微生物采油技术 陆周涛14302010031 随着城市的现代化发展的推进,世界的能源储备正在一 点点地衰减。当然,与我们生活的关系比较密切的便是汽油 的价格。相信,现在的有车一族最关心的也莫过于油价的波 动。从经济学的角度来看,石油的价格是受到供求关系的影 响的,当然我们关注的是石油的“供”。汽油来源于石油的提 炼,而石油开采便是我们可以努力的方面。下面我们就来认识一下比较环保而且高 效的微生物采油技术 技术原理 微生物采油技术是指将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入油层,或单独 注入营养也激活油层内的微生物,使微生物在油层中生长繁殖,并产生有利于提高 采收率的代谢产物或者直接作用于原油改善其物理性质,从而提高油田的采收率的 采油方法,也称为微生物强化采油技术( Microbial enhanced0 il Recovery,MFOR) 注水井 采油井 □一细接种+培养物,随后注盐水△ COz 生物表面 舌性剂集油带+代谢产物 有机酸 有机溶剂 生物聚合物 从定义中可以看出,根据微生物的来源可以将微生物采油技术进一步分为本源 微生物采油技术以及外源微生物采油技术。为了更好地理解不同来源的微生物对石 油开采的作用,先简单介绍一下微生物是如何提高石油采收率的
微生物采油技术 陆周涛 14302010031 随着城市的现代化发展的推进，世界的能源储备正在一 点点地衰减。当然，与我们生活的关系比较密切的便是汽油 的价格。相信，现在的有车一族最关心的也莫过于油价的波 动。从经济学的角度来看，石油的价格是受到供求关系的影 响的，当然我们关注的是石油的“供”。汽油来源于石油的提 炼，而石油开采便是我们可以努力的方面。下面我们就来认识一下比较环保而且高 效的微生物采油技术。 - 技术原理 - 微生物采油技术是指将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入油层，或单独 注入营养也激活油层内的微生物，使微生物在油层中生长繁殖，并产生有利于提高 采收率的代谢产物或者直接作用于原油改善其物理性质，从而提高油田的采收率的 采油方法，也称为微生物强化采油技术（Microbial Enhanced Oil Recovery,MEOR）。 从定义中可以看出，根据微生物的来源可以将微生物采油技术进一步分为本源 微生物采油技术以及外源微生物采油技术。为了更好地理解不同来源的微生物对石 油开采的作用，先简单介绍一下微生物是如何提高石油采收率的
首先,这一效果要得益于微生物自身的封堵作用和润湿作用。当微生物在油井 内增殖会密集成团,便可以选择性或非选择性地封堵地层中的大孔道,从而改变注 入水的流动方向,这样就可以扩大扫油面积;另一方面,微生物粘附在岩石的表面 可改善孔道壁面的润湿性,从而改善流动性。这样,采收率便会有所提高。 其次,由于微生物自身代谢会释放气体,比如二氧化碳、 甲烷、氢气、硫化氢等等,这些气体能够提高油层的压力使 得原油膨胀,同时这些气体能够溶解于原油使原油的黏度下 降,进一步提高流动性,提升采收率 第三,某些微生物代谢产物中存在酸性物质,比如低分 子脂肪酸、甲酸、丙酸、异丁酸等等,这些酸能够溶解石灰 石及岩石的灰质胶结物,从而增加了岩石的渗透率和孔隙度,同时溶解过程中会产 生气体产物C0,均降低了原油的黏度,提高原油的流动性 第四,微生物代谢产物中存在表面活性剂,亲水 基、亲油基分别转入两相的内部,从而降低表面张力, 便能够改变岩石的润湿性,消除岩壁的油膜,分散乳0 50 化原油,这样能够降低原油黏度,增加油相的流动能 力,提高驱油效率。 第五,微生物代谢会产生可以作为有机物溶剂的产物,比如丙醇、酮类、醛类, 可以溶解原油中的蜡和胶质,也能够降低原油的黏度,提高流动性 第六,微生物降低原油黏度的另一种途径是某些微生物能够将髙分子的石油烃 类物降解为低分子的烃类,于是增加了原油的流动性。 可以总结,微生物的各种使得采油率提升的途径都是归结到对原油黏度的降低 和流动性的改善。了解了微生物提高石油采收率的根本原因之后,下面介绍关于不 同来源的微生物不同作用
