第23卷第3期油 田 化 学Vol.23 No.3 2006年9月25日Oilfield Chemistry25Sept,2006文章编号:100024092(2006)0320289204稠油微生物开采技术现状及进展Ξ邓 勇1,2,易绍金1,2(1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学);2.长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州434023)摘要:综述了用微生物方法开采稠油的技术现状与进展,论题如下。
①概述。
②基本方法:异源微生物采油,包括微生物吞吐和微生物驱;本源微生物采油及大港孔店油田的实例。
③主要机理,包括产表面活性剂,降解稠油中重质组分及其他。
④技术研究,包括机理性、可行性及经济效益研究,列举了国内外6个实例。
⑤现场应用,包括国外1个、国内6个实例。
⑥该技术的优势及问题。
参22。
关键词:稠油油藏;开采方法;微生物采油;菌种筛选;现场试验;进展;综述中图分类号:TE357.9:TE345 文献标识码:A 稠油是一种高黏度、高密度的原油,国外将其称为重质原油。
稠油在世界油气资源中占有较大的比例。
据统计,世界稠油、超稠油和天然沥青的储量约为1000×108t,稠油年产量高达1.27×108t以上。
加拿大的重质油储量最为丰富,其次还有委内瑞拉、美国、前苏联、中国等国家[1]。
我国稠油资源分布广泛,已在12个盆地发现了70多个重质油田,预计我国重质油和沥青资源量达300×108t以上[2],具有很大的开采潜力。
目前,常用的稠油开采技术主要是热力采油法和化学采油法,这些方法均具有一定的实用性,但随着油田开发技术的发展,技术经济和环保等方面的问题日益明显[3,4],开发经济、有效的稠油开采技术势在必行。
稠油微生物开采技术是一种稠油开采的新技术,已越来越受到油田的重视。
1 稠油微生物开采技术概述微生物采油技术已经有70多年的历史,早在上世纪20年代,美国Beckman就指出细菌有利于开采石油[5]。
稠油微生物开采技术是微生物采油技术的延伸,也是人们对稠油开采的一种新的尝试。
美国、加拿大等欧美国家早在上世纪60～70年代就开始应用这种方法开采稠油,我国起步相对较晚。
上世纪末辽河油田率先在国内开展稠油微生物开采技术的室内研究和现场试验,取得一定成果。
随后大庆、胜利、新疆、大港、青海等油田相继开始稠油微生物开采技术的研究和应用。
从整体上讲,目前该技术在国内外还处于试验研究阶段,真正实现工业化的项目还不多。
近年来,随着稠油微生物开采技术研究的不断深入及其在稠油开采领域良好潜力的展现,该技术在国内许多油田开始受到重视[6～8]。
2 稠油微生物开采基本方法目前,稠油微生物开采技术的基本方法主要是将含有氮、磷盐的培养液及具有降黏作用的微生物注入油层,使微生物与油层发生作用,从而提高稠油采收率,即异源微生物采油法。
异源微生物开采稠油又分微生物吞吐和微生物驱两种。
微生物吞吐开采稠油的方法不动管柱,利用地面设备(水泥车、水罐车)从采油井油套环形空间挤入微生物稀释液,挤注结束后关井一段时间,使微生物作用于井筒及近井地层,然后开井采油。
该法具有施工简单、不伤害储层的特点,是国内外油田主要采用的方法。
Ξ收稿日期:2006207221。
基金项目:油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)开放基金资助项目“稠油降粘菌作用机理研究”(项目编号k200610)。
作者简介:邓勇(1982-),男,长江大学环境工程专业学士(2005)、化学与环境工程学院在读硕士研究生(2005-),主要研究方向为油气田应用化学,通讯地址:434023湖北省荆州市南环路1号长江大学化学与环境工程学院,E2mail:dengyong228@。
微生物驱开采稠油是一种微生物调驱技术,该法是将微生物菌液同注水一起从注水井注入,使微生物作用于油层。
微生物驱法处理区域较大,且有增注作用,但在国内成功的试验研究较少。
利用本源微生物也是一种稠油微生物开采技术,但油藏地质条件的复杂性限制了该法的广泛应用,不过在国内亦有成功应用的实例。
长江大学2001～2004年在大港孔店油田(稠油胶质沥青质含量27%,59℃黏度73mPa・s)进行了本源微生物开采稠油技术的实验研究和现场应用,投入生产4年来产量持续增加,截止2004年底,试验区共增油16000余吨,经济效益可观[9,10]。
3 稠油微生物开采主要机理国内外关于稠油微生物开采的机理研究有很多,总的来说,主要是利用微生物对稠油的降黏作用。
微生物降黏机理主要有以下两个方面:(1)微生物在地下发酵过程中产生多种生物表面活性剂[7],包括阴离子表面活性剂(如羧酸和某些脂类)及某些中性脂类表面活性剂等。
表面活性剂不仅能降低油水界面张力和乳化原油,还能通过改变油层岩石界面的润湿性来改变岩石对原油的相对渗透性,降低稠油的黏度。
(2)微生物能降低稠油的平均分子量,即微生物能把稠油中的高分子物质如蜡质、胶质、沥青质分解为低分子量的化合物,降低整个稠油的平均分子量,使稠油黏度下降[11]。
另外,微生物在地下发酵过程中还会产生各种气体如CH4、CO2、N2以及生物聚合物、有机酸、酮、醇等类物质,均有利于稠油的降黏开采[7]。
