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    微生物采油

    微生物采油是技術含量較高的1種提高采收率技術,包括微生物在油層中的生長、繁殖和代謝等生物化學進程,還包括微生物菌體、微生物營養液、微生物代謝產物在油層中的運移,和與巖石、油、氣、水的相互作用引發的巖石、油、氣、水物性的改變。 微生物采油施工簡單、本錢低,是1種便宜有效的采油技術,有望成為未來油田開發后期穩油控水、提高采收率的主要技術之1。

    微生物采油

    微生物采油是技術含量較高的1種提高采收率技術,包括微生物在油層中的生長、繁殖和代謝等生物化學進程,還包括微生物菌體、微生物營養液、微生物代謝產物在油層中的運移,和與巖石、油、氣、水的相互作用引發的巖石、油、氣、水物性的改變。 微生物采油施工簡單、本錢低,是1種便宜有效的采油技術,有望成為未來油田開發后期穩油控水、提高采收率的主要技術之1。

    微生物采油

    如何取得
    中文名稱微生物采油
    微生物采油技術含量高的提高采收率
    施工簡單本錢低
    外文名稱MEOR,Microbial Enhanced Oil Recovery
    便宜有效采油技術
    大事記

    在世界范圍內,經過1次采油,2次采油兩次常規采油以后的總采收率1般只能占地下原油的30%~40%。遺留在地層的殘余油依然占60%~70%,故如何提高采收率,從地下采出更多原油,1直是世界上許多國家不斷研究的課題[1] 。直到1926年Beekman[2]提出細菌能采油至今,經過70多年的發展,微生物清蠟和下降重油粘度、微生物選擇性封堵地層、微生物吞吐、微生物強化水驅等已成為1項成熟的提高采收率技術,并構成了繼傳統的熱驅、化學驅、氣驅以后的第4種提高采收率的方法----微生物提高原油采收率技術(Microbial Enhanced Oil Recovery,MEOR)。

    MEOR是將微生物及其營養源注入地下油層,使微生物在油層中生棲繁殖,1方面利用微生物對原油的直接作用,改良原油物性,提高原油在地層孔隙中的活動性,另外一方面利用微生物在油層中生長代謝產生的氣體、生物表面活性物資、有機酸、聚合物等物資,來提高原油采收率的1種方法。微生物采油有個明顯的特點。首先,微生物以水為生長介質,以質量較次的糖蜜作為營養,實行方便,可從注水管線或油套環形空間將菌液直接注入地層,不需對管線進行改造和添加專用注入裝備;由于微生物在油藏中可隨地下流體自主移動,作用范圍比聚合物驅大,注入井后沒必要加壓,不損傷油層,無污染,提高采收率顯著。其次以吞吐方式可對單井進行微生物處理,解決邊遠井、枯竭井的生產問題,提高孤立井產量和邊遠油田采收率;再有選用不同的菌種,微生物可解決油井生產中多種問題,如降粘、防蠟、解堵、調剖,最后提高采收率的代謝產物在油層內產生,利用率高,且易于生物降解,具有良好的生態特性。微生物采油由于其本錢低、效果好、無污染,越來越遭到人們廣泛的重視。美國俄克拉何馬州Payne縣東南Vrssar vertza砂巖礦區[3]、Teapot donne油田等[4]現場先導實驗均使采油率有所增加,證明MEOR是行之有效的。微生物采油技術在許多油田中利用,獲得了投入產出比為1∶5的好效果[5]。

    分類","":1,:2,"分類","

    微生物采油技術(Microbial Enhanced Oil Recovery,簡稱MEOR)是當今國內外3次采油及石油環保領域的1項科技含量高、發展迅猛的綠色環保技術。目前,在國內由于高新技術的引進進程及油田服務商概念模糊的影響下,業內普遍將MEOR同等于國內已研究實驗多年的本(異)源微生物采油技術(比如中國石油團體公司網站的“石油科普”中提到的“MEOR生物采油技術”),事實上在國際采油界的認識中,MEOR是生物采油技術總稱,從機理大致分為:本(異)源生物采油技術(即細菌法)和生物酶采油技術兩大分支。其中,BERO?(Biosurfactant Enzyme for Recovery of Oil)生物表面活性劑屬于生物酶采油行列。[1]

    微生物采油機理","":1,:3,"微生物采油機理","

    微生物采油是技術含量較高的1種提高采收率技術,不但包括微生物在油層中的生長、繁殖和代謝等生物化學進程,而且包括微生物菌體、微生物營養液、微生物代謝產物在油層中的運移,和與巖石、油、氣、水的相互作用引發的巖石、油、氣、水物性的改變,深入研究作用機理顯得尤其重要。

