微生物驱提高原油采收率技术及研究进展Word文档格式.docx
- 文档编号:17632042
- 上传时间:2022-12-07
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:966.69KB
微生物驱提高原油采收率技术及研究进展Word文档格式.docx
《微生物驱提高原油采收率技术及研究进展Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微生物驱提高原油采收率技术及研究进展Word文档格式.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2.1驱油用微生物的类型
2.1.1自然采油菌(外源微生物)[1][4]
自然采油菌往往从油田环境,如油田水、油井产出泥砂、油层岩心、油田淤泥等中取样,然后进行富集培养和纯化分离得到。
国外分离得到的自然采油菌主要有假单胞菌、芽孢杆菌、微球菌、棒杆菌、分枝杆菌、节杆菌、梭菌、甲烷杆菌、拟杆菌、热厌氧菌等,属厌氧菌或兼性菌。
2.1.2工程采油菌(本源微生物)[1][4]
所谓工程菌是指为了某种需要,采用基因工程学方法培育出的微生物菌,非天然存在的自然菌。
由于工程菌是为了某种目标而培养,因此工程菌往往具有某种独特的性能,如耐高温、富产酸、富产表面活性剂等,对增强微生物与原油作用效果有积极意义。
目前国外用于采油的既有自然菌,也有工程菌。
2.1.3微生物在地层中的代谢产物及作用
微生物在地层中的代谢产物及作用见表1[4]。
表1.微生物代谢产物对EOR的作用
反应产物
作用
酸
增加岩石孔隙度和渗透率;
通过与碳酸盐矿物反应产生CO
生物膜
选择性或非选择性堵塞油层;
乳化原油;
改变岩石表面润湿性;
降低原油黏度和倾点;
脱除原油中的硫
气体
增加油藏压力;
膨胀原油;
降低原油粘度;
通过溶解碳酸盐岩石增加地层渗透率
溶剂
溶解原油
表面活性荆
降低界面张力;
乳化作用
聚合物
流动控制;
选择性或非选择性堵塞岩石孔隙
2.2微生物驱的方法
微生物采油技术[5]按驱替方式可分为微生物吞吐采油技术和微生物驱油技术,而微生物驱油技术按微生物源类型又分为地面法(外源微生物驱油技术)和地下法(本源微生物驱油技术)。
由于微生物吞吐采油属于单井采油技术,现场施工更简单、更易于操作、风险更小,因此微生物单井吞吐采油技术是微生物采油技术的重要方面。
所谓微生物吞吐采油技术,就是往生产井中注入特殊筛选的微生物及其营养液,关井一段时间,通过细菌自身及其代谢产物的作用,裂解重质烃类和石蜡,改善原油在井眼内及近井地层的流动性能,再开井采油,从而提高单井原油产量。
2.2.1地面法(外源微生物驱油技术)
在地面建立发酵反应罐,为微生物提供必须的营养物质,通过微生物代谢作用产生生物产物(有生物气体、有机酸、表面活性剂、生物聚合物、醇、酮等),将生物产物注入地层从而达到提高采收率的目的,该类工艺与化学驱类似。
该种类型工艺复杂、设备条件要求高,见图1[6]。
图1.MEOR地面法流程图
2.2.2地下法(油层法,本源微生物驱油技术)
由注水带入的微生物依靠地层同有的营养物(残余烃、矿物组分)或者向地层注入的营养物(糖蜜、无机化合物等)进行地球化学作用,形成细菌代谢产物。
这种类型的微生物驱适用于注淡水开采一年以上的油田或区块,因为注水使注入井井底附近形成了微生物群落(或生物群落)。
该类型(如图2[7])工艺简单、操作方便,是目前微生物采油技术的发展方向。
图2MEOR地下法流程图
2.3微生物驱的优点[8][9]
微生物采油菌能在恶劣的油藏环境中生长代谢,降解油烃分子,产生表面活性剂、有机酸、气体、溶剂和聚合物等物质,有效地降低岩石、油、水系统的界面张力,降低粘度,增加压力,疏通岩孔,增加流动性,提高原油采收率。
与其他的三次采油方法相比,微生物采油有其明显的优势。
首先,微生物以水为生长介质,以质量较次的糖蜜作为营养,成本低,实施方便,可从注水管线或从油套环行空间将菌液直接注入地层,不需对管线进行改造和添加专用注入设备;
其次,由于微生物在油藏中可随地下流体自主移动,作用范围比聚合物驱大,注入井后不必加压,不损伤地层,无污染,提高采收率显著;
再次,以吞吐方式可对单井进行微生物处理,解决边远并、枯竭井的生产问题,提高孤立井产量和边远油田采收率;
另外,选用不同的菌种可解决油井生产中的多种问题,如降粘、防蜡、解堵、调剖等;
最后,能提高采收率的微生物代谢产物在油层内产生,利用率高,且易于生物降解,具有良好的生态特性。
3.微生物提高采收率的机理
微生物采油是技术含量较高的一种提高采收率技术,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,深入研究作用机理显得尤为重要。
