微生物驱油技术研究摘 要随着原油开采程度的不断加深、世界原油重质化特点已经变得越来越显著。在重质油开采方面，各国开展了很多技术的研究，从最早的火烧油层、热蒸汽驱油、到二氧化碳驱油，目的都是为了增加重质原油的产量。微生物提高石油采收率技术是一种通过注入或激活在油藏内能存活的微生物提高原油采收率的技术。微生物提高石油采收率技术的应用领域，包括单井增产措施、微生物清蜡、改善粘度、控水、改善重油。随着科技的发展，微生物驱油技术不断成熟，应用也日渐广泛。本文从微生物驱油基本机理入手，介绍了微生物驱油技术的优点和影响因素，以及施工工艺，进一步探讨了国内外微生物驱油的研究与应用现状，最后结合具体的施工案例对微生物驱油技术的应用进行了深入分析。关键词：微生物；驱油；应用1 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）3.1.3 阿拉伯国家微生物提高采收率技术的研究过去的 1O 多年间，沙特阿拉伯和埃及的工程师们在实验室对微生物提高采收率技术进行了研究，为这项技术在阿拉伯国家的研究应用奠定了基础。研究包括微生物对界面张力、相变和岩石润湿性的影响，营养物类型、细菌种类、渗透率、API 度和矿化度对ME0R 的影响，ME0R 模拟技术，ME0R 对环境的影响等。目前已从沙特原油和地层水中分离出了 12 种细菌，并已初步完成了这些微生物特性和细菌代谢活动与提高原油采收率关系的研究[7]。结论认为，尽管阿拉伯地区的地层盐度较高，但 1％的糖蜜浓度仍能增加油的相对渗透率。在研究中,Desoukv 等人开发了一维模型以模拟微牛物提高原油采收率过程。该模型包含 5 个分量(油、水、细菌、营养物和代谢物，具有吸收、扩散、趋药性、细菌生长和腐败、营养物消耗、渗透率损害和孔隙度降低功能。实验室结果与模拟结果的比较强调了开发模型的有效性，该模型可用来研究本源细菌、段寒大小、培育时间、残余油饱和度、绝对渗透率和注入流量对原油采收率的影响。研究结果显示，使用以糖蜜为介质的链球菌可采出更多的油。原油采收率对注入的本源菌的浓度变化、细菌繁殖段塞大小、培育时间和残余油饱和度较敏感。绝对渗透率的变化或注人流量对采油量没有影响。3.2 国内微生物采油技术研究与试验微生物驱油技术的发展有近 40 年的历史，迄夸为止统计的微7 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）生物驱油矿场试验共计 28 项(有数据资料记载的) 主要分三类,一是微生物增效水驱；二是激活油藏微生物驱；三是微生物调剖驱油。微生物驱油的原理是利用微生物及其代谢产物的驱油作用达到提高原油采收率的目的。自 20 世纪 9O 年代以来，我国加快了微生物采油技术的研究步伐。中科院、南开大学和克拉玛依石油化工研究院等多家科研机构参与了与油田有关的联合研究，为室内实验尽快转入矿场试验发挥了积极作用。目前，从事这方面研究的还有华东理工大学、成都沼气研究所、中国海洋大学、中国石油大学等院校及科研院所[8]。国内已基本掌握了菌种培育技术，研制出了油田专用系列菌种。新疆、大庆、扶余、大港、胜利、冀东、辽河、江汉等油田均已开展了微生物采油的先导性试验，进行了约 2000 井次，有些地区已进入推广应用阶段。大庆油田开展的菌种配伍性研究成果显著[9]。近几年来，先后从美国、加拿大引进微生物产品和微生物采油技术，加快了微生物采油技术的发展。胜利油田在 20 世纪 90 年代初开始微生物采油技术的研究，目前已建成围内第一个石油微生物技术研究中心。经过多年研究．其微生物清防蜡技术已基本成熟，并进入工业化应用阶段。至 90 年代末，研究方向从单井向区块转化，微生物驱先后在 4 个区块进行了现场试验，累计增油超过 6×104t[4]。辽河油田锦州采油厂 1995 年率先开展了将微生物处理技术适8 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）用于针对稠油中胶质、沥青质组分的研究，1996 年进入矿场试验阶段，1996～1997 年先后在辽河千江块进行微生物吞吐 26 井次，取得了良好的效果。中原油田文明寨油田储层非均质强、吸水差异大、部分小层动用程度低、常规驱油技术难见成效 2005 年以来，在 M42、M159等井组进行了 l2 井次微牛物驱油，对应油井 29 口，见效 25 口。