    武平倉等[6]對原油受實驗微生物作用生成的氣體進行研究,發現C6以下氣態烴的含量增加幅度達90%—100%;氣體中烴的總含量由28.090%增加到54.145%,增加幅度接近93%。同時有N2、CO2、H2生成。生成氣可改良原油在地層條件下的活動性,大量氣體在油藏中生成也會產生驅油效果。大港油田、青海油田重復實驗證明微生物作用后原油高碳烴密度減少,原油組成改變[7]。Statman 等[8]等對微生物作用前后油樣對照發現作用后油黏度變小。Onyekonwu等[9]對微生物作用前后的油樣進行對照分析,發現長鏈烴含量相對減少,短鏈烴或中鏈烴含量明顯增加,從而使原油結構中輕質組分含量增加.微生物能作用芳烴可以對芳環上的取代支鏈產生斷鏈作用.,膠質份子中取代基的平均份子鏈長也有變化。原油受微生物作用后生成大量的可帶羰基的化合物如酸、酯、酮等。這些有機物可以很好改變原油物性,使原油變得容易開采,從而提高產量.何正國等還進行了人造巖心驅替實驗,微生物在水驅后的巖心中活動,作用原油,可明顯視察到有產氣現象出現,對搜集到的生物氣進行氣相色譜成分分析得知,微生物作用原油能夠產生短鏈烷烴氣和2氧化碳等。氣體有益于產層壓力增加從而提高產量。在注微生物于含原油巖心培養72h后,對各巖心進行水驅,沒有注微生物的對比實驗巖心幾近無油驅出;而注入微生物的巖心均有油驅出,采收率有明顯提高,且驅出的油粘度變小。對驅出液進行鏡檢,有大量球菌和桿菌存在。包木太[10]等對微生物代謝產物進行分析發現采油微生物代謝進程中除產酸、生物表面活性劑和藹體等代謝產物外,還產生物聚合物和有機溶劑等,所有這些代謝產物都能在不同程度上以不同方式作用于地層原油,改良原油的性質,以利于原油的開采。

    1般認為起驅油作用的是微生物產生的氣體和表面活性劑,還有產酸作用、對原油的降解作用[11~14]。微生物注入地層后,通過間隙水與鄰近的油滴結合以后運移,微生物吸附于油滴邊界,將烴類份子轉化成有機溶劑、表面活性劑、酸、醇,和藹體。有機溶劑溶解于石油,下降其粘度,并通過溶解孔喉中重質長鏈烴類提高有效滲透率;表面活性劑可下降油與巖石和油與水的界面張力,提高驅油效力,改變巖石潤濕性,使巖石更加水濕;消除巖石孔壁油膜,提高油相活動能力;分散乳化原油,下降原油粘度。酸能夠下降油和孔喉中碳酸鹽含量,腐蝕石英和碳酸鹽表面以提高有效滲透率,并通過與碳酸鹽反應產生CO2下降石油粘度,引發油滴膨脹。氣體溶解于油,下降粘度,通過引發油滴膨脹起到物理驅油作用。微生物還產生兩種未知醇類,這些都是微生物在發酵原油進程中的代謝產物,它們有益于改良原油粘度,類似輕度酸化,增加巖石孔隙度,從而提高原油產量。新繁殖的細菌不斷產生并連續起作用,將之前不能活動的石油變成能活動的石油,從而提高了產量。成功油田和大港油田都曾利用微觀模型研究驅油進程,分析微生物產生的表面活性劑對殘余油的增溶、乳化和互溶現象,提出孔隙膠束增溶、孔隙乳化、孔隙兩相界面互溶和孔隙隧滲流等機理[15],但這些機理與化學表面活性劑驅油機理沒有太大本質區分。微生物直接驅油機理主要是:①產生的表面活性物資將水驅條件下不能活動的殘余油乳化,增加原油活動性。②改變巖石表面潤濕性,使油膜從巖石表面剝離,成為活動相。③生物氣溶于原油下降其黏度;原油在生物氣泡表面向前滑動而下降滲流阻力;大孔隙中的大氣泡對液流構成1定阻力,造成”賈敏效應“,具有1定“微觀調剖”作用[16]。概括起來,微生物采油的是通過是改變原油組成性質和改變原油的驅油環境,利用氣泡和微生物尺寸構成的微觀調剖作用,和微生物附著在巖石表面生長構成生物沉積膜,有益于細菌在空隙中存活與延伸,擴大驅油面積等因素到達提高采油增產目的的。

