微生物采油技術(shù)簡(jiǎn)介

1、 微生物采油技術(shù)簡(jiǎn)介大慶石油學(xué)院2006年3月一、概述 微生物采油技術(shù)在我國(guó)發(fā)展很快，近年來各油田采用與大學(xué)、研究院所合作以及從國(guó)外公司引進(jìn)技術(shù)等方式，進(jìn)行了大量的室內(nèi)研究，取得了一定的成果，并進(jìn)行了一定數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。但在以烴類為營(yíng)養(yǎng)物的厭養(yǎng)菌或兼性厭養(yǎng)菌的篩選、評(píng)價(jià)和應(yīng)用等方面的研究還很少。我們?cè)诖朔矫孢M(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)篩選出能夠在油藏環(huán)境生長(zhǎng)、繁殖、代謝的菌種。室內(nèi)研究取得了突破性的進(jìn)展，在大慶油田的不同區(qū)塊進(jìn)行了油井解堵、水井降壓以及提高采收率礦場(chǎng)試驗(yàn)，效果非常明顯，經(jīng)濟(jì)效益好。二、研究依據(jù) 經(jīng)過幾十年的研究，通過微生物地下發(fā)酵提高原油采收率，已經(jīng)提出了以下幾個(gè)方面的機(jī)理：1、 細(xì)

2、菌降粘，減少原油的滲流阻力；2、 產(chǎn)生氣體，形成氣驅(qū)和原油降粘；3、 產(chǎn)生表面活性劑，降低油水界面張力，提高洗油效率；4、 產(chǎn)生聚合物，封堵高滲透層，調(diào)整吸水剖面；5、 脫硫或脫硫菌，食原油組分中的硫、氮、降解瀝青和膠質(zhì)，降低原油粘度；6、 產(chǎn)生有機(jī)酸，溶解巖石，提高油層的孔隙度和滲透率；7、 產(chǎn)生醇、醛、酮等有機(jī)溶劑，降低原油的粘度；8、 利用微生物產(chǎn)生的代謝物質(zhì)，使儲(chǔ)層巖石表面的濕性反轉(zhuǎn)，以利于水驅(qū)提高采收率。以上的微生物采油機(jī)理，主要是以細(xì)菌在地下代謝碳水化合物（如糖蜜）為基礎(chǔ)提出來的。我國(guó)的糖蜜資源有限，不可能將大量的糖蜜注入地層。但是，在油層中卻存在著大量未被采出的殘余油。如果能夠找

3、到以油層原油為碳源生長(zhǎng)繁殖的細(xì)菌，通過產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物或使原油降粘來增加原油的產(chǎn)量，那么將是一條非常經(jīng)濟(jì)的MEOR途徑。三、菌種的篩選對(duì)于所篩選解堵或提高原油采收率的菌種，必須滿足以下的條件才有可能取得較好的效果。 1、厭氧條件下能以原油為唯一碳源生長(zhǎng)繁殖；2、營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單，補(bǔ)充氮、磷、鉀元素，即能滿足厭氧代謝原油的要求；3、以原油為碳源時(shí)，厭氧生長(zhǎng)速度較快；4、細(xì)胞較大；5、適合油藏條件（如溫度、PH值、礦化度等）；6、地面擴(kuò)大發(fā)酵較為簡(jiǎn)單。按照上述要求，最終確定了幾株菌供礦場(chǎng)試驗(yàn)。所選育的菌種是來自大慶油田油井產(chǎn)出的油水混合物。此種細(xì)菌產(chǎn)物主要為生物表面活性劑。并且能以原油為唯一碳源進(jìn)行長(zhǎng)