3.1生物表面活性剂提高采收率机理[1]
微生物在地下发酵过程中所产表面活性剂会降低油水界面张力,减小水驱油毛管力,提高驱替毛细管数。
同时生物表面活性剂会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。
上海有机化学研究所用表面张力法、乳化稳定时间法测定微生物发酵液的表面活性,用薄层层析和质谱分析法确定表面活性剂组成。
胜利油田微生物中心用色谱、质谱仪联机分析,确定其微生物活性剂组分为十六烷酸、十七烷酸和十八烷酸。
辽河油田的李牧等,用滴定法测得产活性剂菌23—1在含原油的培养基中发酵后,表面活性剂含量为2.6%,23—1菌水基培养基培养后使蒸馏水的表面张力从76mN/m降为39mN/m。
3.2生物气提高采收率机理[1]
大多数微生物在代谢过程中都产生气体,如CO2、H2、N2等,这些气体溶解在油中,可降低原油粘度,提高原油流动能力。
这些气体以小气泡存在时,可增加油层压力,减小残余油饱和度,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。
目前吉林油田与日本东北大学合作进行的微生物采油试验,其微生物主要为高产气菌。
3.3微生物降解原油机理[1]
微生物在生长代谢过程中,一方面可以以原油中的碳链作为自生生长所需要的碳源,从而改变原油的碳链组成;
另一方面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,改变原油性质,起降粘防蜡作用。
图3、图4是用胜利油田微生物采油中心的2株采油菌,与东辛含蜡原油作用后,用气相色谱分析的原油组成曲线。
可见微生物作用确实使原油高碳烃比重减少,原油组成改变。
3.4有机溶剂提高采收率机理[1]
微生物在地下发酵过程中能产生有机酸类、醇类、酮类等有机溶剂,其中有机酸类能使碳酸盐地层溶蚀而增加其渗透性,醇类、酮类可降低表面张力和油水界面张力,促进原油珠乳化。
3.5聚合物提高采收率机理[1]
微生物在地下发酵过程中产生的生物聚合物能调整注水油层的吸水剖面,控制高渗地带的流度比,改善地层渗透率。
4.微生物驱菌种的筛选
菌种筛选是微生物采油技术的关键。
菌种筛选主要向两方面发展,一是提高菌种耐温性,以适应更广的油藏范围;
二是提供部分无机营养物,以原油为碳源,降低注入营养成本。
对具体油藏,应从室内已有菌种中筛选出最适合该油田、与原油作用效果最佳的采油菌种。
具体方法[1]是:
取油田新鲜油样,选取多株菌按一定比例的营养液和原油分别装入培养皿中,置细菌培养箱在油层温度下振荡培养3天,取出培养皿(如图5[6]),分别观察各自现象、检测菌浓度、菌液pH值、表面张力、原油粘度变化、原油组分变化等,选出最优菌种。
5.微生物驱适用油藏的筛选[4]
对油层物理化学及微生物环境因素进行详细研究是微生物驱工艺效果的重要保证。
表2为美国能源部的微生物驱油藏筛选标准,表3为俄罗斯国家科学院生物研究所提出的激活自然采油菌采油的油藏筛选标准。
表2美国微生物驱油藏筛选标准
油藏参数
建议范同
含盐量
氯化钠<
l0%,总矿化度可以较高
温度
<
76.67℃
深度
2440m
微量元素
砷、汞、镍、锡质量浓度<
l0~15mg/L
地层渗透率
>
50×
10一3µ
m2,,或地层裂缝发育
地层原生微生物
与所选用的驱油用微生物具有配伍性
原有类型
15º
API
残余油饱和度
25%
单升控制而积
40亩(16.2×
104m2)
表3俄罗斯MEOR油藏筛选标准
油藏参数
最优范同
油藏深度/m
l00~4000
油层厚度/m
l0
3~10
孔隙度/%
12~25
17~25
绝对渗透率/l0一3µ
m2
50
150
地层压力/MPa
40
地层温度/℃
20~80
30~50
地层水矿化度/(g·
L-1)
300
100
地层水和注入水S042-含量/(mg·
5
含水率/%
40~95
60~80
原油黏度/(mPa·
s)
10~500
30~l50
地层水H2S含量/(mg·
30
我国还未有相应的筛选标准。
就国内成功的微生物采油矿场试验看,微生物采油的油田和油井筛选,应优先考虑[1]:
①温度小于40℃的低温油藏,如吉林油田,大庆部分油田,玉门油田等。
大多数微生物的最适宜生长温度是在25~35℃之间,在这一温度下微生物生长繁殖最好,存在的微生物种类也最多。
②地面脱气油粘度在500~5000mPa·
s之问,即普通稠油油田。
该类油田可进行注水开发,但由于油水流度此差异大,水驱采收率低。
而微生物对羧类原油的降解效果较好,可降低原油粘度,提高原油流动能力。
③含蜡油井。
含蜡原油随温度的降低会在井筒中结蜡,影响油井产量甚至停产。
微生物不但可降解原油,减少蜡含量,且代谢产物中的活性剂可防止蜡析出,解决含蜡油的生产问题。