    根據微生物采油作用機理不同,可以對微生物采油的礦場利用類型分為:微生物強化水驅,周期注微生物采油,微生物選擇性封堵地層,微生物清蠟和下降重油黏度等[17]。

    從已知的采油機理可知微生物提高采油率是1種多用處的技術,利用該技術可以解決原油滲透率低、掃油效力低、流度比不利、氣錐進、水錐進、圈閉漬及結蠟結垢等問題, 具體到各種工藝,微生物采油的機理又有所不同,不同的工藝設計可以解決不同領域的問題,這給油田操作者提供了廣泛而多樣的選擇。值得1提的是[18],不同菌種的代謝產物不盡相同,同1菌種代謝不同營養物的產物也不盡相同,故不同菌種的作用機理有所不同。同1菌種的作用機理常常不止1種。微生物提高原油采收率是多種因素協同作用的結果。目前,微生物提高原油采收率的機理還不10分清楚,還需進1步的研究探討。

    數學模型","":1,:4,"數學模型","

    微生物采油技術以其投入少、環保、施工簡單等優點得到開發者的認同,但實際利用效果與室內研究結果相差較大,有的乃至沒有效果,其緣由是缺少對微生物在地層中運移、增產作用的數學描寫和對實行方案的詳細優化。微生物采油效果的好壞與多種因素有關。如何根據微生物采油特點,較好地預測利用微生物采油時的單井產油量、區塊增油量和含水率變化,對微生物采油方案設計和經濟效益預測有重要的理論與實際意義。從20世紀80年代末就開始有對微生物采油數學模型和數值摹擬研究。比較典型的有國外的Islam、Zhang和Chang模型[18~20]。其中Islam模型由于缺少實驗數據,在模型中沒有對微生物的增產機理進行斟酌,所以該模型只適用于理論研究和室內計算巖心中微生物和營養物的散布。而Zhang模型雖然描寫了微生物在地層中的活動,但一樣由于缺少實驗數據,對產物的構成只能利用經驗公式描寫,沒法對增產作用做深入描寫。另外,由因而1維巖心模型,所以難以用于現場的微生物驅油摹擬,至于Chang模型為美國國家石油和能源研究院推出的微生物數值摹擬模型,遺憾的是在模型中沒有對微生物的產物構成和油藏增產機理做描寫。在鑒戒國外模型的基礎之上,國內的石油工程師對微生物驅油的數學模型進行了改進和提高,中科院滲流所的朱維耀、楊正明和石油大學的雷光倫同志在這方面也進行了很多研究工作。建立了描寫微生物生物行動的數學模型,并在此基礎上,采取經驗公式對微生物增產機理和產物構成進行了描寫,但是由于觸及的參數種類太多,難以利用于現場[21~23]。姜漢橋[24]等通過分析國內外微生物驅油數學模型的適用范圍和發展現狀。指出目前影響微生物驅油數模發展的關鍵是相干參數的獲得,并對需要的參數進行了分類,指出了獲得的難易程度。建立了1套描寫微生物驅油的數學模型,提出了1套獲得相干參數的程序和方法。

    陳月明[25]在分析微生物采油機理及微生物作用前后滲流阻力變化的基礎上,建立了微生物吞吐和微生物驅油的產油量、產液量、增油量和含水率變化的數學模型。該模型簡單利用微生物與原油作用前后粘度及相對滲透率的變化數據和微生物處理前區塊(油井)的生產數據,便可預測出利用微生物采油時的采油量、增油量和含水率。利用實例表明,所建模型的預測結果與實際結果有很高的1致性。為便于油田現場利用,陳月明在Windows環境下開發編制了層系間竄流解釋和分析軟件。并利用該軟件對大慶油田杏2 3 23井(報廢井)和對應的更新井杏2 3 更23井的現場測試結果進行了計算和分析,得到了對油田生產有用的結論。

    采油微生物和油藏選擇","":1,:5,"采油微生物和油藏選擇采油微生物挑選","":2,:6,"采油微生物挑選","

    菌種挑選是微生物采油技術的關鍵。挑選MEOR菌種所遵守的原則,是所選擇的微生物應能適應油層環境條件。首先,所選菌種能在油藏條件下生存、運移并能產生大量對驅油有益的代謝產物;其次,從經濟角度動身,所選菌種能以原油為營養源。不同的生物工程目的所需的微生物代謝產物有所不同。MEOR菌種的選擇可參考表1[26]。