截至 2005 年 6 月，日增油 38.2t/d，累计增油 7000t，含水下降了3.6％。第四章 微生物驱油的应用分析4.1 案例介绍明 159 井从 2002 年 10 月 30 日开始施工，到 12 月 26 日截止，实际注入微生物 41 天。在 41 天的施工中，共用微生物 59t，注入微生物菌液 3220m3，平均 80m3/d。注入压力曾由 11MPa 上升到 14MPa。M201 井微生物驱于 2002 年 6 月 11 日开始施工，于 6 月 21 日注完第一段塞，日注 50m3/d，浓度 1.5，用微生物母液 7.5t，注入量 500m3。注入第一段塞后，注入压力由 14MPa 下降到 10MPa 左右。6 月 21 日开始注入第二段塞，根据注入第一段塞压力变化和现场入井液浓度监测情况，采油三厂技术人员和三采所研究人员共同研究，决定提高注入量，由设计 80m3/d 提高到100m3/d 以达到提高注入压力，提高油层启动压力的目的。第二阶9 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）段注入期间，注入压力由 9.5MPa 上升到 11.5MPa。第二阶段施工15 天，用微生物母液 12.5t，注入量 1500m3。4.2 应用效果比较明 159 井组对应 4 口油井在施工平均 14 天后开始见到效果。井组措施前：日产液 113m3、日产油 6.1t、含水 94.6%、动液面1175m。措施后：日产液 196m3、日产油 11.7t、含水 94%、动液 面 1080m 。 目 前 ： 日 产 液 152.7m3、 日 产 油 11.2t 、 含 水93.9%、动液面 1161m。措施前后对比分析，井组对应 4 口油井总体呈现“三升一降”趋势。日产液量上升，由措施前 l13m3上升到目前 152.7t；产油量上升由措施前 6.1t 上升到目前 11.2t；液面上升由措施前 1175m 上升到目前 1161m；含水下降由措施前的94.6%下降到目前 93.9%。截止 2004 年 6 月 25 日，4 口油井见效已达 570 天，增油 2339t，含水下降 0.7 个百分点，目前日增油5.1t。M201 井组对应油井 3 口：WM200、WM203、WM204，微生物注入后，其中 WM200、WM204 两口油井产油量明显上升，含水下降，表明微生物驱油起到了明显的效果。截止 2004 年 6 月25 日，井组累计增油 563t，目前井组平均日增油 7.5t，含水下降2.5 个百分点。4.3 几点体会(1)注入微生物前，其他配套措施可以大大提高微生物驱的效果。(2)微生物驱见效间隔期短。10 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）(3)微生物驱施工规模小，工艺简单，便于大范围推广应用。(4)通过监测数据显示，注入的 MF 系列微生物繁殖能力较强，并且具有很好的适应能力。(5)MF 系列微生物对低温条件比较敏感，施工条件宜在天气较暖的条件下进行。(6)为进一步验证该技术的适应性，建议扩大试验规模。4.4 微生物驱技术的应用前景据国外的研究结果，俄罗斯采用聚合物驱油，增产 1t 原油的额外成本是 30 美元,而利用内源微生物技术采油，增产 lt 原油的额外成 本是 5 ～ 10 美 元 。 英 国 油 田 现 场 试 验 的 提 高 采 收 率 幅 度为10%，增油成本是 1.5～3 美元/bbl。我国大庆油田微生物三次采油增产 1t 原油的额外成本是 200～3O0 元人民币，由此可见微生物提高采收率技术在成本上的优势。此外，微生物采油对油藏环境无二次污染，对人体健康和环境无毒害，是一种绿色环保的工艺技术。因此，微生物采油技术必将成为继水驱、聚合物驱、气驱之后老油田提高采收率的新途径。11 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）参考文献[1] 陈铁龙.三次采油概论.石油工业出版社，2000.[2] 雷光伦.微生物采油技术的研究与应用.石油学报，2001.[3] 张忠智.微生物采油矿场应用研究进展.油田化学，2001.[4] 汪卫东.我国微生物采油技术现状发展.