微生物采油.docx
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微生物采油
微生物采油技术
课程名称：
采油工程进展
上课老师：
伊向艺
姓名：
朱涛
学号：
2012020180
学院：
能源学院
微生物采油技术
姓名：
朱涛学号：
2012020180任课老师：
伊向艺
摘要
我国微生物采油技术近十几年来得到快速发展，其中微生物防蜡和单井吞吐技术已基本成熟，分别作为生产维护和增产措施在多个油田有规模化应用，但目前仍存在机理认识不清和工艺优化的问题，还需要进一步完善，以提高措施效果及有效率。
微生物驱油技术仍处于试验阶段，国内已开展了20多个区块的现场试验，但还没有建立统一的认识，发展方向仍不明确，至今难以推广。
分析了国内外近十几年来微生物采油领域的研究和应用现状，重点论述了微生物驱油技术存在的问题，分析了国外的现场试验方法和发展趋势，提出未来的研究和发展需要关注的问题。
关键词：
微生物；采油技术；
微生物采油技术（MicrobialEnhancedOilRecovery）是指利用微生物（主要是细菌）或其代谢产物提高原油产量和采收率的技术。
微生物提高原油采收率（MicrobialEnhancedOilRecovery，以下简称MEOR）是继热力驱、化学驱、聚合物驱等传统方法之后，利用微生物的基本互动与新陈代谢来提高原油采收率的一种综合技术。
它与其它的三种方法相比，MEOR的使用范围广泛、操作简单、投资少、效率高、功能多、费用低，不会损害油层，同时环保健康，是迄今为止发展前景最好的一种采油技术。
微生物采油技术发展历程
1895年，Miyoshi第一次记录了微生物作用于烃类的现象。
1936年，Bastin等又证明了油层水中存在着硫酸岩等菌种，美国科学家Beckman就在同年提出了微生物才油的设想。
Zobell在1943年第一次申请将微生物菌种注入油层中。
以便提高石油的采收率。
1946年还提出使用一套厌氧硫酸岩还原菌开展二次采油的计划，并进行现场试验。
1947年，Beck进行了第一次工业试验．1953年，Zobell还是用其它类型的细菌进行采油，并对采油效率进行了分析和统计，之后还对此进行了多方面的研究和探索，对微生物采油技术奠定了基础。
1954年，Coty等人首次进行了微生物采油的矿场试验。
从上世界50年代开始，前苏联与东欧一些国家队MEOR进行深入研究，结果证实MEOR对低产井效果很好。
直到上世纪70年代，波兰、捷克、罗马尼亚、苏联和加拿大等国陆陆续续开设了矿产试验，取得了较好的效果。
1986年，美国国家石油和能源研究所（NIPER）选择位于俄克拉荷马州的Delawere-Chiiders油田开展了微生物驱油矿场先导试验。
第一次试验证明，微生物可以在地层中生长繁殖，同时产生有用物质，原油产量提高了13％以上。
在第二次试验中，他们扩大了试验基地，于1990年6月在同一油田展开了两轮试验，通过微生物采油，石油开采率提高了19.6％。
俄罗斯从1988年开始在Romashkinskoe油田进行通过激活地下本源微生物提高石油采收率的试验。
通过对地中层的原本微生物进行分析，并针对性的选择菌种和空气，与注水作业一起注入到油田中。
根据产生的液体分析证明，组茵浓度较注前升高，油田产量也有所提高。
英国、加拿大、澳大利亚、波兰等国也都进行了相关的实验。
我国于1955年开始微生物勘探研究。
上世纪60年代，胜利油田和新疆油田通过短期的微生物采油技术研究工作后；大庆油田在“七五”到“九五”期间的实验研究也取得成果；上世纪80年代末-90年代初期，中国科学院与吉林油田共同开展单井吞吐技术研究和试验，一些科学院与高校共同展开了相关的实验；90年代，国外（主要是美国）公司为国内微生物采油提供技术服务，主要进行井筒处理或单井吞吐。
综上所述，微生物采油的大部分实验都得到较好成果，油田也对此开始重视。
微生物采油技术机理
微生物采油技术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，而且包括微生物菌体、微生物营养液、微生物代谢产物在油层中的运移，以及与岩石、油、气、水的相互作用引起的岩石、油、气、水物性的改变。
（一）微生物改变原油组成，使其变成低粘度原油
微生物以石油中正构烷烃作为碳源而生长繁殖，从而改变原油的碳链组成。
