胜利油田关于细菌生化采油的探讨
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[摘 要]细菌生化采油技术是一种通过引入或刺激在油藏中能够存活的细菌来提高原油采收率的技术。自从1926年美国的Beckman提出将细菌注入地层来提高采收率的想法以来，经过70多年的不懈努力，细菌采油已由室内研究逐渐向现场应用转化。细菌采油以其费用低、工序简单、操作方便，既能采出流动的油，又能采出不流动的油等特点，成为继热驱、化学驱、气驱之后的又一种新的提高采收率方法。
[关键词]胜利油田；细菌驱油；单井吞吐；调剖；降粘
中图分类号：TE355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0381-01
目前，胜利油田已经成功地应用于细菌驱油改善原油流度、单井吞吐、调剖、降粘等方面，该纯梁厂利用该技术能够经济有效地延长油田开采周期，减少废弃的枯竭油藏。该方法发展到现在，不仅对轻质原油、中质原油的开采是有效的，而且在重油的开采方面也同样具有很大的潜力。与传统的方法相比，该方法在以下几个方面更具优势：首先，细菌驱油技术所采用的菌体多是从天然环境中获得的，没有污染，其营养物也是可分解的无毒物质；其次，MEOR方法的费用很低、运输费用很少，并且不需要对现场设备进行更多的变动。从所用的细菌来看，已被采用的方法主要包括激活油层本源细菌群落和注入能在地下起作用的外源细菌两种方法。
细菌产生的许多物质与EOR过程中使用的物质类似，其产物主要有气体、溶剂、生物表面活性剂、有机酸、生物聚合物等。细菌还可以利用其降解作用将大分子烃转化为低分子量的烃，并对原油重组份进行生化活性的酶改进。MEOR提高重油采收率的机理是这些作用的综合应用。具体机理可简述如下：
⑴ 产生气体与溶剂
过去的50年里，人们使用产气和产溶剂的菌多是梭菌属细菌。这些厌氧菌会产生H2、CO2、N2、CH4等气体。这些气体和液体代谢物溶进油内，使原油粘度降低，并能到达常规气驱方式达不到的孔隙内，提高驱油效率。产生的溶剂包括丙酮、丁醇、乙醇、异丙醇及其他少量溶剂也能使原油粘度降低。产生的乙醇作为助表面活性剂还可以与表面活性剂一起改善油的流动性。
⑵ 产生生物表面活性剂与酸
生物表面活性剂是MEOR在特定条件下生长过程中分泌并排出体外的具有表面活性的代谢产物。它可以降低油水界面张力、形成稳定的油水乳状液、改变储集层岩石的润湿性，从而增加储集层的油相渗透率。生物表面活性剂一方面具有化学表面活性剂的共性，另一方面又具有稳定性好、抗盐性较强、受温度影响小、能被生物降解、无毒、成本低等特点。细菌产生的酸类，尤其是低分子量有机酸使油相与盐水相之间的界面张力降低，并使岩石表面溶解。利用细菌就地产酸的方法可以解决诸如地层损害、油层相对渗透率低、毛细管力束缚油、结蜡、结垢等问题。
⑶ 产生生物聚合物
MEOR在地层中的增殖可产生大量的细菌，在适宜的条件下可产生不溶性的生物聚合物。两者均可封堵高渗带，改变液流方向，增大波及体积。此外，生物聚合物也应用于解决油层的底水锥进问题。通过向生产井直接注入细菌细胞和营养物，使细菌进入水驱油层并在油层孔隙的喉孔处产生聚合物，对含水层的孔隙进行有效的封堵。
⑷ 调节渗透率
就地生成的长期稳定的生物聚合物可以大大地降低多孔介质的渗透率，从而实现渗透率的调节，提高原油采收率。此外，细菌生长在水中，其代谢产物也排放在水里，因此对水的性质影响较大。主要表现在水的pH值减少、表面张力降低、水的粘度增加等。同时，细菌可明显改变水驱油毛管压力大小，降低油相在岩石表面的粘附力，使水湿油藏中水驱油毛管动力增加，减小油湿油藏中水驱油毛管阻力，从而增大油流速度，更快驱出更多毛细管中的剩余油。
