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生物表面活性剂在提高石油采收率方面的应用

   日期:2011-01-16     来源:发酵工业网    作者:发酵网    浏览:1587    评论:0    
  

近数十年来,微生物采油取得了令人瞩目的进展,研究内容不断加深。研究领域不断拓宽。目前,已从室内研究走向矿场试验井并进行了现场应用,取得了良好的效果。微生物采油应用技术在日臻完善之中,但微生物驱油机理方面的研究仍有待进一步加强和深入。

我国地下微生物及生物表面活性剂采油技术的研究和开发应用较晚。国内于l955年才开始微生物勘探石油的研究。20世纪60年代中期,研究细菌代谢多聚糖类增稠剂,典型菌株为元-A-144的假单胞杆菌,20世纪70年代,主要开展生物表面活性剂方面的研究,筛选到了两株菌48105g和4-13。“七五”期间,微生物三次采油被列为国家科技攻关项目,主要内容有:

①微生物地下发酵提高石油采收率研究;

②生物表面活性剂的研究;

③生物聚合物提高采收率的研究;

④注水油层微生物活动规律及其控制的研究。

其间,在大庆油田东6J-22井进行了吞吐试验,研制出了槐糖脂、鼠李糖脂、海藻糖脂、多糖脂等4种糖脂型生物表面活性剂体系。分离筛选出黄原胶生产菌种,其增黏性、耐温性、抗盐性和驱油效率等性能良好;研究了注水油层微生物在油层特定条件下生长发育的规律。

    20世纪80年代后期,中科院北京微生物研究所与大庆油田合作,开展了微生物吞吐试验并取得了明显效果。20世纪90年代初,吉林油田和中科院北京微生物研究所合作,进行了35口井吞吐试验,增油360t。1994年,南开大学进行采油微生物的研究,从菌种中筛选与评价,建立起采油微生物筛选模型,并着手建立采油微生物菌种库。其研制的采油微生物产品,在大港油田驱油试验中取得显著增油效果。大庆油田筛选的野油菜黄单胞菌、地衣芽孢杆菌、铜绿色假单胞菌等,在低产油区进行微生物驱油现场试验,两年每口油井增油480t。并系统研究了单一生物表面活性剂、混合生物表面活性剂以及生物表面活性剂与化学合成表面活性剂复配体系。实验表明,单一生物表面活性剂可使原油界面张力降为0.4~0.6mN/m,海藻糖脂一碱二元体系可使原油界面张力降为0.3mN/m;海藻糖脂与石油磺酸盐的复配体系呈明显韵协同作用,低酸值的大庆原油界面张力达到0.006mN/m。用该体系驱油可提高残余油采油率l5%,显示了良好的应用前景。

在MEOR技术方面,美国BCA公司、NPC公司于1993~1994年,在我国华北、新疆、大港、辽河、胜利等油田推广使用微生物采油技术,先后对50余口井进行试验,取得良好的效果。其中,在胜利油田进行了17口井的试验,共增产石油1700t。

近年来,我国MEOR技术研究方面取得令人瞩目的成果。中科院微生物所,山东大学对采油微生物开展了大量研究,并进行了现场应用试验,中科院有机所对生物表面活性剂驱油进行了攻关。上海有机所的科技人员进行了关于生物表面活性剂应用于提高石油采收率的研究。他们是通过菌种选育,筛选出两株高效产生BS的菌株。在实验室空气提升式发酵缸及小型公式发酵缸中,对生物表面活性剂槐糖脂和鼠李糖脂的发酵生产工艺进行了试验。最终使槐糖脂的产率达到809g/L,鼠李糖脂达到20g/L。并分别测定了这两种BS及鼠李糖脂发酵液的成分。在实验室研究成功的基础上,上海有机化学研究所的科研人员将以上技术提供给大庆油田,以进行筛选,配方和现场试验。经大庆油田的研究部门进行复配和驱油试验,这两种糖类BS实验室岩心驱油效果较好,可提高石油采收率15%。显示了鼠李糖脂等生物表面活性剂在三次采油中的应用和良好的工业应用前景。在此期间,国内油田MEOR应用技术也已进入到工业化应用阶段。大庆、胜利、大港、中原等油田,大庆石油学院的科研机构都已制定了攻关项目,并正在密切合作付诸实施。大港油田建立了微生物菌液厂,并率先进行了区块的微生物驱矿场先导试验。目前,辽河油田、胜利油田、新疆油田也在开展MEOR的室内研究和应用研究。

(2)生物表面活性剂提高石油采收率的方法将生物表面活性剂应用于MEOR有两种能被采用的方法,一种是利用微生物生产的生物制品(如生物聚合物和生物表面活性剂)作为油田化学品进行驱油,即地面法MEOR,目前这类技术在国外已趋于成熟;另一种是利用微生物及其代谢产物(主要是利用微生物地下发酵和利用油层固有微生物的活动)提高石油采收率。

①地面法MEOR(Extra Situm MEOR)  在地面上建立发酵反应釜,为微生物提供必须营养物,通过微生物的代谢作用,生物表面活性剂用生化法在地面培养产生,即进行地面发酵。向地下注入微生物代谢产物生物表面活性剂等生物产品,生产场所与注入井位置无关,视需要与可能而定。生物表面活性剂经生产、分离和纯化以后,以和水驱一样的常规手段将其注入油层,这就是地面法MEOR。这种方法的优点是发酵在地面进行,微生物生长和代谢活动可不受地层条件的影响,只要选择产生生物表面活性剂能力强的菌种和合适的生产条件,就可以得到驱油用的生物表面活性剂,完全不用考虑地层条件对微生物生长、生物表面活性剂积累的影响,成功的可能性相当大,国内外不乏成功的例子。

