微生物采油技術(shù)培訓(xùn)教程

微生物采油技術(shù)主講：陶劍清

第1頁，共41頁。目錄引言微生物的分類位置微生物在勘探開發(fā)方面應(yīng)用原理微生物采油

1、微生物采油（MEOR）發(fā)展概況2、微生物提高采收率機(jī)理3、微生物提高采收率的優(yōu)點(diǎn)4、微生物采油技術(shù)工藝5、采油菌菌種篩選6、采油菌室內(nèi)研究方法7、微生物采油工藝油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)8、微生物采油技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例(1)單井吞吐(2)微生物驅(qū)9、關(guān)于微生物驅(qū)(封堵)配套技術(shù)的基本思路第2頁，共41頁。引言

在人類利用自然、改造自然的歷史中，對(duì)微生物(microbes)的利用不僅歷史悠久，而且十分廣泛。早在4000多年前，古埃及人就開始利用發(fā)酵工藝來做面包、酒類等食品、飲料。目前利用微生物的主要領(lǐng)域：1、發(fā)酵工業(yè)2、環(huán)境保護(hù)3、醫(yī)藥衛(wèi)生4、石油勘探開發(fā)第3頁，共41頁。微生物的分類位置根據(jù)攝食和細(xì)胞組成特點(diǎn)，生物界分為：a.病毒界(Virus)

b.原核生物界(Monera)細(xì)菌、藍(lán)澡c.原生生物界(Protista)

d.真菌界(Fungi)酵母e.植物界(Plantae)f.動(dòng)物界(Animalia)第4頁，共41頁。微生物在勘探開發(fā)方面應(yīng)用原理一)、原理微生物的生命活動(dòng)必須有碳源、氮源、磷源等來維持。通過利用油氣中的碳源來達(dá)到目的。二)、微生物勘探當(dāng)油藏中的輕烴泄漏到地表時(shí)，地表土壤中利用烴類作為碳源的微生物就會(huì)增加三)、微生物采油第5頁，共41頁。微生物采油

微生物采油（microbialenhancedoilrecovery--MEOR）是指將地面分離、培養(yǎng)的微生物菌液和營養(yǎng)液注入油層，或單純注入營養(yǎng)液來激活油層內(nèi)的微生物，使其在油層內(nèi)生長繁殖，產(chǎn)生有利于提高采收率的代謝產(chǎn)物或直接作用于原油(降解作用)，而改善原油物性，以提高油田采收率的采油方法。從1926年Beckman提出了用微生物提高石油采收率的構(gòu)想，到1946年獲首個(gè)微生物釋放原油專利以來，隨著生物技術(shù)和石油開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，微生物采油從單純的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展到數(shù)學(xué)模型的建立和數(shù)值模擬研究，作用方式從單井發(fā)展到區(qū)塊，微生物采油技術(shù)日趨成熟。

第6頁，共41頁。微生物采油（MEOR）發(fā)展概況研究歷程

微生物提高石油采收率（MEOR）技術(shù)研究發(fā)展過程已經(jīng)歷了70余年，1926年，Beckman（美國）提出了用細(xì)菌采油的想法。1946年Zobell獲得了把細(xì)菌直接注入地下提高油層采收率的專利，這MEOR的第一個(gè)專利，從50年代起前蘇聯(lián)和一些東歐國家對(duì)MEOR進(jìn)行了深入研究；70年代以后MEOR的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大；80年代末細(xì)菌采油法處于實(shí)驗(yàn)室研究后期，90年代微生物采油技術(shù)在美國、前蘇聯(lián)、東歐的礦場應(yīng)用標(biāo)志著工業(yè)性應(yīng)用階段的到來。第7頁，共41頁。微生物采油（MEOR）發(fā)展概況國內(nèi)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀我國對(duì)微生物采油的研究，早在60年代末，就開始了探討利用地面烴類發(fā)酵，來就地制備生物表面活性劑及生物聚合物的試驗(yàn)。60年代初，中科院微生物所研究了非油田菌株在原油中的生存狀況及油層和油水中的微生物區(qū)系，利用殺菌增注，防腐綜合處理工藝，治理了35口注水井的堵塞，效果良好。60年代中期開始了生物聚合物的研究，“七五”期間中科院微生物所與大慶油田合作開展了兩口井的微生物吞吐試驗(yàn)并取得明顯效果。“八五”期間，吉林油田和中科院微生物所合作在35口井進(jìn)行了試驗(yàn)，大港油田使用美國菌種作了試驗(yàn)。1993年，勝利油田臨盤采油廠利用美國菌種和技術(shù)，對(duì)5口高含蠟油井進(jìn)行了微生物處理。近幾年來，大慶、勝利、遼河、大港、吉林、河南、新疆、玉門、長慶、青海等油田MEOR礦場試驗(yàn)規(guī)模越來越大。

