微生物采油技术简介

 微生物采油技术简介

大庆石油学院

2006年3月

一、概述 

微生物采油技术在我国发展很快，近年来各油田采用与大学、研究院所合作以及从国外公司引进技术等方式，进行了大量的室内研究，取得了一定的成果，并进行了一定数量的现场试验。但在以烃类为营养物的厌养菌或兼性厌养菌的筛选、评价和应用等方面的研究还很少。我们在此方面进行了大量的实验，已经筛选出能够在油藏环境生长、繁殖、代谢的菌种。室内研究取得了突破性的进展，在大庆油田的不同区块进行了油井解堵、水井降压以及提高采收率矿场试验，效果非常明显，经济效益好。

二、研究依据

    经过几十年的研究，通过微生物地下发酵提高原油采收率，已经提出了以下几个方面的机理：

1、细菌降粘，减少原油的渗流阻力；

2、产生气体，形成气驱和原油降粘；

3、产生表面活性剂，降低油水界面张力，提高洗油效率；

4、产生聚合物，封堵高渗透层，调整吸水剖面；

5、脱硫或脱硫菌，食原油组分中的硫、氮、降解沥青和胶质，降低原油粘度；

6、产生有机酸，溶解岩石，提高油层的孔隙度和渗透率；

7、产生醇、醛、酮等有机溶剂，降低原油的粘度；

8、利用微生物产生的代谢物质，使储层岩石表面的湿性反转，以利于水驱提高采收率。

以上的微生物采油机理，主要是以细菌在地下代谢碳水化合物（如糖蜜）为基础提出来的。我国的糖蜜资源有限，不可能将大量的糖蜜注入地层。但是，在油层中却存在着大量未被采出的残余油。如果能够找到以油层原油为碳源生长繁殖的细菌，通过产生大量代谢产物或使原油降粘来增加原油的产量，那么将是一条非常经济的MEOR途径。

三、菌种的筛选

对于所筛选解堵或提高原油采收率的菌种，必须满足以下的条件才有可能取得较好的效果。           

1、厌氧条件下能以原油为唯一碳源生长繁殖；

2、营养要求简单，补充氮、磷、钾元素，即能满足厌氧代谢原油的要求；

3、以原油为碳源时，厌氧生长速度较快；

4、细胞较大；

5、适合油藏条件（如温度、PH值、矿化度等）；

6、地面扩大发酵较为简单。

按照上述要求，最终确定了几株菌供矿场试验。所选育的菌种是来自大庆油田油井产出的油水混合物。此种细菌产物主要为生物表面活性剂。并且能以原油为唯一碳源进行长繁殖。细胞大小为0.5~1×3~100微米，形成1微米左右的孢子。对于不同的油层条件将以此菌为基础，进行不同工艺的培养及配伍应用。在提高原油采收率方面效果很显著。

四、微生物产品的主要性能及其评价

（1）类型

代号：BS（Biosurfactant的缩写）

产物：生物表面活性剂

表面活性剂类型：羧酸盐型

（2）技术指标

颜    色：浅黄或黄色

PH   值：3.0~4.5

菌    数：105~107

菌体大小：4~~6um

防 蜡 率：≥50%

降 粘 率：≥30%

耐    温：65oC

（3）产品性能评价

菌种是从大庆油田油井产出油水混合物中分离得到的，属兼性厌氧菌，在以原油为碳源的厌氧液体培养基中，厌氧生长的最高菌数可达108个/毫升，并能产生一定的表面活性剂，能厌氧分解C20至C60之间的固体石蜡，该菌种以碳水化合物为碳源好氧发酵时能产生脂肪酸型的生物表面活性剂。具有截面活性强、原油降粘率及防腊率高的优点。

Bs菌种为革兰氏阴性菌，属假单胞菌属，是兼性厌氧菌，菌体形态为杆状，菌体大小为1~2µm，呈现浅黄或深黄色，具有较好的耐温、耐酸碱（Ph值）和矿化度等特性。

表1     菌种性能指标对比表

发酵液与原油之间界面张力（IFT）是衡量生物表活性剂性能的一个重要参数，不同种类的微生物所产生的生物表面活性剂性质差别很大，虽然与化学表面活性剂相比，在界面活性上往往缺乏竞争力。但是，生物表面活性剂也有抗生物分解能力强和性能独特的特点。