④含水小于80%的断块小油田。
由于断块油田面积小、非均质性严重,不适宜用其它化学方法提高采收率。
而微生物菌液注入简单,投资省,有调剖、驱油、降粘、解堵等综合作用,适于断块小油田的提高采收率,这对我国断块型复杂油藏有重要意义。
6.微生物驱采油技术的研究与应用
6.1国外微生物驱采油技术的研究与应用[4]
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。
6.1.1俄罗斯
近l0年来,俄罗斯在自然采油菌采油技术的研究与矿场应用方面发展迅速。
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。
6.1.2美国
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。
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%。
6.1.3阿拉伯国家
过去的10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。
Sayyouh根据7个阿拉伯国家(沙特、埃及、科威特、卡塔尔、阿联酋、伊拉克和叙利亚)300多个地层的数据分析,研究了阿拉伯国家应用ME0R的可行性,预计利用ME0R技术可采出30%的剩余油。
6.1.4英国
英国在20世纪90年代开展了广泛的微生物提高采收率技术的研究。
研究包括微生物提高采收率技术分析、油藏模拟器模拟研究、效益预测研究等。
2001年,挪威围家石油公司在北海的Nome油田进行了ME0R的现场试验,获得成功。
该试验不需要注人工程菌,而是直接应用油藏中或注入水中的喜氧微生物,这些喜氧微生物利用原油作碳源,在油藏产生表面活性物质。
6.2国内微生物驱采油技术的研究与应用
自20世纪90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。
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。
中国石油勘探开发研究院有关专家表示,我国微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共约40多株,营养基与改变菌种活性、改善驱油效果等研究逐步加深,掌握了微生物发酵工艺,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。
2003年4月,中国石油在北京召开了第一次微生物采油技术研讨会,邀请了4个国家的7名著名专家和国内的一些高校及研究所专家共同讨论技术发展方向。
2004年10月,该公司又在汕头召开了第二次微生物采油技术研讨会,确定了重点发展大庆和吉林油田的微生物采油技术,计划在今后5年内投资1亿~5亿元,扩大微生物试验区,开展工业化现场应用试验。
近年来,中国石油在吉林、大港、新疆等10余个油田进行了微生物吞吐试验和增产作业,仅据不完全统计,已在1900多口井中进行了微生物吞吐作业,共计增产石油约20万吨。
中国石化在微生物驱油技术方面同样取得显著的成果,1998~1999年,胜利油田在纯梁、滨南和河口采油厂三个不同的区块开展微生物驱油现场试验,至1999年底,三个区块共增油10500吨,其中纯梁正南区块在试验期间最大增油幅度达38%,累计增油4694吨。
大庆油田开展的菌种配伍性研究成果显著。
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。
该技术的应用,减轻了油井的结蜡、结垢和腐蚀,延长了生产免修期,节约了生产成本。
近年来,胜利油田又在罗801区块开展了极端微生物石油开采技术现场试验,1999年到现在,增加采收率接近3%,现在达到7%左右,每年增油6000吨左右,取得显著的控水稳油效果,现场取样分析表明,该油藏已形成较为稳定的生物场,油藏中的优势菌群明显。
2007年,极端微生物石油开采技术研究通过山东省科技成果鉴定,该项目是由胜利油田采油院在国内首次将分子微生物生态研究技术运用于微生物采油,是2001~2005年国家“十五”科技攻关项目,研究了油藏微生物生态学的T-FLP和DGGE技术体系,并对不同区块油藏微生物进行了分子生态分析,掌握了其生态结构特点,为微生物油技术的优化提供了理论依据。
在此基础上,该院建立了较为完善的微生物驱油物模系统,在室内就可以模拟地下油藏情况,研究微生物在岩心中的生长运移规律,包括运移速度及方式等,为现场工艺调整和优化提供了理论依据。
6.2.1朝阳沟油田微生物驱油实践[10]
朝阳沟油田在2002~2006年开展了微生物驱油试验研究,取得了较好的增油效果。
