微生物采油技術(shù)分析研究 環(huán)境工程專業(yè)

微生物采油技術(shù)分析研究環(huán)境工程專業(yè)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6萬余桶。對(duì)許多百姓來說，利用微生物技術(shù)采油是個(gè)新鮮話題。本文將對(duì)這一話題進(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，就是說還有約50%的石油埋在地下采不出來。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)(MicrobialEnhancedOilRecovery,簡(jiǎn)稱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，也就是油田剛開發(fā)時(shí)，油厚、油多、地下壓力又大，那時(shí)油可以“自噴”出來。過些年后，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，注入地下的水都打上來了，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?？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。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，里面被封閉的石油就無法開采。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。細(xì)小的微生物還可以通過代謝產(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)方法無法解決的問題，有獨(dú)到之處，如化學(xué)劑只能運(yùn)送到原來的通道里去，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)過篩選，在篩選過程中還要通過性能評(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，然后通過混合罐與無機(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來決定了油井選擇。(3)把微生物注入油井可以從注水管線或油套環(huán)形空間將菌液直接注入地層，不需對(duì)管線進(jìn)行改造和添加專用注入設(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。關(guān)閉期之后就可以恢復(fù)開采。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，后來越來越不好，這也和油井內(nèi)石油越來越少有關(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1995年率先開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，無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)，/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),/gb/misc/2005-11/03/con