第8頁，共41頁。微生物提高采收率機(jī)理

微生物將石油中的長鏈飽和烴分解為短鏈烯烴；微生物代謝產(chǎn)生氣體，使原油膨脹，降低粘度，增加油層壓力；微生物代謝產(chǎn)生具有廣泛效果的表面活性劑；微生物在地下代謝生成聚合物，與細(xì)菌一起形成物理堵塞，起到調(diào)剖作用，進(jìn)行選擇性封堵，改變水的流向；脫硫、脫氮細(xì)菌使原油中的硫、氮脫出，降解瀝青、膠質(zhì)，降低原油粘度；產(chǎn)生有機(jī)酸、有機(jī)溶劑等；微生物能使儲(chǔ)層表面潤濕性反轉(zhuǎn)，改變流動(dòng)性能；微生物附著在巖石表面生長形成生物沉積膜，有利于細(xì)菌在孔隙中存活與延伸，擴(kuò)大驅(qū)油面積

第9頁，共41頁。微生物提高采收率的優(yōu)點(diǎn)對(duì)邊際油田而言，在經(jīng)濟(jì)上具有吸引力，且效果持續(xù)時(shí)間長；工序簡單，操作方便。一般不必增添井場設(shè)備；可用于開采各種類型的原油，開采重質(zhì)原油效果更好；注入的微生物和營養(yǎng)基價(jià)格便宜，可針對(duì)具體的油藏，靈活調(diào)整配方；只要停止注入營養(yǎng)液，即可終止微生物活動(dòng)；微生物細(xì)胞很小，且能運(yùn)移，所以能進(jìn)入其它驅(qū)油工藝不能全及的油層中的死角和裂縫；微生物只在有油的地方繁殖并產(chǎn)生代謝物，克服了盲目性；成本低，細(xì)菌能自我復(fù)制，通過層內(nèi)繁殖擴(kuò)大其有利作用；不損害地層，可在一井中多次應(yīng)用；MEOR產(chǎn)物均可生物降解，不污染環(huán)境。第10頁，共41頁。微生物采油技術(shù)工藝MEOR工藝生產(chǎn)中的問題應(yīng)用微生物的性能單井激勵(lì)

強(qiáng)化水驅(qū)

調(diào)剖

清洗井筒

緩解指進(jìn)地層受到傷害，滲透性差原油受到毛細(xì)管力束縛地層有孔道，水驅(qū)效率低結(jié)蠟

地層水或氣指進(jìn)產(chǎn)表面活性劑、氣體,降解烴類產(chǎn)表面活性劑、氣體、酸和醇產(chǎn)聚合物或增殖形成生物團(tuán)產(chǎn)乳化劑、表面活性劑，降解烴類產(chǎn)聚合物或增殖形成生物團(tuán)表1礦場MEOR應(yīng)用的各種工藝第11頁，共41頁。第12頁，共41頁。采油菌菌種篩選采油菌菌種來源①從自然界篩選；②基因突變；③通過遺傳因素改良；④油層中的微生物直接利用。篩選菌種的基本條件篩選適應(yīng)油層的菌種需從油藏具體環(huán)境和微生物自身的特點(diǎn)兩個(gè)方面來確定

。試驗(yàn)菌作用于原油、油層后，必須有助于改善原油、油層的物性使地下原油能夠更有效地被采出。菌種的生理化特性必須與儲(chǔ)層物性（滲透率、孔隙大小分布、孔隙度、潤濕性、黏土礦物），地層水性質(zhì)、地層溫度、壓力相匹配

。第13頁，共41頁。采油菌菌種篩選流程采樣增殖培養(yǎng)平板分離斜面接種定性半定量測定初篩復(fù)篩保藏生產(chǎn)性能測試摸索增殖條件第14頁，共41頁。采油菌室內(nèi)研究方法菌種生理生化性能測試

