熱力采油技術

1、2.熱力采油技術,基本原理,稠油的屬性與常規(guī)稀油不同，稠油黏度及比重隨瀝青膠質含量的增加而增加：①稠油中輕質餾分很少，多小于10%，一般僅有5%左右; ②稠油中含硫量很低，一般小于0.8%，石蠟含量也比較低，通常在5%左右。 稠油最大的特性是它對溫度變化非常敏感，總的規(guī)律是隨著溫度升高，黏-溫曲線呈下滑拋物線急劇降低。據我國多數稠油油FA樣品所做的黏一溫曲線特性分析，拐點多位于120-130℃范圍，既表明高于此溫度界限，稠油流動

2、由非牛頓流動變?yōu)榕ｎD型流動，這就是為什么稠油采用熱力法開采能提高采油率的基本原理所在。,熱力采油技術,優(yōu)點,熱力采油之所以能居于EOR中的特殊地位，是由于它具有以下優(yōu)點：(1)使用的工作介質是容易取得的水和空氣。這類方法的應用范圍不受制備大量化學試劑技術條件的限制。(2)在各種不同的油田地質埋藏條件下，熱采法通常都可得到較高的原油采油率。而且在利用其它EOR方法都不能從油層中采出原油的情況下(例如特稠原油和瀝青礦)，常?？梢岳脽岵?/p>

3、法獲得成功。熱采法被認為是最好的開采方法。(3)熱采方法與其它EOR方法比較，經濟效益最優(yōu)。美國能源部的一份關于"EOR經濟型”的報告中指出，熱采法技術費用指數最低，凈附加采收率最高。,熱力采油技術,(5)微波、電磁、采掘式熱采以及水平井和熱采相結合等非常規(guī)熱采法先后問世，更拓寬了熱采的應用范圍，增加其活力。 由于注蒸汽和火燒油層各自具有不能替代的優(yōu)缺點，因此，注蒸汽與火燒油層的組合使用也成為一種熱采工藝。例如在美國

4、加州中途日落(Midway Sunset)油田一個已被注蒸汽開采枯竭的驅塊，用干式火燒卻取得了成功。在加拿大Alberta省的冷湖(Cold Lake)瀝青油田，采用了先注蒸汽后火燒的組合工藝。,優(yōu)點,熱力采油技術,工藝技術綜述,注蒸汽(包括蒸汽吞吐和蒸汽驅)和火燒油層組成熱采方法的兩大工藝，都是工業(yè)化的采油方法。表1-1是根據國外礦場試驗結果確定的熱采方法使用范圍。表中給出的并不是絕對嚴格的數據，因為得出這些標準所依據的是單獨采用蒸汽

5、或空氣時的資料。然而隨著注蒸汽燃氣混合物等新工藝的發(fā)展，利用熱采的范圍會大大的擴展，此時熱采法能夠采出埋藏在任何深度的稠油。,,注蒸汽和火燒油層并不是可以相互替代的，對它們作了必要的對比分析：。 (1)能量利用效率火燒油層明顯比連續(xù)注蒸汽(即蒸汽驅)好，這是由于燃燒釋放的熱能直接流向鄰近的驅油區(qū)，限制了熱量向上下蓋層的損失;連續(xù)注蒸汽不僅有向上下蓋層的導熱損失，而且在進入油層之前，還有一定數量的熱能損耗在地面和井筒的輸氣過程中。因

6、此，試驗用價格低廉的燃燒設備是增加注蒸汽競爭能力的發(fā)展方向之一。,熱力采油技術,工藝技術綜述,熱力采油技術,(2)現(xiàn)場實施方面注蒸汽比火燒油層更有靈活性。人們己經很好地掌握了工業(yè)性注蒸汽技術，少數沒有解決好的問題，如濕蒸汽流量和干度的測量與分配問題，井筒隔熱和熱封隔器的可靠性等問題正在逐步得到解決?；馃蛯拥默F(xiàn)場實施比較困難，其中點火，燃燒面推進的控制，腐蝕和乳化的問題，推遲了它的發(fā)展速度。一定數目現(xiàn)場試驗的失敗，表明火燒油層工藝風險性

7、較大。雖然這項技術與注蒸汽同在20世紀60年代起步，但至今還只在有限的油田內應用。,工藝技術綜述,熱力采油技術,技術的改進,在注蒸汽和火燒油層的常規(guī)的熱采技術的基礎上，稠油的熱采技術又有了新的改進，主要有以下幾點： 1)注熱段塞采用注熱段塞的實質是:注入蒸汽使注入井附近形成加熱帶，然后注冷水將此加熱帶推向生產井。也可采用蒸汽、冷水交替注入的方法。此外也可采用濕式燃燒和超濕式燃燒的方法來建立熱段塞。 2)注蒸汽加溶劑

8、 該法是向蒸汽中添加可完全蒸發(fā)的溶劑，降低原油的粘度和熱水帶中的殘余油飽和度，從而改善驅替效果。,熱力采油技術,3)注熱堿水 注熱堿水是采用熱化學的方法之一，其主要原理是:采用層內燃燒法形成加熱帶，使熱作用與化學作用結合起來，為從孔隙介質中驅替原油創(chuàng)造優(yōu)越的條件。 4)蒸汽-氣體循環(huán)法 該法可保證處于開采后期的稠油藏具有較好的工藝效果，可持續(xù)11-33個月，提高油井開采的技術經濟指標。 5)水平井與注