    目前菌種挑選主要向兩方面發展[27],1是提高菌種耐溫性,以合適更廣的油藏范圍;2是只提供部份無機營養物,希望以原油為碳源,下降注入營養物本錢。還有的挑選希望得到耐礦化度的菌種。目前已報導的菌種最高可適應85~95℃的油藏條件,耐礦化度高達17g/L[28],但此條件下活性如何還沒有明確報導。大部份油田挑選和利用的菌種是烴類氧化菌系,可降解部份正構烷烴,對原油有1定降黏作用,合適30~60℃溫度[29];也有些工藝不需要挑選菌種,如內源微生物驅油[30]和活性污泥驅油。微生物種類鑒定比較復雜,僅少數油田對其使用的微生物進行了屬水平的鑒定和對環境的毒性鑒定。成功油田初步建立了石油微生物菌種庫和菌種數據庫,收錄了100多株菌種的微生物學特點、性能參數和利用情況。

    微生物挑選方法和步驟","":2,:7,"微生物挑選方法和步驟","

    MEOR菌種既可以是好氧菌,也能夠是厭氧菌。油藏處于缺氧狀態,而在油藏處理進程中不能保持絕對無氧狀態,故所用菌種最好為兼性厭氧菌。兼性厭氧菌的優勢還在于可以在好氧條件下培養,以縮短培養時間。好氧代謝比厭氧代謝快,先進行好氧培養,落后行厭氧培養,以加快挑選速度。另外,混合菌種可能具有協同作用,驅油效果優于單株菌。菌種的配伍性需通過摹擬實驗肯定。

    菌種挑選步驟以下:含菌樣品 富集好氧培養 單株菌分離純化 穿刺接種 富集厭氧培養 室內初步摹擬實驗 生化、代謝產物測試 物理摹擬實驗 肯定菌種組合。

    穿刺接種的目的在于初步判斷菌種的需氧性,將好氧菌去除,以減輕下1步厭氧挑選的工作量。室內初步摹擬實驗就是摹擬目的油藏的環境條件,檢驗實驗菌能否在該油藏環境下生存[31]。

    菌種性能評價","":2,:8,"菌種性能評價","

    菌種性能評價對菌種進行性能評價的目的在于挑選有益于微生物采油的菌種。菌種性能研究菌種性能評價包括其生物學特點、代謝產物分析、穩定性及對油藏環境的適應性,混合菌還需要進行菌株復配實驗[32]。1般用于評價的指標是:最大菌體濃度,表面張力下降幅度,培養液pH值及粘度的變化,產生氣體的量及組成,原油組成變化等。已報導的有以下3類評價方法。

    分析原油被微生物發酵前后的變化

    將微生物與原油共同培養后分離出原油,測試原油被發酵前后的變化,包括:①測試發酵前后的黏度、凝固點、含蠟量等物性變化。②用恩氏蒸餾法測試組分變化,發酵后輕餾分增加越多,說明微生物作用越好。③用色譜法分析正構烷烴組分變化,姥鮫烷/C17、植烷/C18比值反應原油活動性,發酵后其值上升說明原油活動性得到改良。很多實驗通過測定主峰碳的變化[29,33]或咔唑類化合物的變化來確認原油降解程度。④用色譜柱分離法分析各族組分相對含量變化,了解微生物對哪一個族組分影響較大,多數實驗證明對正構烷烴有明顯影響,也有實驗證明對膠質、瀝青質有影響。

    分析菌液的變化

    在有原油存在的環境中培養微生物,測試菌液作用前后的酸度、界面張力變化和產氣量[36]。對代謝產物中生物表面活性劑的分析研究較多,包括影響 其產生的因素、對原油的作用效果和其成份等[37],但停留在單項成份的定性或定量分析。

    巖心微生物驅油實驗

    利用人造巖心或天然巖心建立微生物驅油的Lazar模型,1般實驗進程是:巖心飽和水、飽和油后水驅,水驅到含水98%或100%時注入1定量配制好的菌液,放入恒溫箱培養,測試從模型中排出的液體和藹體。另外一種是高壓驅油模型,巖心培養之前先加壓,關閉巖心兩端閥門在高壓條件下培養1段時間,然后再水驅,測試采收率提高情況。巖心驅油實驗還用于研究微生物驅的相對滲透率變化[38] 、微生物用量或微生物段塞與采收率的關系。由于條件限制,多數油田最常測試的是微生物作用前后原油黏度變化。

    目前國內在菌種評價方面忽視室內實驗條件與現場利用條件的不同,因此偏差較大。微生物本身和其代謝產物都受地層條件的影響,溫度、壓力、礦化度和巖性等因素的影響還存在1些未知的關系,需要通過室內實驗了解各自影響程度。建立完全可靠的評價方法是今后菌種性能評價重點攻關的內容之1。