4 稠油微生物开采技术研究目前,国内外对该技术的研究主要有以下三个方面:①稠油微生物开采的主要机理研究:对稠油微生物开采菌种及其性能的研究,包括菌种生长条件和生长情况、稠油微生物降黏情况(菌种降解稠油重质组分和产生生物表面活性剂等);②稠油微生物开采的技术可行性研究:利用现场地质条件模拟及岩心驱替实验等进行研究;③稠油微生物开采的效益研究,通过现场试验分析投资回报率,探讨该技术的实用价值。
Singer等人[12]从含稠油、沥青的土壤中富集培养分离出产表面活性剂菌,以委内瑞拉Monagas稠油(黏度>25000mPa・s)为碳源进行培养,结果该细菌产生了生物表面活性剂,形成了稳定的乳状液,对稠油的降黏率高达98%。
Potter等人[13]对Cerro Negro稠油沥青质进行微生物降解,在37℃添加微生物及碳、氮源好氧培养两个月,稠油沥青质降解率达40%。
我国西南石油学院武海燕等[14]在42℃下以克拉玛依九区98725井稠油为碳源培养不同细菌,筛选出的高效稠油降解菌使稠油沥青质含量由35138%降至18.57%、20℃黏度由116997.3mPa・s 降至51410.3mPa・s。
张廷山等[15]分离、选育出能降解沥青质、耐温高达80℃、耐矿化度3×105mg/L的高效稠油降解菌种(兼性菌)及菌种组合,利用筛选的该兼性菌对青海油田咸水泉稠油进行微生物降黏处理24h,稠油沥青质含量由24.5%降至7.44%,黏度降低率30.41%,所筛选的菌种对高温、高盐油藏稠油微生物开采具有较强的实用价值。
长江大学易绍金等将从含油污水中筛选的稠油降黏菌,以南阳油田G237号油井稠油样为碳源,在40℃培养72h,稠油胶质含量由49.45%降至34146%,降低率达14.99%,稠油物性得到改善,黏度降低率为29.58%。
所筛选出的稠油降黏菌对高胶质含量稠油的微生物开采具有较强的应用潜力,研究工作将在以后发表。
李牧等[16]利用不同的培养基对不同的菌种进行培养,并改变温度等条件对菌种进行驯化、培养,获得了可以产生大量表面活性剂、对稠油具有较强的分散、乳化作用的菌种。
该菌株可使油水界面张力由88.0mN/m降至39.0mN/m,稠油表观黏度由1227mPa・s降至514mPa・s。
5 稠油微生物开采技术的应用基于稠油微生物开采技术的研究,国内外许多油田将该技术应用到矿场试验,取得了一定的成果。
上世纪90年代中后期,委内瑞拉国家石油公司(PDVSA)在其经管的马拉开波湖100多口井进行了微生物开采稠油现场试验,成功率高达75%,单井平均增油4.2t以上,其中LL21119井在7个月内的平均日产量都保持在36.82t的水平,取得了较好的经济效益[17]。
国内稠油油田微生物开采现场应用中取得成功实例较多的有辽河和新疆油田,其次是胜利、大庆、092油 田 化 学2006年大港、青海等油田。
辽河油田锦州采油厂于1995年率先开展了此项技术的室内研究,1996年进入矿场试验阶段,把微生物采油技术扩展到了稠油开采领域。
1996～1997年先后在千12块稠油井(地层水矿化度2246 mg/L左右,50℃稠油黏度649～1460mPa・s)进行微生物吞吐现场试验26井次,有20口油井见效,成功率76.3%,累计增油9724t(截止1998年3月),平均单井增油486t,平均有效期达4.2个月,平均延长生产周期11天,经济效益可观[18]。
辽河油田曙光采油厂通过综合试验研究,筛选出适宜温度在60～70℃,对稠油的降黏率达63%～65%的高效稠油降黏菌种,以此菌种在杜80块、1612块、杜66块15口稠油井进行微生物吞吐现场试验,可对比井14口,10口井有明显增油效果,有效率71.4%,累计增油1107.9t,投入产出比1∶2153[19]。
新疆油田勘探开发研究院2001年6～9月首次在克拉玛依油田九3区6口稠油井(地层水矿化度6841mg/L,20℃稠油黏度4405mPa・s)进行微生物吞吐开采稠油先导性矿场试验,累计增油865t,措施有效率83%,投入产出比1∶3[20]。
2002年新疆油田与西南石油学院合作,筛选出混源采油菌组合,于2002年11月～2003年3月和2004年4月～2005年5月先后两次在21口稠油井(20℃稠油平均黏度13000mPa・s,最高黏度达120000mPa・s)进行微生物单井吞吐,结果作业区的稠油黏度大幅度降低,最高降幅达104728mPa・s,两次试验中累计增油939t和1189t,得到了较高的投资回报率[8]。
2001年胜利油田临盘采油厂共在29口油井(50℃稠油黏度756.2～7066mPa・s)进行了12轮次的微生物吞吐试验,累计增油2557t,投入产出比1∶3.5,取得了较好的经济效益[21]。
侯维虹等[22]在大庆喇嘛甸油田5口稠油井(稠油地面平均黏度120.8mPa・s)开展了微生物吞吐试验,微生物作用后稠油黏度最大降幅35.2mPa・s,降低率25.4%,投入产出比1∶1.35。
研究发现,微生物不仅能降低稠油黏度,还能改善油水流度比。
微生物吞吐开采稠油的处理半径小,有效期短,增油少,因此需要向微生物循环驱油开采稠油方向转变。
国内外油田相继开展了稠油微生物开采的矿场试验,不同程度地提高了稠油采收率,取得了较好的经济效益,证明该技术经济、可行。
6 稠油微生物开采技术的优势及问题与传统的稠油开采技术相比,稠油微生物开采技术具有施工简单、成本低廉、效果好,对地层非均质性敏感性小,不损害地层,不污染环境,可在同一油藏或油井反复使用等优点。