菌種形態(tài)、大小、染色反應(yīng)觀察

生長曲線繪制

菌種耐溫性測定

耐鹽性測定

菌種產(chǎn)氣、產(chǎn)表面活性物質(zhì)、產(chǎn)酸性能測定

細(xì)菌產(chǎn)物形態(tài)觀察細(xì)菌安全性實(shí)驗(yàn)第15頁，共41頁。采油菌室內(nèi)研究方法原油菌解實(shí)驗(yàn)分析

菌解前后原油族組成分析

菌解前后原油芳烴、飽和烴氣相色譜分析

細(xì)菌清蠟實(shí)驗(yàn)菌解前后原油凝固點(diǎn)測定菌解前后原油粘度分析微生物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)驅(qū)油條件的確定（地層物性、原油、地層水）驅(qū)油模型的設(shè)計(jì)（巖心、可視化玻璃模型）驅(qū)油流程設(shè)計(jì)（多輪次、多斷塞、不同組合驅(qū)替）

驅(qū)油效果分析第16頁，共41頁。微生物采油工藝油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)微生物采油工藝油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)(美國）

油層溫度小于77℃；<2439m；含水小于95%，20%-80%最佳；礦化度<100000mg/l;礦物含量<10~15mg/L,礦物為砷、汞、鎳、鍶；地層水PH值5.5-9，6-8最佳；地層固有微生物與所用試驗(yàn)菌相容原油重度>15°API；殘余油飽和度>28%,可能有一些例外；有效滲透率大于50×10-3um2。

第17頁，共41頁。微生物采油工藝油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)通過微生物室內(nèi)研究結(jié)果以及現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)建立微生物采油工藝油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)

油層溫度小于100℃，28℃-85℃最佳；含水小于95%，20%-80%最佳；礦化度小于200000mg/l，小于100000mg/l最佳；油井深度小于3000m，在2000m以內(nèi)最佳地層水PH值5.5-9，6-8最佳產(chǎn)液量大于1.5m3/d，大于3m3/d最佳；有效孔隙度大于13%；有效滲透率大于40×10-3um2。

第18頁，共41頁。微生物采油技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例—EuniceMonument油田微生物強(qiáng)化水驅(qū)引言

微生物強(qiáng)化水驅(qū)是在注水井中注入微生物菌以及相應(yīng)的營養(yǎng)液，由于細(xì)菌在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移特性，細(xì)菌首先占據(jù)甚至只能占據(jù)巖石中的大孔道，因此可利用微生物在地層中產(chǎn)生生物聚合物、微生物細(xì)胞體，形成穩(wěn)定的生物膜（biofilm)，選擇性地封堵地層中高孔高滲帶（thiefzones),起到調(diào)剖堵水的作用，提高水驅(qū)效率，同時(shí)在地層中，微生物還可產(chǎn)生表面活性物質(zhì)和生物氣，有助于釋放地層中的殘余油，提高原油采收率。第19頁，共41頁。微生物采油技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例—EuniceMonument油田微生物強(qiáng)化水驅(qū)試驗(yàn)區(qū)概況

EuniceMonument油田位于美國新墨西哥CentralBasinPlaform西北邊緣，該油田被1929年發(fā)現(xiàn)，1934年投產(chǎn)，1986年開始注水開發(fā)，水驅(qū)控制面積80英畝左右，注水層厚度250ft左右，注水層埋深3700ft，目前油田處于開發(fā)的中后期，下表列出了油田的具體情況，下圖展示了微生物注入井與生產(chǎn)井的位置關(guān)系。施工過程

注入細(xì)菌孢子注入細(xì)菌營養(yǎng)液關(guān)井注入驅(qū)替水第20頁，共41頁。油藏描述和流體特征第21頁，共41頁。401423437425424試驗(yàn)區(qū)井分布第22頁，共41頁。微生物采油技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例—EuniceMonument油田微生物強(qiáng)化水驅(qū)室內(nèi)工作

模擬油藏條件下，進(jìn)行巖心驅(qū)替試驗(yàn)，巖心孔隙度為注入剖面中高滲帶的滲透率，測定處理前后巖心孔隙度，評(píng)價(jià)細(xì)菌封堵性能。試驗(yàn)效果分析