首先，这一效果要得益于微生物自身的封堵作用和润湿作用。当微生物在油井 内增殖会密集成团，便可以选择性或非选择性地封堵地层中的大孔道，从而改变注 入水的流动方向，这样就可以扩大扫油面积；另一方面，微生物粘附在岩石的表面， 可改善孔道壁面的润湿性，从而改善流动性。这样，采收率便会有所提高。 其次，由于微生物自身代谢会释放气体，比如二氧化碳、 甲烷、氢气、硫化氢等等，这些气体能够提高油层的压力使 得原油膨胀，同时这些气体能够溶解于原油使原油的黏度下 降，进一步提高流动性，提升采收率。 第三，某些微生物代谢产物中存在酸性物质，比如低分 子脂肪酸、甲酸、丙酸、异丁酸等等，这些酸能够溶解石灰 石及岩石的灰质胶结物，从而增加了岩石的渗透率和孔隙度，同时溶解过程中会产 生气体产物 CO2，均降低了原油的黏度，提高原油的流动性。 第四，微生物代谢产物中存在表面活性剂，亲水 基、亲油基分别转入两相的内部，从而降低表面张力， 便能够改变岩石的润湿性，消除岩壁的油膜，分散乳 化原油，这样能够降低原油黏度，增加油相的流动能 力，提高驱油效率。 第五，微生物代谢会产生可以作为有机物溶剂的产物，比如丙醇、酮类、醛类， 可以溶解原油中的蜡和胶质，也能够降低原油的黏度，提高流动性。 第六，微生物降低原油黏度的另一种途径是某些微生物能够将高分子的石油烃 类物降解为低分子的烃类，于是增加了原油的流动性。 可以总结，微生物的各种使得采油率提升的途径都是归结到对原油黏度的降低 和流动性的改善。了解了微生物提高石油采收率的根本原因之后，下面介绍关于不 同来源的微生物不同作用
首先是本源微生物采油技术。 主入井 牛产流体 : som 这种技术利用的菌种是油层中的处于休眠状态的固有菌群。以长期栖居在油层 中并以烃为唯一碳源生长的微生物活性作为基础,通过向油层补气通气并注入含有 磷源及氮源的矿物质无机盐等营养液,为微生物提供氧气和生命必 须的氮源磷源,激活微生物,从而可以通过 还图微生物的产气等作用提高石油的采收率。这 种技术主要有两大阶段:好氧发酵阶段和厌 氧发酵阶段。在好氧阶段,接近注水井地带的需氧型及兼性 厌氧型微生物被激活,它们以烃类作为碳源将其部分氧化产生醇、脂肪酸、表面活 性剂、CO2、多糖等,这些物质一方面可以作为厌氧微生物生长的原料,另一方面也 能对原油的流动性有一定的改善。接着氧气消耗完之后,便是厌氧微生物的厌氧发 酵阶段,主要是产甲烷菌和硫酸盐还原菌等在缺氧层被激活,从而降解石油产生甲 烷和二氧化碳,溶于石油便能够增加原油的流动性。 而另一种常用的采油技术则是外源微生物采油 这种技术利用的菌种是在地面培养的性能优异的微生物菌种 或孢子。将它们随营养物一起注入油层,菌种在适当的条件下会在 油藏中繁殖,生长产生大量的代谢产物,能够对油层的流动性有一 定的改善。当然由于油井内的环境(温度、压力等等),被注入油
首先是本源微生物采油技术。 这种技术利用的菌种是油层中的处于休眠状态的固有菌群。以长期栖居在油层 中并以烃为唯一碳源生长的微生物活性作为基础，通过向油层补气通气并注入含有 磷源及氮源的矿物质无机盐等营养液，为微生物提供氧气和生命必 须的氮源磷源，激活微生物，从而可以通过 微生物的产气等作用提高石油的采收率。这 种技术主要有两大阶段：好氧发酵阶段和厌 氧发酵阶段。在好氧阶段，接近注水井地带的需氧型及兼性 厌氧型微生物被激活，它们以烃类作为碳源将其部分氧化产生醇、脂肪酸、表面活 性剂、CO2、多糖等，这些物质一方面可以作为厌氧微生物生长的原料，另一方面也 能对原油的流动性有一定的改善。接着氧气消耗完之后，便是厌氧微生物的厌氧发 酵阶段，主要是产甲烷菌和硫酸盐还原菌等在缺氧层被激活，从而降解石油产生甲 烷和二氧化碳，溶于石油便能够增加原油的流动性。 而另一种常用的采油技术则是外源微生物采油。 这种技术利用的菌种是在地面培养的性能优异的微生物菌种 或孢子。将它们随营养物一起注入油层，菌种在适当的条件下会在 油藏中繁殖，生长产生大量的代谢产物，能够对油层的流动性有一 定的改善。当然由于油井内的环境（温度、压力等等），被注入油
井的微生物必须是性能优异的菌种,为了能够让菌种在油井能繁殖,在注入之前需 要设计最佳营养物,以及硏究菌种对原油及其他碳源的代谢活性,还要进行菌种的 适应性测试、运移测试、遗传稳定性测试等。 技术应用 这种技术实际可运用在采油井中(即单井吞吐采油)。从深海水样、热温泉、含 油土壤、活性污泥中分离并组成混合菌株,然后向采油井中注λ含油混合菌株的营 养液,关井数日或数周后再开井生产,若产量大幅下降则再重复这一步骤。一个比 较髙效的采油方案:梭状芽胞杆菌、芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、革兰氏阴性菌等细 菌混合培养物120L,用水稀释500kg至浓度为4%,注入井中,关井12天,原油产 量可达79% 另外这种技术也可以用在注水井中(即强化水 驱采油),通过芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属的代谢 活动增加水驱效果,同时由于微生物的选择性封堵 E程国 性,微生物优先封堵在高渗区,这样就会促使注入 水流向低渗区,从而扩大水驱的面积,提高采油率。