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1、微生物采油技术讲义,主讲：张廷山 教授 博士生导师,引 言,微生物采油（MEOR）是指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，产生有利于提高采收率的代谢产物或直接作用于原油改善原油物性，以提高油田采收率的采油方法。从1926年Beckman提出了用微生物提高石油采收率的构想，随着生物技术和石油开发技术的发展，微生物采油从单纯的实验研究发展到数学模型的建立和数值模拟研究，作用方式从单井发展到区块，微生物采油技术日趋成熟。,微生物采油（MEOR）发展概况,研究历程 微生物提高石油采收率（MEOR）技术研究发展过程已经历了70余年，1926
2、年，Beckman（美国）提出了用细菌采油的想法。1943年Zobel获得了把细菌直接注入地下提高油层采收率的专利，这MEOR的第一个专利，从50年代起前苏联和一些东欧国家对MEOR进行了深入研究；70年代以后MEOR的实验和应用范围不断扩大；80年代末细菌采油法处于实验室研究后期，90年代微生物采油技术在美国、前苏联的矿场应用标志着工业性应用阶段的到来。,微生物采油（MEOR）发展概况,国内研究和应用现状 我国对微生物采油的研究，早在60年代末就开始探讨用地面烃类发酵就地制备生物表面活性剂及生物聚合物的试验。60年代初中科院微生物所研究了非油田菌株在原油中的生存状况及油层和油水中的微生物区系
3、，用杀菌增注，防腐综合处理工艺治理了35口注水井的堵塞，效果良好。60年代中期开始了生物聚合物的研究，“七五”期间中科院微生物所与大庆油田合作开展了两口井的微生物吞吐试验并取得明显效果。“八五”期间，吉林油田和中科院微生物所合作在35口井试验，大港油田使用美国菌种在两口井试验，1993年，胜利油田临盘采油厂利用美国菌种和技术，对5口高含蜡油井进行了微生物处理。近几年来，大庆、胜利、辽河、大港、吉林、河南、新疆、玉门、长庆、青海等油田MEOR矿场试验规模越来越大。,微生物提高采收率机理,微生物将石油中的长链饱和烃分解为短链烯烃；微生物代谢产生气体，使原油膨胀，降低粘度，增加油层压力；微生物代谢产
4、生具有广泛效果的表面活性剂；微生物在地下代谢生物聚合物与细菌一起形成物理堵塞，起调剖作用，进行选择性封堵改变水的流向；脱硫、脱氮细菌使原油中的硫、氮脱出，降解沥青、胶质，降低原油粘度；产生有机酸、有机溶剂等；微生物能使储层表面润湿性反转，改变流动性能；微生物附着在岩石表面生长形成生物沉积膜，有利于细菌在孔隙中存活与延伸，扩大驱油面积,微生物提高采收率的优点,对边际油田而言，在经济上具有吸引力，且效果持续时间长；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，开采重质原油效果更好；注入的微生物和营养基价格便宜，可针对具体的油藏，灵活调整配方；只要停止注入营养液，即可终止微生物
5、活动；微生物细胞很小，且能运移，所以能进入其它驱油工艺不能全及的油层中的死角和裂缝；微生物只在有油的地方繁殖并产生代谢物，克服了盲目性；成本低，细菌能自我复制，通过层内繁殖扩大其有利作用；不损害地层，可在一井中多次应用；MEOR产物均可生物降解，不污染环境。,微生物采油技术工艺,表1 矿场MEOR应用的各种工艺,采油菌菌种筛选,采油菌菌种来源 从自然界筛选；基因突变；通过遗传因素改良；油层中的微生物直接利用。筛选菌种的基本条件 筛选适应油层的菌种需从油藏具体环境和微生物自身的特点两个方面来确定。试验菌作用于原油、油层后，必须有助于改善原油、油层的物性使其地下原油能够更有效地被采出。菌种的生理化