4、繁殖。細(xì)胞大小為0.51×3100微米，形成1微米左右的孢子。對(duì)于不同的油層條件將以此菌為基礎(chǔ)，進(jìn)行不同工藝的培養(yǎng)及配伍應(yīng)用。在提高原油采收率方面效果很顯著。四、微生物產(chǎn)品的主要性能及其評(píng)價(jià)（1）類型代號(hào)：BS（Biosurfactant的縮寫）產(chǎn)物：生物表面活性劑表面活性劑類型：羧酸鹽型（2）技術(shù)指標(biāo)顏 色：淺黃或黃色PH 值：3.04.5菌 數(shù)：105107菌體大?。?6um防 蠟 率：50%降 粘 率：30%耐 溫：65oC（3）產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)菌種是從大慶油田油井產(chǎn)出油水混合物中分離得到的，屬兼性厭氧菌，在以原油為碳源的厭氧液體培養(yǎng)基中，厭氧生長(zhǎng)的最高菌數(shù)可達(dá)108個(gè)/毫升，并能

5、產(chǎn)生一定的表面活性劑，能厭氧分解C20至C60之間的固體石蠟，該菌種以碳水化合物為碳源好氧發(fā)酵時(shí)能產(chǎn)生脂肪酸型的生物表面活性劑。具有截面活性強(qiáng)、原油降粘率及防臘率高的優(yōu)點(diǎn)。Bs菌種為革蘭氏陰性菌，屬假單胞菌屬，是兼性厭氧菌，菌體形態(tài)為桿狀，菌體大小為12µm，呈現(xiàn)淺黃或深黃色，具有較好的耐溫、耐酸堿（Ph值）和礦化度等特性。表1 菌種性能指標(biāo)對(duì)比表顏色PH值菌數(shù)（cell/ml）菌體形狀菌體大?。?#181;m）耐溫（oC）耐酸堿性耐礦化度（mg/L）淺黃或黃色3.04.5105107桿狀12654.5-9.012500（a）界面張力的測(cè)定發(fā)酵液與原油之間界面張力（IFT）是衡量生物

6、表活性劑性能的一個(gè)重要參數(shù)，不同種類的微生物所產(chǎn)生的生物表面活性劑性質(zhì)差別很大，雖然與化學(xué)表面活性劑相比，在界面活性上往往缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。但是，生物表面活性劑也有抗生物分解能力強(qiáng)和性能獨(dú)特的特點(diǎn)。測(cè)定PH值為4.5的發(fā)酵液與大慶油田中1聯(lián)原油的界面張力為1.8×100mN/m，說明篩選到的Bs菌種在以碳水化合物為碳源好氧發(fā)酵時(shí)能產(chǎn)生界面活性較好的生物表面活性劑。（b）、原油的降粘率大慶外圍低滲透油田，原油粘度相對(duì)較高。因此，發(fā)酵液的降粘特性對(duì)于這些低滲透油田的開發(fā)，將具有重要的意義。敖古拉油田和朝陽溝油田部分油井原油樣品的降粘測(cè)試結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，發(fā)酵液中所含的細(xì)菌代謝產(chǎn)物

7、對(duì)于不來源和不同性質(zhì)的原油都具有較好的降粘效果。表2 發(fā)酵液對(duì)原油的降粘率油田油樣發(fā)酵液濃度指標(biāo)00.20.61.02.05.0敖古拉塔30-25粘度(mPa.s)1501401251008575降粘率(%)06.016.633.043.050.0塔28-18粘度(mPa.s)656052453830降粘率(%)07.625.030.841.553.8朝陽溝朝84-44粘度(mPa.s)595544.5363327降粘率(%)06.724.638.942.454.2朝98-64粘度(mPa.s)524739312819降粘率(%)09.625.040.448.063.5楊大城子粘度(mPa.s

8、)575525487413350265降粘率(%)08.715.028.339.053.0薩南南7-21-丙656粘度(mPa.s)656050464030降粘率(%)07.6232938.553.8南7-20-丙656粘度(mPa.s)787568605650降粘率(%)03.812.82328.235.9南7-20-檢654粘度(mPa.s)555348373634降粘率(%)03.612.732.734.538.2南6-4-丙41粘度(mPa.s)454340373228降粘率(%)04.41117.828.937.8(c)、原油的防蠟率防蠟效果好意味著蠟、膠質(zhì)等在巖石表面的粘附能力差，