石油勘探与开发，2002．[5] 王辉.国内外微生物采油技术综述.大庆石油地质与开发，2003．[6] 任厚毅，吴秀芳.微生物采油技术发展综述.中国石化，2008.[7] 黄立新.微生物驱在罗马什金油田的应用.世界石油工业，2000．[8] 王惠.微生物采油技术的进展.新疆石油地质，2004．[9] 林娜.微生物采油技术的现场试验应用.内蒙古石油化工，2008．[10] 张卫艳.微生物驱油技术在文明寨油田的应用.浦气地质与采收率，2005.12 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）目 录第一章 引 言............................................................1第二章 微生物驱油概述...............................................22.1 微生物驱油的基本机理..........................................................................22.2 微生物驱油技术优点..............................................................................22.3 微生物驱油的影响因素..........................................................................32.4 微生物采油工艺......................................................................................3第三章 国内外微生物驱油的研究与应用.............................43.1 国外微生物驱油的研究与应用..............................................................43.1.1 俄罗斯的研究与应用............................................................43.1.2 美国微生物采油技术的研究与应用..........................................43.1.3 阿拉伯国家微生物提高采收率技术的研究................................53.2 国内微生物采油技术研究与试验..........................................................6第四章 微生物驱油的应用分析.......................................74.1 案例介绍..................................................................................................74.2 应用效果比较..........................................................................................74.3 几点体会..................................................................................................84.4 微生物驱技术的应用前景......................................................................8ii 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）参考文献................................................................9 iii 第一章 引 言微生物驱油技术是利用微生物的生长、活动及其产生的多种代谢产物，实施提高原油采收率的技术。