    油藏微生物生態問題","":2,:9,"油藏微生物生態問題","

    微生物采油的方法及其優點微生物采油基本方法廣義地說主要包括兩大類:1類是利用微生物產品如生物聚合物和生物表面活性劑作為油田化學劑進行驅油,稱為微生物地上發酵提高采油率工藝,即生物工藝法,目前該技術在國內外已趨成熟;另外一類是利勇微生物及其代謝產物提高采油率,主要是利用微生物地下發酵和利用油層中固有微生物的活動,稱為微生物地下發酵提高采收率方法 狹義地說微生物采油是指利用微生物地下發酵提高采收率方法。對與厚意種方法,油藏微生物生態問題長時間注水開發油藏的地下應存在相對穩定的原地微生物生態系統。微生物采油進程中,注入的微生物與原地微生物能否兼容,注入的營養對原地微生物有甚么影響,這些問題還沒有認真研究。這些問題是微生物采油技術研究的重要組成部份,也可能成為該項技術發展的突破口。

    3.2.1微生物采油的地層環境

    各種EOR技術適用的油層條件有1定限制。MEOR也不例外,油層條件有1定限制。在此對現在的E

    OR利用界限加以論述。

    首先,油層巖質以砂巖或碳酸鹽巖為對象,它對微生物沒有影響[39]。以碳酸鹽巖為對象時,可以期待代謝所產生的酸性物資對碳酸鹽巖有溶解作用。還必須斟酌黏土礦物等對菌體及營養物的吸附。MEOR微生物與營養源必須在巖石孔隙中移動,在油層中分散。在pH與離子強度適當的條件下,黏土礦物使微生物在表面上吸附,阻礙微生物在孔隙中的移動和分散。因此,采取目的油層的巖心,通過微生物滲透性測試進行探討是必要的?紫抖扰c滲透率等因素對微生物的移動,增殖及代謝有影響。微生物的形態有球菌,桿菌,螺旋菌等,長0.5—10μm,寬0.5—2.0μm。細菌需要在目的油層中移動,1定程度的增殖空間是必要的,即某種程度的滲透率是必要的。據報導,細菌可在75×10⑶μm2以下的巖心中運移,但通常適用下限為150×10⑶μm2左右,在300×10⑶μm2以上則更適合。

    關于油層深度界限,實際上是溫度及壓力界限,深度是受限制的[40]。微生物生長溫度上限,最近研究熱水礦場等所得到的超嗜熱菌為110℃,1般的好熱微生物為100℃左右。但是,適應超過70℃油層的事例,至今幾近沒有報導。若以70℃為上限溫度,深度界限大約為8000英尺(2438.4m)。油藏中的地層水是微生物群體耐于生長和代謝的媒體,地層水的關鹽度,活度,pH和地層水的溶解的物資對微生物群體的生長和代謝起側重要的作用,超過1定上限值而存在的有好鹽性、好酸性及好堿性微生物,1般微生物難適應。以上所述的各種條件是目前水平下的限制,如果新發現特異功能微生物,有可能適應超過這些條件的更廣泛的油層[41]。

    微生物采油技術的選井條件目前在國內普遍使用的微生物菌液的適用條件為[42]:①油層溫度<120℃;②地層水氯離子含量<10×104mg/L;③有毒離子含量(砷,汞,鎳,硒)<0~15mg/L;④油層滲透率>50×10⑶μm2;⑤原油密度<0.900g/cm3;⑥殘余油飽和度>25%;⑦油藏含水率>5%。

    3.2.2營養

    對微生物的營養問題觸及兩個方面,1個是微生物在注入油井前培養對應的培養基的營養成份,另外一個是在井里所需要添加的營養物資。

    培養基的挑選雖然在礦場利用中細菌是以原油為營養物資生存繁殖的,但是用于礦場的菌液是在室內用特殊的營養物資精心培養出來的,這些營養物資通常稱為培養基,主要由有機物資和微量元素混合而成,不同的細菌所需要的培養基不1定相同,用不同的培養基培養同1種細菌,其具有的功能也可能不同,乃至會相差很大。要使1種培養基既能夠同時滿足多種微生物繁殖的要求,又能夠使它們在較短的時間里繁殖到達最大密度和具有最強的活性,并且使它們完全保持所需要的使用功能,是1項難度很大的研究工作[43]。