9、或者說原油在微孔道中的流動(dòng)阻力低。對(duì)于低滲透油田，改善原油在油層中的流動(dòng)特性是至關(guān)重要的。因此，細(xì)菌的代謝產(chǎn)物應(yīng)具有很好的防蠟效果。如表3所示：表3 發(fā)酵液對(duì)原油的防蠟率油田發(fā)酵液濃度%油樣0.20.61.02.05.0敖古拉塔30-254255697989塔28-183441505778朝陽溝朝84-4436.3424553.562朝98-645356678592.6楊大城子27.24254.5薩南南7-21-丙65636.257.674.573.985.75南7-20-丙65633.739.655.476.589.2南7-20-檢65438.540.472.488.589.8（d）具有較強(qiáng)

10、的溶蝕能力 檢測(cè)到無機(jī)酸發(fā)酵液的Ph值由7.2下降到4.5-5.5，說明菌種生物代謝過程中產(chǎn)生酸性物質(zhì)，放置120小時(shí)后脂肪酸含量由空白的168.99mg/L上升到818.54ml/L。對(duì)固結(jié)的固體沉淀物（臘、膠質(zhì)物等）有很強(qiáng)的溶蝕能力。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，用原菌液在50oC下放置12小時(shí)，將固體沉淀物變成膠體溶液。（e）具有較強(qiáng)的洗油能力 測(cè)定pH值為4.5的菌液復(fù)配體系與薩南過渡帶原油的界面張力為3.4×102mN/m，說明所篩選到的微生物在以碳水化合物為碳源時(shí)能產(chǎn)生界面活性很高的生物表面活性劑。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，緊固黏附在玻璃壁上的原油，用濃度為10%溶液，在室溫28oC左右的條件下，見

11、到明顯的洗油效果，加溫至45oC，完全可清洗凈玻璃壁上的原油，使溶液變成黑色液體。（f）耐溫性能有些低滲透油田，油層埋藏較深，地層溫度較高，這就要求細(xì)菌所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物具有良好的耐溫特性。將發(fā)酵液（PH值4.5左右）置于不同溫度的恒溫箱中，每隔一定的時(shí)間測(cè)定不同稀釋濃度下表面張力的變化，以判斷在高溫下產(chǎn)物性能是否發(fā)生改變。表4是75條件下的測(cè)定結(jié)果。表4 發(fā)酵液在75條件下表面張力隨時(shí)間的變化時(shí)間（天）0123456原液25.725.525.025.525.725.024.62%發(fā)酵液27.027.328.027.827.927.026.41%發(fā)酵液28.228.029.230.030.029

12、.029.2五、模型驅(qū)油效果評(píng)價(jià)（一）實(shí)驗(yàn)1、 模型實(shí)驗(yàn)所用模型均為人工膠結(jié)巖芯。2、 實(shí)驗(yàn)用水按大慶油田平均地層水礦化度配制的人工鹽水，礦化度為4456ml/L。地層水經(jīng)過滅菌后使用。3、 實(shí)驗(yàn)用油原油取自大慶油田中一聯(lián)合站，經(jīng)脫水、過濾。4、 菌液中試廠生產(chǎn)的發(fā)酵液，過濾、稀釋后使用。（二）基本步驟實(shí)驗(yàn)基本步驟如下：測(cè)氣相滲透率抽空、飽和水測(cè)水相滲透率飽和原油水驅(qū)至含水99%注微生物斷塞后續(xù)水驅(qū) （三）結(jié)果與討論通過模型實(shí)驗(yàn)可以看出，利用厭養(yǎng)分解石油烴的細(xì)菌進(jìn)行驅(qū)油來提高采收率的實(shí)驗(yàn)，方法是可行的。表5是實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表5 微生物菌種驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果模型號(hào)孔隙度%氣相滲透率mD原始油飽和 度%水驅(qū)

13、注微生物后續(xù)水驅(qū)采收率增 值%最終采收 率%孔隙體積倍 數(shù)采收率%注入速 度m/d采收率%孔隙體積倍 數(shù)采收率%孔隙體積倍 數(shù)2-519.637566.21.9643.61.203.91.013.82.4917.761.33-625.580470.13.1340.50.902.60.258.01.9410.651.14-323.995473.63.141.10.901.90.3813.64.515.556.655-722.031674.22.4940.61.072.10.928.73.1810.851.455-422.532275.93.3842.21.061.80.5312.63.5114.

