微生物驱油:绿色环保采油新技术
时间:2018-12-06 11:01
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微生物采油技术是指各种利用微生物(主要是细菌)或其代谢产物提高原油产量和采收率的技术;具有多种应用工艺,目前已有报道的工艺有微生物清防蜡、微生物单井吞吐、微生物堵调、微生物防腐和微生物驱油等新工艺技术,这些工艺可单独应用,也可与其他工艺技术结合应用。微生物驱油是被定位为继热驱、化学驱和气驱之后的第四种提高采收率的方法,特别是对于高含水和近枯竭的老油田更显示出强大的生命力。石油微生物学作为一门新兴学科,正处于发展初期,近十几年其相关技术得到快速发展,已成会为油田勘探开发解决更多生产难题的一项绿色环保采油新技术。
微生物驱油特点
微生物驱油是现代生物技术在采油工程领域开拓性的应用,也是技术含量较高的一种提高采收率技术。它利用微生物或其代谢产物提高原油产量和采收率。具体来说,微生物本身可以达到驱油目的,比如在地下岩石表面油膜下生长繁殖,迫使原油从岩石表面脱离,从而驱出原油。有的微生物还可以吃掉原油,主要吃原油中的长链饱和烃,这样原油黏度降低了,流动性增强,也会变得更容易被开采出来。此外,微生物的代谢产物对油藏也有间接作用,比如CO2、甲烷、氢气等气体以及表面活性剂等,气体溶解在原油中,以及表面活性剂达到的“洗洁精”作用,致使吸附在岩石表面的油膜脱落,都可以达到提高采收率的作用。
微生物驱油技术主要分为两种类型——一类是把细菌代谢物(又称外源微生物)作为驱油剂注入地层;另一类是直接在地层中有目的地培养和发展微生物(又称内源微生物),形成具有驱油特性的细菌代谢物。微生物驱油技术的优势在于,首先它是一项绿色环保技术。传统化学驱的污水处理难度较大,微生物驱油技术对整个油田的生产系统,包括地面脱水、采油污水合理利用起到了很好的作用。微生物驱油技术利用地层中微生物本身的代谢活动达到提高采收率的目的,不会对整个系统和后续的处理过程带来不利的影响,有效地缓解了油田零排放的环保压力。其次,微生物驱油技术一次性投入低。热采在蒸汽驱前要建专门的锅炉、拉管网、配备配套的工艺管柱,整个投资比较大。化学驱要建配聚站,聚合物的用量较大。而微生物驱只需在原有的注水井中注入营养液即可,整个地面流程不需要大的改变,前期工作和运营过程中的投入均较少。
此外,相比化学驱和热驱投资回收周期短,见效期内增油幅度高。微生物驱整体上表现为温和见效,有效期长,可持续时间达十几年之久。再次,微生物驱油技术产出投入比高,经济效益较好。美国目前的微生物驱油技术产出投入比大于5∶1,而国内油田成功的区块产出投入比也达到甚至超过了这个比例。此外,微生物驱油技术还具有成本低、施工简便、适用范围广、灵活可控、环境友好等优势,化学驱提高采收率技术的应用同时又为微生物采油技术的发展提供了一定的空间,化学驱不可能覆盖所有的油藏,不能进行化学驱的油藏可以采取开展微生物驱。
微生物驱油技术
石油微生物学是一门典型的交叉学科,其相关理论的应用正在形成各种石油微生物技术。目前关注较多、发展较快的技术主要有微生物采油技术和微生物处理污水技术,其中微生物采油技术已发展了多项工艺,包括微生物清防蜡技术、微生物单井吞吐技术、微生物堵调技术、微生物防腐技术和微生物驱油技术等。
微生物清防蜡技术是定期将微生物由套管环空加入油井,微生物在生产管柱中作用,可阻止蜡的沉淀和析出,起到清防蜡的作用,同时也通过抑制其他有害菌的作用而起到防腐的作用。该项技术可维护油井生产,延长油井的有效生产时间,减缓油井结蜡、降低油井原油黏度,起到延长油井热洗周期、减少化学药剂(清防蜡剂、降黏剂等)用量等作用。同时,由于微生物改善了井筒环境,提高泵效,可以提高产量;另一方面,由于减少了热洗等其他维护措施造成的怠产,因此,该还有一定的增产效果。目前,该技术成熟已进入工业化应用,累计实现增油15.5万吨。