9、熱水結合進行 試驗表明，水平井與熱注水綜合利用可提高油井采收率。 6)注熱水和空氣 通過注熱水和空氣而在地層中生成蒸汽，采用該法可克服單一方法的缺點。依靠地層內低溫液相氧化反應使熱水轉化成蒸汽，在地層內直接建立蒸汽段塞與燃燒源，形成層內燃燒，這是一種非常有前途的方法。,技術的改進,熱力采油技術,新 進 展,(1)高溫聚合物驅 該法適合于裂縫一孔隙型儲集層中稠油油田的開發(fā)。該法的原理是降低驅替前緣稠油的不穩(wěn)定

10、性。它的優(yōu)點是能控制所需的聚合物總量，形成“熱波及”的范圍不象熱水驅那樣需要注入大量的熱水，高聚物驅的主要作用在于它能提高注入井的吸收能力。 (2)注蒸汽和聚合物 該法是在注蒸汽之前先注入高濃度的聚合物溶液。聚合物在很長一段時間內作用于高滲透性層帶，而低滲透性層帶不受影響，因此該法能提高波及系數。,(3)煤層加熱法 該法是向含油層注入在其上煤層中直接產生的熱燃燒產物。從煤層中產生富含C02的熱燃燒產物，不采到地面，

11、而直接注入含油層。該法適合于開發(fā)效率低的高、中粘稠油油田。 (4)周期火燒油層法 先注入空氣45-60d，再注冷水15-30d，依次交替注入。與常規(guī)火燒油層相比，此法幾乎將空氣一油比降低一半。 (5)火燒油層與注泡沫相結合 該法實驗證明，可使生產井含水率下降15%-20%. (6)熱載體和碳酰二胺相結合 該法的機理是碳酰二胺在高溫下的熱分解作用，產生C02和氨。實驗表明:注入1噸碳酰二胺可

12、生成368.1m3的C02和736.2m3氨，增產原油量是堿溶液與原油組分的化學反應以及C02融于原油而獲得的。,熱力采油技術,新 進 展,(7)原子能熱量開采稠油 以核能代替有機燃料的原子反應堆為基礎的裝置，利用核能發(fā)電站和原子能發(fā)電站的熱能開采稠油是經濟可行的。其實質是借助于某種蓄能器，以解決能量外運的問題。其方案之一是熱能的化--熱蓄能。在帶有無機燃料的反應器中引入甲烷和水，在85~1000℃下用催化劑使CH4轉化成CO、

13、H2和C02及殘余CH4。將轉化后氣體冷卻送往外地，并重新轉化成CH4。在轉化為CH4;過程中放出儲存的熱量，由換熱裝置吸收，有利于開采和加工。 (8)Vapex重油開采工藝 該工藝類似于雙水平井蒸汽輔助重力驅油工藝。區(qū)別在于它用丙烷等代替蒸汽注入油井，除可以提高油藏壓力外，還可以在地層中脫除重油中的瀝青，使重油改質，降低粘度，也適合于殘余儲量大的廢氣油田的開發(fā)。,新 進 展,熱力采油技術,新 進 展,熱力采油技術,(9

14、)井下催化反應器和蒸汽發(fā)生器 這種反應器和蒸汽發(fā)生器的設計及應用目前已有專利。反應器安裝在井下垂直井的套管里，其目的是通過反應熱產生高溫蒸汽來達到驅油的效果。 (10)地下加氫作用開采重油 重油加氫過程是指在常溫和高壓條件下，注入含有氫、水蒸氣和可溶性氣體的混合物。氣態(tài)混合物在井下反應器中通過放熱反應提供熱源。該法適用于重油深油藏。,3.混相驅油技術,在提高采收率方法中，氣體混相驅具有非常強大的吸引力。因為注入氣

15、體與原油達到混相后，界面張力趨于零，驅油效率趨于100％。如果該技術與流度控制技術相結合，那么油藏的原油采收率可達95％。因此混相氣驅已經成為僅次于熱力采油的處于商業(yè)應用的提高采收率方法。 混相驅的概念是指在多孔介質中，一種流體驅替另外一種流體時，由于兩種流體之間發(fā)生擴散、傳質作用，使兩種流體互相溶解而不存在分界面。其目的是使原油和驅替劑之間完全消除界面張力，毛細管數變?yōu)闊o限大，殘余油飽和度降到最低。,,,混相驅油技術

16、,分 類,混相驅油技術,發(fā)展概況,國外概況,混相注氣始于2O世紀4O年代，由美國最早提出向油層注入干氣。50年代，全世界實施了150多個項目，在室內和現(xiàn)場進行了大量試驗。但是早期多采用液化氣進行初期混相驅。通過不斷試驗和研究，人們發(fā)現(xiàn)除丙烷、LPG可以一次接觸混相外，CO2、干氣、富氣等注入氣體在適當條件下，也可以通過多次接觸達到動態(tài)混相。自60年代以來，加拿大、阿爾及利亞、智利、前蘇聯(lián)等相繼展開烴類混相驅油研究。7O年代，人們對烴類

