微生物采油可行性報告2.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，蒸汽驅油，化學驅油（包括表面活性劑驅油和聚合物驅油）以及微生物采油。常規(guī)的化學驅動費用都比較昂貴，而微生物采油隨著生物技術的發(fā)展，已經(jīng)向著經(jīng)濟開采原油的目標邁出第一步。利用微生物開采枯渴的油層是目前最經(jīng)濟的方法，應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采方法。1.2微生物采油技術概述微生物采油技術，即微生物提高原油采收率技術（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/水界面性質的特性作用等，改變原油的某些物理化學特征，改善原油的流動性質，從而提高原油采收率的綜合性技術。采油微生物代謝過程中除了產酸，生物表面活性劑和氣體等代謝產物外，還產生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，改善原油的性質，以利于原油的開采，微生物采油技術經(jīng)過多年的發(fā)展，逐漸成為目前國內外發(fā)展迅速的一項提高原油采收率技術，也是21世紀一項高新生物技術。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，也稱為微生物地上發(fā)酵提高采油率。目前該技術在國內外已趨成熟；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行重點分析。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物或進行原油改良，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，可反復使用，易生物降解，不易污染環(huán)境的生態(tài)學優(yōu)勢，四、增產效果持續(xù)時間長，五、使用范圍廣。2微生物采油技術的現(xiàn)狀及前景微生物采油自20世紀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20年代世界石油危機后，各國加速了對細菌采油的研究。最近幾年國外研究微生物采油的大學越來越多，許多大石油公司以及獨立的高科技實驗室也在進行研究和開發(fā)，并取得許多可喜的成果。在采油微生物研究初期，主要側重于菌種的篩選，菌種的性能評價，室內模擬試驗，礦廠應用試驗與提高原油采收率的研究。微生物采油技術在廣泛應用的基礎上，其深入研究主要表現(xiàn)在兩個方面，一是微生物采油技術與礦廠工程學的深入研究；二是石油微生物菌種的生物學特性的基礎研究。為了給微生物采油技術提供性能優(yōu)良的菌種，采油微生物菌種的基礎研究十分活躍，主要表現(xiàn)在以下五個方面：微生物生理學研究，石油微生物遺傳學研究，者熱菌，耐溫菌的基礎研究，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)場實驗均是含蠟量高的輕質油中進行的，而膠質、瀝青質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報道極少，高黏油的微生物開采現(xiàn)場實驗層有成功報道，但為數(shù)不多。高膠質、瀝青質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，進行高黏微生物開采礦場實驗，探討高黏油微生物采油機理，是目前世界上亟待解決的一項技術難題。3可行性分析31微生物采油的機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生的輕組分及代謝產物有機酸、醇和表面活性劑來改善原油的流動性、改善油水、界面狀況和流動關系，以增加油井產油量，提高油田開發(fā)效果，通過細菌對地層的直接作用，以及細菌產生的各種代謝產品對油層的作用，可以提高原油的采收率。細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，用物理方法驅出石油，改變碳氫化合物的餾分。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，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?，使重組分減少，輕質組成增加，凝固流和黏均可降低。不僅改善原油在油層中的流動性，而且會使原油層質得到改善。3.1.3改變原油的驅油環(huán)境3.1.3.1生物表面活性劑提高采收率微生物所產生的表面活性劑會降低油水界面張力，減少水驅油主管張力，提高驅替毛管數(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，有利于驅出原油，增加產量；同時氣泡的賈敏效應還會增加水流阻力，提高注入水波及體積。3.1.3.3產生酸及有機溶劑提高采收率微生物產生的酸主要是相對低分子質量的有機酸（甲酸、丙酸），也有部分無機酸（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。產生的醇，有機酯等有機溶劑，可以改變巖石表面性質和原油物理性質，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。研究結果表明，微生物作用原油主要產生乙酸、丙酸，另外還有其他幾種短鏈有機酸。與此同時，微生物還產生兩種未知醇類，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)酵液中的有機酸分析表明，細菌的生命活動加速了石油的分解，它能代謝石油烷烴而產生脂肪酸，隨著發(fā)酵時間的增長，有機酸含量也同時增加。經(jīng)細菌發(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。在水驅中增加水的黏度，降低水相的流動性，減少指進和過早的水淹，提高波及系數(shù)，增大掃油效率。在地層中產生的生物聚合物，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微生物代謝產物對油層的作用微生物代謝產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。為了提高低產油井的產量，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；關井數(shù)日成數(shù)周，使微生物在油層中生長繁殖，并產生代謝產物，微生物可運動到油井周圍直徑10m左右的儲油巖層；通過微生物及其產物的作用，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，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)重復進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理見圖1。微生物單井吞吐采油的選井應注意以下幾個問題。產能低，滲透率低的油井不適應單井吞吐。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)濟效益的重要因素，應根據(jù)具體情況調整，一般不宜超過六輪。微生物單井吞吐采油應在含水70%90%時進行，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”油藏的很好的增產措施。3.2.2微生物驅油微生物驅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遷移，直至運動到儲油層深部。微生物在油層內生長繁殖，并產生多種代謝產物。細胞和代謝產物分別作用于原油，發(fā)揮出各自的驅油功能，降低原油黏度，增加原油的流動性。驅替原油從油井中采出，從而提高原油采收率。微生物驅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。微生物驅替原油機理見圖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裝置富集裝置加壓加壓微生物篩選溫度壓力礦化度產物油分散體驅油微型填礦柱油氣高溫高壓放大巖樣試驗MEOR巖芯試驗結果機理研究結果油田現(xiàn)場試驗第一步是現(xiàn)場取樣，從準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裝置、富集裝置中進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)物置于將進行微生物處理的油藏條件下，考慮新黏試驗，從中篩選適于油藏條件的微生物。然后進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，進行室內試驗，觀察注入水對菌株的傷害，選擇抗傷害能力強的菌株。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重。因此，在施工過程中可停止加入水處理藥劑。第四步是驅油模擬實驗。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驅油試驗。在微型巖芯模擬試驗的基礎上，進一步做放大巖芯模擬試驗，根據(jù)驅油效果確定微生物菌種。在做驅油巖芯模擬試驗時，應同時對篩選的菌種做驅油機理的研究。將篩選的菌種在相應的條件下做原油降黏效果分析及產酸，產氣定量分析，根據(jù)微生物的作用效果進一步確定采油現(xiàn)場應用的微生物