6、特性必须与储层物性（渗透率、孔隙大小分布、孔隙度、润湿性、黏土矿物），地层水性质、地层温度、压力相匹配。,采油菌菌种筛选流程,采油菌室内研究方法,菌种生理化性能测试 菌种形态、大小、染色反应观察 生长曲线绘制 菌种耐温性测定 耐盐性测定 菌种产气、产表面活性物质、产酸性能测定 细菌产物形态观察 细菌安全性实验,采油菌室内研究方法,原油菌解实验分析 菌解前后原油族组成分析 菌解前后原油芳烃、饱和烃气相色谱分析 细菌清蜡实验 菌解前后原油凝固点测定 菌解前后原油粘度分析微生物驱油实验 驱油条件的确定（地层物性、原油、地层水）驱油模型的设计（岩心、可视化玻璃模型）驱油流程设计（多轮次、多断塞、不同组
7、合驱替）驱油效果分析,微生物采油工艺油藏筛选标准,微生物采油工艺油藏筛选标准(美国）油层温度小于77；15API；残余油饱和度 28%,可能有一些例外；有效渗透率大于5010-3um2。,微生物采油工艺油藏筛选标准,通过微生物室内研究结果以及现场应用经验建立微生物采油工艺油藏筛选标准 油层温度小于85，28-75最佳；含水小于95%，20%-80%最佳；矿化度小于200000mg/l，小于100000mg/l最佳；油井深度小于3000m，在2000m以内最佳 地层水PH值5.5-9，6-8最佳 产液量大于1.5m3/d，大于3 m3/d最佳；有效孔隙度大于13%；有效渗透率大于4010-3um
8、2。,微生物采油技术现场应用实例青海油田咸19井微生物单井吞吐试验,引言 微生物单井吞吐在单井中注入营养液、生物催化剂和选定的微生物，关井一段时间后进行原油生产。该法是目前微生物采油技术中应用最广，成功率较高，工艺最成熟的微生物采油技术。是油田中边远井、低产井、生产不稳定油井的一种非常有效，且实施方便、投入成本低的单井增产方法。,油井概况 该井原油物性差，胶质、沥青质含量高达30%以上，凝固点25左右；地层水矿化度高达160918mg/L，地层温度33左右；且生产过程中，油井出砂严重。导致油井井筒石蜡、胶质沥青质沉淀严重；生产极不稳定，每月干抽天数达713天；油井产量低，平均日产量0.871.
9、8方。试验菌菌种来源 西南石油学院微生物采油研究组从油田水、炼油厂淤泥等环境中筛选培养所得。,微生物采油技术现场应用实例青海油田咸19井微生物单井吞吐试验,微生物采油技术现场应用实例青海油田咸19井微生物单井吞吐试验,微生物注入后所需的工作 观察关井期间油井压力变化情况 记录和分析油井生产状况 产出水细菌检测 产出油粘度、凝固点、含水率测定 试验效果分析评价,试验效果 注入微生物菌液以前，从生产曲线上可看到处理前生产很不稳定，干抽天数/生产总天数高达40.58%，平均热洗周期为17.25天。注入微生物处理后，刚开井生产，产量迅速上升随即有所下降，并保持着较高的日产量，生产稳定，干抽天数/生产总
10、天数降低到12.76%，降低率达68.65%；处理后油井的平均热洗周期延长了3.1倍。经微生物菌液处理后，咸19井单井平均日产量由注入前的1.8方提高到2.8方，日均增产率为35.72%，三个月累积增油107方。,微生物采油技术现场应用实例青海油田咸19井微生物单井吞吐试验,微生物采油技术现场应用实例Eunice Monument 油田微生物强化水驱,引言 微生物强化水驱是在注水井中注入微生物菌以及相应的营养液，由于细菌在多孔介质中的运移特性，细菌首先占据甚至只能占据岩石中的大孔道，因此可利用微生物在地层中产生生物聚合物、微生物细胞体，形成稳定的生物膜（biofilm)，选择性地封堵地层中高孔
