【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)生有機酸、有機溶劑、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。 微生物強化采油的機理比較復雜，就目前所知可歸納為如下幾點［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，增強原油的溶解能力，促進原來不連續(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?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)，當產(chǎn)量明顯下降時，重復上述過程；四是微生物強化水驅(qū)。在水驅(qū)油藏中開展微生物強化水驅(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通過油層時，微生物代謝作用產(chǎn)生溶劑、表面活性劑、有機酸、氣體和繁衍出新細菌，這些代謝產(chǎn)物通過物理、化學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理，1949年第一次報道了這些實驗，提出了硫酸鹽還原菌可以提高實驗室模型系統(tǒng)的石油采收率，這一先導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行了微生物采油的工業(yè)規(guī)?，F(xiàn)場實驗，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)世界石油危機后，美、英等國加快了微生物強化采油技術(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年代微生物強化采油技術(shù)在美國、前蘇聯(lián)的礦場應(yīng)用標志著工業(yè)性應(yīng)用階段的到來。近十幾年來，微生物強化采油技術(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)濟效益，同時許多大學和石油公司的實驗室也加大了微生物強化采油技術(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年進入礦場試驗階段，1996～1997年先后在遼河千12塊進行微生物吞吐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)用微生物強化采油技術(shù)，成功率高達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)濟效益。2003年2月，大慶油田的微生物驅(qū)油試驗獲得成功，在朝陽溝油田實施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化采用技術(shù)的發(fā)展起到巨大的促進作用。 近幾年來，我國先后從美國、加拿大引進微生物產(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。先導性試驗的油田增多，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，先導性試驗共2000多井次。礦場試驗由單井向區(qū)塊整體試驗發(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)、%。礦場試驗難度的增加，使得先導性試驗結(jié)果具有很強的代表性和廣泛的適應(yīng)性。先導性試驗油田達到的指標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84%)；油井產(chǎn)量一般增加46%～68%(最高達104%)；油井凝析氣產(chǎn)量增加95%，CO2含量增加21%，經(jīng)濟效果顯著，投入產(chǎn)出比1∶4至1∶6(最高達1∶9)。增產(chǎn)的最佳有效期8～12個月(最高達18個月)。現(xiàn)場施工中，～ L， L。聯(lián)合研究模式有了新開端，中科院上海有機所和北京微生物所、南開大學、山東大學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)試驗盡快轉(zhuǎn)入礦場試驗發(fā)揮了積極作用。 3 微生物強化采油技術(shù)的研究方法 進行微生物強化采油技術(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，對油井條件進行調(diào)查；然后根據(jù)篩選標準，確定是否適宜采用微生物強化采油技術(shù)；之后再結(jié)合生產(chǎn)中出現(xiàn)的實際問題和油井條件，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，再進行配伍性試驗和單井注入試驗，確定所選工藝是否與被處理油井匹配；最后根據(jù)配伍試驗和單井注入試驗，提出礦場工程設(shè)計方案，進行生產(chǎn)規(guī)模的現(xiàn)場試驗，并推廣成熟的技術(shù)［3，8］。 配伍試驗是采用人工巖芯進行實驗室試驗，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，從而最終確定實際應(yīng)用時的工藝條件。單井注入試驗是選擇有代表性的單個油井進行初步的微生物注入試驗，為該技術(shù)在大面積油田的應(yīng)用提供實際生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。 4 微生物強化采油技術(shù)的優(yōu)點及應(yīng)用條件 微生物強化采油技術(shù)與其它三次采油方法相比具有以下優(yōu)點［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)微生物具有自我復制功能，注入到有油藏中的細菌通過生長、繁殖，可以在一個很長的時期內(nèi)起作用；(3)幾種機理同時起作用，效果顯著，因此在礦場試驗中往往將具有不同功能的細菌一起注入地下，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；(7)微生物體積小，運移能力強，能進入其它驅(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準120℃3000 m20%4～9 μm225%%10%不限 微生物強化采油技術(shù)除了油層條件的限制外，還需要進行實驗室配伍性試驗以及合理的工程設(shè)計，其采油機理還沒有完全證實，油田應(yīng)用的篩選標準還沒有最終確立，能可靠預測現(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，如某些細菌能產(chǎn)生粘性滲出液造成地層堵塞、有些細菌能腐蝕油管和泵等，我們應(yīng)用微生物強化采油技術(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 微生物強化采油技術(shù)的研究應(yīng)用前景 微生物強化采油技術(shù)經(jīng)過半個多世紀的發(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，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)油田都進入了三次采油階段，有一些油田的化學驅(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。 針對微生物強化采油技術(shù)在我國的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，必須認真總結(jié)目前已有的經(jīng)驗，在研究工作上把握住宏觀問題與微觀機理之間的關(guān)系，抓住微生物采油的前提性、關(guān)鍵性理論與技術(shù)問題進行攻關(guān)，促進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，并最終實現(xiàn)微生物強化采油技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。進一步加強微生物采油相關(guān)學科的交叉滲透，加強油田與研究院所及高校的聯(lián)合攻關(guān)，優(yōu)勢互補；加強與國外的交流，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。 為了實現(xiàn)我國微生物強化采油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，應(yīng)該努力實現(xiàn)以下目標：(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；(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行以下幾方面的內(nèi)容： (1)采油微生物評價指標體系和評價方法研究與評價標準的制訂。分別針對稠油油藏、高含水油藏、化學驅(qū)后油藏等不同油藏條件，建立采油微生物評價指標體系與評價標準； (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專家系統(tǒng)，實現(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理的研究。確定微生物驅(qū)油過程當中對提高原油采收率有直接貢獻的主要因素，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)具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的微生物采油數(shù)值模擬軟件，實現(xiàn)微生物采油方案設(shè)計及生產(chǎn)作業(yè)的科學化； (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。 微生物強化采油技術(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踐經(jīng)驗的積累，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［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.［M］. 上海: 上海交通大學出版社. 1996［3］ Knabe