德国的F.Wagner实验室将生产的生物表面活性剂海藻糖脂以50mg/L的浓度在北海油田进行驱油试验,石油采收率提高了30%,比一般的化学合成的表面活性剂驱油效果提高了5倍,该实验室还申请了多项专利。美国俄克拉荷马大学将地面法MEOR注入生物表面活性剂,与注入微生物细菌Lieheniformis JF-2(美国专利号4522261)进行了提高原油采收率的对比,发现两种方法都能得到良好的效果。

我国大庆油田的研究人员也进行了这方面的工作,取得了很好的效果。用海藻糖脂生物表面活性剂与其他化学合成表面活性剂(如烷基苯磺酸盐类)复配进行了驱油试验,可大大降低三元复合驱中表面活性剂的用量,经筛选的配方可使油水界面张力达到10-3mN/m数量级,矿场试验采收率比水驱提高20%。在这种方法中,如果要想得到较纯净的生物表面活性剂,不往地层中注入微生物的培养基及其他代谢产物,则生物表面活性剂的生产成本就会比化学合成的表面活性剂高得多。经过筛选的微生物在烃或糖类基质中生长,生产生物表面活性剂,这需要高技术体系,需要输入相当大的能量和动力进行搅拌和通气。当然更多的费用用于生物表面活性剂产品的分离和浓缩。

②地下法MEOR(In Situ MEOR)  把油层作为巨大的生物反应器,利用分子生物学技术,将经筛选的配伍性较好的、浓度相对较低的、能产生生物表面活性剂的采油微生物菌株注入到地下油层中,同时注入能维持微生物生长、繁殖和代谢的合适的基质及培养基营养液和生物催化剂,促使其在地下油层中流动,利用微生物及其在层内细胞一油界面上的代谢产物生物表面活性剂(主要利用微生物地下发酵和油层里固有微生物的活动),采收油层中滞留的原油,提高石油采收率。这种使有代谢活力的细胞渗入油层,产生生物表面活性剂用于采油的方法,称为地下法MEOR。目前,地下法MEOR有两种工艺:一种是将微生物及相关营养物质由注水系统注入地层;另一种是通过分析地层中的微生物群落结构,向地层中注入一定组成的营养物质,激活地下某些微生物,使其生长繁殖,发挥驱油作用,即内源(本源)微生物驱油技术。

将上述微生物、基质、培养液从单口井高压泵入油层,关井数日或数周,以完成微生物在油层的培养,注入微生物迁移到井周围约lOm的储油层生长繁殖,并产生包括生物表面活性剂在内的各种代谢产物。生物表面活性剂溶解原油中的蜡质,清除孔隙堵塞、增加原油流动性,提高产量。近30年来开展的现场应用有以下几类:

a.单井吞吐法采油  为提高低产油井产量,在油井高压注入采油微生物、关井,使微生物运移到油井周围的储油岩层,经微生物的生命活动,疏通被堵塞的油层孔隙通道,增加原油的流动性,提高原油采收率。开井后,采油微生物可被反排出来,故称“吞吐”法。为保持高产,需要不问断地周期注入采油微生物。

b.微生物驱油  采油微生物从注水井注入油层,运移到储油层深部,随注水向油井移动,微生物生长繁殖,并产生生物表面活性剂及多种代谢产物。生物表面活性剂和代谢产物综合作用于原油,降低黏度,增加原油流动性,提高原油采收率。

c.激活油藏微生物群落驱油  油藏中存在着天然微生物,由于营养物质贫乏使之数量很少。从注水井将营养液注入油层,激活天然微生物,让其生长繁殖,产生生物表面活性剂及多种代谢产物用于驱油。

d.微生物选择性封堵  将形体较大的微生物菌种从注水井注入,运移到大孔道储油岩层部位,用生长繁殖的细胞和表面黏稠物质形成的生物膜封堵大孔道,防止注入水“指状”流动,提高原油采收率。

e.微生物压裂液压裂  将在厌氧条件下产生有机酸的微生物及营养物,注入孔隙度甚小、渗透率较低的储油层,在高压下用有机酸溶解岩层形成缝隙,使原油流动,提高原油采收率。

f.微生物油井清蜡原油中含蜡量较高,会析出蜡晶固着在井壁,堵塞孔隙通道,降低原油流动性,降低原油产量。注入产生生物表面活性剂的采油微生物,用生物表面活性剂、生物乳化剂清洗井壁,溶解固形石蜡,提高原油采收率。

利用微生物地下发酵提高石油采收率,是微生物和三次采油中投资成本最低、效果最好、工艺最简单、适用范围较广的方法之一,甚至可以用于高盐度、高温、高压的石油储层。这是微生物采油发展的方向,见图1。

 


图1在油层中就地生长的细菌的代谢物驱替原油示意图

用微生物在地下油一水界面上连续产生表面活性剂,有利于提高石油采收率。微生物在地下生产生物表面活性剂的速度很快,生产量足以弥补由于吸附造成的损失,吸附损耗将不成为问题。由于在地下法MEOR中,生物表面活性剂是在其最大效力的地方产生,因而其用量会比化学法的需有量要少。如果能探索出合适的条件,则微生物在被注入地下一段时间后,在离注入井很远地方也能产生生物表面活性剂。因此,地下法MEOR是将选定的微生物注入油层,促使其生长。由于微生物的存在和活性,将使原油产量增加。
 

 
     
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