【文章內(nèi)容簡介】 層中固有的微生物和從外部注入的微生物兩種［2，3］。固有微生物中有好氧菌和厭氧菌之分，前者的生長容易分解烴類物質(zhì)，降低石油質(zhì)量，而厭氧菌不僅不容易分解烴類，還可以產(chǎn)生有機(jī)酸、有機(jī)溶劑、氣體等，更有利于提高原油采收率。但是由于缺少營養(yǎng)，固有微生物的生長繁殖受到限制，可以向油層中注入微生物培養(yǎng)基促進(jìn)微生物的生長?？晒┻x擇的注入微生物的種類很多，它們可以在地面上培養(yǎng)到有充足的生物量后再注入地層中，從而能更快發(fā)揮作用，減少封井時間。 微生物強(qiáng)化采油的機(jī)理比較復(fù)雜，就目前所知可歸納為如下幾點(diǎn)［4～6］：(1)微生物的生長代謝可以將原油中的重質(zhì)組分分解為輕質(zhì)組分，將大分子的烴類轉(zhuǎn)化為低分子量的烴，從而降低原油粘度，使其流動性能得到改善；(2)微生物在油藏內(nèi)代謝活動產(chǎn)生的COHNCH4等氣體能增加油層內(nèi)部的壓力，增強(qiáng)原油的溶解能力，促進(jìn)原來不連續(xù)原油區(qū)粘連成片，便于開采；(3)微生物的生長代謝能促使原油釋放出低分子量的醇、脂肪酸、糖脂、生物表面活性劑等，降低油水界面張力，改善原油的流動性能；(4)微生物代謝產(chǎn)生的生物聚合物可以有選擇地堵塞滲透率較高的巖石層，使驅(qū)替流體轉(zhuǎn)向滲透率較小的孔隙，提高驅(qū)替效果；(5)微生物產(chǎn)生的酸性物質(zhì)能溶解巖石，改善油層滲流；(6)微生物中的厭氧菌產(chǎn)生的溶劑性產(chǎn)物能溶解石油，降低油水界面張力，使石油從巖石表面釋放。 利用微生物提高采收率主要有四種方式［4，5，7，8］：一是微生物清蠟和降低重油粘度。微生物清蠟可以代替溶劑的使用和熱油處理方法，大多數(shù)細(xì)菌對蠟質(zhì)脂肪烴的代謝速度高于對芳香烴的代謝速度，細(xì)菌產(chǎn)生的溶劑對近井區(qū)域地層也能起到很好的清洗作用；二是微生物選擇性封堵地層。把能產(chǎn)生生物聚合物的微生物注入地層，或向地層注入適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)液，使微生物在高滲透層內(nèi)大量繁殖形成生物多糖，可起到封堵高滲透地層的作用；三是周期性注入微生物采油。將微生物、營養(yǎng)液、生物催化劑注入一口生產(chǎn)井內(nèi)關(guān)井一段時間，發(fā)酵數(shù)天到數(shù)周，然后開井生產(chǎn)，經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)，當(dāng)產(chǎn)量明顯下降時，重復(fù)上述過程；四是微生物強(qiáng)化水驅(qū)。在水驅(qū)油藏中開展微生物強(qiáng)化水驅(qū)，可有效地提高水驅(qū)效率。將菌種和營養(yǎng)液混合而成的微生物處理液由注水井注入地層，處理液被注入水推進(jìn)通過油層時，微生物代謝作用產(chǎn)生溶劑、表面活性劑、有機(jī)酸、氣體和繁衍出新細(xì)菌，這些代謝產(chǎn)物通過物理、化學(xué)作用將巖石孔隙中的原油釋放出來，使不能流動的原油以油水乳化液的形式被注入水驅(qū)向生產(chǎn)井，從而延長油井壽命。 2 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 1926年，Beckman最早提出了用微生物提高原油產(chǎn)量的想法［9］，關(guān)于微生物在原油中應(yīng)用的第一項重大研究是由Zobell在1940年代進(jìn)行的，主要研究了厭氧的硫酸鹽還原菌從砂體中釋放原油的機(jī)理，1949年第一次報道了這些實(shí)驗(yàn)，提出了硫酸鹽還原菌可以提高實(shí)驗(yàn)室模型系統(tǒng)的石油采收率，這一先導(dǎo)性工作對以后微生物用于石油開采的發(fā)展起到了很大影響。到1950年代，美國、前蘇聯(lián)及一些東歐國家相繼進(jìn)行了微生物采油的工業(yè)規(guī)模現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，可以利用微生物提高石油采收率。