17、混相驅的興趣達到頂峰。。加拿大烴類混相驅方法已經在許多油田獲得成功，在61個項目中，只失敗了8次。47個成功項目的增產措施為16％-44％，是水驅的兩倍。而美國受天然氣氣源供應的限制，發(fā)展緩慢。,80年代，CO2混相驅逐漸發(fā)展起來，這是因為烴類氣體價格上漲和天然C02氣藏被發(fā)現(xiàn)。90年代，該技術日漸成熟。據1994年油氣雜志統(tǒng)計結果，全世界137個商業(yè)性氣體混相驅項目中，55％采用烴類氣體，42％采用二氧化碳，其它氣體混相驅僅占3％。二

18、氧化碳混相驅采油效果十分突出，可使最終采收率達到90％以上。二氧化碳驅是比天然氣更優(yōu)越的驅油劑，也是氣體混相驅中最有吸引力的提高采收率技術之一。,混相驅油技術,發(fā)展概況,國內概況,混相驅在我國沒有得到大規(guī)模應用，原因是缺乏相當數量的天然氣和二氧化碳氣藏，沒有充足的氣源保證。另外，我國三采技術的研究集中在聚合物驅等化學驅方面，缺乏混相驅相關的經驗、資料和設備。 但是，混相驅對與低滲透、深層等難采油藏的開發(fā)具有良好效果。根據1998

19、年在全國范圍內開展的三次采油潛力二次評價中，適合注氣(CO2)混相驅的石油地質儲量占參評10％以上，平均采收率達16.4％。另外，我國低滲透油藏儲量難于注水開發(fā)，可考慮采用混相氣驅技術。因此，我國逐漸展開混相驅室內研究并進行小規(guī)模的礦場試驗。,混相驅油技術,發(fā)展概況,目前，天然氣資源豐富的西部地區(qū)已經優(yōu)先開展了注烴混相驅試驗。其中，吐哈葡北油田注烴混相驅已經開展3年，取得了良好的效果。大慶、中原、華北、長慶、大港、中原、四川、吐哈、遼河

20、等油田，也針對不同油藏類型開展了系列室內混相驅試驗研究。,混相驅油技術,發(fā)展概況,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,國內外混相驅發(fā)展差距,通過對比國內外混相驅的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，可以得出： (1)與我國相比，國外研究混相氣驅時間早，從20世紀40年代開始至今已經有60多年，而我國1985年才初次形成混相驅試驗方案，但是直到1995年條件才成熟，進行先導試驗。 (2)目前，國外混相氣驅已經成為僅次于熱力采油技術的重要提高采收率技

21、術，有100多個低滲透油田不同規(guī)模地應用混相段塞進行采油，并取得了良好效果。美國C02混相驅和加拿大的烴類混相驅已經成為一項成熟的技術。,混相驅油技術,混相驅油技術,我國受天然氣藏和二氧化碳氣藏的條件限制，始終沒有全面展開混相氣驅。近年來，在西部吐哈盆地葡北油田進行的多次接觸蒸發(fā)混相驅試驗是我國目前最早注氣混相現(xiàn)場試驗。其他油田，如大慶油田、遼河油田仍以室內試驗研究為主，尚未進行大規(guī)模的試驗應用階段。,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,國內

22、外發(fā)展趨勢,混相驅油技術,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,注氣混相驅開發(fā)低滲透油田具有廣闊的應用前景。其驅油效率遠高于非混相驅。雖然注氣混相驅工程設計需要高水平的先進工程技術，相態(tài)控制難度大，但是隨著計算機技術迅速發(fā)展，天然氣田開發(fā)數量增加及二氧化碳資源的開發(fā)，注氣混相驅的工業(yè)化應用已經成為油田開發(fā)三次采油中的重要技術。其中，CO2和N2更是近期研究較多和發(fā)展較好的混相驅替技術。目前，我國陸上已探明難動用儲量中，特低和低滲透油藏的儲量占較

23、大比例。如果只靠天然能量和注水開發(fā)，采收率低于20％?；煜囹?尤其是N2(煙道氣)、CO2)將是此類儲量有效的開發(fā)措施之一。但是，綜觀整體，由于缺乏氣源，CO2在我國發(fā)展前景不大，而對注天然氣或價廉物廣的氮氣提高采收率技術具有較大的發(fā)展空間。,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,混相驅油技術,氮氣驅(煙道氣驅) 氮氣驅(煙道氣驅)于20世紀70～80年代發(fā)展起來。注氮氣混相驅屬于多次接觸動態(tài)混相過程。注入的氮氣在高壓下通過蒸發(fā)作用從原

24、油中提取輕烴和中間烴類，當驅替前緣蒸發(fā)到足夠的輕烴和中間烴后，就能與油藏的原油混相而達到混相驅。由于氮氣與原油混相所需的最小混相壓力很高，因此注氮氣混相驅只能用于深層油藏或者高壓油藏。另外達到混相要求原油的輕烴含量高，氮氣不能混相驅替重質油藏。但是注氮氣可以節(jié)省能源，降低注入井成本，防止大氣污染。,①國外概況 在注N2(煙道氣)開發(fā)油氣田方面，美國、加拿大等美洲地區(qū)一直處于技術領先地位。他們不僅對實驗室進行系統(tǒng)的試驗研究工作，而

25、且對不同類型油田還成功進行了工業(yè)試驗，目前，制N2的工藝已經實現(xiàn)了工業(yè)化，并形成一套制N2．注N2．脫N2的工業(yè)化工藝流程與配套設施。N2已經呈現(xiàn)一種取代昂貴天然氣作為一種新注入劑廣泛應用于石油工業(yè)的趨勢。②國內概況 我國具有較為豐富的煙道氣資源，如勝利油田的勝利電廠、孤北電廠均位于油區(qū)以內，日排放量數千噸，如果回收這些廢氣不僅可以避免環(huán)境污染，還可以充分利用資源。我國很多低滲透油藏、帶氣頂油藏以及潛山油藏等都具有注氮氣混相驅