一个强化水驱的采油方案:在 已注入水的油藏中,将120L梭状芽胞杆菌属、芽孢杆菌属、地衣芽孢杆菌属和4% 糖蜜200kg,注入注水井,关井12天后,每天注入2%糖蜜10kg,10个月后原油产 量增加13%,水油比降低30%,即用水量减少产油量增加。 技术优缺点 从1926年美国人 Beckman提出细菌采油的设想,到20世纪60年代,我国在大 庆首次研究微生物采油,再到现在广泛的应用,微生物采油技术在石油工业取得了 不错的效果。为什么微生物采油技术能够得到广泛的应用呢?这跟它的特点是分不 开的。首先,微生物采油技术的适用范围比较广,它能够应用到各种类型原油的开 采,包括轻质油、中质原油、重油。其次,微生物采油技术工艺简单,只要利用常 规注入设备即可实施,而不需要增加或者改造原来的注入设备。再者,微生物采油 技术的成本比较低,经济效益好,有些油田的投入产出比可达1:5,当然这也得益 于微生物培养技术的发展。最后当然这种利用微生物的技术对环境是相当友好的
井的微生物必须是性能优异的菌种，为了能够让菌种在油井能繁殖，在注入之前需 要设计最佳营养物，以及研究菌种对原油及其他碳源的代谢活性，还要进行菌种的 适应性测试、运移测试、遗传稳定性测试等。 - 技术应用 - 这种技术实际可运用在采油井中（即单井吞吐采油）。从深海水样、热温泉、含 油土壤、活性污泥中分离并组成混合菌株，然后向采油井中注入含油混合菌株的营 养液，关井数日或数周后再开井生产，若产量大幅下降则再重复这一步骤。一个比 较高效的采油方案：梭状芽胞杆菌、芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、革兰氏阴性菌等细 菌混合培养物 120L，用水稀释 500kg 至浓度为 4%，注入井中，关井 12 天，原油产 量可达 79%。 另外这种技术也可以用在注水井中（即强化水 驱采油），通过芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属的代谢 活动增加水驱效果，同时由于微生物的选择性封堵 性，微生物优先封堵在高渗区，这样就会促使注入 水流向低渗区，从而扩大水驱的面积，提高采油率。一个强化水驱的采油方案：在 已注入水的油藏中，将 120L 梭状芽胞杆菌属、芽孢杆菌属、地衣芽孢杆菌属和 4% 糖蜜 200kg，注入注水井，关井 12 天后，每天注入 2%糖蜜 10kg，10 个月后原油产 量增加 13%，水油比降低 30%，即用水量减少产油量增加。 - 技术优缺点 - 从 1926 年美国人 Beckman 提出细菌采油的设想，到 20 世纪 60 年代，我国在大 庆首次研究微生物采油，再到现在广泛的应用，微生物采油技术在石油工业取得了 不错的效果。为什么微生物采油技术能够得到广泛的应用呢？这跟它的特点是分不 开的。首先，微生物采油技术的适用范围比较广，它能够应用到各种类型原油的开 采，包括轻质油、中质原油、重油。其次，微生物采油技术工艺简单，只要利用常 规注入设备即可实施，而不需要增加或者改造原来的注入设备。再者，微生物采油 技术的成本比较低，经济效益好，有些油田的投入产出比可达 1:5，当然这也得益 于微生物培养技术的发展。最后当然这种利用微生物的技术对环境是相当友好的
微生物采油技术应用中的产物都是易于生物降解的,既不会损害地层,也不会在成 环境污染,是真正意义上的绿色采油技术 当然,这种技术到目前还存在着一些问题,一个是还没有弄清楚不同地层条件 下微生物提高采油率的机理以及岩石渗透率和细菌穿透能力的相互关系,另外是这 个技术还有一些缺点,比如微生物过度的封堵作用会导致地层堵塞,会将注入的化 学药品降解,还有油层中的硫酸盐还原菌产生的硫化氢会酸蚀油井等等。 当然,面对这样环保而且高效的采油技术,一定会有各种微生物学专家、石油 工程专家、地质学专家来共同研究这些问题,在未来也必定能够彻底査清各种现存 的疑问,也必定能够找到有效抑制微生物有害活性的方法
微生物采油技术应用中的产物都是易于生物降解的，既不会损害地层，也不会在成 环境污染，是真正意义上的绿色采油技术。 当然，这种技术到目前还存在着一些问题，一个是还没有弄清楚不同地层条件 下微生物提高采油率的机理以及岩石渗透率和细菌穿透能力的相互关系，另外是这 个技术还有一些缺点，比如微生物过度的封堵作用会导致地层堵塞，会将注入的化 学药品降解，还有油层中的硫酸盐还原菌产生的硫化氢会酸蚀油井等等。 当然，面对这样环保而且高效的采油技术，一定会有各种微生物学专家、石油 工程专家、地质学专家来共同研究这些问题，在未来也必定能够彻底查清各种现存 的疑问，也必定能够找到有效抑制微生物有害活性的方法