美国和俄罗斯在微生物驱油技术研究方面起步较早，前者主要采用培养生物菌种注入油藏，而后者则主要是利用营养物激活本源微生物的技术，两者都是利用其代谢产物作为驱油剂提高原油采收率。工业发达的产油国，已在室内及矿场进行了长期的研究和先导性试验。稠油在世界油气资源中占有较大比例，稠油储量约 4000～6000 亿吨，年产量达 1.27 亿吨，我国已探明稠油储量约 20 亿吨，年产量近 3000 万吨。目前，美国已把微生物驱列为继热驱、化学驱及气驱之后的第四大提高原油采收率的方法。但这一技术仍处于室内研究及矿场试验状态，大型工业化应用的报导并不多见。2007 年，胜利油田采油院极端微生物石油开采技术通过山东省科技成果鉴定。近年来，胜利油田在罗 801 区块开展了极端微生物石油开采技术的现场试验，提高了采收率，每年增加原油 6000t 左右。现场取样分析结果表明，该油藏已形成较为稳定的生物场，油藏中的优势菌群明显。微生物采油是技术含量较高的一种提高采收率的方法，不但包括微生物在油层中的生长、繁殖和代谢等生物化学过程，还包括微生物菌体、微生物营养液、微生物代谢产物在油层中的运移，以及微生物与岩石、油、气和水的相互作用引起岩石、油、气和水物性的改变，因此深入研究作用机理显得尤为重要。目前，细菌采油已成为石油界研究的新热点，它是继传统的热驱、化学驱和气驱之后的第四种新的提高原油采收率的方法，有着非常好的工业化应用前景。微生物采油技术由于成本低、效果好、无污染，愈来愈受到重视[1]。目前，我国微1 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）生物采油技术的菌种优选工作不断发展。据不完全统计，我国自行筛选并已在油田应用的菌种约 4O 多株，营养基与改变菌种活性、改善驱油效果等方面的研究逐步深入。国产的采油微生物已能基本满足当前现场试验的需要，改变了过去大量依靠引进的状况。第二章 微生物驱油概述2.1 微生物驱油的基本机理微生物在油藏高渗透区的生长繁殖及产生聚合物，使其能够选择性地堵塞大孔道，提高波及系数，增大扫油效率。产生气体,如二氧化碳、氢气和甲烷等，这些气体能够使油层部分增压并降低原油粘度。产生酸,微生物产生的酸主要是低相对分子质量有机酸，能溶解碳酸盐，提高渗透率。产生表面活性剂，生物表面活性剂能够降低油水界面张力。产生有机溶剂，微生物产生的有机溶剂能够降低界面张力。微生物的作用效果体现在微生物细胞的代谢作用和微生物代谢产物的作用两个方面,是一种综合作用效果。(1)微生物细胞本身的代谢作用。许多微生物是以原油中烃类为碳源和能源。氧化烃类使原油降解，提高原油在油层中的流动性能[2]。(2)微生物代谢产物的作用。微生物在生长繁衍过程中产生代谢产物主要有：① 生物表面活性剂，能形成较强的乳状液，改变岩石表面的润湿性，降低界面张力，提高洗油效率；② 有机溶剂，有机醇类、醛类、醛酮类和低分子量的短链有机脂肪酸，2 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）可 氏原油粘度，改善其流动性；③ 生物气，包括二氧化碳、氢气、甲烷等增加了地层的压力，溶解于原油使其膨胀，氏粘度，改变其流动性。2.2 微生物驱油技术优点(1)成本低,与其它三次采油工艺相比，微生物采油技术的成本是较低的，但其技术含量较高；(2)施工方便，注人工艺简单；(3)适用范围较广，可以用于调剖、调驱、吞吐以及生物解除原油污染等；(4)不损害地层，不会造成设备的腐蚀和破坏；(5)不污染环境，因为所用的原料均为细菌生长的营养品，所用的细菌为非病原体，对人及其它生物群体无毒害。2.3 微生物驱油的影响因素(1)氧化还原势，地下岩层的氧化还原势比较低，因为地层中不存在氧，这样就限制了生物体的繁殖。因此，油田矿场上应用多是厌氧细菌，或至少是兼氧性的细菌。(2)pH 值，细菌繁殖的最佳是 pH 值在 7 附近的狭窄范围内。(3)盐度，地层水矿化度可能抑制微生物的繁殖，阳离子对微生物的抑制作用按下列顺序增大：Na<K<Mg<Ca<Ba<Mn<Fe<Zn<AI<Pb<Cu<Hg<Ag 一般细菌只能在低矿化度环境中繁殖。盐浓度超过 0.5％就可能对油层中繁殖的细菌有不利的影响，而 5％或更高的盐浓度就可以使细菌受到抑制。(4)温度，地层温度取决于地层温度。一般细菌最佳繁殖温度不应超过55℃。如扶余油田 48 号菌要求油温度在 28～30℃之间。