    微生物菌種在地下需要1定量的營養物以保持其生長、繁殖和代謝。營養物主要是碳源、氮源、磷源,其中碳源為地層原油,不必補給;其他營養成份需要添加。通過不同類型營養劑挑選實驗,選出由銨鹽、磷酸鹽和生長因子等組成,并用礦場注入污水配制的營養溶液。由于地層水或注入水中含有微生物生長所需微量元素,不需要補充。所以地層狀態決定了所需要添加的營養物資[44]。配伍、分散原油等實驗結果表明,所選營養液與地層水(或污水)配伍性良好,菌的生長能力與油的乳化性也較好。

    對注入地層的微生物所需的營養物資應當是在地層條件下具有熱穩定性和化學穩定性的,而且不會與地層液體中的無機鹽產生反應而沉淀,以避免阻塞地層。另外,在含粘土的地層中,營養液應不至于引發地層粘土膨脹和微粒運移。為避免產生這些問題,確保工程成功,應利用地層水樣和巖樣進行相干這方面的室內實驗。

    3.2.3化學劑

    油田開發的各個環節基本上都要使用化學劑,只是目的不同,使用的化學劑種類不同,如鉆井、修井、完井,壓裂、堵水、調剖、固砂進程使用的化學劑,生產進程中使用的緩蝕、防垢、除垢、殺菌劑等油田注入水經常使用處理劑,油田開發后期化學法提高采收率技術使用的大量驅油劑。這些化學劑視濃度的不同對微生物產生不同程度的影響。相對而言,用量較大的化學劑如注入水處理劑和3次采油驅油劑的影響可能更大。

    化學劑對微生物的影響主要有兩方面。1是化學劑對微生物細胞結構的影響,1些具有表面活性的物資可直接破壞細胞結構,使微生物死亡。2是化學劑與微生物細胞中某些生化物資結合,使其喪失原本的生化性能,不能正常生長代謝,終究致使死亡。不管是哪種影響,都與化學劑濃度密切相干。只有化學劑濃度超過1定范圍,才能對微生物產生影響。如目前油田注入污水處理多用陽離子季銨鹽類和其與氧化劑的復配物,1般加藥量在9~10mg/L,當細菌數高于102個/mL時,藥劑加量須加大2~3倍[45]才能控制細菌的生長。在實行聚合物驅的區塊常出現高細菌腐蝕速率現象[46],也是注入的驅油劑中聚丙烯酰胺和甲醛共同影響地層中細菌生長釀成的。

    當化學劑對微生物生長的抑制作用影響到微生物采油工藝的實行時,就必須消除這類抑制作用。要從根本上消除化學劑對微生物生長的抑制作用,必須從微生物菌種挑選及微生物育種著手。(1)在含有化學劑的地層水中,常常存在由于產生自發突變而能抵抗化學劑不利影響的微生物?梢詮漠a出液中挑選這些微生物,經過2次挑選得到的采油用菌種既可以滿足微生物采油的需要又能抵抗化學劑的不利影響。(2)工業菌種的培養應用遺傳學原理和技術對某個用于特定生物技術目的的菌株進行多方位的改造,以增加新的性狀。通過微生物育種,可以取得在不利化學劑存在條件下生長良好的采油菌種,從而消除化學劑對微生物采油的不利影響。用于工業菌種育種的方法主要有誘變和基因重組。

    3.2.4本原微生物問題

    長時間注水開發油藏的地下應存在相對穩定的原地微生物生態系統。對原地微生物生態系統中可以劃分為兩類[47],1類是不利于油藏開采的細菌群落,系指消耗存在于海水中或存在于地層水或含水層水中組成能源鏈的硫基化合物,而又消耗存在于地層中作為細菌食品的單碳化合物的細菌群落。細菌生長所排泄出的廢物,包括硫化氫在內,不但對人有毒害,而且還會使管材和地面油罐等設施遭受腐蝕。還有些有害的微生物在井筒周圍(泥漿濾餅和地層中)生長和繁殖得很快,以導致巖石孔隙遭受梗塞,從而下降滲透率;但另有1些微生物卻能使所添加的因增產增注后失效的化學試劑分解,而延長井筒的壽命。另外一類是有益于采油的微生物—有益的細菌群落,由于在其生長繁殖進程中,能產生諸如溶劑、酸類、氣體、表面活性劑和生物聚合物等有效化合物,因此可提高石油采收率。這些細菌及其副產物也就在油層中起到了有效的作用。為此,石油微生物學家都在試圖尋覓既能使不利于采油的細菌得到抑制而又能促使有益于采油的細菌得到生長和繁殖的方法。