26、的條件。而且，考慮到天然氣成本和CO2供應問題，我國應重視注氮混相驅技術。對于深層低滲透油藏，可以采用氮氣(煙道氣)混相驅。,混相驅油技術,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,(3)解決辦法 ①擴大氣源，重視天然二氧化碳氣藏的勘探開發(fā)； ②研究西氣東輸和國外引進注天然氣的經濟技術可行性； ③引進國外技術，發(fā)展制N2和CO2的技術； ④開展利用油田附近熱電廠、石化企業(yè)的放空CO2的技術經濟

27、可行性研究； ⑤重視和加強室內研究和現(xiàn)場先導性試驗。,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,混相驅油技術,二氧化碳驅 二氧化碳驅最早可以追溯到20世紀50年代。二氧化碳驅包括二氧化碳混相驅和非混相驅。通常相對密度低于0.9042的原油采用混相驅。研究表明，二氧化碳在原油中的溶解能力超出甲烷，其溶解能夠顯著降低原油粘度和表面張力，促使原由體積膨脹；在高壓下，二氧化碳的密度遠高于天然氣，有利于減緩驅替過程中的重力指進現(xiàn)象。,混

28、相驅油技術,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,①國外概況 美國南部得克薩斯州和路易斯安娜州地層發(fā)現(xiàn)了豐富的二氧化碳氣藏。聯(lián)邦政府采取多種稅收優(yōu)惠政策，其制定的法規(guī)對二氧化碳驅非常有利。目前，美國絕大部分化學驅項目已經被二氧化碳驅取代。2000年，美國實施CO2混相驅63項，烴類混相驅5項，氮氣混相驅1項，注氣混相驅已經成為僅次于熱力采油的提高采收率技術。,混相驅油技術,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,②國

29、內概況 我國二氧化碳驅技術應用較晚。60年代中期，大慶油田和勝利油田開始二氧化碳驅室內和礦場實驗。但是，我國天然的二氧化碳資源比較缺乏，至今尚未發(fā)現(xiàn)大型的二氧化碳氣藏。目前二氧化碳單井吞吐的作業(yè)項目較多。二氧華碳的來源和成本比烴類溶劑有優(yōu)勢，可以從地層和電廠獲取，且氣層氣純度高，易輸送，對于水驅效果差的低滲透和小斷塊油藏，可以嘗試采用二氧化碳混相驅提高采收率技術。在我國東部主要產油區(qū)，天然氣氣源緊張，供不應求，CO2氣源目前還比

30、較少。盡管如此，注非烴氣體混相驅的研究和現(xiàn)場先導試驗一直沒有停止過。,混相驅油技術,,1963年首先在大慶油田作為主要提高采收率方法進行研究，1966年、1969年、1985年、1991年、1994年先后開展了注CO2先導性試驗，很受關注。吉林油田利用萬金塔CO2氣田的液態(tài)CO2，在吉林油田開展CO2吞吐和C02泡沫壓裂100井次以上。1996年江蘇油田富民油田48井開展了CO2吞吐試驗，并已開展了驅替試驗。在各油田和集團公司勘探開發(fā)研

31、究院進行了三次采油潛力二次評價。17個油區(qū)適用于CO2混相驅的地質儲量1.057×109噸， 占參評儲量10.4％，與水驅相比，平均可提高采收率16.38％，增加可采儲量1.73×108噸。各油區(qū)CO2混相驅技術潛力分析中所占比例大致為：新疆占51.75％，吐哈占7.5％，長慶占6.87％，遼河占11.6％，中原占18.9％，大港占1.81％，其它油田占1.49％。,混相驅油技術,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,用CO

32、2作為油藏提高采收率的驅油劑已研究多年。室內和現(xiàn)場試驗都曾表明CO2是一種有效的驅油劑。它能夠提高原油采收率的原因在于:(1)二氧化碳易溶于原油，可以起到如下作用：①原油體積增大，從而促使充滿油的孔隙體積也增大，這為油在孔隙介質中流動提供了有利的條件，若隨后注水，就可使油藏中殘余油量減小;②原油粘度降低，從而促使原油流動性提高，結果可以用少量的驅油劑達到一定的驅油效率，或者用一定量的驅油劑達到較高的驅油效率;③由于毛細管吸滲作用

33、得到改善而使油層掃油范圍擴大，水、油的流動性保持平衡。,混相驅油技術,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,,(2)二氧化碳易溶于水，在此前提下，可以起到如下作用: ①水的粘度有所增加，注入粘度較高時，水的流動性可降低，從而水、油粘度比例可以隨著油的流動性增大而變小: ②二氧化碳水溶液能與巖石碳酸鹽成分起反應，并能使其溶解，這時，儲集層滲透率提高，注入井的吸收能力增強; ③降低油水界面的表面張力，從而驅油效率提高。 (