测定PH值为4.5的发酵液与大庆油田中1联原油的界面张力为1.8×100mN/m，说明筛选到的Bs菌种在以碳水化合物为碳源好氧发酵时能产生界面活性较好的生物表面活性剂。

（b）、原油的降粘率

大庆外围低渗透油田，原油粘度相对较高。因此，发酵液的降粘特性对于这些低渗透油田的开发，将具有重要的意义。敖古拉油田和朝阳沟油田部分油井原油样品的降粘测试结果如表2所示。由表2可以看出，发酵液中所含的细菌代谢产物对于不来源和不同性质的原油都具有较好的降粘效果。

表2  发酵液对原油的降粘率

防蜡效果好意味着蜡、胶质等在岩石表面的粘附能力差，或者说原油在微孔道中的流动阻力低。对于低渗透油田，改善原油在油层中的流动特性是至关重要的。因此，细菌的代谢产物应具有很好的防蜡效果。如表3所示：

表3 发酵液对原油的防蜡率

    检测到无机酸发酵液的Ph值由7.2下降到4.5-5.5，说明菌种生物代谢过程中产生酸性物质，放置120小时后脂肪酸含量由空白的168.99mg/L上升到818.54ml/L。对固结的固体沉淀物（腊、胶质物等）有很强的溶蚀能力。室内实验表明，用原菌液在50oC下放置12小时，将固体沉淀物变成胶体溶液。

（e）具有较强的洗油能力

    测定pH值为4.5的菌液复配体系与萨南过渡带原油的界面张力为3.4×102mN/m，说明所筛选到的微生物在以碳水化合物为碳源时能产生界面活性很高的生物表面活性剂。室内实验表明，紧固黏附在玻璃壁上的原油，用浓度为10%溶液，在室温28oC左右的条件下，见到明显的洗油效果，加温至45oC，完全可清洗净玻璃壁上的原油，使溶液变成黑色液体。

（f）耐温性能

有些低渗透油田，油层埋藏较深，地层温度较高，这就要求细菌所产生的代谢产物具有良好的耐温特性。

将发酵液（PH值4.5左右）置于不同温度的恒温箱中，每隔一定的时间测定不同稀释浓度下表面张力的变化，以判断在高温下产物性能是否发生改变。表4是75℃条件下的测定结果。

表4  发酵液在75℃条件下表面张力随时间的变化

（一）实验

1、模型

实验所用模型均为人工胶结岩芯。

2、实验用水

按大庆油田平均地层水矿化度配制的人工盐水，矿化度为4456ml/L。地层水经过灭菌后使用。

3、实验用油

原油取自大庆油田中一联合站，经脱水、过滤。

4、菌液

中试厂生产的发酵液，过滤、稀释后使用。

（二）基本步骤

实验基本步骤如下：

（三）结果与讨论

通过模型实验可以看出，利用厌养分解石油烃的细菌进行驱油来提高采收率的实验，方法是可行的。表5是实验结果。

表5  微生物菌种驱油实验结果

（一）微生物解堵技术

微生物解堵技术是大庆石油学院微生物实验室的一项成熟技术，最近几年，在大庆油田的很多采油厂以及吉林油田都有应用，而且都取得了良好的效果。

1、微生物解堵机理可简单地概括为以下几点：

1）、微生物代谢产生的生物表面活性剂，可以在井壁产生亲水膜，使油与井壁之间的作用力减弱。在油层中生物表面活性剂也同样可以提高原油产量。

2）、菌体可以被油层中的颗粒吸附，这样颗粒周围的极性加强，颗粒与岩石的作用力减弱，从而可清除一些杂质对岩石孔道的堵塞，起到疏通孔道，提高渗透率的作用。

3）、微生物的混合培养液，具有把饱和石蜡选择性降解为不饱和烯烃的能力。含有饱和馏分的烃类包括N-烷烃、支连烷烃和环烷烃。微生物降解、代谢并吸收某些物质，如石蜡，其方法与我们人类的消化过程相似。不同的是，这些单细胞微生物具有独特结构及其降解过程。这个过程发生在细胞膜的表面上，在那里，有如酶之类的蛋白质分子连续分泌，使生物化学反应得到催化。