    微生物采油進程中,注入的微生物與原地微生物能否兼容,注入的營養對原地微生物有甚么影響,這些問題還沒有認真研究。這些問題是微生物采油技術研究的重要組成部份,也可能成為該項技術發展的突破口。Yonebayashi[48]在進行境地實驗(Halo實驗)的同時,采取流體培養基的培養實驗到了以下3種結果。①B.subtilisRTC 4126與113菌,只出現競爭對手113菌落,被檢菌的增殖遭到抑制。②E.CloacaeTU 7 A與113菌,雙方都出現菌落,但是沒有Halo構成,雙方互不影響。③B.licheniformisTRC 182A與118菌,被檢菌與競爭菌之間構成典型的境地,被檢菌抑制競爭菌。構成透明圈的主要緣由,被認為是由于TRC182A所生成的表面活性劑造成了118菌的溶菌。在流體培養實驗結果的探討中,也得到了與境地實驗相同的3種類型。

    由于本原微生物中本身存在有益于采油的菌種,所以如果利用好這些本原微生物,可以減少微生物菌體對油藏環境的不適應性和與本原微生物的不相容性。所以本原微生物采油技術成為1比較好的研究方向[49]。

    由于微生物采油的地層環境對微生物采油的這些影響,在進行微生物采油前應對油田進行調查。選擇礦場實驗油田時應了解油層溫度、滲透率、孔隙度、原油性質、儲層巖性、注水末期等因素的影響。選擇1定的注水井和生產井,收集油層水樣及注入水樣,對這些試樣中的微生物種類進行調查,同時收集注入裝置處理后的水進行一樣的分析作為參考并對存在于油層中的根源微生物進行調查。

    值得1提的是,微生物的挑選與油藏微生物生態問題是密不可分的。1定的油藏微生物生態系統決定了微生物菌種的挑選,而已掌握微生物菌種的特性反過來決定了微生物采油的油井選擇。

    微生物采油工藝及現場監測","":1,:10,"微生物采油工藝及現場監測微生物采油工藝","":2,:11,"微生物采油工藝","

    目前微生物采油工藝按其注入、生產方式大致分為微生物單井吞吐法與微生物驅法[50]。

    微生物單井處理微生物采油技術可用于油井處理,以增加產量。微生物及其營養物通過套管環空注入近井地層,然后用1定量的液體(通常是地層水或2%~3%KCl溶液)頂替,1般關井24小時到7天,然后開井生產。全部進程3至6個月重復1次,微生物有機會進入更深的地層,作用于更多的殘余油。微生物處理井筒主要目的是生產保護,雖不具清蠟功能,但有防蠟作用,技術難度不大,可大范圍利用。微生物單井吞吐技術微生物單井吞吐采油的處理對象是近井地層,需要菌種在地層中生長代謝,應挑選厭氧或兼性厭氧型的微生物,具耐溫等性能,F場利用時1般需要補充有機營養,并關井1段時間。

    微生物驅法是通過微生物作用于全部油藏,提高產量和采收率。在注水站的貯水罐中加入微生物,不管是連續注入還是階段注入,微生物都能通過注水系統以正常速度注入地層。該項操作幾近不必改動現有的注水流程,且常規注水制度沒必要中斷。微生物驅油技術現場微生物驅油從注水井擠注微生物,處理對象是大面積地層,對微生物的要求與單井吞吐相同,只是微生物及營養物的用量都比單井吞吐大很多。這是微生物采油技術發展的主要方向,能真正提高采收率。

    微生物采油兩種工藝基本操作順序相同[39],在此舉例說明其操作順序。在溫度保持恒定的廠房將微生物注入培養罐,培養至必要的菌體濃度。然后通過混合罐與無機鹽水及營養源培養液混合,制成設定濃度的菌體懸濁液,用注水泵從注入井注入油層。實行水驅的油田,最好利用注水管線泵等現有設施進行MEOR。單井吞吐是1種間歇的生產進程,關閉油井1定時間后投入生產,反復這1循環。微生物驅是1種連續的生產進程,從注入井注入微生物及營養物資,由生產井采出原油。在實驗進程中通常要計測各種流體的產出量,計測原油流前緣的推移,收集產出液的樣品,與實驗前預先測定的基線值比較,進行MEOR評價。必要時通過各種測試(壓力衰減,失蹤劑等)進行評價。