(5)压力，一般来说，压力对细胞代谢活动的影响比温度的影响小些。各3 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）油田应根据各自情况去筛选菌种，以利于细菌在油层中有较好的形态及代谢活动，充分发挥其驱油作用[3]。(6)营养物，选用的营养物必须能使生物体在其上成功地繁殖，其代谢产物应当对原油的运移有利，而且成本低。常规的微生物驱通常是以糖蜜作为营养物。由于原料来源少，尤其是近年糖蜜价格不断上涨，因此，大庆油田以烃类为碳源，进行了微生物驱油的探索性研究。对经筛选的菌种试验，微生物驱油比水驱可以提高采收率。2.4 微生物采油工艺通过微生物地上发酵生成物提高采收率。该方法也叫生物工艺法采油，是以地面上发酵好的培养液中提取出胞外的代谢产物，再将这些物质的溶液注入油藏促进石油的采出。这种代谢产物主要是生物表面活性剂和生物聚合物。其优点是微生物的生长和代谢活动不受地层条件的影响。通过微生物地下作用及发酵产物提高采收率该方法亦称为异源微生物采油方法[4]。4 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）第三章 国内外微生物驱油的研究与应用3.1 国外微生物驱油的研究与应用目前，美国、英国、加拿大、俄罗斯、罗马尼亚、荷兰及日本都在进行微生物采油试验研究，其技术正在日益完善。3.1.1 俄罗斯的研究与应用近 l0 年来，俄罗斯在内源微生物采油技术的研究与矿场应用方面发展迅速[5]。目前，该技术已进人工业化应用阶段，在罗马什金、鞑靼、巴什基尔等老油田取得了 55×l04t 的增油量，并延长了油藏的开发寿命。在各种微生物提高采收率方法中，俄罗斯与德国专家联合研制的，以向地层注入梭状芽孢族(Clostridium)或杆菌(Bacillus)族的糖解微生物与含糖量不少于 40%的糖蜜及无机添加剂为基础的工艺，在石油开采中得到推广。从 1983 年到 1992 年，鞑靼、巴什科尔托斯坦和两两伯利亚等地区的一些油田进行了微生物提高采收率工艺的工业性试验。试验证明，所研究的微生物提高采收率工艺是高效的。如在鞑靼的五一油田，从 l992 年开始注微生物试验，试验区包括 5 口注入井和24 口采油井。饱和油的地层厚度为 8.3m，孔隙度为 0.110，原始含油饱和度为 0.97。原油为重质、高硫、高黏石油。1992～l994年在试验区总共注入 l052.3t 糖蜜。糖蜜发酵，形成大量可改变地层水、石油、气体、碳酸盐围岩特性的代谢物，大大改善了残余原油的驱替过程。细菌群落富集发酵菌和甲烷形成菌，增大了它们的5 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）代谢活性。到 1996 年 1 月 1 日，在试验区增加原油产量超过4800t，在试验区内增加的采油量占原油总产量的比例，从开始试验到 l996 年 1 月平均为 30.6%，并且在采油井产量增加的同时显著地降低了产液的含水率。到 2002 年增加的采油量约 14×104t。每注入 lt 糖蜜，增加采油量为 4.58t。每增加 lt 采油量，工艺费用不超过 5 美元。到目前为止，整个鞑靼共和国使用微生物提高采收率技术增加的产油量在 50×l04t 以上。3.1.2 美国微生物采油技术的研究与应用美国的微生物提高采收率技术研究是从 20 世纪 4O 年代开始的，80 年代在许多油田进行了先导性试验，已研究出各种各样的 ME0R采油工艺技术，如 1986 年在得克萨斯的奥斯汀白垩地层使用的微生物控制结蜡、解堵除垢、单井吞吐、调剖技术等。Brown 等人在Creek Unit 油田的一个区块，通过注入营养物质激活储层内微生物进行深部调剖和选择性封堵高渗层，在最初的 3 年多时间里共增油6.9×l04hbl，预计增油(40～60)×l04hbl，延长油田经济寿命 5～11a。近 20 年来，美国能源部先后资助了 47 个微生物采油研究项目，目前有 8个项目正在进行[6]。研究结果和矿场试验证明，在注水开发后期的油藏实施微生物驱油技术，可使采收率再提高 16%。如俄克拉何马州Delawware—Childers 油田 1986～1993 年开展的两个微生物矿场试验项目，采收率分别提高了 13% 和 19.6%。6