1970年代初出現(xiàn)世界石油危機(jī)后，美、英等國加快了微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的研究步伐。1982年在美國俄克拉荷馬州召開了有34個國家參加的“世界微生物采油會議”，系統(tǒng)交流了多年來的研究成果，并決定今后每兩年召開一次國際會議［10］。隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代微生物科學(xué)已提供了識別和分離某種特殊菌種的方法。1986年，美國BAC公司和NPC公司開發(fā)了油田專用系列微生物產(chǎn)品，使這項技術(shù)在油田生產(chǎn)中得到迅速發(fā)展。1987年，NPC公司在美國Altamont/Bluebell油田推廣微生物技術(shù)，成功率達(dá)75%以上，原油增產(chǎn)幅度10%～300%。微生物采油技術(shù)逐漸從室內(nèi)微生物過程評價走向全球現(xiàn)場應(yīng)用［11］。1990年代微生物強(qiáng)化采油技術(shù)在美國、前蘇聯(lián)的礦場應(yīng)用標(biāo)志著工業(yè)性應(yīng)用階段的到來。近十幾年來，微生物強(qiáng)化采油技術(shù)已經(jīng)在更多國家的石油開采中得到應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，同時許多大學(xué)和石油公司的實(shí)驗(yàn)室也加大了微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的研究和開發(fā)力度，取得了許多可喜的成果。 我國早在1966年，新疆石油管理局就開始利用微生物進(jìn)行原油脫蠟技術(shù)的研究，1986年開展了微生物稠油脫蠟技術(shù)的研究工作；進(jìn)入1990年代以來，加快了微生物采油技術(shù)的研究步伐，新型調(diào)剖堵水劑——黃原膠的研究已取得實(shí)用性成果，開發(fā)研究出的新菌種能降低原油界面張力60%，而且能夠耐壓24 MPa。大慶油田開展的菌種配伍性研究，進(jìn)展十分喜人。遼河油田錦州采油廠1995年率先開展了將微生物處理技術(shù)用于針對稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)組分的研究，1996年進(jìn)入礦場試驗(yàn)階段，1996～1997年先后在遼河千12塊進(jìn)行微生物吞吐26井次，取得良好效果［12］。扶余采油三廠自1992年6月至1995年5月底在86口井中應(yīng)用微生物強(qiáng)化采油技術(shù)，成功率高達(dá)79%，平均提高采油量204%， kt。1999年，微生物單井吞吐采油技術(shù)在勝利油田6個采油廠實(shí)施了77口油井，累計增油11 kt，平均單井增油148 t，投入產(chǎn)出比1∶9以上，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2003年2月，大慶油田的微生物驅(qū)油試驗(yàn)獲得成功，在朝陽溝油田實(shí)施13口油井， t，累計增產(chǎn)原油1428 t。2002年5月，我國目前最大噸級(5 kt)的微生物采油廠在山東東營動工興建，這將對我國微生物強(qiáng)化采用技術(shù)的發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用。 近幾年來，我國先后從美國、加拿大引進(jìn)微生物產(chǎn)品和微生物采油技術(shù)，從多方面來加快我國微生物采油技術(shù)的發(fā)展。先導(dǎo)性試驗(yàn)的油田增多，推廣速度加快。先后在新疆、大慶、扶余、大港、勝利、冀東、遼河、江漢等油田開展了微生物采油技術(shù)的推廣應(yīng)用，先導(dǎo)性試驗(yàn)共2000多井次。礦場試驗(yàn)由單井向區(qū)塊整體試驗(yàn)發(fā)展；由淺層向中深層發(fā)展；由高滲井向中、低滲井發(fā)展；由低溫井向高溫井發(fā)展(最高溫度為102℃)；由低含水井向高含水井發(fā)展(最高含水80%)；由原油正構(gòu)烷中長鏈向長鏈發(fā)展(最長C60)；由原油較高揮發(fā)成分向低揮發(fā)成分發(fā)展(最低僅有5%)；%；瀝青質(zhì)、%。