微生物采油可行性報告.doc

微生物采油可行性報告1概述1.1石油開采石油是一種復(fù)雜的烴類混合物，這些烴類可能以氣態(tài)、液態(tài)或者瀝青質(zhì)的固態(tài)存在，它一般在地下的沉積巖層中存在，液態(tài)烴俗稱為原油，它存在于儲油巖層的孔隙中，孔隙的大小不同，因而開采時的難易程度也有所不同。在沒有外壓的情況下，孔隙中的原油很難溢出。常規(guī)的一次采油是油井建成之后，靠地層壓力將原油壓至地面，能開采出原油量的30%左右；二次采油需加壓、注水、注汽等，靠水或氣體的流動將油從油井驅(qū)至地面，能獲得總儲量的1020，剩余在油藏中的石油由于吸附在巖石空隙間難以開采，因此需要用新的方法將其開采出來，這就需要三次開采油。三次采油的主要機(jī)理是降低原油黏度，或增加注入水的黏度，縮小油水之間的黏度差，控制水的流動性，提高驅(qū)油面積，從而提高原油的采收率。常規(guī)的三次采油方法有：熱驅(qū)，蒸汽驅(qū)油，化學(xué)驅(qū)油（包括表面活性劑驅(qū)油和聚合物驅(qū)油）以及微生物采油。常規(guī)的化學(xué)驅(qū)動費(fèi)用都比較昂貴，而微生物采油隨著生物技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)向著經(jīng)濟(jì)開采原油的目標(biāo)邁出第一步。利用微生物開采枯渴的油層是目前最經(jīng)濟(jì)的方法，應(yīng)用這種方法不僅可以開采出流動的原油，而且可以開采出不動的石油，并能使枯渴井延長壽命。多年以來的研究證明：微生物采油是一種最有前途的強(qiáng)采方法。1.2微生物采油技術(shù)概述微生物采油技術(shù)，即微生物提高原油采收率技術(shù)（microbialenhancedoilrecovergMEOR），是通過將篩選的微生物注入油藏，利用微生物在油藏中的有益活動，微生物的代謝產(chǎn)物與油藏中液相和固相的互相作用，對原油/巖油/水界面性質(zhì)的特性作用等，改變原油的某些物理化學(xué)特征，改善原油的流動性質(zhì)，從而提高原油采收率的綜合性技術(shù)。采油微生物代謝過程中除了產(chǎn)酸，生物表面活性劑和氣體等代謝產(chǎn)物外，還產(chǎn)生聚合物和有機(jī)溶劑等，所有這些代謝產(chǎn)物都能在不同程度上以不同方式作用于地層原油，改善原油的性質(zhì)，以利于原油的開采，微生物采油技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，逐漸成為目前國內(nèi)外發(fā)展迅速的一項提高原油采收率技術(shù)，也是21世紀(jì)一項高新生物技術(shù)。廣義地說，微生物采油方法主要包括兩大類：一類是利用微生物產(chǎn)品（如生物聚合物和生物表面活性劑）作為油田化學(xué)劑進(jìn)行驅(qū)油，也稱為微生物地上發(fā)酵提高采油率。目前該技術(shù)在國內(nèi)外已趨成熟；另一類是利用微生物及其代謝物提高采油率，主要是利用微生物地下發(fā)酵提高采收率。狹義上得微生物采油技術(shù)就是指利用微生物地下發(fā)酵提高采收率方法。本報告也將就后者進(jìn)行重點(diǎn)分析。微生物采油（即地下發(fā)酵發(fā)）是直接將微生物注入到油層，將儲油巖層作為一個巨大的發(fā)酵罐，在其中生長繁殖，代謝出對提高采收率有用的代謝產(chǎn)物或進(jìn)行原油改良，從而提高原油采收率得方法。與其他提高采收率的方法相比，微生物采油技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢；一、施工成本低，二、施工工藝簡單，操作方便，操作方式靈活多變，容易控制，三、具有不損壞地層，可反復(fù)使用，易生物降解，不易污染環(huán)境的生態(tài)學(xué)優(yōu)勢，四、增產(chǎn)效果持續(xù)時間長，五、使用范圍廣。