內(nèi)源微生物采油技術(shù)的研究進(jìn)展

內(nèi)源微生物采收法是激活油藏中存在微生物的微生物采收法。與將從自然界中分離、篩選的微生物注入地層的外源微生物采油技術(shù)相比,內(nèi)源微生物采油不存在菌種適應(yīng)性問(wèn)題,減少了菌種注入操作,工藝簡(jiǎn)單、投資少、成本低;但因油藏內(nèi)微生物種類(lèi)有限,且有利用價(jià)值的細(xì)菌和有害的細(xì)菌(如硫酸鹽還原菌)并存,在一定程度上限制了該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。內(nèi)源微生物是指存在于油藏中較為穩(wěn)定的微生物群落,多半是在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中慢慢形成的。進(jìn)行內(nèi)源微生物采油,需首先深入調(diào)查分析地層中微生物群落以及限制微生物活躍增殖的環(huán)境因素,即對(duì)油藏微生物生態(tài)學(xué)有深入研究;其次應(yīng)選擇合適的營(yíng)養(yǎng)劑以促進(jìn)有用微生物群落的生長(zhǎng)繁殖,激發(fā)其生物活性。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外尤其是前蘇聯(lián)、俄羅斯和美國(guó)幾十年來(lái)在內(nèi)源微生物采油技術(shù)方面的油藏微生物生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究和礦場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的綜述。1國(guó)外的科學(xué)研究1.1注入水生物質(zhì)體的微生物群落前蘇聯(lián)對(duì)內(nèi)源微生物采油技術(shù)的研究,起步早,理論研究深入,礦場(chǎng)應(yīng)用廣泛,效果顯著。Gingsburg-karagicheva早在1926年就開(kāi)始了油藏微生物區(qū)系的研究,并首先在地層中發(fā)現(xiàn)了多種細(xì)菌。50年代,庫(kù)茲涅佐夫、伊萬(wàn)諾夫等收集整理了大量文獻(xiàn)資料,進(jìn)行了多種礦藏的微生物群落分析研究,從而奠定了地質(zhì)微生物學(xué)的基礎(chǔ)。AHPEEBCKUǔ研究了亞列格油藏的微生物區(qū)系對(duì)原油性質(zhì)的影響,建議向油藏中加入硫酸鹽和磷酸鹽以促進(jìn)內(nèi)源微生物的繁殖,提高原油采收率。從1977年開(kāi)始Ivanov等研究了Bondyuzhskoe油田15口井中的微生物區(qū)系及其地球化學(xué)活動(dòng),證實(shí)了注入水中的微生物為地層中微生物群落的主要來(lái)源;含油地層中微生物的作用非常強(qiáng)烈,其食物鏈起動(dòng)于烴類(lèi)和富集于注水井近井底地帶的烴氧化菌;在含氧地帶氧化產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)被注入水推進(jìn)到無(wú)氧地帶而成為各種厭氧菌利用的基質(zhì),被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為CH4、H2、CO2和H2S等氣體。經(jīng)進(jìn)一步的微生物生理學(xué)研究和石油降解的模擬實(shí)驗(yàn),他們提出了注水油層中石油微生物活動(dòng)的基本途徑,并以其為基礎(chǔ),擬定了有目的地調(diào)整油藏發(fā)生的微生物過(guò)程以利于增采的微生物學(xué)方法:第一階段促進(jìn)好氧細(xì)菌的活動(dòng),以形成更多的CO2和有機(jī)化合物,第二階段則是厭氧微生物利用第一階段的產(chǎn)物,進(jìn)一步形成甲烷等氣體。這種方法在前蘇聯(lián)的許多油田進(jìn)行了應(yīng)用,具體應(yīng)用時(shí)則因所使用的營(yíng)養(yǎng)劑及配套措施不同而不同。