微生物驅油:綠色環保采油新技術
時間:2018-12-06 11:01
來源:
作者: 朱真民
微生物采油技術是指各種利用微生物(主要是細菌)或其代謝產物提高原油產量和采收率的技術;具有多種應用工藝,目前已有報道的工藝有微生物清防蠟、微生物單井吞吐、微生物堵調、微生物防腐和微生物驅油等新工藝技術,這些工藝可單獨應用,也可與其他工藝技術結合應用。微生物驅油是被定位為繼熱驅、化學驅和氣驅之后的第四種提高采收率的方法,特別是對于高含水和近枯竭的老油田更顯示出強大的生命力。石油微生物學作為一門新興學科,正處于發展初期,近十幾年其相關技術得到快速發展,已成會為油田勘探開發解決更多生產難題的一項綠色環保采油新技術。
微生物驅油特點
微生物驅油是現代生物技術在采油工程領域開拓性的應用,也是技術含量較高的一種提高采收率技術。它利用微生物或其代謝產物提高原油產量和采收率。具體來說,微生物本身可以達到驅油目的,比如在地下巖石表面油膜下生長繁殖,迫使原油從巖石表面脫離,從而驅出原油。有的微生物還可以吃掉原油,主要吃原油中的長鏈飽和烴,這樣原油黏度降低了,流動性增強,也會變得更容易被開采出來。此外,微生物的代謝產物對油藏也有間接作用,比如CO2、甲烷、氫氣等氣體以及表面活性劑等,氣體溶解在原油中,以及表面活性劑達到的“洗潔精”作用,致使吸附在巖石表面的油膜脫落,都可以達到提高采收率的作用。
微生物驅油技術主要分為兩種類型——一類是把細菌代謝物(又稱外源微生物)作為驅油劑注入地層;另一類是直接在地層中有目的地培養和發展微生物(又稱內源微生物),形成具有驅油特性的細菌代謝物。微生物驅油技術的優勢在于,首先它是一項綠色環保技術。傳統化學驅的污水處理難度較大,微生物驅油技術對整個油田的生產系統,包括地面脫水、采油污水合理利用起到了很好的作用。微生物驅油技術利用地層中微生物本身的代謝活動達到提高采收率的目的,不會對整個系統和后續的處理過程帶來不利的影響,有效地緩解了油田零排放的環保壓力。其次,微生物驅油技術一次性投入低。熱采在蒸汽驅前要建專門的鍋爐、拉管網、配備配套的工藝管柱,整個投資比較大?;瘜W驅要建配聚站,聚合物的用量較大。而微生物驅只需在原有的注水井中注入營養液即可,整個地面流程不需要大的改變,前期工作和運營過程中的投入均較少。
此外,相比化學驅和熱驅投資回收周期短,見效期內增油幅度高。微生物驅整體上表現為溫和見效,有效期長,可持續時間達十幾年之久。再次,微生物驅油技術產出投入比高,經濟效益較好。美國目前的微生物驅油技術產出投入比大于5∶1,而國內油田成功的區塊產出投入比也達到甚至超過了這個比例。此外,微生物驅油技術還具有成本低、施工簡便、適用范圍廣、靈活可控、環境友好等優勢,化學驅提高采收率技術的應用同時又為微生物采油技術的發展提供了一定的空間,化學驅不可能覆蓋所有的油藏,不能進行化學驅的油藏可以采取開展微生物驅。
微生物驅油技術
石油微生物學是一門典型的交叉學科,其相關理論的應用正在形成各種石油微生物技術。目前關注較多、發展較快的技術主要有微生物采油技術和微生物處理污水技術,其中微生物采油技術已發展了多項工藝,包括微生物清防蠟技術、微生物單井吞吐技術、微生物堵調技術、微生物防腐技術和微生物驅油技術等。
微生物清防蠟技術是定期將微生物由套管環空加入油井,微生物在生產管柱中作用,可阻止蠟的沉淀和析出,起到清防蠟的作用,同時也通過抑制其他有害菌的作用而起到防腐的作用。該項技術可維護油井生產,延長油井的有效生產時間,減緩油井結蠟、降低油井原油黏度,起到延長油井熱洗周期、減少化學藥劑(清防蠟劑、降黏劑等)用量等作用。同時,由于微生物改善了井筒環境,提高泵效,可以提高產量;另一方面,由于減少了熱洗等其他維護措施造成的怠產,因此,該還有一定的增產效果。目前,該技術成熟已進入工業化應用,累計實現增油15.5萬噸。