礦場試驗(yàn)難度的增加，使得先導(dǎo)性試驗(yàn)結(jié)果具有很強(qiáng)的代表性和廣泛的適應(yīng)性。先導(dǎo)性試驗(yàn)油田達(dá)到的指標(biāo)和效果是使原油含水率一般下降5%以上，80%以上的處理井有清蠟效果，%以上；60%～70%的處理井獲增油效果(最高達(dá)84%)；油井產(chǎn)量一般增加46%～68%(最高達(dá)104%)；油井凝析氣產(chǎn)量增加95%，CO2含量增加21%，經(jīng)濟(jì)效果顯著，投入產(chǎn)出比1∶4至1∶6(最高達(dá)1∶9)。增產(chǎn)的最佳有效期8～12個月(最高達(dá)18個月)?，F(xiàn)場施工中，～ L， L。聯(lián)合研究模式有了新開端，中科院上海有機(jī)所和北京微生物所、南開大學(xué)、山東大學(xué)等科研單位參加了與油田有關(guān)的聯(lián)合研究工作，為室內(nèi)試驗(yàn)盡快轉(zhuǎn)入礦場試驗(yàn)發(fā)揮了積極作用。 3 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的研究方法 進(jìn)行微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的研究是一項比較新的課題，其基本程序如圖1所示。圖1 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)研究程序示意圖 在選擇適用于具體油井的微生物采油技術(shù)時，應(yīng)首先結(jié)合生產(chǎn)中出現(xiàn)的具體問題，對油井條件進(jìn)行調(diào)查；然后根據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)，確定是否適宜采用微生物強(qiáng)化采油技術(shù)；之后再結(jié)合生產(chǎn)中出現(xiàn)的實(shí)際問題和油井條件，在多種微生物采油工藝中選擇適用于具體油井的微生物采油工藝，再進(jìn)行配伍性試驗(yàn)和單井注入試驗(yàn)，確定所選工藝是否與被處理油井匹配；最后根據(jù)配伍試驗(yàn)和單井注入試驗(yàn)，提出礦場工程設(shè)計方案，進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)模的現(xiàn)場試驗(yàn)，并推廣成熟的技術(shù)［3，8］。 配伍試驗(yàn)是采用人工巖芯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，以考察不同類型微生物在油層流體和油層巖石中的生長情況，測量其代謝能力，分析油層各種條件(溫度、深度、礦物含量和固有微生物等)對注入微生物的影響，以及注入微生物對油田生產(chǎn)的影響，優(yōu)化微生物培養(yǎng)液的配方，從而最終確定實(shí)際應(yīng)用時的工藝條件。單井注入試驗(yàn)是選擇有代表性的單個油井進(jìn)行初步的微生物注入試驗(yàn)，為該技術(shù)在大面積油田的應(yīng)用提供實(shí)際生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。 4 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用條件 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)與其它三次采油方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)［2,13］：(1)注入的微生物和培養(yǎng)基價格便宜，成本低，來源廣，容易獲得，便于應(yīng)用，可以針對具體的油藏靈活調(diào)整微生物配方；(2)微生物具有自我復(fù)制功能，注入到有油藏中的細(xì)菌通過生長、繁殖，可以在一個很長的時期內(nèi)起作用；(3)幾種機(jī)理同時起作用，效果顯著，因此在礦場試驗(yàn)中往往將具有不同功能的細(xì)菌一起注入地下，使它們共同起作用；(4)設(shè)備與注入工藝簡單，與注水驅(qū)替注入方式類似，微生物采油礦場試驗(yàn)不需要大型地面設(shè)備，注入工藝也很簡單，因此，施工非常方便，成本低廉；(5)不會對地層產(chǎn)生傷害、引起油和水品質(zhì)明顯下降，也不會引起明顯的結(jié)垢腐蝕或堵塞等問題；(6)微生物只在需要它的地方繁殖并產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，針對性較強(qiáng)；(7)微生物體積小，運(yùn)移能力強(qiáng)，能進(jìn)入其它驅(qū)油工藝不能觸及到的油層中的死角和裂縫；(8)產(chǎn)物可以降解，不污染環(huán)境；(9)可開采各種類型的原油，尤其對重質(zhì)原油效果優(yōu)異。 