34、3)二氧化碳對油、水相對滲透率曲線特征起到很好的影響(最終使殘余油飽和度降低)。 (4)二氧化碳可促進原油中輕質烴類(C2-C30)被抽提出來，從而同樣可使殘余油飽和度降低。,混相驅油技術,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,(5)在一定條件下，根據原油成分、溫度和壓力，二氧化碳具有無限制地與原油混相的能力，實際上可以達到很好的驅油的目的。 (6)二氧化碳在油、水中的擴散系數高，擴散作用可使二氧化碳本身重新分配和相系統(tǒng)平衡狀態(tài)穩(wěn)

35、定。 (7)在注入碳酸水時，殘余油飽和度可以大大地降低，如果在含水帶內，在碳酸水前緣前面會形成和保持二氧化碳氣游離帶。,混相驅油技術,國內外混相驅差距與發(fā)展趨勢,4 微生物采油技術,微生物采油(Microbial Enhanced Oil Recovery, MEOR)是利用微生物自身的有益活動及其代謝產物作用于油藏和油層流體來實現(xiàn)提高原油采收率的一項技術。微生物菌種和油藏條件的篩選確定是微生物采油技術中最為重要的兩個基本因素

36、;而微生物與油藏的適應性則是該項技術的關鍵。微生物提高原油采收率是繼熱力驅、化學驅、聚合物驅等傳統(tǒng)方法之后的利用微生物的有益活動及代謝產物來提高原油采收率的一項綜合性技術。與其他三次采油技術相比,MEOR具有適用范圍廣、工藝簡單、投資少、見效快、功能多、費用低、不損傷油層和無污染等優(yōu)點,是目前最具發(fā)展前景的一項提高原油采收率技術。,發(fā)展概況,微生物采油,1895年，Miyoshi首次記載了微生物作用于烴類的現(xiàn)象。1936年,Bastin

37、等又證實了油層水中存在著硫酸鹽還原菌等生理菌群, 美國科學家Beckman同年提出了細菌采油設想。Zobell1943年首先申請了把細菌直接注入地下以提高石油采收率的專利, 1946 年又提出了一套應用厭氧硫酸巖還原菌進行二次采油的現(xiàn)場實施方案。1947 年, Beck 進行了首次工業(yè)試驗。1953 年,Zobell又用其他類型細菌進行提高原油采收率的實驗研究, 此后又進行了多方面的研究, 奠定了細菌采油的基礎。,1954 年, Cot

38、y 等人首次進行了微生物采油的礦場試驗。從20 世紀50 年代起, 前蘇聯(lián)和東歐一些國家也對MEOR 進行深入的研究, 結果表明MEOR 對低產井效果很好。20 世紀70 年代, 波蘭、捷克、羅馬尼亞、蘇聯(lián)和加拿大等國相繼進行了許多礦場實驗, 均取得了較好的成果。1986 年美國國家石油和能源研究所(NIPER)選擇位于俄克拉荷馬州的Delawere - Childers 油田開展了微生物驅油礦場先導試驗。第一輪試驗表明, 所注入的微生

39、物能在地層中生長繁殖并產生有用的產物, 原油產量提高了13 %以上。在第一輪試驗的基礎上, 他們擴大了試驗區(qū)塊的面積, 于1990 年6 月在同一油田進行了第二輪試驗, 注微生物后原油產量增加了1916 %。,微生物采油,發(fā)展概況,俄羅斯從1988 年開始在Romashkinskoe 油田進行通過激活地下本源微生物提高石油采收率的試驗。在對地層中固有微生物的分析的基礎上, 針對性的選擇營養(yǎng)物和空氣隨注水作業(yè)一起將其注入到油層中。產出液分

40、析表明, 組菌濃度較注前升高, 油井產量也隨之提高。英國、加拿大、澳大利亞、波蘭等國也都開展了相應的研究試驗工作。,微生物采油,發(fā)展概況,我國于1955年開始微生物勘探研究。20 世紀60年代, 勝利油田和新疆油田開展過短期的微生物采油技術研究工作; 大慶油田在“七五”到“九五”期間的相關研究和試驗取得一定進展; 20世紀80年代末至90年代初, 中國科學院與吉林油田合作開展單井吞吐技術研究和試驗, 一些高校和科研院所單獨或與油田合作開

41、展室內研究和現(xiàn)場試驗; 20世紀90年代初, 國外(主要是美國) 公司為國內微生物采油提供技術服務, 主要進行井筒處理或單井吞吐。微生物采油的大部分現(xiàn)場試驗取得成功, 引起了油田重視, 特別是一些進入開發(fā)后期的老油田。,發(fā)展概況,微生物采油,微生物采油,微生物的共性,微生物是一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱，它們是一些個體微小、構造簡單、雜居混生的低等生物?？傮w上，微生物可以分為屬于原核類的細菌、放線菌等，屬于真核類的真菌、原生

42、動物等和屬于非細胞類病毒、類病毒等三大類。由于其體形都非常微小，因而微生物具有以下五大共性。 (1)體積小，表面積大：微生物一般指體長0.lmm以下的任何生物。一個典型的球菌的體積僅為1μm3，而其表面積與體積的比值卻非常大。這樣一個小體積大面積的系統(tǒng)，是微生物與其它大型生物相區(qū)別的關鍵所在，也是賦予微生物具有五大共性的本質和基礎。,微生物采油,(2)吸收多、轉化快：微生物可以在很短的時間內分解它自重許多倍的物質，發(fā)酵乳糖菌能在