微生物不断老化，改变石蜡基原油的物理性质，影响原油液或固相的平衡，降低石蜡基原油的临界温度和压力。
微生物的增加能大大减少储层、井眼和设备表面的原油结蜡的温度和压力。
微生物生长时释放出的生物酶，可降解原油，使原油碳链断裂，高碳链原油变为低碳链原油，使重组分减少，轻质组分增加，凝固点和粘度均可降低，不仅改善原油在油层中的流动性，而且会使原油品质得到改善。
（二）微生物改变驱油环境
1.生物表面活性剂
微生物活性剂组分主要为十六烷酸、十七烷酸和十八烷酸，它能降低油水界面压力，减小水驱油毛细管力，提高驱替毛细管数。
同时改变油藏岩石润湿性，从亲油变成亲水，使吸附在岩石表面上的油膜脱落，油藏残余油饱和度降低，从而提高采收率。
2.生物气
大多数微生物在代谢过程中都产生气体，如二氧化碳、氢气、甲烷等，这些气体能够使油层部分增压并降低原油粘度，提高原油流动能力。
溶解岩石中的碳酸盐，增加渗透率；使原油膨胀，体积增大，有利于驱出原油，增加产量。
同时气泡的贾敏效应还会增加水流阻力，提高注入水波及体积。
3.酸和有机溶剂
生物产生的酸主要是相对低分子质量的有机酸（甲酸，丙酸），也有部分无机酸（即硫酸）。
它们能溶解碳酸盐，一方面增加孔隙度，提高渗透率；另一方面，释放二氧化碳，提高油层压力，降低原油粘度，提高原油流动能力。
产生的醇、有机酯等有机溶剂，可以改变岩石表面性质和原油物理性质，使吸附在孔隙岩石表面的原油被释放出来，并易于采出地面。
4.生物聚合物
微生物在油藏高渗透区的生长、繁殖及产生聚合物，使其能够有选择地堵塞大孔道，增大扫油系数和降低水油比。
在水驱中增加水的粘度，降低水相的流动性，减少指进和过早的水淹，提高波及系数，增大扫油效率。
在地层中产生的生物聚合物，能在高渗透地带控制流度比，调整注水油层的吸水剖面，增大扫油面积，提高采收率。
微生物注入水驱油层后，生长繁殖的菌体和代谢产物与重金属形成沉淀物，具有高效堵水作用，封堵率可达到99%。
（三）微生物的直接作用
通过在岩石表面上的生长占据孔隙空间，用物理的方法驱出石油，改变碳氢化合物的馏分。
微生物能粘附到岩石表面，在油膜下生长，最后把油膜推开，使油释放出来。
微生物采油应用的油层条件
微生物生长需要一定的环境条件，使用MEOR技术必需选择适宜的油层条件。
这些条件包括温度、压力、矿化度、渗透率、含油饱和度、PH值、原油相对密度等（表1）。
首先,油层岩质以砂岩或碳酸盐岩为对象,它对微生物没有影响。
以碳酸盐岩为对象时,可以期待代谢所产生的酸性物质对碳酸盐岩有溶解作用。
还必须考虑粘土矿物等对菌体及营养物的吸附。
MEOR微生物与营养源必须在岩石孔隙中移动,在油层中扩散。
孔隙度与渗透率等因素对微生物的移动,增殖及代谢有影响。
细菌需要在目的油层中移动,一定程度的增殖空间是必要的,即某种程度的渗透率是必要的。
关于油层深度界限,其实是温度及压力界限。
微生物生长温度上限,最近研究热水矿场等所得到的超嗜热菌为110℃,一般的好热微生物为100℃左右。
油藏中的地层水是微生物群体耐于生长和代谢的媒体，地层水的含盐度，pH以及地层水溶解的物质对微生物群体的生长和代谢起着重要的作用。
以上所述的各种条件是目前水平下的限制,如果新发现特异功能微生物,有可能适应超过这些条件的更广泛的油层。
国内常用MEOR适用的油层条件标准为：
①油层温度≤120℃；②地层渗透率≥30x10-3μm2；③地层水矿化度≤15000mg/L;④原油黏度≤4000mPa·s。
微生物采油技术在大庆的应用概况
自1998年以来，先后在采油一厂、二厂、三厂、五厂、六厂、七厂、八厂、十厂、十一厂、头台油田等进行了微生物单井吞吐和微生物驱的采油试验。
在微生物现场试验中，已累计增油几万吨。
进行了室内色谱分析发现原油微生物降解后长链饱和烃减少，短链饱和烃增加。
注入油层的微生物浓度为104-5个/ml，而产出液中微生物浓度为107-8个/ml。
说明微生物能在油层中存活前迅速增长，也就是说注一吨微生物原液能产出相当于微生物原液1000吨的油井产出水。
这情况说明大庆地下的地化和物化环境非常适合微生物的生长，它能在大庆地下油层形成微生物场，达到降低原油粘度，增强原油流动性，从而提高油井的产量，提高油田的采收率。
1、微生物吞吐
1997年9月始，大庆油田开始进行微生物单井吞吐现场试验。
施工井次目前累计156口，施工共注微生物120吨，增产原油约11000吨，吨微生物增油91.7吨。
2、微生物水驱采油