11、高渗带（thief zones),起到调剖堵水的作用，提高水驱效率，同时在地层微生物还可产生表面活性物质和生物气，有助于释放地层中的残余油，提高原油采收率。,微生物采油技术现场应用实例Eunice Monument 油田微生物强化水驱,试验区概况 Eunice Monument 油田位于美国新墨西哥Central Basin Plaform西北边缘，该油田被1929年发现，1934年投产，1986年开始注水开发，水驱控制面积80英亩左右，注水层厚度250ft左右，注水层埋深3700ft，目前油田处于开发的中后期，下表列出了油田的具体情况，下图展示了微生物注入井与生产井的位置关系。施工过程 注入
12、细菌孢子 注入细菌营养液 关井 注入驱替水,油藏描述和流体特征,试验区井分布,微生物采油技术现场应用实例Eunice Monument 油田微生物强化水驱,室内工作 模拟油藏条件下，进行岩心驱替试验，岩心孔隙度为注入剖面中高渗带的渗透率，测定处理前后岩心孔隙度，评价细菌封堵性能。试验效果分析 注入井注入量曲线，注入井压力曲线，以及在处理后测定的吸水剖面，表明经微生物作用，有效地起到了调剖作用。,谢谢大家,平均日产量,石蜡通常指碳数为2650的长链饱和烃，在采油过程中，溶解在原油中的石蜡当温度降低时，将呈结晶状态凝析出来。石蜡的析出会使原油凝固，引起油流阻力增加，降低产能。细菌可以代谢和分解高碳
13、数的烷烃，从而降低原油中的石蜡含量或清除井筒周围沉积的石蜡。细菌处理石蜡可能有两个途径：一是细菌直接降解石蜡，使不溶固体石蜡经过细菌作用通过一系列生化反应转化为可溶于培养基的物质；二是细菌在代谢过程中产生有机溶剂，溶解固体石蜡，从而使得处理后的石蜡重量减少。,微生物驱油效率对比,组合驱油效率结果,两轮次驱油效率结果,大港原油菌解前后饱和烃气相色谱分析,大港港1井原油菌解前后族组成分析,应用MEOR技术，温度是抑制该技术广泛推广应用的重要因素，由于油层一般埋深从几百米到几千米，油层温度也从几十摄氏度到上百摄氏度不等，因此研究菌种的耐温性非常重要。温度对微生物的影响很大，从微生物的总体来看，生长温
14、度范围很广，可在0100。各种微生物按其生长速度可分为三个温度界限，即最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度。细菌生长的最适温度范围越宽，其适应环境的能力越强。,油田盐水中含有各种阳离子和阴离子的浓度范围变化很大，盐水的离子总浓度从100mg/l到300000mg/l不等。大多数产出盐水的主要成分为氯化钠和氯化钙，有些盐水中主要是镁、硫酸盐和碳酸氢盐，而 一般细菌只能在低盐度环境中繁殖，低浓度的盐类（NaCl、KCl、MgSO4等）对微生物的生长是有益的；当盐的浓度过高时，则要抑制或杀死微生物。主要因为高浓度会引起细胞脱水，造成菌体生理上的干燥，盐类分子量较小的，毒性较低。因此对细菌的耐盐性
15、进行测试，并在高矿化度水中对采油菌进行驯化培养非常重要,微生物通过一定条件的培养，在代谢过程中能够分泌出具有表面活性的产物，可降低水溶液和烃混合物的表面张力及界面张力。微生物能够利用烃类作底物产生糖脂、脂肽和脂蛋白、磷脂和脂肪酸、多聚表面活性剂等。这些表面活性物质在油层中可以降低油/岩、油/水接触面的表面张力并乳化原油，从而改善流度比，提高采收率。许多微生物在代谢石油烃的过程中，产生CO2、甲烷、氮气等气体，这些气体在油藏能够增加地层压力，特别是CO2能溶于原油中降低原油粘度，改善原油在地层中的流动性。从而使原油更能从油层中释放出来。,生物气测定：用排水法收集微生物产生的气体，并记录产生气体的体积，采用气相色谱法测定微生物气成分。表面活性物质测定流程如下：,细菌典型的生长曲线,细菌在扫描电镜下的形态（短杆菌）,细菌在扫描电镜下的形态（杆菌）,细菌在扫描电镜下的形态（球菌）,细菌在光学显微镜下的形态（杆菌）,细菌在光学显微镜下的形态（长杆菌）,膜裂口,膜,颗粒刺穿膜,西南石油学院采油菌产物在扫描电镜下的形态,薄膜,西南石油学院采油菌产物在扫描电镜下的形态,网状膜,西南石油学院采油菌产物在扫描电镜下的形态,