43、1h內分解自重1000-10000倍的乳糖，產肌假絲酵母菌合成蛋白質的能力比食用牛強10萬倍，微生物的這個特性為其高速生長繁殖和產生大量代謝產物提供了充分的物質基礎，使微生物能夠發(fā)揮“活的化工廠”的作用。 (3)生長旺、繁殖快：微生物的生長繁殖速度極高，目前研究最透徹的大腸桿菌(Escherichia coli )的細胞在合適生長條件下，每分裂1次的時間是12.5-20min，若按每20min分裂1次計算，每晝夜可分裂72次，后

44、代數為4722366500萬億個。事實上，由于客觀條件的限制，細菌指數分裂速度一般只能維持數小時，因而在液體培養(yǎng)基中細菌的濃度一般只能達到108-109cell/mL。,微生物的共性,微生物采油,(4)適應性強，易變異：微生物有非常靈活的適應性，即使在惡劣的“極端環(huán)境”條件下，它們亦能存活。大多數細菌能在0-96℃的低溫維持生命；海洋深處的一些硫細菌可在250℃高溫下正常生長；有些嗜鹽菌能在飽和鹽水中正常生活;耐酸、堿菌可以生長的酸、堿

45、范圍要比一般生物寬得多;厭氧或兼勝厭氧菌在無氧或缺氧條件下能夠正常生長繁殖。由于微生物的個體一般都是單細胞、簡單多細胞或非細胞的，通常都是單倍體，加之其繁殖快、數量多和與外界環(huán)境直接接觸，所以會在很短時間內產生大量變異的后代。變異的形式最常見的是基因突變，涉及形狀、形態(tài)構造、代謝途徑、代謝產物的質和量的變異等。,微生物的共性,微生物采油,(5)分布廣、種類多：自然界中廣泛地存在和活動著種類繁多的微生物。就分布而言，微生物的傳播幾乎到了無

46、孔不入的地步。微生物只怕明火，地球上除了火山的中心區(qū)域外，從土壤圈、水圈、大氣圈直至巖石圈，到處都有微生物的蹤跡;土壤、河流、深海、鹽湖、沙漠、油井、地層中等有大量與其相適應的微生物活動著。就種類而言，微生物種類繁多首先反映在它們的種數多，到目前為止，人們已經認識的微生物大約只有10萬種，至多不超過生活在自然界中微生物總數的10%;其次，微生物的生理代謝類型多，分解地球上儲量最豐富天然氣、石油、纖維素等初級有機物為微生物所專有;再者，代

47、謝產物種類多，微生物究竟能產生多少種類的代謝產物，至今仍難統(tǒng)計.,微生物的共性,微生物采油,采油微生物的特點,采油微生物是油田開采中所使用的、以提高采收率為目的的微生物。因此，采油微生物仍然具有普通微生物的五大共性。此外，要達到提高采收率的要求，采油微生物至少還應該具有以下三個特點: 1)能夠在油藏條件下旺盛地生長繁殖。微生物在油藏條件下存活、生長與繁殖是微生物提高采收率的前提條件。因此，所應用的微生物必須適應油藏的礦物巖性，油

48、藏溫度，地層壓力，·地層流體的性質，包括原油性質和地層水的性質，如礦化度、pH值等。,2)代謝產物能夠有利于提高原油采收率。代謝產物的類型和產量始終是微生物提高采收率最為重要的涅茹出。雖然微生物的代說擠物十分復雜，但從提高采收率的角度，代謝產物的類型為:氣體、酸、有機溶劑、生物表面活性劑、生物聚合物等。微生物的活動及各產物的作用見表1.1。 3)能夠與地層的原生菌配伍。除了上述三個特點外，要充分發(fā)揮微生物采油的潛力，還

49、要求微生物能以石油烴作為其唯一碳源，最理想的是它能夠選擇勝地利用原油中對粘度影響大的組分作為營養(yǎng)源;在油藏中生長繁殖過程中不容易變異、或變異以后的代謝產物仍然是有利于提高原油采收率的組分;另外，所選微生物應無環(huán)境污染問題。,微生物采油,采油微生物的特點,,微生物采油,采油微生物的特點,采油微生物的來源,微生物采油,在微生物采油中，細菌是所用的一類主要微生物。盡管細菌種類繁多，但其形態(tài)卻比較簡單，基本上只有球狀、桿狀和螺旋狀三類。球狀菌

50、也稱其為球菌，根據其相互連接的形式可分為單球菌、雙球菌、四鏈球菌、鏈球菌和葡萄糖球菌等;桿狀細菌也稱其為桿菌，其形態(tài)較球菌復雜，常有短桿狀、棒桿狀、梭桿狀、分枝狀等;螺旋狀細菌也稱其為螺旋菌。自然界存在的細菌中，桿菌最為常見，球菌次之，螺旋菌最少。到目前為止，國內外所應用的采油微生物都是自然界中自然生長的細菌；而且，絕大多數是從油井產出液、油田污水或其周圍的污泥中分離篩選出來的。,微生物采油,采油微生物的來源,事實上，就采油微生物的來源

51、而言，一方面，可以從自然界中廣泛存在的自然生長的細菌中分離篩選、扶壯培養(yǎng)來獲得高效菌，滿足采油的要求；另一方面，可以通過生物工程、遺傳工程和基因工程的手段，針對油藏條件來構建采油用工程菌，例如有選擇勝降解作用的稠油降解工程菌、高產大分子量聚合物的調剖工程菌或菌體自身體積較大的調剖菌、高產表活劑和酸以及有機溶劑的驅油工程菌等。從自然界中分離和培養(yǎng)采油用的高效菌，目前還有大量的工作要做;采油用微生物工程菌目前在國內外都還沒有得到應用。顯然，