注入井注入量曲線，注入井壓力曲線，以及在處理后測定的吸水剖面，表明經(jīng)微生物作用，有效地起到了調(diào)剖作用。第23頁，共41頁。石蠟通常指碳數(shù)為26~50的長鏈飽和烴，在采油過程中，溶解在原油中的石蠟當(dāng)溫度降低時(shí)，將呈結(jié)晶狀態(tài)凝析出來。石蠟的析出會(huì)使原油凝固，引起油流阻力增加，降低產(chǎn)能。細(xì)菌可以代謝和分解高碳數(shù)的烷烴，從而降低原油中的石蠟含量或清除井筒周圍沉積的石蠟。細(xì)菌處理石蠟可能有兩個(gè)途徑：一是細(xì)菌直接降解石蠟，使不溶固體石蠟經(jīng)過細(xì)菌作用通過一系列生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可溶于培養(yǎng)基的物質(zhì)；二是細(xì)菌在代謝過程中產(chǎn)生有機(jī)溶劑，溶解固體石蠟，從而使得處理后的石蠟重量減少。

第24頁，共41頁。微生物驅(qū)油效率對(duì)比第25頁，共41頁。組合驅(qū)油效率結(jié)果第26頁，共41頁。兩輪次驅(qū)油效率結(jié)果注入孔隙體積倍數(shù)(pv)0.51.01.52.04.06.08.010.012.0微生物驅(qū)油效率%1組菌17.415.619.623.427.629.831.832.632.81’殘余油飽和度降低了2.96%2組菌77.413.315.118.323.728.731.032.533.17’殘余油飽和度降低了3.64%0.5%PAM38.316.619.722.729.431.031.932.432.7第27頁，共41頁。應(yīng)用MEOR技術(shù)，溫度是抑制該技術(shù)廣泛推廣應(yīng)用的重要因素，由于油層一般埋深從幾百米到幾千米，油層溫度也從幾十?dāng)z氏度到上百攝氏度不等，因此研究菌種的耐溫性非常重要。溫度對(duì)微生物的影響很大，從微生物的總體來看，生長溫度范圍很廣，可在0~100℃。各種微生物按其生長速度可分為三個(gè)溫度界限，即最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度。細(xì)菌生長的最適溫度范圍越寬，其適應(yīng)環(huán)境的能力越強(qiáng)。第28頁，共41頁。

油田鹽水中含有各種陽離子和陰離子的濃度范圍變化很大，鹽水的離子總濃度從＜100mg/l到＞300000mg/l不等。大多數(shù)產(chǎn)出鹽水的主要成分為氯化鈉和氯化鈣，有些鹽水中主要是鎂、硫酸鹽和碳酸氫鹽，而一般細(xì)菌只能在低鹽度環(huán)境中繁殖，低濃度的鹽類（NaCl、KCl、MgSO4等）對(duì)微生物的生長是有益的；當(dāng)鹽的濃度過高時(shí)，則要抑制或殺死微生物。主要因?yàn)楦邼舛葧?huì)引起細(xì)胞脫水，造成菌體生理上的干燥，鹽類分子量較小的，毒性較低。因此對(duì)細(xì)菌的耐鹽性進(jìn)行測試，并在高礦化度水中對(duì)采油菌進(jìn)行馴化培養(yǎng)非常重要第29頁，共41頁。微生物通過一定條件的培養(yǎng)，在代謝過程中能夠分泌出具有表面活性的產(chǎn)物，可降低水溶液和烴混合物的表面張力及界面張力。微生物能夠利用烴類作底物產(chǎn)生糖脂、脂肽和脂蛋白、磷脂和脂肪酸、多聚表面活性劑等。這些表面活性物質(zhì)在油層中可以降低油/巖、油/水接觸面的表面張力并乳化原油，從而改善流度比，提高采收率。許多微生物在代謝石油烴的過程中，產(chǎn)生CO2、甲烷、氮?dú)獾葰怏w，這些氣體在油藏能夠增加地層壓力，特別是CO2能溶于原油中降低原油粘度，改善原油在地層中的流動(dòng)性。從而使原油更能從油層中釋放出來。第30頁，共41頁。生物氣測定：用排水法收集微生物產(chǎn)生的氣體，并記錄產(chǎn)生氣體的體積，采用氣相色譜法測定微生物氣成分。表面活性物質(zhì)測定流程如下：細(xì)菌和培養(yǎng)基粗類脂體萃取物極性類脂體中性類脂體磷脂乙二醇脂脂肪酸甲脂用2:1氯仿甲醇液萃取硅酸塔中分餾薄層層析法氣-液色譜分離第31頁，共41頁。遲緩期對(duì)數(shù)期平衡期細(xì)菌典型的生長曲線第32頁，共41頁。細(xì)菌在掃描電鏡下的形態(tài)（短桿菌）第33頁，共41頁。細(xì)菌在掃描電鏡下的形