微生物單井吞吐技術是將經篩選的微生物菌液由油井套管加入或擠入到油井的近井油層地帶,通過微生物的代謝作用和代謝產物的作用產生表面活性劑,清除油井近井地帶的有機阻塞,改善原油流動性,減輕蠟堵并提高泵效,延長油井免修期;同時還可通過微生物產生的有機酸清除近井油層的結垢,以提高近井油層的滲透性,從而提高油井的產量。目前微生物單井處理技術在勝利油田已應用成熟,并進入工業化應用,每年處理200多口油井。
微生物堵調技術是利用產生胞外多糖生物聚合物的微生物在油藏中形成生物團,實現堵水調剖的作用。由于微生物隨注入水進入油藏的高滲帶,并在高滲帶生長繁殖,因此微生物堵調可實現選擇性、深部堵調作用,提高水驅波及體積,進而提高采收率。
微生物防腐技術是利用特殊的微生物在油田生產系統中通過微生物之間的生存競爭,抑制引起腐蝕的有害菌生長繁殖,從而降低或抑制生物腐蝕。油田生產設施的腐蝕包括化學腐蝕和生物腐蝕,其中生物腐蝕對油田地下管柱的危害較大。微生物防腐技術是一種生物防治方法,其優勢在于不使用殺菌劑,減少對環境的危害,同時處理效果好。
微生物驅油技術是篩選適合油藏環境的微生物菌種,這些菌種具有產生表面活性物質和生物氣等有利于提高采收率的代謝產物;然后在地面生產菌液,利用油田注水系統將微生物注入油藏。通過微生物在油藏內部的生長、代謝和繁殖,對殘余油發生作用,提高水驅洗油效率,從而提高采收率。微生物驅油技術從現場實施工藝上可分為內源微生物驅油技術、外源微生物驅油技術和空氣輔助微生物驅油技術。內源微生物驅油技術是利用油藏中已有的有益微生物來實現微生物驅油的技術。
長期注水開發的油藏中有豐富的微生物群落,其中有些微生物可產生有利于提高采收率的代謝產物,通過向油藏中注入適當的營養,選擇性地激活這些微生物,可提高采收率。相對而言,內源微生物更能適應油藏環境,且不需要篩選菌種,不需要生產菌液。目前通過分子微生物生態分析和培養法可對油藏中的微生物進行全面分析,并根據不同的微生物特點,通過控制其營養配方,讓有益的細菌生長起來,而抑制有害的細菌。在室內模擬實驗中,通過該方法可實現內源微生物選擇性激活,最高可使內源微生物密度達到107個/ml,并見到明顯的提高采收率效果。外源微生物驅油技術區別于內源微生物驅油技術,是向油藏注入優選的高效驅油菌液和營養液,通過微生物在油藏中的繁殖和代謝提高采收率的技術。
其特點在于微生物菌種為外部優選的、驅油效能較高的菌種。外源與內源微生物驅油技術在油藏中提高采收率原理是一樣的,區別只在于細菌來源不同。即使在進行外源微生物驅時,也不可避免地啟動內源微生物的生長代謝??諝廨o助微生物驅油技術是為了快速在油藏中建立生物場,在注入菌液和營養液的同時注入少量的空氣,在注入井近井地帶形成好氧環境,快速激活好氧微生物,建立生物場,而當氧氣耗盡時,好氧微生物的代謝產物又可作為厭氧微生物的代謝底物,從而從整體提高微生物對營養的利用水平、生長速度以及微生物驅油的效果。微生物驅油技術具有較廣的油藏適用范圍,目前油田50%以上的油藏都適用,能夠在水驅的基礎上明顯提高采收率,尤其是它還可作為三次采油后的提高采收率技術,延長油藏開發壽命,并且還是一項低成本的綠色環保技術。
油田應用效果
目前微生物單井處理技術在勝利油田已經進入工業化應用階段,成效顯著。自2000年開始立項研究以來,勝利油田已擁有了自己的菌種庫,擁有功能菌200余株,建成的微生物采油菌液工業化生產車間,年產菌液達1500噸。微生物單井處理技術已推廣應用1640余井次,累計增油17萬余噸,并減少熱洗15500余井次,還節省了大量化學藥劑用量。其中,羅801區塊是目前全球實施微生物驅油最系統、成效最顯著、時間最長的項目區塊,連續實施18年,先后經歷了外源微生物驅油階段、空氣輔助外源微生物驅油階段以及目前的油藏內源微生物生態調控階段,區塊綜合含水上升率由8.43%降至0.39%,綜合含水控制在86%左右,截至2017年底已累計增油超過16萬噸,階段提高采收率5.6%,最終可提高采收率10.17%,增加可采儲29.6萬噸。