14、456.6六、生物應(yīng)用技術(shù)及效果（一）微生物解堵技術(shù)微生物解堵技術(shù)是大慶石油學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)成熟技術(shù)，最近幾年，在大慶油田的很多采油廠以及吉林油田都有應(yīng)用，而且都取得了良好的效果。1、微生物解堵機(jī)理可簡(jiǎn)單地概括為以下幾點(diǎn)：1）、微生物代謝產(chǎn)生的生物表面活性劑，可以在井壁產(chǎn)生親水膜，使油與井壁之間的作用力減弱。在油層中生物表面活性劑也同樣可以提高原油產(chǎn)量。2）、菌體可以被油層中的顆粒吸附，這樣顆粒周圍的極性加強(qiáng)，顆粒與巖石的作用力減弱，從而可清除一些雜質(zhì)對(duì)巖石孔道的堵塞，起到疏通孔道，提高滲透率的作用。3）、微生物的混合培養(yǎng)液，具有把飽和石蠟選擇性降解為不飽和烯烴的能力。含有飽和餾分的烴類

15、包括N-烷烴、支連烷烴和環(huán)烷烴。微生物降解、代謝并吸收某些物質(zhì)，如石蠟，其方法與我們?nèi)祟惖南^程相似。不同的是，這些單細(xì)胞微生物具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)及其降解過程。這個(gè)過程發(fā)生在細(xì)胞膜的表面上，在那里，有如酶之類的蛋白質(zhì)分子連續(xù)分泌，使生物化學(xué)反應(yīng)得到催化。2、微生物解堵效果分析我廠應(yīng)用微生物解堵技術(shù)是成熟的，表6為2004年我們?cè)诓捎投S油井解堵的效果對(duì)比表?？梢姡刂沟?月底30口油井措施后比措施前累計(jì)增油6648噸，平均單井增油221噸。經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。（二）、微生物降壓增注技術(shù)1、 油田中的生產(chǎn)問題（1） 高壓注水問題高壓注水問題，給油田注水開發(fā)帶來一系列不利影響：加大了平面和層間矛盾。

16、高壓注水不僅使天然裂縫大量開啟和延伸，而且也產(chǎn)生了更多的裂縫，由于注水沿高深透帶，特別是沿裂縫竄流，使吸水厚度和吸水層數(shù)減少；增大了注采比和無效注水量。高壓注水既能砂巖的水量，同時(shí)也能增加外竄，包括泥巖吸水和巖斷層竄流；增加了套損井?dāng)?shù)。超破裂壓力注水有部分水注進(jìn)泥巖層，加劇了泥巖的蠕動(dòng)；這是套管損壞的主要原因之一。（2） 欠注井和冬關(guān)井問題油田生產(chǎn)中，有些注水井由于吸水狀況差，滿足不了配住設(shè)計(jì)要求。東北地區(qū)冬季時(shí)間較長(zhǎng)，為了防止管線凍裂，有些欠注井在冬季必須關(guān)井停注。欠注井和冬關(guān)井已成為油田生產(chǎn)中比較棘手的問題之一，使這部分水井恢復(fù)正常注水，對(duì)于油田的穩(wěn)產(chǎn)將具有主要意義。（3） 表外儲(chǔ)層和表內(nèi)