2微生物采油技術(shù)的現(xiàn)狀及前景微生物采油自20世紀(jì)20年代被提出后，由于受到多種因素的限制，發(fā)展一直很緩慢，20世紀(jì)20年代世界石油危機(jī)后，各國加速了對細(xì)菌采油的研究。最近幾年國外研究微生物采油的大學(xué)越來越多，許多大石油公司以及獨(dú)立的高科技實(shí)驗(yàn)室也在進(jìn)行研究和開發(fā)，并取得許多可喜的成果。在采油微生物研究初期，主要側(cè)重于菌種的篩選，菌種的性能評價，室內(nèi)模擬試驗(yàn)，礦廠應(yīng)用試驗(yàn)與提高原油采收率的研究。微生物采油技術(shù)在廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，其深入研究主要表現(xiàn)在兩個方面，一是微生物采油技術(shù)與礦廠工程學(xué)的深入研究；二是石油微生物菌種的生物學(xué)特性的基礎(chǔ)研究。為了給微生物采油技術(shù)提供性能優(yōu)良的菌種，采油微生物菌種的基礎(chǔ)研究十分活躍，主要表現(xiàn)在以下五個方面：微生物生理學(xué)研究，石油微生物遺傳學(xué)研究，者熱菌，耐溫菌的基礎(chǔ)研究，石油微生物酶的研究，石油微生物的分類鑒定。目前大部分微生物采油現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)均是含蠟量高的輕質(zhì)油中進(jìn)行的，而膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高的黏油微生物缺乏足夠的資料。顯然，原油黏度越高，通過微生物生命活動降低其黏度，增加其流動性也越困難。目前，高黏油微生物采油技術(shù)報道極少，高黏油的微生物開采現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)層有成功報道，但為數(shù)不多。高膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量也給高黏油的微生物開采帶來了不少困難，但是通過篩選高黏油優(yōu)良菌種，進(jìn)行高黏微生物開采礦場實(shí)驗(yàn)，探討高黏油微生物采油機(jī)理，是目前世界上亟待解決的一項技術(shù)難題。3可行性分析31微生物采油的機(jī)理微生物采油利用以蠟為碳源的耐氧厭氧菌對原油的作用和在此過程中所產(chǎn)生的輕組分及代謝產(chǎn)物有機(jī)酸、醇和表面活性劑來改善原油的流動性、改善油水、界面狀況和流動關(guān)系，以增加油井產(chǎn)油量，提高油田開發(fā)效果，通過細(xì)菌對地層的直接作用，以及細(xì)菌產(chǎn)生的各種代謝產(chǎn)品對油層的作用，可以提高原油的采收率。細(xì)菌對油層的作用方式主要有以下幾種。3.1.1微生物的直接作用通過在巖石表面上的生長繁殖，占據(jù)孔隙空間，用物理方法驅(qū)出石油，改變碳?xì)浠衔锏酿s分。微生物能黏附則巖石表面，在油膜下生長，最后把油膜推開，使油釋放出來。3.1.2改變原油的組成通過降解原因，使其變成低黏的原油。微生物以石油中正構(gòu)烷作為碳源而生長繁殖，從而改變了原油的碳鏈組成，使原油黏度降低而變得容易流動。微生物不斷老化，改變了石蠟其原油的物理性質(zhì)，影響了原油液或固相的平衡，降低了石蠟其原的臨界溫度和壓力。微生物的增加能大大減少儲存、井眼和設(shè)備表面原油石蠟的溫度和壓力。