通过对微生物驱油试验研究结果的分析,指出微生物注入与发生作用的区域以中高含水区域为主;
微生物在油层中大量繁殖是实现增油的根本保障;
微生物可改善原油物性,使原油在地层中的流动性变好。
微生物驱油取得较好效果与微生物在油层中的停留时间及反应时间、油层内部原油的转化程度、微生物的营养物供应等条件有关。
根据室内实验结果并结合调研资料,微生物用量确定在l00mg/(L·
PV),计算该试验区块孔隙体积125.2×
104m,因此每周期微生物总用量为125.2t。
2004年5月~2006年2月共完成4个周期的注人,累计注入菌液655.6t,营养液285t(见表4)。
经过近两年的试验,2007年3月井区日产液为39.6t/d,日产油18.3t/d,含水53.8%;
其中有3口井分别在2005年3月及5月进行了压裂及解堵措施,扣除这3口措施井。
试验前井区日产液为30.7t/d,日产油为l6.6t/d,含水为54.1%,试验后日产液为27.4t/d,日产油14.6t/d,含水46.7%。
从试验井区开发动态来看,井区低含水井未受效,中高含水井产量上升较为明显,目前已经累计增油8061.5t。
从水驱特征曲线上看,曲线向产油量轴偏转,反映总体开发状况变好。
6.2.2川北油田微生物吞吐采油技术研究[5]
2007年5月25~26日对柏垭油田主要产油井—Sl2井进行了微生物吞吐采油现场试验施工。
由于注入初期井口压力上升较快(3.4MPa升至5.2MPa),说明储层吸液能力有限,遂决定将大前置液段塞思路调整为小前置液段塞,即注入小量前置液后就注入主体微生物液。
为避免前置液与主体微生物液的交替注入使主体微生物液营养剂浓度下降,则第一适量增加了营养剂的添加量,第二在注入段塞上增添了后置营养剂隔离段塞和后置营养剂顶替段塞来确保微生物注入后的环境和活性。
施工总时间25.53h,其中纯注入时间10.44h,注入前置液及隔离液150m3、主体液微生物50m3、后置顶替液10m3,累计注入液体210m3。
对比试验前后原油物性数据(见表5)发现:
原油密度减少,粘度降低,说明微生物具有较好的降粘作用,表明原油的重组分有所分解。
对产出水进行监测发现:
产出水中并未监测到微生物,pH值变化不大,表明微生物液有效进入地层。
对比试验前后的机械清蜡状况发现:
微生物试验后初始结蜡深度上移、井筒结蜡量减少、结蜡严重程度降低、机械清蜡变得相对容易,清蜡风险大大降低,说明注入微生物对原油具有一定程度的清防蜡作用。
后又对CS47井微生物吞吐采油试验后,取得了产液量上升、含水率下降的效果(见图6)。
统计微生物吞吐采油前后产量数据,作业前按规律开井五次累计生产时间45h,产油29.13t、气3.1906×
104m3,折算日产油15.54t/d、气1.7017×
104m3/d;
作业后按照同样规律开井生产,从9月3日油井以产油为主到12月16日累计生产时间76h,阶段产油49.76t、气5.7717×
104m3,折算日产油15.71t/d、气1.8226×
3104m3/d。
对比微生物吞吐采油前后产量,原油产量增产1.1%、天然气产量增产7.1%,表明川北油田通过微生物吞吐采油试验虽达到一定的增产目的,但增产效果并不十分明显。
6.2.3
7.结论
从1926年美国科学家Beekman提出细菌能采油至今,经过70多年的发展,微生物强化采油(MEOR)技术目前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,是一项具有良好发展前景的三次采油技术,是一门新兴的交叉学科,有着非常好的工业化矿场应用前景。
与其它三次采油技术相比,微生物采油技术具有适用范围广、工艺简单、经济效益好、无污染等特点更能满足环保的要求,该技术对提高稠油采收率将起到重要作用。
通过连续几个五年计划的科技攻关,我国微生物采油技术已取得了显著进步,已能自行进行采油菌种的分离、培养、筛选、评价和菌液生产,已完成了不少微生物提高采收率机理实验,并开始了微生物采油数学模型研究和数值模拟研究,在全国大多数油田上开展了微生物采油矿场试验,取得了明显效果。
室内研究表明,微生物采油可在原有基础上提高采收率5%~l2%。
现场应用的成功经验说明,微生物采油更适应于我国下列类型油藏:
①温度小于40C的油藏;
②普通稠油油藏;
⑨含蜡量较高的油藏;
④复杂断块油藏。
有关专家认为,我国许多油田已进入三次采油阶段,有一些油田的化学驱油也已经开展了十几年,产出液含水已经比较高,应考虑用微生物技术进
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 微生物 提高 原油 收率 技术 研究进展
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)