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微生物采油技术

发表日期:2007-04-16 摄影器材: 点击数: 投票数:
    微生物采油技术是将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入油层,或单纯注入营养液激活油层内微生物,使其在油层内生长繁殖,利用微生物及其代谢产物对油藏原油、地层产生作用,提高原油的流动能力,或改变液流方向,从而提高注入水波及体积,以提高油田采收率的采油方法,也称微生物强化采油 。
     采用向地层注入工作剂或引入其他能量的采油方法,称为三次采油。三次采油主要包括化学驱油、混相驱、物理采油和微生物采油。
微生物采油方法
     微生物采油是指将微生物菌液和营养液注入油层,利用微生物的繁殖作用及其产生的代谢产物提高油田采收率的方法,一类是在地面通过工业化发酵生产,分离出有用的代谢产物后注入到油藏,提高油田产量的方法,通常也称为地面法。主要包括通过微生物发酵生产的生物聚合物(如黄原胶等)和生物表面活性剂(如鼠李糖脂等)来提高采收率。另一类是将油藏作为天然巨大的生物反应器,让微生物在地下油层中就地发酵,通常也称为地下法。主要包括微生物单井吞吐、微生物驱(微生物强化水驱)、微生物的井筒处理(微生物清防蜡)、微生物选择性封堵(微生物调剖)和微生物酸化压裂等工艺方法;而注入微生物的来源则包括外源微生物和内源微生物两类。
     一、MEOR的特点
    (1) MEOR工艺成本低廉,工序简单,操作方便。一般不必增添井场设备。可用于开采各种类型的原油,开采重质原油的效果更好 。注入的微生物和培养基(营养物)价格便宜,易于获得。可以针对具体的油藏,灵活调整微生物配方。易于控制。只要停止注入营养液,油藏内的营养物被消耗完,即可终止微生物的活动 。
    (2)微生物细胞很小,且能运移,所以能够进入其他的驱油工艺不能完全进入的油层中的死油区和裂缝 。细菌本身能自我复制,通过在地层内繁殖而扩大其有利的作用 。
不损害地层,可在同一井中多次应用。MEOR产物均可生物降解,不会堆积在环境中,不污染环境。  
   (3)MEOR的局限性
    对于高温(>89℃)或高含盐量(>10%)的地层通常不能选用。
需进行实验室室内配伍性测试,以及合理的工程设计,其采油机理尚未完全探明证实。对特定油层的最佳微生物应用工艺尚在建立之中。 油田应用的筛选标准仍然需要不断改进。 能可靠预测现场过程的地层模拟技术和数值模拟技术还不成熟。
     二、影响微生物活动的油藏条件
     采油微生物的繁殖生长和代谢都是在油藏孔隙介质中完成的,而油藏是一个非常复杂的环境,由固、液、气三相组成,每种组成都可能对微生物的存活和生长产生影响。其主要的影响因素有矿物的组成及性质,孔隙度和渗透率,地层压力、流体的温度、pH、矿化度,原油性质及残余油饱和度等,这些因素都会进一步影响到微生物提高采收率的最终效果。
    1.岩性
   油藏的固相主要由各种岩石和矿物组成,硅酸盐和碳酸岩对微生物的活动没有太大的影响 ,地层中硅质矿物表面还能吸附阴离子化学剂和阳离子化学剂,这些化学剂即使以低浓度注入底层,也会使矿物表面对微生物产生毒性。
    2.孔隙度
    孔隙度是一个关键因素。细菌形态各异,一般其大小为长度在0.5~20.0μm之间,宽度约为0.4~2.0μm之间。当孔径直径小于0.5μm时,细菌在岩石基质中的运移会受到严重阻碍。孔隙直径必须至少大于球菌或短杆菌直径的两倍才能使细菌有效通过。
    3.渗透率
    渗透率对细菌的扩散有影响。渗透率在75~100×10-3μm2范围内是允许细菌有效运移的下限。为了增强细菌的扩散,对低渗透地层可结合采用压裂技术。
孔隙度和渗透率对细菌活动的影响反映在两个方面。一是对细菌运移的影响,当孔喉尺寸小于0.5μm、渗透率小于5×10-3μm2时会阻碍细菌在孔隙中的运移;二是对细菌的繁殖和代谢的影响,以毛细管模拟岩石孔隙的实验表明,毛细管尺寸减小时,细菌生长速率和菌体的大小也减小。一般认为孔隙尺寸应在1.0μm以上,渗透率应在5×10-3μm2以上。
    4.油层深度
    油层深度本身对细菌的生长并无直接限制关系,但随着油层深度的变化,油层的温度和压力相应发生变化,从而影响细菌的生长代谢。
    5.地层压力
   与其它因素相比,压力对细菌的活动影响较小。地层压力梯度范围在1.4~32.8psi/m之间。过高的压力对微生物的繁殖和代谢都有显著影响。
6.地层水化学组分
    地层水是微生物存活生长的介质,地层水中的化学组分直接影响微生物的生长过程。微生物生长过程中对碳、氮的需求量较大,所有的微生物都需要微量的磷、铁、镁、钾和钙。
    7.有毒化学物质
砷、汞、镍、硒含量过高也都对微生物有毒性,通常这些元素的含量应小于10~15mg/L。其他有毒化学物质还包括各种强化采油施工中应用的化学剂,其中包括一些表面活性剂、杀菌剂、乙二胺四乙酸酯和甲苯。
    8.pH值
   通常微生物的最佳pH值范围在4.0~9.0之间,但有的微生物能在低于1.0或高于12.0的pH值条件下繁殖。大多数油藏pH值在6.0~8.0范围内。对特殊油藏,应该专门筛选开发嗜酸或嗜碱菌。
    9.原油性质
   原油性质对微生物的影响来源于两个方面。一方面是原油中易挥发的轻质挥发性组分对微生物的毒性作用,一般认为,原油中碳数少于10个的烷烃可能会对微生物产生毒性;另一方面原油中的沥青等重质组分造成的高密度亦对微生物的活动不利。
三、微生物单井吞吐
    将微生物、营养液和生物催化剂注入一口生产井内关井一段时间(数天到数周)进行发酵,然后开井生产。经过一段时间的生产,当产量明显下降时,可重复上述过程。这种方法类似于蒸汽吞吐的施工方法,所以叫做微生物单井吞吐,也叫周期性微生物采油(循环微生物采油法),这一技术是利用微生物自身的作用及其代谢产物的作用, 裂解重质烃类和石蜡, 改善原油在井眼内的流动性能, 从而提高单井产量。

