加專(zhuān)用注入設(shè)備。一般不同的油井注入微生物的量不一樣,有的可以注入幾百公斤,當(dāng)然這幾百公斤不全是微生物,里邊還包括很多營(yíng)養(yǎng)液。

(4) 關(guān)閉油井讓微生物進(jìn)行繁殖

當(dāng)微生物注入油井之后,油井就得關(guān)閉,一般關(guān)閉時(shí)間越長(zhǎng)越好,但是時(shí)間太長(zhǎng)就會(huì)影響經(jīng)濟(jì)效益,所以一般關(guān)閉3到5天,這樣能讓微生物在里邊充分繁殖。這期間是不能采油的,如果采油就會(huì)把剛注入的微生物又抽了上來(lái)。關(guān)閉期之后就可以恢復(fù)開(kāi)采。一般微生物在油層中的有效期是3到6個(gè)月,可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微生物多輪次的注入,這樣,微生物才有機(jī)會(huì)進(jìn)入更深的地層,作用于更多的殘余油。但一般是第一次效果最好,后來(lái)越來(lái)越不好,這也和油井內(nèi)石油越來(lái)越少有關(guān)系。[5]

4. 前景和后言

雖然世界各國(guó)都已經(jīng)非常重視對(duì)新型能源的開(kāi)發(fā)和使用,但是技術(shù)水平的不成熟和相當(dāng)技術(shù)難點(diǎn)尚未攻克,使得新型能源的推廣和普及夠受到很大的局限性,以石油、煤、天然氣等非再生能源為主的狀況短時(shí)期內(nèi)還不會(huì)有所改變。而另一方面,對(duì)能源的需求依舊與日俱增,尤其我國(guó)今年來(lái)經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速,我國(guó)的能源供應(yīng)也屢次出現(xiàn)危機(jī)。

我國(guó)稠油資源分布很廣,地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)16.4億噸,其中陸地稠油約占石油總資源的20%以上。稠油突出的特點(diǎn)是含瀝青質(zhì)、膠質(zhì)較高。遼河油田錦州采油廠(chǎng)1995年率先開(kāi)展了將微生物處理技術(shù)適用于針對(duì)稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)組分的研究,1996年進(jìn)入礦場(chǎng)試驗(yàn)階段,1996~1997年先后在遼河千江塊進(jìn)行微生物吞吐26井次,取得了良好的效果[6]。微生物采油技術(shù)可以很大程度的增加油田的產(chǎn)率和收率,使原來(lái)已經(jīng)衰竭油田恢復(fù)產(chǎn)能,提高新油田的采油率。

基于類(lèi)似種種的情況,我國(guó)在微生物采油技術(shù)方面的攻關(guān),對(duì)于我國(guó)未來(lái)幾年中的能源供應(yīng)有著相當(dāng)重要的影響,將該技術(shù)成熟的運(yùn)用起來(lái),無(wú)疑將十分有利于我國(guó)繼續(xù)快速的發(fā)展經(jīng)濟(jì)。

主要參考:

[1] 李大慶,專(zhuān)家呼吁應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)微生物采油技術(shù)的支持力度,科技日?qǐng)?bào),中國(guó)能源網(wǎng),http://www.china5e.com/news/newpower/200508/200508170193.html, 2005-08-17

[2] 孫巖波,肖占利,楊英,孔祥峰,王恒強(qiáng),成建,微生物采油技術(shù)在低滲高含蠟斷塊油田的應(yīng)用,油氣田地面工程,2004,23(4):16-17

[3] 周清春, 微生物究竟是如何幫助采油的?科報(bào)網(wǎng), http://www.stdaily.com/gb/misc/2005-11/03/content_450429.htm,

[4] 牟建海,微生物強(qiáng)化采油技術(shù)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景,化工科技市場(chǎng),2003,4:6-9

[5] 馮慶賢,陳智宇,耐高溫采油微生物的研究與應(yīng)用,石油勘探與開(kāi)發(fā), 2000,27(3):50-53

[6] 崔波,石文平,戴樹(shù)高,李旭云,高粘度稠油開(kāi)采方法的現(xiàn)狀與研究進(jìn)展,石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì), 2000, 16(6): 5-10, 32

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