已见到国内外许多MEOR开采稠油的室内实验和矿场试验的报道[25-32]。从见到的文献可以看出，室内实验是成功的。矿场试验仍局限在对单井的处理，有些试验不是很成功，有些取得了很好的效果。
Singer ME等从含重油和沥青质的土样中分离出产表面活性剂的细菌，并通过富集培养筛选出能在重油中生长的菌株。在委内瑞拉Monagas油田筛选出的细菌在粘度为25000mPa.s的原油中培养可产生稳定的乳状液，降粘率达到98%。产表面活性剂的细菌使Cerro Negro油田原油的粘度从25000mPa.s降到275mPa.s。Zhang Z和Qin T发现，嗜氧菌在重油中发酵时产生的含醇液，能与粘性重油形成稳定的油水乳状液。乳状液的粘度为12-46mPa.s，重油的粘度为2344mPa.s。Olsen D k和Janshekar利用鼠李糖脂生物表面活性剂（PG-201）对Bradford轻质原油和Wilmington重油进行了采收率评价实验。这种由铜绿色假单胞菌产生的鼠李糖脂生物表面活性剂，与石油磺酸盐表面活性剂的作用方式相同。其与聚合物一起使用，可以使Wilmington原油的采收率达到83%。Yen T F等人采用硫杆菌属菌株从油页岩中释出油母质和沥青质。硫杆菌属的氧化硫杆菌是一种化学无机营养型细菌，它通过还原硫化物的硫酸盐溶解油页岩的无机基质并释放出有机成分。胜利油田在稠油区块原油和地层水中分离筛选出了三株对稠油有降解作用的本源细菌，并将其应用于该区块原油模拟驱油实验研究。结果表明，水驱后的油藏中存在能降解稠油并产生羧酸、酯、醇和二氧化碳等产物的细菌。室内可通过调整培养物配方激活细菌，使采收率有较大提高；各单一菌种对原油的作用机制不同，细菌各菌种协同作用能大幅度提高原油产量。认为在经过更详细的细菌区系分析后，该区块稠油有望实现本源细菌驱。
胜利油田筛选出了适合其油田金108块稠油油藏的菌种LH-5。首先进行了室内实验研究，培养驯化出了适合该块的菌种，并对其生理特性及性能进行了评价。根据实验结果，在金108块3口稠油井上进行了2-3轮、8井次MEOR吞吐试验。依据菌种的活动规律和生长特性，决定注菌后关井4-7d。3口井分别注入细菌制剂0.5m3、营养液15m3和盐水15m3，关井7d，投产后3口井均处于正常生产状态，且产液量和产油量有所增加。
MEOR技术是一项涉及到生物工程、地质、油藏工程、采油工程等多学科的综合技术。菌种的开发与生产及其与油藏条件的配伍性是关键因素。一些现场试验的失败正是由于没有认识到这一点，只是根据未经过验证的想法或仅仅基于实验室研究。MEOR技术除了具有其优势外，也有其自身的局限性。细菌在温度较高、盐度较大、重金属离子含量较高的油藏条件下易于遭受破坏。细菌产生的表面活性剂和生物聚合物本身有造成沉淀的危险性，并且培养细菌的条件不易把握。因此，MEOR技术的发展方向是培养耐温、耐盐、耐重金属离子的易培养菌种。据报道，一种嗜极端酶首次应用于细菌采油，这种菌能经受710C、30MPa和pH达9的油藏条件。
结论：虽然MEOR技术的研究与应用取得了很大进步，但国内的应用规模还不大。应该加强该技术的多学科综合研究，培养出适合不同油藏条件的菌种。对相关的注入、动态分析预测、矿场监测等配套技术进行研究，并探索其与其他EOR方法结合的可行性，进一步提高我厂稠油的采收率。
参考文献
[1] 王秉海、钱凯，胜利油区地质研究与勘探实践，石油大学出版社，1992.