17、薄差層吸水厚度問題三次加密井區(qū)，表外儲(chǔ)層和表內(nèi)薄差層往往射開層數(shù)多，射開井段長(zhǎng)，各小層滲透率差異大，滲透性差。因此，在注水開采時(shí)每小層的啟動(dòng)壓力各不相同，在一定的注入壓力下，有的小層能夠吸水，有的小層由于注入壓力達(dá)不到該層的啟動(dòng)壓力而不吸水，導(dǎo)致了表外儲(chǔ)層和表內(nèi)薄差層吸水厚度低，油田注水開發(fā)效果差。2、微生物降壓增注作用原理利用微生物產(chǎn)生的大量有機(jī)酸、有機(jī)溶劑、表面活性劑和活細(xì)胞體系，配合能與原油形成超大型低界面張力的表面活性劑體系，改變微孔介質(zhì)中巖石表面的性質(zhì)，降低啟動(dòng)壓差，改善流動(dòng)在微孔道中的流動(dòng)阻力，達(dá)到降壓增注的目的。該項(xiàng)目技術(shù)的應(yīng)用有效地緩解了油田生產(chǎn)的注水問題。3、微生物水井降壓增

18、注技術(shù)應(yīng)用的選井條件（1）有效厚度大于3m，孔隙度大于20%；（2）油層連通好；（3）初期注水壓力低，目前注水壓力高；（4）初期注水量大，目前注水量??；（達(dá)不到配注量）（5）井口、管路無泄露。表6 2004年1-9月微生物解堵效果對(duì)比表序號(hào)井號(hào)施工日期全井解堵前解堵后對(duì)比累計(jì)增油t砂巖有 效日產(chǎn)液日產(chǎn)油含水沉沒度日產(chǎn)液日產(chǎn)油含水沉沒度日增油mmtt%mtt%mt1N4-11-6224.27325.663524.7516754.475.3411262N3-51-4244.2716.33.74250350.18450435.622593N4-10-6224.2724.68.2634510.8743

19、7.5190.0715024N4-10-6284.2915.33.610187.8551.1316569.8594.343905N4-30-4254.2913.35.46189.139.61747810.934076N3-D1-B1444.2617.85.26181.1344.819288.1429.913547N3-D2-SB4474.2617.20.63170.884.721670.2280.453808N3-D3-B4594.2619.73.16265.174.2621765.1208.157529N7-10-6224.2845.77.717288.268.332486.575.7217

20、010N7-10-6264.2841.213.8827546.314566.462.5320311N8-1-3294.2947.421.514469.9145.31866912428412N7-10-B6174.2815.31.93241.59.68357100314713N7-20-B6204.2835.29.44163.641.211464.995039214N7-30-B6534.2617.33.95266.4125.713470.7254.4214915N7-31-B6544.2614.42.83168.6488.1740100614.23-1916N8-31-6425.2336.16

21、.96353.63210455.622.96112317N6-21-6225.2548.513.25265.822.41237554.7112518N6-40-B6195.2314.82.25254.9257.715568.3333.9312819N7-30-6405.2620.55.81061.52.916271.316.61215720N7-30-F6415.2513.33.76266.213.216179.4965.8-1021N8-10-6295.2329.76.26273.138276.33.860022X1-D1-4405.2318.54.65348.114.4617663.513

22、.8318523N3-31-B6675.2422.22.42171.144221386.6193.9626624N3-2-B425.2437.429.56180.830331485.6437.1324725N6-10-6295.2536.16.98364.654.49364.6127.607126N6-2-2234.2923.914.38362.514313653.8113313027N6-20-6237.2832.4741751567185.71270028N3-51-5237.2823.56.96347.65.3724964464.2652829N4-D1-1207.2827.515.311736.435.519953.951.526430N4-30-5297.2849.76.25340.937.99283.667.39-10合 計(jì)66484、微生物水井降壓增注技術(shù)的效果低滲透油田水井生物降壓增注99年在吉林油田、大慶油田共進(jìn)行了4口井的礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，2000年在大慶油田進(jìn)行了20口水井