2、微生物解堵效果分析

我厂应用微生物解堵技术是成熟的，表6为2004年我们在采油二厂油井解堵的效果对比表。可见，截止到9月底30口油井措施后比措施前累计增油68吨，平均单井增油221吨。经济效益是相当可观的。

（二）、微生物降压增注技术

1、油田中的生产问题

（1）高压注水问题

高压注水问题，给油田注水开发带来一系列不利影响：①加大了平面和层间矛盾。高压注水不仅使天然裂缝大量开启和延伸，而且也产生了更多的裂缝，由于注水沿高深透带，特别是沿裂缝窜流，使吸水厚度和吸水层数减少；②增大了注采比和无效注水量。高压注水既能砂岩的水量，同时也能增加外窜，包括泥岩吸水和岩断层窜流；③增加了套损井数。超破裂压力注水有部分水注进泥岩层，加剧了泥岩的蠕动；这是套管损坏的主要原因之一。

（2）欠注井和冬关井问题

油田生产中，有些注水井由于吸水状况差，满足不了配住设计要求。东北地区冬季时间较长，为了防止管线冻裂，有些欠注井在冬季必须关井停注。欠注井和冬关井已成为油田生产中比较棘手的问题之一，使这部分水井恢复正常注水，对于油田的稳产将具有主要意义。

（3）表外储层和表内薄差层吸水厚度问题

三次加密井区，表外储层和表内薄差层往往射开层数多，射开井段长，各小层渗透率差异大，渗透性差。因此，在注水开采时每小层的启动压力各不相同，在一定的注入压力下，有的小层能够吸水，有的小层由于注入压力达不到该层的启动压力而不吸水，导致了表外储层和表内薄差层吸水厚度低，油田注水开发效果差。

2、微生物降压增注作用原理

利用微生物产生的大量有机酸、有机溶剂、表面活性剂和活细胞体系，配合能与原油形成超大型低界面张力的表面活性剂体系，改变微孔介质中岩石表面的性质，降低启动压差，改善流动在微孔道中的流动阻力，达到降压增注的目的。该项目技术的应用有效地缓解了油田生产的注水问题。

3、微生物水井降压增注技术应用的选井条件

（1）有效厚度大于3m，孔隙度大于20%；

（2）油层连通好；

（3）初期注水压力低，目前注水压力高；

（4）初期注水量大，目前注水量小；（达不到配注量）

（5）井口、管路无泄露。

表6  2004年1-9月微生物解堵效果对比表

低渗透油田水井生物降压增注99年在吉林油田、大庆油田共进行了4口井的矿场实验，2000年在大庆油田进行了20口水井生物增注试验，均取得了明显的效果。

在吉林油田试验的二口水井中，注入压力从20MPa下降到15MPa，注水量提高到40%。

在大庆油田的试验井中，注水井的注入压力下降2MPa以上，注水量提高30%。

2001年在吉林新立、新木油田实施了5口水井的降压增注技术，在大庆采油二厂进行了5口井降压增注，效果都很明显，特别是大庆油田采油二厂实施水井压力措施后，5口井注入压力均有所下降的情况下，平均每口井增加注入量47m3。

表7  微生物水井降压技术与其它措施效果费用对比

微生物驱油技术是指将微生物制剂从注水井注入到地层，利用微生物的溶解能力，通过微生物的表面活性，降低界面张力等原理，激活原油，分散油滴，提高原油的流动性能，达到提高原油采收率的目的。

七、总结

微生物采油技术包括：微生物油井解堵、微生物降压增注技术、微生物驱油技术等。较其他三次采油技术相比，微生物采油有更多优点：

1、注入微生物和营养剂价廉，易于制取；

2、对于生产处于边际状态的油田，MEOR很有经济吸引力；

3、实施工艺时，只需对现有矿场设备稍加改动，从而降低做业费用；

4、使用典型的地面注水设备，很容易就可应用此方法；

5、微生物采油技术适用于开采各种类型的原油；

6、微生物制剂对地层无伤害，达到环保效果。