微生物单井吞吐技术是将经筛选的微生物菌液由油井套管加入或挤入到油井的近井油层地带,通过微生物的代谢作用和代谢产物的作用产生表面活性剂,清除油井近井地带的有机阻塞,改善原油流动性,减轻蜡堵并提高泵效,延长油井免修期;同时还可通过微生物产生的有机酸清除近井油层的结垢,以提高近井油层的渗透性,从而提高油井的产量。目前微生物单井处理技术在胜利油田已应用成熟,并进入工业化应用,每年处理200多口油井。
微生物堵调技术是利用产生胞外多糖生物聚合物的微生物在油藏中形成生物团,实现堵水调剖的作用。由于微生物随注入水进入油藏的高渗带,并在高渗带生长繁殖,因此微生物堵调可实现选择性、深部堵调作用,提高水驱波及体积,进而提高采收率。
微生物防腐技术是利用特殊的微生物在油田生产系统中通过微生物之间的生存竞争,抑制引起腐蚀的有害菌生长繁殖,从而降低或抑制生物腐蚀。油田生产设施的腐蚀包括化学腐蚀和生物腐蚀,其中生物腐蚀对油田地下管柱的危害较大。微生物防腐技术是一种生物防治方法,其优势在于不使用杀菌剂,减少对环境的危害,同时处理效果好。
微生物驱油技术是筛选适合油藏环境的微生物菌种,这些菌种具有产生表面活性物质和生物气等有利于提高采收率的代谢产物;然后在地面生产菌液,利用油田注水系统将微生物注入油藏。通过微生物在油藏内部的生长、代谢和繁殖,对残余油发生作用,提高水驱洗油效率,从而提高采收率。微生物驱油技术从现场实施工艺上可分为内源微生物驱油技术、外源微生物驱油技术和空气辅助微生物驱油技术。内源微生物驱油技术是利用油藏中已有的有益微生物来实现微生物驱油的技术。
长期注水开发的油藏中有丰富的微生物群落,其中有些微生物可产生有利于提高采收率的代谢产物,通过向油藏中注入适当的营养,选择性地激活这些微生物,可提高采收率。相对而言,内源微生物更能适应油藏环境,且不需要筛选菌种,不需要生产菌液。目前通过分子微生物生态分析和培养法可对油藏中的微生物进行全面分析,并根据不同的微生物特点,通过控制其营养配方,让有益的细菌生长起来,而抑制有害的细菌。在室内模拟实验中,通过该方法可实现内源微生物选择性激活,最高可使内源微生物密度达到107个/ml,并见到明显的提高采收率效果。外源微生物驱油技术区别于内源微生物驱油技术,是向油藏注入优选的高效驱油菌液和营养液,通过微生物在油藏中的繁殖和代谢提高采收率的技术。
其特点在于微生物菌种为外部优选的、驱油效能较高的菌种。外源与内源微生物驱油技术在油藏中提高采收率原理是一样的,区别只在于细菌来源不同。即使在进行外源微生物驱时,也不可避免地启动内源微生物的生长代谢。空气辅助微生物驱油技术是为了快速在油藏中建立生物场,在注入菌液和营养液的同时注入少量的空气,在注入井近井地带形成好氧环境,快速激活好氧微生物,建立生物场,而当氧气耗尽时,好氧微生物的代谢产物又可作为厌氧微生物的代谢底物,从而从整体提高微生物对营养的利用水平、生长速度以及微生物驱油的效果。微生物驱油技术具有较广的油藏适用范围,目前油田50%以上的油藏都适用,能够在水驱的基础上明显提高采收率,尤其是它还可作为三次采油后的提高采收率技术,延长油藏开发寿命,并且还是一项低成本的绿色环保技术。
油田应用效果
目前微生物单井处理技术在胜利油田已经进入工业化应用阶段,成效显著。自2000年开始立项研究以来,胜利油田已拥有了自己的菌种库,拥有功能菌200余株,建成的微生物采油菌液工业化生产车间,年产菌液达1500吨。微生物单井处理技术已推广应用1640余井次,累计增油17万余吨,并减少热洗15500余井次,还节省了大量化学药剂用量。其中,罗801区块是目前全球实施微生物驱油最系统、成效最显著、时间最长的项目区块,连续实施18年,先后经历了外源微生物驱油阶段、空气辅助外源微生物驱油阶段以及目前的油藏内源微生物生态调控阶段,区块综合含水上升率由8.43%降至0.39%,综合含水控制在86%左右,截至2017年底已累计增油超过16万吨,阶段提高采收率5.6%,最终可提高采收率10.17%,增加可采储29.6万吨。