微生物采油技術簡介

1、 微生物采油技術簡介大慶石油學院2006年3月一、概述 微生物采油技術在我國發(fā)展很快，近年來各油田采用與大學、研究院所合作以及從國外公司引進技術等方式，進行了大量的室內研究，取得了一定的成果，并進行了一定數(shù)量的現(xiàn)場試驗。但在以烴類為營養(yǎng)物的厭養(yǎng)菌或兼性厭養(yǎng)菌的篩選、評價和應用等方面的研究還很少。我們在此方面進行了大量的實驗，已經篩選出能夠在油藏環(huán)境生長、繁殖、代謝的菌種。室內研究取得了突破性的進展，在大慶油田的不同區(qū)塊進行了油井解堵、水井降壓以及提高采收率礦場試驗，效果非常明顯，經濟效益好。二、研究依據(jù) 經過幾十年的研究，通過微生物地下發(fā)酵提高原油采收率，已經提出了以下幾個方面的機理：1、 細

2、菌降粘，減少原油的滲流阻力；2、 產生氣體，形成氣驅和原油降粘；3、 產生表面活性劑，降低油水界面張力，提高洗油效率；4、 產生聚合物，封堵高滲透層，調整吸水剖面；5、 脫硫或脫硫菌，食原油組分中的硫、氮、降解瀝青和膠質，降低原油粘度；6、 產生有機酸，溶解巖石，提高油層的孔隙度和滲透率；7、 產生醇、醛、酮等有機溶劑，降低原油的粘度；8、 利用微生物產生的代謝物質，使儲層巖石表面的濕性反轉，以利于水驅提高采收率。以上的微生物采油機理，主要是以細菌在地下代謝碳水化合物（如糖蜜）為基礎提出來的。我國的糖蜜資源有限，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繁殖的細菌，通過產生大量代謝產物或使原油降粘來增加原油的產量，那么將是一條非常經濟的MEOR途徑。三、菌種的篩選對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繁殖；2、營養(yǎng)要求簡單，補充氮、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，厭氧生長速度較快；4、細胞較大；5、適合油藏條件（如溫度、PH值、礦化度等）；6、地面擴大發(fā)酵較為簡單。按照上述要求，最終確定了幾株菌供礦場試驗。所選育的菌種是來自大慶油田油井產出的油水混合物。此種細菌產物主要為生物表面活性劑。并且能以原油為唯一碳源進行長

4、繁殖。細胞大小為0.513100微米，形成1微米左右的孢子。對于不同的油層條件將以此菌為基礎，進行不同工藝的培養(yǎng)及配伍應用。在提高原油采收率方面效果很顯著。四、微生物產品的主要性能及其評價（1）類型代號：BS（Biosurfactant的縮寫）產物：生物表面活性劑表面活性劑類型：羧酸鹽型（2）技術指標顏 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）產品性能評價菌種是從大慶油田油井產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，厭氧生長的最高菌數(shù)可達108個/毫升，并能產生一定的表

5、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)酵時能產生脂肪酸型的生物表面活性劑。具有截面活性強、原油降粘率及防臘率高的優(yōu)點。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12m，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 菌種性能指標對比表顏色PH值菌數(shù)（cell/ml）菌體形狀菌體大?。╩）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）界面張力的測定發(fā)酵液與原油之間界面張力（IFT）是衡量生物表活性劑性能的一個重要參數(shù)，不同種類

6、的微生物所產生的生物表面活性劑性質差別很大，雖然與化學表面活性劑相比，在界面活性上往往缺乏競爭力。但是，生物表面活性劑也有抗生物分解能力強和性能獨特的特點。測定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1.8100mN/m，說明篩選到的Bs菌種在以碳水化合物為碳源好氧發(fā)酵時能產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，原油粘度相對較高。因此，發(fā)酵液的降粘特性對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試結果如表2所示。由表2可以看出，發(fā)酵液中所含的細菌代謝產物對于不來源和不同性質的原油都具有較好的降粘效果。

7、表2 發(fā)酵液對原油的降粘率油田油樣發(fā)酵液濃度指標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)575525487413350265降粘率(%

8、)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、膠質等在巖石表面的粘附能力差，或者說原油在微孔道中的流動阻力低。對于低滲透油田

9、，改善原油在油層中的流動特性是至關重要的。因此，細菌的代謝產物應具有很好的防蠟效果。如表3所示：表3 發(fā)酵液對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）具有較強的溶蝕能力 檢測到無機酸發(fā)酵液的Ph值由7.2下

10、降到4.5-5.5，說明菌種生物代謝過程中產生酸性物質，放置120小時后脂肪酸含量由空白的168.99mg/L上升到818.54ml/L。對固結的固體沉淀物（臘、膠質物等）有很強的溶蝕能力。室內實驗表明，用原菌液在50oC下放置12小時，將固體沉淀物變成膠體溶液。（e）具有較強的洗油能力 測定pH值為4.5的菌液復配體系與薩南過渡帶原油的界面張力為3.4102mN/m，說明所篩選到的微生物在以碳水化合物為碳源時能產生界面活性很高的生物表面活性劑。室內實驗表明，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