2000年在采油十厂的预备井区和朝80区块23口水井、45口油井进行了微生物驱采油先导试验，到2002年期间先后又在采油一厂、三厂、六厂、八厂、十厂等56个注水井组进行了微生物驱油，例如采油六厂11-丙103井组。
2002年1月27日—9月15日，11-丙103井共进行了5个微生物段塞的注入工作，累积注入微生物菌液2271.98m3，注入油层孔隙体积0.009PV，微生物原液23.9t。
试验效果
1、增油降水效果明显
11－丙103井在注入微生物45天后，井组内5口油井陆续开始见效，见效井比例达到100%。
井组平均月含水由见效前的25%最低下降到7.5%，下降了17.5个百分点；日产液由见效前的24t最高上升到40t，日增液16t；日产油由注微生物前的18t最高上升到37t，日增油19t。
目前该井组日产油为26t，与见效前相比日增油8t，累积增油量为4178t。
表2单井效果对比表
井号
注微生物前
注后最佳期
差 值
目 前
日产液
（t）
日产油
（t）
含水
（%）
日产液
（t）
日产油
（t）
含水
（%）
日产液
（t）
日产油
（t）
含水
（%）
日产液
（t）
日产油
（t）
含水
（%）
10-104
6
4
42.3
12
10
19.2
6
6
-23.1
9
8
13.8
10-114
6
5
26.5
12
11
6.0
6
6
-20.5
9
7
24.1
11-10
2
1
42.3
3
3
14.0
1
2
-28.3
5
3
32.9
11-104
3
2
21.4
5
5
8.0
2
3
-13.4
3
3
7.0
11-114
7
6
15.3
8
8
2.0
1
2
-13.3
7
6
6.3
小计
24
18
25.0
40
37
7.5
16
19
-17.5
33
27
18.2
2、投入产出比高，经济效益明显
目前11-丙103井组已累积增油4178t，吨微生物增油量为175t，投入产出比已达到1：
10。
3、微生物菌种在低渗稠油中具有良好的成活、繁衍能力
微生物驱油技术其效果好坏的关键在于所注入的微生物菌种能否在油层中成活及繁衍。
经多次现场资料检测分析证明，喇嘛甸油田过渡带外扩地区油层流体中的原生菌含量在101－102个/mL左右。
11-丙103井在注入微生物40多天后，5口油井采出液中微生物含量陆续开始明显增加，采出液中微生物含量最高峰达到1.1×108个/mL。
与注入微生物前相比，5口井的菌数增加均超过了105个/mL，增加幅度最大的达到107个/mL。
上述资料表明所注入的菌种在低渗稠油中具有良好的生长和繁衍能力。
表3采出井微生物含量检测表
井 号
注前含量
（个/mL）
注后最高含量
（个/mL）
增加倍数
目前
（个/mL）
10-104
2.0×101
0.9×108
107
0.7×102
10-114
9.0×101
2.0×107
106
1.1×103
11-10
9.0×101
1.1×108
107
7.0×102
11-104
1.1×102
1.1×106
104
2.0×102
11-114
1.1×102
1.1×108
106
4.0×101
4、微生物能使油水性质发生变化，提高了原油在油层中的流动性
5口采出井多次现场资料表明，注入的微生物菌液在油层内发酵过程中，通过自身的生长、繁衍和产生代谢物的综合作用，使产出原油粘度降低，碳的轻组分明显增加，胶、蜡含量下降。
使原油的物化性质发生变化，提高了原油在多孔介质中的流动性。
4.1采出液中原油含胶、蜡成分减少，粘度明显下降
5口采油井在注入微生物见效后，采出液中原油胶、蜡含量均有不同程度的减少，平均含胶量由注微生物前的31.0%下降到注微生物见效后的21.2%，下降了9.8%；含蜡量由注微生物前的29.7%下降到注微生物见效后的22.9%，下降了6.8%。
表4采出井原油含胶、蜡变化表
井 号
注微生物前（%）
注微生物后（%）
变化幅度（%）
含胶量
含蜡量
含胶量
含蜡量
含胶
含蜡
10-104
31.3
27.6
20.3
23.8
-11.0
-3.8
10-114
27.3
27.8
20.4
19.8
-6.9
-8.0
11-10
30.8
32.9
22.3
23.1
-8.5
-9.8
11-104
31.9
29.6
21.4
23.6
-10.5
-6.0
11-114
33.7
30.8
21.7