此法在Bondyuzhskoe油田應(yīng)用時(shí)使用的營(yíng)養(yǎng)劑是加有氮、磷礦物鹽的充氣淡水,1983年進(jìn)行了周期性注入,以強(qiáng)化注水井近井地帶的微生物活動(dòng),然后按常規(guī)開(kāi)采。在注入后3年中,采油量增加了20%~100%,產(chǎn)出水降低20%~30%,共增產(chǎn)原油47000噸。1987年又應(yīng)用于Romashkin油田的3個(gè)試驗(yàn)區(qū),至1994年7月,共增原油60214噸,增產(chǎn)率18.5%~43.2%。與上述方法不同,阿塞拜疆石油科學(xué)院和微生物研究所共同推薦的則是往油層中注入乳酸生產(chǎn)廢液來(lái)活化油藏中微生物群落。模擬實(shí)驗(yàn)表明,該工作劑激活內(nèi)源微生物的效果顯著。此法于1986年8月首先應(yīng)用于法季曼油田,在1988年的11個(gè)月內(nèi)該試驗(yàn)區(qū)因微生物作用而增產(chǎn)原油2640t,證明了其工藝上的可行性。90年代,他們?cè)赩yngapour油田使用添加了氮、磷源的當(dāng)?shù)嘏Ｄ坦I(yè)廢水;在Solkinskoye油田和Sovetskoye油田使用一種含表面活性劑和氨的緩沖液系統(tǒng),該系統(tǒng)因含表面活性劑而具有高驅(qū)油性能,并為內(nèi)源微生物提供了氮素營(yíng)養(yǎng)而刺激其生長(zhǎng)繁殖,是一種生物和理化方法結(jié)合的驅(qū)油技術(shù)。以上礦場(chǎng)試驗(yàn)均取得了成功。這些技術(shù)至今仍在俄羅斯推廣和應(yīng)用。1.2對(duì)內(nèi)源微生物的控制與前蘇聯(lián)不同,美國(guó)多注重通過(guò)激活內(nèi)源微生物來(lái)調(diào)整剖面、改善滲透率而提高石油采收率。在Brown(1984)的專(zhuān)利US4475590中,即提出通過(guò)與水一起注入硝酸酯和磷酸酯來(lái)活化油田微生物區(qū)系,并證實(shí),在幾周內(nèi),微生物的數(shù)量增加幾十倍,原油組分發(fā)生了改變。菲利浦石油公司在激活和保持內(nèi)源微生物活性方面申請(qǐng)了多項(xiàng)專(zhuān)利,這些專(zhuān)利都是關(guān)于如何順序注入地層缺乏而微生物又需要的營(yíng)養(yǎng)成分(主要是N、P)的。該公司于1993年在俄克拉荷馬州NorthBurbank油田進(jìn)行了順序注入和同時(shí)注入營(yíng)養(yǎng)素的礦場(chǎng)試驗(yàn),目的是通過(guò)刺激內(nèi)源微生物的生長(zhǎng)而封堵高滲透層,使注入液流入低滲、高油飽和度地帶。順序注入的營(yíng)養(yǎng)素指磷源(乙酸磷酸鹽)、碳源(可溶性谷物淀粉即麥芽糊精)等,同時(shí)注入的營(yíng)養(yǎng)素則是二者的混合。注入井關(guān)井兩周后,經(jīng)檢測(cè)證實(shí),由于內(nèi)源微生物的就地活動(dòng),有效滲透率下降了33%,形成了一個(gè)深部地層段塞,這一生物段塞對(duì)于連續(xù)鹽水注入是不穩(wěn)定的。俄克拉荷馬州大學(xué)在VassarVertz砂巖礦區(qū)亦進(jìn)行了激活內(nèi)源微生物調(diào)整剖面的研究和礦場(chǎng)試驗(yàn)。室內(nèi)產(chǎn)出液樣分析和巖芯模擬證明:在油藏溫度和壓力下,糖漿和硝酸銨可以促使原生細(xì)菌大量生長(zhǎng),改變巖芯滲透率并開(kāi)采殘余油。1991年分批注入糖漿和硝酸銨的混合液,關(guān)井,1992年2月恢復(fù)作業(yè)。結(jié)果表明,內(nèi)源微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng)使地層中堿和硫化物濃度發(fā)生變化,并選擇性降低了高滲透區(qū)的滲透率,擴(kuò)大了注水波及面積,并在一、二次采收率非常高的情況下仍采出了一定量的原油。