11、，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，這就要求細菌所產生的代謝產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，每隔一定的時間測定不同稀釋濃度下表面張力的變化，以判斷在高溫下產物性能是否發(fā)生改變。表4是75條件下的測定結果。表4 發(fā)酵液在75條件下表面張力隨時間的變化時間（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28.228.029.230.030.029.029.2五、模型驅油效果評價（一）實驗1、 模型實驗所用

12、模型均為人工膠結巖芯。2、 實驗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。地層水經過滅菌后使用。3、 實驗用油原油取自大慶油田中一聯(lián)合站，經脫水、過濾。4、 菌液中試廠生產的發(fā)酵液，過濾、稀釋后使用。（二）基本步驟實驗基本步驟如下：測氣相滲透率抽空、飽和水測水相滲透率飽和原油水驅至含水99%注微生物斷塞后續(xù)水驅 （三）結果與討論通過模型實驗可以看出，利用厭養(yǎng)分解石油烴的細菌進行驅油來提高采收率的實驗，方法是可行的。表5是實驗結果。表5 微生物菌種驅油實驗結果模型號孔隙度%氣相滲透率mD原始油飽和 度%水驅注微生物后續(xù)水驅采收率增 值%最終采收 率%孔隙體積倍 數(shù)采

13、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)2-519.637566.21.9643.61.203.91.013.82.4917.761.33-625.580470.13.1340.50.902.60.258.01.9410.651.14-323.995473.63.141.10.901.90.3813.64.515.556.655-722.031674.22.4940.61.072.10.928.73.1810.851.455-422.532275.93.3842.21.061.80.5312.63.5114.456.6六、生物應用技術及效果（一）微生物解堵技術微生物解

14、堵技術是大慶石油學院微生物實驗室的一項成熟技術，最近幾年，在大慶油田的很多采油廠以及吉林油田都有應用，而且都取得了良好的效果。1、微生物解堵機理可簡單地概括為以下幾點：1）、微生物代謝產生的生物表面活性劑，可以在井壁產生親水膜，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，顆粒與巖石的作用力減弱，從而可清除一些雜質對巖石孔道的堵塞，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

15、質，如石蠟，其方法與我們人類的消化過程相似。不同的是，這些單細胞微生物具有獨特結構及其降解過程。這個過程發(fā)生在細胞膜的表面上，在那里，有如酶之類的蛋白質分子連續(xù)分泌，使生物化學反應得到催化。2、微生物解堵效果分析我廠應用微生物解堵技術是成熟的，表6為2004年我們在采油二廠油井解堵的效果對比表。可見，截止到9月底30口油井措施后比措施前累計增油6648噸，平均單井增油221噸。經濟效益是相當可觀的。（二）、微生物降壓增注技術1、 油田中的生產問題（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。高壓注水不僅使天然裂縫大量開啟和延伸，而且也產生了更多的裂縫

16、，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，同時也能增加外竄，包括泥巖吸水和巖斷層竄流；增加了套損井數(shù)。超破裂壓力注水有部分水注進泥巖層，加劇了泥巖的蠕動；這是套管損壞的主要原因之一。（2） 欠注井和冬關井問題油田生產中，有些注水井由于吸水狀況差，滿足不了配住設計要求。東北地區(qū)冬季時間較長，為了防止管線凍裂，有些欠注井在冬季必須關井停注。欠注井和冬關井已成為油田生產中比較棘手的問題之一，使這部分水井恢復正常注水，對于油田的穩(wěn)產將具有主要意義。（3） 表外儲層和表內薄差層吸水厚度問題三次加密井區(qū)，表外儲層和表內薄差層往往射開

17、層數(shù)多，射開井段長，各小層滲透率差異大，滲透性差。因此，在注水開采時每小層的啟動壓力各不相同，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不到該層的啟動壓力而不吸水，導致了表外儲層和表內薄差層吸水厚度低，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生的大量有機酸、有機溶劑、表面活性劑和活細胞體系，配合能與原油形成超大型低界面張力的表面活性劑體系，改變微孔介質中巖石表面的性質，降低啟動壓差，改善流動在微孔道中的流動阻力，達到降壓增注的目的。該項目技術的應用有效地緩解了油田生產的注水問題。3、微生物水井降壓增注技術應用的選井條件（1）有效厚度大于3m，孔隙度大于20%

18、；（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，目前注水量小；（達不到配注量）（5）井口、管路無泄露。表6 2004年1-9月微生物解堵效果對比表序號井號施工日期全井解堵前解堵后對比累計增油t砂巖有 效日產液日產油含水沉沒度日產液日產油含水沉沒度日增油mmtt%mtt%mt1N4-11-6224.27325.663524.7516754.475.3411262N3-51-4244.2716.33.74250350.18450435.622593N4-10-6224.2724.68.2634510.87437.5190.0715024N4-10-6284.2915.

19、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-B4594.2619.73.16265.174.2621765.1208.157529N7-10-6224.2845.77.717288.268.332486.575.7217010N7-10-6264.2841.213.8827546

20、.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-B6544.2614.42.83168.6488.1740100614.23-1916N8-31-6425.2336.16.96353.63210455.622.96112317N6

21、-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-D1-4405.2318.54.65348.114.4617663.513.8318523N3-31-B6675.2422.22.42

22、171.144221386.6193.9626624N3-2-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66484、微生物水井降壓增注技術的效果低滲透油田水井生物降壓增注99年在吉林油田、大慶油田共進行了4口井的礦場實驗，2000年在大慶油田進行了20口水井生物增