微生物生長需要一定的環(huán)境條件，使用微生物采油必須選擇適宜的油層條件，如溫度、壓力、礦化度、pH值、滲透率等，并非所有油層都適宜采用微生物強(qiáng)化采油技術(shù)，這也決定了其自身的局限性。表1中概括了適用微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的主要油層條件。其中油層溫度以30～50℃為最佳，油層深度最好小于1500 m，礦化度最好在10%以下［14］。表1 適用微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的油層條件參數(shù)油層溫度油層深度礦化度pH值巖石滲透率殘余油飽和度原油含蠟產(chǎn)出液含水井底壓力篩選標(biāo)準(zhǔn)120℃3000 m20%4～9 μm225%%10%不限 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)除了油層條件的限制外，還需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室配伍性試驗(yàn)以及合理的工程設(shè)計，其采油機(jī)理還沒有完全證實(shí)，油田應(yīng)用的篩選標(biāo)準(zhǔn)還沒有最終確立，能可靠預(yù)測現(xiàn)場過程的地層模擬技術(shù)尚待開發(fā)。另外，微生物在井下出現(xiàn)也有不利的一面，如某些細(xì)菌能產(chǎn)生粘性滲出液造成地層堵塞、有些細(xì)菌能腐蝕油管和泵等，我們應(yīng)用微生物強(qiáng)化采油技術(shù)時應(yīng)盡量發(fā)揮微生物對石油開采有利的一面，避免其不利方面造成損失。 5 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的研究應(yīng)用前景 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展已日趨成熟。世界上許多國家都開展了這項技術(shù)的研究試驗(yàn)，大都獲得了比較滿意的增產(chǎn)效果，尤其對于稠油的開采，更是其它方法無法比擬的。我國絕大多數(shù)油田都進(jìn)入了三次采油階段，有一些油田的化學(xué)驅(qū)油也已經(jīng)開展了十幾年，產(chǎn)出液含水已經(jīng)比較高，必須考慮用微生物技術(shù)進(jìn)行采油。同時我國稠油資源分布很廣，陸地稠油約占石油總資源的20%以上，這更為微生物采油提供了廣闊的應(yīng)用前景。 針對微生物強(qiáng)化采油技術(shù)在我國的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，必須認(rèn)真總結(jié)目前已有的經(jīng)驗(yàn)，在研究工作上把握住宏觀問題與微觀機(jī)理之間的關(guān)系，抓住微生物采油的前提性、關(guān)鍵性理論與技術(shù)問題進(jìn)行攻關(guān)，促進(jìn)微生物采油方法在盡可能短的時間內(nèi)在油田開發(fā)中形成生產(chǎn)能力，并最終實(shí)現(xiàn)微生物強(qiáng)化采油技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。進(jìn)一步加強(qiáng)微生物采油相關(guān)學(xué)科的交叉滲透，加強(qiáng)油田與研究院所及高校的聯(lián)合攻關(guān)，優(yōu)勢互補(bǔ)；加強(qiáng)與國外的交流，在技術(shù)上合作研究開發(fā)，而不是簡單的大量從國外購進(jìn)菌液；近幾年內(nèi)要爭取讓微生物采油技術(shù)在油田形成生產(chǎn)能力，成為我國東部油田提高采收率的一種重要方法。 