    1.微生物清防蜡
  微生物清防蜡,是在油井中定期加入微生物,这些微生物可减轻生产井的结蜡和结垢,特别是含蜡量较高的井,可延长洗井周期和免修期。微生物清防蜡技术应用于油井,主要是利用微生物菌液对原油的降解作用。微生物菌液进入井筒后,通过细菌及其代谢产物的作用,对原油中的石蜡进行了部分降解,同时防止了井筒的结蜡,直接和间接地起到了清防蜡作用。
清防蜡施工效果在油井正常工作的情况下,每月将微生物制剂75-100公斤,从油套环形空间注入油井即可。
   施工250-300口井,成功率100%,一般延长热洗周期3-5倍,有的油井长达400天不热洗。
   在冀东油田10口油井进行微生物清防蜡施工,全年无一口井热洗,增产原油1167吨。
   华北油田采油四厂施工6口油井进行微生物清防蜡现场试验,180多天没热洗,增产原油1214吨。


    2.微生物选择性封堵
   微生物选择性封堵也叫作微生物调剖堵水(简称微生物调堵),指的是把能产生生物聚合物的微生物以及营养物注入地层,使微生物在高渗透层内大量繁殖,利用微生物菌体本身以及代谢产物微生物多糖起到封堵高渗透地层的作用,改变注水流向的提高采收率方法。
微生物堵塞机理
    注:可按照相连的孔隙间喉道的大小(d1)与微粒直径(d2)之比,将微粒堵塞分成三种不
    同体系:(a)表面吸附在岩石表面上,引起较小的渗透率降低,d1/d2≥4;(b)不仅有表面吸附
效应,也在岩石内孔隙喉道中堵塞,d1/d2=3(c)除了堵塞和表面吸附效应外,还在岩石的进
口形成虑饼,d1/d2≤2.
   3.微生物酸化压裂
微生物酸化压裂指的是在高于破裂压力下将大量产酸的石油微生物高压注入地层,在贮油层产生大量有机酸,并且通过溶解基岩产生高渗透能力,从而提高原油采收率。
   在碳酸盐岩油藏中,微生物酸化压裂有许多技术优势,如既能大大增加裂缝的长度并且采用的是无腐蚀、无危害、并且是不破坏环境的原料。
    四、微生物驱油与其他驱油相比其特点
    1、一般不必增添井场设备,工艺操作简单,可以方便的利用常规的注入设备,需要时可在注水泵前安装一套用来供微生物制剂的装备,其容量小投资很少。
    2、微生物的代谢产物全部可以生物降解,不会在地层中积聚。可用来开采不同物性的原油(重质、轻质、中等质量原油)
    3、微生物细胞很小,又能自己运移在油层中,所以能进入其它驱油工艺不能达到的死角和裂缝。
    4、微生物驱的产出物不会污染环境,也无需进行任何再处理。

作者:东方之子

《微生物采油技术》


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