由美國(guó)能源部負(fù)責(zé)的一項(xiàng)一級(jí)現(xiàn)場(chǎng)示范項(xiàng)目在NorthBlowhornCreek油田進(jìn)行,目的在于通過(guò)注入營(yíng)養(yǎng)液激活內(nèi)源微生物,選擇性封堵多孔地帶,使高滲透區(qū)的注入水能流向低滲透區(qū),從而提高水驅(qū)效率。本項(xiàng)目計(jì)劃歷時(shí)五年半。在第一階段(1994.01~09),分析了新鮮巖芯并進(jìn)行了水驅(qū)模擬試驗(yàn),證實(shí)加入硝酸鹽和磷酸鹽能促進(jìn)內(nèi)源微生物生長(zhǎng),使巖芯中液體流速下降;進(jìn)行了油藏初步的地質(zhì)和巖石物理鑒定,獲得了第一試驗(yàn)方案中所有試驗(yàn)井的化學(xué)和生物學(xué)資料,還進(jìn)行了示蹤研究。第二階段(1994年9月始)進(jìn)行了礦場(chǎng)示范,將營(yíng)養(yǎng)物分別注入到四口注水井中,其中一口注水井僅注入KNO3和NaH2PO4,而其余注水井還加注糖蜜。巖芯分析表明,注入的營(yíng)養(yǎng)物已廣泛分布于整個(gè)油藏,且有大量細(xì)菌存在;產(chǎn)出液分析顯示,硫化物含量的下降是由于硝酸鹽注入到油藏中和(或)硝酸鹽還原菌的活動(dòng)抑制了硫酸鹽還原菌。結(jié)果15口生產(chǎn)井中有8口見(jiàn)到了效果,水油比下降,油產(chǎn)量上升。BrownLR、SperlGT等人則分別報(bào)道了實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果,他們都證實(shí):添加不同的營(yíng)養(yǎng)成分到注入水中能促進(jìn)有助于釋放原油的內(nèi)源微生物的生長(zhǎng)。1.3內(nèi)源微生物油藏法國(guó)的BernardFP、印尼的Sugihardjo、馬來(lái)西亞的IIIiasRM等進(jìn)行了油田地層水的微生物學(xué)調(diào)查及特性研究;加拿大的Abdel-Waly,委內(nèi)瑞拉的GabrielaTrebbau等研究了內(nèi)源微生物及其適合的營(yíng)養(yǎng)物,探討了內(nèi)源微生物采油機(jī)理。GroudevaVI等在詳細(xì)研究了保加利亞油藏內(nèi)源微生物基礎(chǔ)上,將含溶解氧、銨及磷酸根離子的水注入到石油氧化菌多的油藏,而將糖蜜和一些礦物質(zhì)注到能發(fā)酵蔗糖生成CO2的厭氧菌多的油藏,都使采收率大大提高;挪威的TorsvikT,GiljeE等也進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)。2對(duì)油田微生物的調(diào)查和研究60年代初,中科院微生物研究所王修垣教授等即在玉門(mén)油區(qū)開(kāi)展了油層微生物區(qū)系的分布研究;80年代郭寶福等調(diào)查了大慶油田某油層石油微生物區(qū)系分布。90年代以來(lái),中科院微生物研究所和俄羅斯科學(xué)院微生物所合作,開(kāi)展了遼河高溫油田(60℃~85℃)和大慶中溫油田(44℃~46℃)本源微生物區(qū)系研究。結(jié)果表明:油田產(chǎn)出水或地層水中含有多種微生物類(lèi)型,各類(lèi)細(xì)菌數(shù)量不同,硫酸鹽還原菌和甲烷產(chǎn)生速率也有很大變化;細(xì)菌能原位產(chǎn)生氣體、胞外多糖和表面活性劑等代謝產(chǎn)物,表現(xiàn)了高的利于增產(chǎn)的潛力。江漢石油學(xué)院何正國(guó)等人研究了從遼河海河油田稠油區(qū)塊分離出的內(nèi)源微生物的特性及其對(duì)原油的作用,并進(jìn)行了室內(nèi)模擬驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。另外,江漢石油學(xué)院、大港油田和俄羅斯科學(xué)院微生物所正在大港油田合作開(kāi)展某區(qū)塊本源微生物采油機(jī)理研究和礦場(chǎng)試驗(yàn)。內(nèi)源微生物采油技術(shù)盡管工藝簡(jiǎn)單、成本低,但要取得良好效果,首先必須對(duì)油層內(nèi)源微生物生態(tài)學(xué)