微生物生長時釋放出的生物酶，可降解原油，使原油碳鏈斷裂，高碳鏈原油變?yōu)榈吞兼溤停怪亟M分減少，輕質(zhì)組成增加，凝固流和黏均可降低。不僅改善原油在油層中的流動性，而且會使原油層質(zhì)得到改善。3.1.3改變原油的驅(qū)油環(huán)境3.1.3.1生物表面活性劑提高采收率微生物所產(chǎn)生的表面活性劑會降低油水界面張力，減少水驅(qū)油主管張力，提高驅(qū)替毛管數(shù)。同時生物表面活性劑會改變油藏巖石的潤濕性，從親油變成親水，使吸附在巖石表面上的油膜脫落，油藏成余飽和度降低，從而提高采收率。3.1.3.2生物氣提高采收率大多數(shù)微生物在代謝過程中都產(chǎn)生氣體，如CO2，H2，CH4等。這些氣體能夠使油層部分增壓并降低原油黏度，提高原油流動能力；溶解巖石中的碳酸鹽，增加滲透率；使石油膨脹，其體積增大，有利于驅(qū)出原油，增加產(chǎn)量；同時氣泡的賈敏效應(yīng)還會增加水流阻力，提高注入水波及體積。3.1.3.3產(chǎn)生酸及有機(jī)溶劑提高采收率微生物產(chǎn)生的酸主要是相對低分子質(zhì)量的有機(jī)酸（甲酸、丙酸），也有部分無機(jī)酸（硫酸）。它們能溶解碳酸鹽，一方面增加孔隙度，提高滲透率；另一方面，釋放二氧化碳，提高油層壓力，降低原油黏度，提高原油流動能力。產(chǎn)生的醇，有機(jī)酯等有機(jī)溶劑，可以改變巖石表面性質(zhì)和原油物理性質(zhì)，使吸附在孔隙巖石表面的原油被釋放出來，并易于采出地面。研究結(jié)果表明，微生物作用原油主要產(chǎn)生乙酸、丙酸，另外還有其他幾種短鏈有機(jī)酸。與此同時，微生物還產(chǎn)生兩種未知醇類，這些都是微生物在發(fā)酵原油過程中的代謝產(chǎn)物，它們有利于改善原油黏度，類似輕度酸化，增加巖石孔隙度，從而提高原油量。發(fā)酵液中的有機(jī)酸分析表明，細(xì)菌的生命活動加速了石油的分解，它能代謝石油烷烴而產(chǎn)生脂肪酸，隨著發(fā)酵時間的增長，有機(jī)酸含量也同時增加。經(jīng)細(xì)菌發(fā)酵過的發(fā)酵液，PH明顯下降，一般可將發(fā)酵液的PH由7.0降低到6.05.5。3.1.3.4生物聚合物提高采收率微生物在油藏高滲透區(qū)生長繁殖及產(chǎn)生聚合物，能夠有選擇地堵塞大孔道，增大掃油系數(shù)和降低水油比。在水驅(qū)中增加水的黏度，降低水相的流動性，減少指進(jìn)和過早的水淹，提高波及系數(shù)，增大掃油效率。在地層中產(chǎn)生的生物聚合物，能在高滲透地帶控制流度比，周整注水油層的吸水剖面，增大掃油面積，提高采收率。3.1.4綜合作用（表1）表1微生物代謝產(chǎn)物對油層的作用微生物代謝產(chǎn)物對油層的作用溶劑表面活性劑酸氣體生物量聚合物32.微生物采油的應(yīng)用方案3.2.1單井周期注入微生物采油單井周期注入法，又稱單井吞吐法。為了提高低產(chǎn)油井的產(chǎn)量，需要將所篩選的采油微生物和其培養(yǎng)液、營養(yǎng)液從單口采油井高壓泵入油層；關(guān)井?dāng)?shù)日成數(shù)周，使微生物在油層中生長繁殖，并產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，微生物可運(yùn)動到油井周圍直徑10m左右的儲油巖層；通過微生物及其產(chǎn)物的作用，疏通被堵塞的油層孔隙通道，增加原油的流動性，提高原油的采收率。關(guān)井時間視微生物的生長繁殖情況而定，這主要取決于油層的溫度。開井后，采油微生物可被反排出來，故稱單井吞吐法。周期性的微生物采油，增油期維持時間較短，一般為半年或數(shù)月。為了保持高產(chǎn)，待采油量降低后，需要再次循環(huán)注入采油微生物，有一定局限性。