    目前我國現場實行微生物采油主要是單井處理,分為“套加”(將菌種加入套管環空,只處理井筒、管柱)和“擠注”(在加菌液后加頂替液,將菌液擠入近井地層,也稱單井吞吐),利用最多的是套加,相當于加化學降黏劑,F場1般只需要斟酌菌液的稀釋、混配、計量和注入進程(方式,周期),可以并入已有的注水流程[51]。1995~2002年,大慶、成功、大港、中原、沈陽、華北、遼河、冀東、克拉瑪依、青海和新疆等油田和西南石油學院[16,28,52~55]展開了單井處理現場實驗,其中1些獲得較好的效果。

    微生物驅油技術日益成熟,已在國內外得到較廣泛的現場實驗和利用。大港油田油氣開發已進入注水開發的中后期,采油速度逐年降落,綜合含水逐年上升,油田穩產難度愈來愈大,為此,大港油田2001年與俄羅斯合作,在孔店油田實驗區塊(62℃)進行內源微生物驅油現場實驗,室內實驗證明該內源菌能以原油為碳源,在生長代謝進程中乳化原油[17,56]。港西油田4區明3油組和港東油田2區7斷塊的實驗成功,為微生物驅油技術進1步研究與利用提供了鑒戒。成功油田通過注水系統批量注入微生物,微生物驅油觸及井組乃至1個區塊,終究在生產井見到增油或降水的效果。成功油田也準備進行內源菌驅油實驗。對微生物驅油事前最好作微生物驅可行性研究(包括適應性評價,物理摹擬和微生物驅礦場實驗等)[14]。

    現場監測技術","":2,:12,"現場監測技術","

    在微生物采油技術研究中,為了完善注入微生物的選擇,對油層環境適應性,注入微生物與油層根源微生物競爭特性,添加營養源和提高原油采收率進行探討,同時為了準確分析和客觀評價MEOR現場實驗效果,要求了解目的菌的生長繁殖狀態、在多孔介質中的分散、運移狀態、地層流體及地層根源菌對目的菌的影響等,應當定期監測眾多特點參數(如注水井的壓力,生產井的產量、含水,產出液的微生物含量,主要代謝產物含量,水相的pH,油相和藹體的組分等)的變化,才能發現規律,所以有必要對油層環境中的注入微生物進行動態監控[57]。

    若為井筒處理,油井的電流和負荷應有變化;若為單井吞吐,油井的液量或含水、乃至動液面應有變化,F場進行微生物活體分析時,井口制止動火,不能對取樣口熱消毒,也不宜用藥劑消毒而污染樣品,無菌、厭氧取樣難度很大,能在井下密閉取樣最好。這方面的研究和設計目前還是空白。微生物驅油現場監測方面報導最多的是產量變化。

    作為MEOR注入微生物的檢出和辨認手段,雖然有生物化學形狀實驗法、選擇培養基法及免疫學法等報導,但這些方法都存在著辨認靈敏度或操作簡便性問題。從多樣化油層收集的眾多未知微生物群中,高靈敏度而且簡便地檢出和辨認注入微生物,這些方法不1定是有效的。傳統方法有顯微鏡目測法和平板記數法。顯微鏡直接目測法直觀快速,但對死菌、活菌不好分辨;平板記數法可解決活菌記數問題,提高活細胞濃度測試的準確性,但難以辨別菌的種類,沒法解決細菌的準確分類問題。有人提出利用PCR技術和FISH熒光染色技術[58~59]。通過限制酶處理由PCR擴增的基因所檢出的斷片,能迅速簡便地判斷細菌間的系統和分類學差異,辨別地層中原有微生物和注入的微生物,可基本滿足監控細菌的要求。這雖然難度大些,但應當非常精確。常規的PCR RFLP法實驗時間較長,最快也需要4天才能完成檢測和分析工作,不能及時指點菌種放大發酵及礦場注入等實驗研究工作,而且實驗費用高,需要完善和改進。

    結語","":1,:13,"結語","

    微生物采油施工簡單、本錢低,是1種便宜有效的采油技術。生物采油技術具有其它3次采油技術無可比擬的優點—多功能性,故有望成為未來油田開發后期穩油控水、提高采收率的主要技術之1。內源微生物和在現有的菌種基礎上,通過基因工程手段獲得基因工程菌,使其性能更加良好,有望成為解決高溫油藏、高礦化度油藏及稠油開采的主要菌種。另外,新技術將不斷用于微生物采油中,如PCR細菌基因檢測方法的確立,為指點MEOR現場實驗,深入展開研究,開辟了1條新路[14]。計算機技術將在微生物驅替實驗中發揮重大作用。

    MEOR技術經過幾10年的研究發展,獲得了可喜的進展,雖然仍有許多未知的方面,但在不久的將來1定會在世界范圍內成為現實。

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