為了實(shí)現(xiàn)我國微生物強(qiáng)化采油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：(1)建成具有初步規(guī)模的中國采油微生物菌種庫；(2)開發(fā)具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的微生物采油數(shù)值模擬軟件；(3)完成中國微生物采油技術(shù)的應(yīng)用潛力評價，并對中國今后十年應(yīng)用微生物采油技術(shù)的效益作出評價；(4)完成微生物采油技術(shù)工藝研究及配套裝備的設(shè)計工作并制造一套樣機(jī)；(5)通過項目的開展和完成，培養(yǎng)和形成一支具有一定的研究、開發(fā)及設(shè)計能力的微生物采油技術(shù)人才隊伍，建成具有一定規(guī)模的微生物采油技術(shù)研究基地；(6)在實(shí)施微生物采油的地區(qū)提高石油采油率5%～10%。 在研究工作方面建議主要進(jìn)行以下幾方面的內(nèi)容： (1)采油微生物評價指標(biāo)體系和評價方法研究與評價標(biāo)準(zhǔn)的制訂。分別針對稠油油藏、高含水油藏、化學(xué)驅(qū)后油藏等不同油藏條件，建立采油微生物評價指標(biāo)體系與評價標(biāo)準(zhǔn)； (2)采油微生物菌種篩選與培養(yǎng)及菌種庫的建立。建成具有初步規(guī)模的中國采油微生物菌種庫； (3)采油微生物工程菌開發(fā)的探索性研究。運(yùn)用現(xiàn)代生物工程技術(shù)，對我國開發(fā)采油微生物工程菌的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)及環(huán)境問題作出可行性評價； (4)采油微生物與油藏適應(yīng)性的研究。完成針對油藏條件確定采油微生物菌種的計算機(jī)專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微生物采油油藏篩選與菌種庫候選菌種匹配的智能化； (5)微生物提高原油采收率機(jī)理的研究。確定微生物驅(qū)油過程當(dāng)中對提高原油采收率有直接貢獻(xiàn)的主要因素，為不同油藏條件下微生物菌種的開發(fā)提供依據(jù)，為微生物驅(qū)油數(shù)值模擬軟件的編制提供模型。 (6)微生物采油數(shù)值摸擬軟件的開發(fā)研究。開發(fā)具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的微生物采油數(shù)值模擬軟件，實(shí)現(xiàn)微生物采油方案設(shè)計及生產(chǎn)作業(yè)的科學(xué)化； (7)微生物采油技術(shù)應(yīng)用的潛力評價研究。確定中國應(yīng)用微生物采油技術(shù)的潛力區(qū)塊并分類，對中國今后十年微生物采油技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益作出評價； (8)微生物采油工藝技術(shù)的研究。建立微生物采油礦場應(yīng)用技術(shù)工藝參數(shù)設(shè)計體系。 (9)延長微生物采油技術(shù)作用有效期的研究。建立延長微生物采油作業(yè)有效期方案調(diào)整及營養(yǎng)物補(bǔ)充周期確定與評價方法； (10)微生物采油配套裝備的研究。研制一套車裝式微生物單并處理專用系統(tǒng)及微生物驅(qū)油專用注入系統(tǒng)的樣機(jī)。 微生物強(qiáng)化采油技術(shù)經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，已經(jīng)取得了比較輝煌的成績，成為一種具有十分巨大潛力的采油技術(shù)。隨著人們研究的深入和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，必將為石油工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮更大的作用。收稿日期：200323參 考 文 獻(xiàn)［1］ 牟建海，李干佐. ［J］. 化工科技市場. 2000，23(7): 17［2］ 李虞庚. 石油微生物學(xué).［M］. 上海: 上海交通大學(xué)出版社. 1996［3］ Knabe