在同一地區(qū)重復(fù)進(jìn)行了周期性注入時常出現(xiàn)生物凈化作用。周期性微生物采油機(jī)理見圖1。微生物單井吞吐采油的選井應(yīng)注意以下幾個問題。產(chǎn)能低，滲透率低的油井不適應(yīng)單井吞吐。易出砂井，不宜采用單井吞吐。黏土含量高的油層不宜采用。高溫、高壓井不宜采用微生物開采。微生物注入量，注入周期確定要合理。菌液用量與處理頻率是否是最佳最優(yōu)，是影響經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，應(yīng)根據(jù)具體情況調(diào)整，一般不宜超過六輪。微生物單井吞吐采油應(yīng)在含水70%90%時進(jìn)行，有利于微生物生存、繁殖。微生物單井吞吐是小斷塊，連通狀況差，地層溫度低的“土豆”油藏的很好的增產(chǎn)措施。3.2.2微生物驅(qū)油微生物驅(qū)油是指將篩選到的采油微生物與其營養(yǎng)物從注水井高壓泵入儲油層。微生物隨注入水在油層內(nèi)遷移，直至運(yùn)動到儲油層深部。微生物在油層內(nèi)生長繁殖，并產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物。細(xì)胞和代謝產(chǎn)物分別作用于原油，發(fā)揮出各自的驅(qū)油功能，降低原油黏度，增加原油的流動性。驅(qū)替原油從油井中采出，從而提高原油采收率。微生物驅(qū)油是所有的微生物采油方法中真正提高原油采收率并且效果最好，顯效最長的微生物顯油技術(shù)。微生物驅(qū)替原油機(jī)理見圖2。篩選采油所用微生物菌種的一般方法步驟見圖3。取樣現(xiàn)場厭氧富集菌落試驗(yàn)裝置富集裝置加壓加壓微生物篩選溫度壓力礦化度產(chǎn)物油分散體驅(qū)油微型填礦柱油氣高溫高壓放大巖樣試驗(yàn)MEOR巖芯試驗(yàn)結(jié)果機(jī)理研究結(jié)果油田現(xiàn)場試驗(yàn)第一步是現(xiàn)場取樣，從準(zhǔn)備用微生物處理的油藏原油、水中分離菌中。從油藏中分離出的微生物應(yīng)用與其油層條件類似的油藏效果較好。第二步是厭氧富集。從現(xiàn)場采集的油、水樣品裝入加壓厭氧的菌管中或試驗(yàn)裝置、富集裝置中進(jìn)行樣品富集厭氧培養(yǎng)。第三步是微生物篩選。將厭氧的培養(yǎng)物置于將進(jìn)行微生物處理的油藏條件下，考慮新黏試驗(yàn)，從中篩選適于油藏條件的微生物。然后進(jìn)考察菌種與注入水的配伍性。取污水處理站及注水井的水樣，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，觀察注入水對菌株的傷害，選擇抗傷害能力強(qiáng)的菌株。注入水對菌體的傷害是由于水處理藥劑所致，尤其是殺菌劑更為嚴(yán)重。因此，在施工過程中可停止加入水處理藥劑。第四步是驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)。用微型填礦柱做巖芯模型，飽和原油和氣態(tài)烴，模擬油藏高溫、高壓、高礦化度條件，用篩選的微生物菌種做室內(nèi)驅(qū)油試驗(yàn)。在微型巖芯模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步做放大巖芯模擬試驗(yàn)，根據(jù)驅(qū)油效果確定微生物菌種。在做驅(qū)油巖芯模擬試驗(yàn)時，應(yīng)同時對篩選的菌種做驅(qū)油機(jī)理的研究。將篩選的菌種在相應(yīng)的條件下做原油降黏效果分析及產(chǎn)酸，產(chǎn)氣定量分析，根據(jù)微生物的作用效果進(jìn)一步確定采油現(xiàn)場應(yīng)用的微生物