52、構建工程菌對微生物采油技術的意義更為重大，應用前景更好?？梢哉J為，隨著生物技術的發(fā)展和采油用微生物工程菌的研究和開發(fā)，微生物采油技術將會進入一個嶄新的時期，并在枯竭油藏開采中發(fā)揮十分重要的作用。,微生物采油,微生物采油,可以看出，目前用于微生物采油的細菌種數并不多。而對于一個具體油藏，無論是篩選自然菌，還是構建工程菌，都必須針對特定油藏條件進行。,微生物采油,微生物采油機理,微生物采油技術不但包括微生物在油層中的生長、繁殖和代謝等生物化

53、學過程, 而且包括微生物菌體、微生物營養(yǎng)液、微生物代謝產物在油層中的運移, 以及與巖石、油、氣、水的相互作用引起的巖石、油、氣、水物性的改變。（1）微生物改變原油組成, 使其變成低粘度原油 微生物以石油中正構烷烴作為碳源而生長繁殖,從而改變原油的碳鏈組成。微生物不斷老化, 改變石蠟基原油的物理性質, 影響原油液或固相的平衡, 降低石蠟基原油的臨界溫度和壓力。微生物的增加能大大減少儲層、井眼和設備表面的原油結蠟的溫度和壓力。微生

54、物生長時釋放出的生物酶, 可降解原油, 使原油碳鏈斷裂, 高碳鏈原油變?yōu)榈吞兼溤? 使重組分減少, 輕質組分增加, 凝固點和粘度均可降低,不僅改善原油在油層中的流動性, 而且會使原油品質得到改善。,微生物采油,微生物采油機理,（2）微生物改變驅油環(huán)境 ①生物表面活性劑 微生物活性劑組分主要為十六烷酸、十七烷酸和十八烷酸, 它能降低油水界面壓力,減小水驅油毛細管力, 提高驅替毛細管數。同時改變油藏巖石潤濕性,從親油變成親

55、水, 使吸附在巖石表面上的油膜脫落,油藏殘余油飽和度降低, 從而提高采收率。 ②生物氣 大多數微生物在代謝過程中都產生氣體, 如二氧化碳、氫氣、甲烷等, 這些氣體能夠使油層部分增壓并降低原油粘度, 提高原油流動能力。溶解巖石中的碳酸鹽, 增加滲透率; 使原油膨脹, 體積增大, 有利于驅出原油, 增加產量。同時氣泡的賈敏效應還會增加水流阻力, 提高注入水波及體積。,微生物采油,微生物采油機理,③酸和有機溶劑 生物產生的

56、酸主要是相對低分子質量的有機酸(甲酸, 丙酸) , 也有部分無機酸(即硫酸) 。它們能溶解碳酸鹽, 一方面增加孔隙度, 提高滲透率; 另一方面, 釋放二氧化碳, 提高油層壓力, 降低原油粘度, 提高原油流動能力。產生的醇、有機酯等有機溶劑, 可以改變巖石表面性質和原油物理性質, 使吸附在孔隙巖石表面的原油被釋放出來, 并易于采出地面。④生物聚合物 微生物在油藏高滲透區(qū)的生長、繁殖及產生聚合物, 使其能夠有選擇地堵塞大孔道,增大

57、掃油系數和降低水油比。在水驅中增加水的粘度, 降低水相的流動性, 減少指進和過早的水淹,,微生物采油,微生物采油機理,提高波及系數, 增大掃油效率。在地層中產生的生物聚合物, 能在高滲透地帶控制流度比, 調整注水油層的吸水剖面, 增大掃油面積, 提高采收率。微生物注入水驅油層后, 生長繁殖的菌體和代謝產物與重金屬形成沉淀物, 具有高效堵水作用, 封堵率可達到99%。 （3）微生物的直接作用通過在巖石表面上的生長占據孔隙空間, 用物理

58、的方法驅出石油, 改變碳氫化合物的餾分。微生物能粘附到巖石表面, 在油膜下生長, 最后把油膜推開,使油釋放出來。,微生物采油,油藏是由固、液、氣三相組成的，每種組成都有可能對微生物的存活和生長產生有利或不利的影響。對微生物在油藏中運移、生長、代謝作用及產物而言，其主要的影響因素有礦物的組成及性質，孔隙度和滲透率，地層壓力，流體的溫度、pH、礦化度，原油性質，殘余油飽和度等，這些因素都會進一步影響到微生物提高采收率的最終效果。,油藏條件,

59、1)地層礦物 油藏的固相主要由各種巖石和礦物組成，石油主要存儲于由砂巖和碳酸巖組成沉積巖的孔隙或裂隙中。雖然硅酸鹽和碳酸巖對微生物的活動沒有太大的影響，但這些巖石孔隙中的粘土和其它礦物對微生物和營養(yǎng)物的吸附會影響微生物在油藏中的運移和生長。粘土礦物、尤其是蒙脫石粘土有很高的陽離子交換容量，遇水容易水化膨脹和分散，分散后顆粒的表平面顯負電，端面顯正電，對微生物活動的影響更大。另外，油藏也是一個具有很大比表面積的多孔介質體系，大的比