24.4
-12.0
-6.4
平均
31.0
29.7
21.2
22.9
-9.8
-6.8
采出井原油的粘度也随着油井见效而降低，5口井微生物见效后原油粘度平均下降幅度在32%，最大降幅达到41.2%。
由于采出液粘度降低，油井热洗周期延长。
5口油井在注入微生物前的热洗周期平均为78.8天，注入微生物后延长到119.8天，延长了40天。
表5单井原油粘度变化表
井号
注微生物前
注微生物后
最大变化幅度
（%）
时间
粘度
（mPa.s）
（mPa.s）
时间
粘度
（mPa.s）
时间
粘度
（mPa.s）
10-104
1.22
180.6
3.21
122.4
7.14
151.5
-32.2
10-114
1.22
159.8
5.16
111.5
11.1
112.6
-30.2
11-10
1.22
170
3.21
130.7
11.1
136.8
-23.1
11-104
1.22
199.3
3.21
138
11.1
117.1
-41.2
11-114
1.22
172.2
3.1
114.7
5.16
138.5
-33.4
平均
176.4
123.5
131.3
-32.0
4.2微生物改变了原油中的烃类组分
采出井原油色谱分析结果表明：
微生物在油层发酵过程中，使原油中烃组分分布状况发生明显变化。
5口井的全烃谱图中短链饱和烃类明显增加，而长链饱和烃类明显减少。
5、微生物具有提高吸水能力，降低注入压力的作用
5.1注入压力下降
11-丙103井在注入量稳定的条件下，注入微生物30天后，注入压力开始持续下降，由注微生物前的12.5MPa下降到10.9MPa，下降了1.6MPa。
到2002年10月，即注微生物9个月后，该井注入压力仍保持在11.3MPa，与注入微生物前相比下降了1.2MPa。
5.2压降曲线PI（90）值明显下降
注入井压降曲线PI（90）值由注入第一段塞后的15.21MPa，下降到注入第四段塞后的13.53MPa，下降了1.68MPa。
上述数据表明，微生物在油层中生长、繁衍及代谢物的综合作用下，具有解堵、改变岩石表面润湿性、减少渗流阻力的作用。
6、注入工艺简单，灵活性好
微生物采油试验采用高压注入管网稀释流程，此流程注入工艺简单，可采用撬装方式，原有注水工艺流程不用改动，由于微生物注入一般采用多级段塞方式注入，一套高压注入泵可以根据每口注入井的周期，对3－4口井进行循环注入。
由于采用撬装方式还可以根据现场需要，进行站间搬迁，多次使用，大幅度降低了设备投入成本。
微生物采油的优点及存在问题
微生物采油的优点
1）成本低，微生物的主要营养源之一是用通常手段难以采出的石油，微生物的繁殖能力和适应性强，作用效果持续时间长，这尤其对边际油田吸引力大；
2）工序简单，利用常规注入设备即可实施，不必增添井场设备；
3）应用范围广，不仅可开采各种类型的原油，更适于开采重油；
4）注入的微生物和培养基原料来源广，容易制取，且可根据具体油藏特点，灵活调整微生物的配方；
5）易于控制，通过停止注入营养液，即可终止微生物的活动；
6）微生物细胞小且运动性强，能进入其他驱油工艺的盲区；
7）微生物只在有油的地方繁殖并产生代谢产物，避免了表面活性剂注入或降粘剂段塞的盲目性；
8）MEOR产物均可生物降解，不损害地层，不会造成环境污染，且可以在同一井中重复使用多次应用。
微生物采油技术存在的问题
我国微生物采油技术虽取得一定进展，但仍存在以下几方面问题：
第一，对微生物采油主要机理研究不够、认识不足；
第二，微生物采油技术与油藏工程结合不够紧密；
第三，微生物采油现场工艺优化难度大；
第四，综合措施配套不足；
最后，对微生物采油技术的认识不足和重视程度不高
微生物采油技术发展展望
微生物采油技术具有其他三次采油技术无可比拟的优点——多功能性，故有望成为未来提高采收率的主要技术之一。
微生物技术今后发展方向主要集中在以下7个方面：
1）微生物处理井筒技术；2）微生物单井吞吐技术；3）微生物驱油技术；4）好氧微生物驱技术；5）聚合物驱后微生物提高采收率技术；6）内源微生物驱油技术；7）活性污泥驱油技术。
微生物采油技术涉及多学科领域，在组织实验和方案设计时应有多方面专业人员参加，微生物、地质、工艺的科研人员必不可少，关键在于资源的合理利用。
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