60、表面積對微生物的活動亦有直接的影響。,微生物采油,油藏條件,2)孔隙度和滲透率 孔隙度和滲透率對細菌活動的影響反映在兩個方面。一是對細菌運移的影響，總體來說，細菌菌體的大小一般為長0.5-10.0μm，寬0.5-2.Oμm，這意味著孔喉尺寸小于0.5μm、滲透率小于75×10-3μm2時會阻礙細菌在孔隙中的運移;二是對細菌生長速率和菌體大小的影響，以毛細管模擬巖石孔隙的實驗表明，毛細管尺寸減小時，細菌生長速率和菌體大小

61、也減小。一般認為，孔隙尺寸應在1.0μm以上，滲透率應在1OO×10-3μm2以上。,微生物采油,油藏條件,微生物采油,油藏條件,3)地層壓力 與其它因素相比，壓力對細菌的活動影響較小。對大多數自然界中存在的細菌，10-20MPa一般不影響微生物生長。高壓不是主要問題，在30MPa微生物生存很好，當壓力達到50Mpa以上時對微生物生存有害。但是單厭氧菌在140MPa下能培養(yǎng)成活，在180MPa時能催活(becataly

62、stically active)。,4)溫度 對采油微生物而言，在所有的影響因素中，溫度是最為重要的一個因素。高溫會引起微生物生長緩慢，甚至導致其死亡。雖然某些微生物在可以低到-24℃或高達104℃溫度下存活，但它們不一定能滿足采油微生物的要求，即在油藏條件下能與地層原生菌配伍、正常生長繁殖并代謝有利于提高采收率的產物。對高溫油藏，應用兼性厭氧嗜熱菌是解決這個問題的一條途徑。,微生物采油,油藏條件,,微生物采油,就目前的應用情況

63、來看，對油層溫度高于75℃的油藏，應用的微生物應該是經過專門篩選和研究的嗜熱菌。不同微生物的耐溫能力不同，其生長、繁殖需要有一定的溫度范圍。表1.4為微生物生長的溫度范圍。,油藏條件,微生物采油,5)原油性質 原油的性質是又一個對采油微生物有重要影響的因素。原油性質對微生物的影響來源于兩個方面。一方面是原油中易揮發(fā)的輕質組分對微生物的毒性，一般認為，原油中碳數少于10個的烷烴都可能會對微生物產生毒性，毒性的大小因微生物種類的不同

64、而異;另一方面，原油中的瀝青等重質組分亦對微生物的活動不利。通常以原油的。重度(相對密度)來反映原油性質，它反映了原油中重質組分的多少，小于18的原油被認為是重質油或稠油。對于這類稠油，應該有針對性地篩選能利用大分子烴或非烴化合物的菌種。,油藏條件,微生物采油,6)礦化度 水是采油微生物生長繁殖的介質環(huán)境，與其它生物一樣，一定量的礦物質在微生物生長體系中充當無機營養(yǎng)物，礦物質的類型和含量在很大程度上控制著微生物的生長形態(tài)和代謝產

65、物的類型以及產量。地層水的礦化度一般都比較高，包括許多種鹽類，其中90%以上為NaCl。除了油藏溫度和原油性質外，礦化度是影響采油微生物活動的一個十分重要因素。礦化度對微生物的影響不僅反映在其高低上，礦化度過高對微生物生長不利。同時也反映在礦物質離子的類型和組成上，組成的改變可能會抑制微生物的生長繁殖、代謝機制和代謝產物的類型，如地層中缺氮、磷也不利于微生物生長。因此，采油微生物菌種篩選出來后，應該在所應用油藏區(qū)塊的地層水條件下再進行培

66、養(yǎng)試驗，進一步考察其生長繁殖速率、與提高采收率有關的代謝產物類型和產量以及菌種傳代和變異等。,油藏條件,微生物采油,7)可溶性物質 作為營養(yǎng)物，普遍來說，微生物生長過程中對C, N, P. S, Fe, Mg,K, Ca的需求量較大，而對Zn、Co、Ni、Na、W、Mo、Se、Co等需求量較小(一般低于10-4M)。地層水中除了大量的NaCl外，還溶解有許多種其它可溶性鹽類物質，它們可以作為微生物生長所需要的營養(yǎng)物質。但其濃度太

67、大時會對微生物的生長代謝產生不利的影響、甚至會對微生物造成毒性。所以，即使是同一種細菌，在不同的地層水中也可能會有不同的生長形態(tài)。,油藏條件,微生物采油,8)重金屬 油藏流體中一般都有重金屬存在，如Cu2+,Fe3+,Zn2+等。大部分油藏中重金屬的濃度不高(ppm級)，還不至于對微生物造成毒性，但重金屬的存在會對微生物生長速率和代謝機制產生影響，這種影響大小與菌種，其它環(huán)境條件如溫度、pH、礦化度等有關。同樣地，采油微生物菌種

68、篩選出來后，應該做進一步的實驗分析。9)水的活度 水是微生物存活及生長及的介質，水中的溶質直接影響微生物的生長過程。隨著水中溶質濃度增加，水的活度降低。,油藏條件,微生物采油,10)pH pH是影響微生物生長和代謝的一個生物化學因素。一般地，微生物能夠在pH為4.0-9.0的范圍內正常生長，大多數油藏pH在6.0-8.0范圍內，自然界的微生物一般能夠滿足這個要求。對特殊油藏，應該專門篩選開發(fā)嗜酸或嗜堿菌。11)殘余油