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国外生物技术在石油工业中的应用

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国外 生物技术 石油工业 中的 应用
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笫15卷笫1期 江汉石油科技 2005年3月 01.15 0外生物技术在石油工业中的应用 徐成孝 (西南石油学院) 摘要在工业发达的产油国,微生物技术已普遍用于石油工业的上游领域。目前主要用于 裂损害补救、井筒处理、防蜡、防垢以及防腐等作业中。文献报导最多、室内研究及油田 试验最多的均为工业化应用的报导并不多见。微生物驱,是20世纪后期研发 成功的提高采收率的一种新型方法,是利用微生物的生长、活动及其产生的多种代谢产物之不同特 性来实施增产措施的,其驱油类似于化学驱,但似有差别。目前,美国已把微生物驱列为继热驱、化 学驱、气驱之后的第四大生物技术也成功用于水驱、压裂增产、防蜡、防垢及防腐等 作业中,积累了不少经验。今后研究的重点,仍为驱油机理及工业化应用。 主题词微生物采油水驱压裂防腐蚀现场试验提高采收率 微生物技术,在国外已用于石油工业的上游领 域,目前,主要用于裂损害补救、处理 水驱作业中出现的问题;调剖、降低渗透率以及防 蜡、防垢和防腐等。但室内研究、矿场试验、文献报 导最多的仍是物 技术在下游领域中的应用近年才刚起步,诸如原油 脱硫、脱水、脱氮以及汽油脱硫、柴油脱硫和三废治 理等,正在室内探讨,个别已有中试装置。 微生物驱是提高原油产量的一种新型方法。即 利用微生物的生长、活动及其产生的多种代谢产物 来实施增产。按微生物的发酵方法,分为地面法及 地下法两种。工业发达的产油国,已在室内及矿场 进行了长期有效的研究和试验。目前,美国已把微 生物驱列为继热驱、化学驱及气驱之后的第四大 数试验表明:。 有人曾建议:用微生物的生长、活动来击破有机 基岩体,将吸附的原油解析出来。这一技术虽研始 于2直到90年代中、后期,才 普遍试用或小型工业化应用。俄罗斯在1982— 1999年间,先后在三个油田的26个油层进行了试 验,累积增产原油达457835t,效果明显。在阿拉伯 各主要产油国,常规一次采油及注水开发后,大量残 余油仍留于油层中。现场施工人员已视微生物驱是 采出残余油的一种可行、有效且经济的工艺技术。 1有关理论问题 微生物驱,是利用微生物在合适油藏条件下的 生长和代谢过程中产生的气体、有机酸、生物表面活 性剂以及生物聚合物等达到驱油目的,其驱油机理 类似于化学驱,但又有差异。实验表明: (1)有的新生产物可降低油—水界面张力,兼 有乳化剂的作用; (2)有的新生产物与岩石发生化学反应后,产 生出,对储层有增压作用。由于增溶作用而 增加了岩石孔晾度; (3)有的代谢产物可使重质油组分裂解,大分 子碳链变成相对小的分子链,从而降低了原油粘度; (4)有的代谢产物为生物聚合物,与生物体形 成生物膜,粘附于岩石表面,由于地层渗透率发生了 变化,使注入水转向,实现微生物调剖; (5)有的代谢产物具有选择性封堵或非选择性 封堵作用,控制了流动度,等等…… 研究人员在室内实验时,还考虑了润湿性、乳化 作用、吸附性以及原油流动时微观物质产生的变化 等,计算所试油藏微生物发酵后产生气体物质的饱 和度。 作者简介徐成孝,男,1961年毕业于兰州大学化学系 有机高分子专业,研究员。先后从事教学、科研及科技信息 工作。在13种正式刊物匕发表论文80余篇,著、译作5本。 维普资讯 ·6· 江汉石油科技 第15卷 2室内研究动态 2.1 .S.等人在室内系统研究了技术的驱替机理,利用渗透率等试验数据进行矿 场模拟试验,进一步证实了水驱后采用微生物驱的 可行性。他们采用三维三相多组分数值模拟微生物 的生长、消逝、培养基消耗以及对流、扩散等试验,取 得了许多有用的实验资料。 近年来,俄罗斯也能在矿场直接生产多糖聚合 物酶,产品为粉末状,使用时矿场即可配成溶液,其 质量、效果及价格均优于美国、法国及挪威的斯塔多 尔公司的产品。梅吉翁油气股份公司利用此工艺技 术后,使其在含水下降的同时增产原油达8013.4t。 后又在巴哈玛索夫油田使用,1700t。 .S.等人反复评估了青砂岩中稠油生物的转移或转化。他们在室内实 验中发现:特殊的生物菌可使含沥青砂岩中的稠油 进行转化或转移。若将碱液驱与微生物驱联合使 用,可明显降低油—水界面张力。 研究中,他们将一维、三维及多组分模型,用来 模拟细菌在微生物驱工艺过程中的传播、生长、代谢 过程以及预测细菌在孔隙介质中的活动而导致渗透 率的改变。引入对流—弥散方程及微生物动力方 程,以便较好地描述微生物在形成、营养物质的消耗及其利用。 (!of 文介绍了室内利用生物表面活性剂提高采 收率的工艺技术试验。试验表明:生物表面活性物 在80℃时仍具有相当高的稳定性能及表面活性,与 地层盐水也有较好的配伍性。在地层条件下,用低 浓度的使 油层的界 面张力由33.5mN/mN/m。若使用10% 的上述试样,可使采收率比常规水驱采收率提高约 13.05%一25.98%,且使前缘推进速度放慢,有利于 扫及效率的扩大。 s.S.物驱,且在矿场进行了试验。俄罗斯在这一技术 领域已研发20余年,此工艺优于外源微生物驱。 如:可省去菌种的开发、评估以及菌液的发酵等过 程,并可避免或降低由于菌种随传代繁育数量之增 加,而导致菌种性能的下降或改变,从而影响微生物 驱之效果。 本源微生物是在油田开发过程中随注入水而引 入油层的,在形成过程中只要提供足够的营养物即 可激活它们,并会向利于提高采收率方面的菌株发 展,迅速产生代谢产物,以促使提高原油的流动性, 在代谢产物、油层岩石以及与原油的相互作用下,促 使采收率的提高。 作者在20‘藏埋深50×10~ 皿 注入水及原生水矿化度75×10 除大裂缝外) 储层深度15(1 1984年前苏联在南马什一马克西英油田进行 了调整注水井吸水剖面试验。其目的想说明生物体 或代谢产物,由于形成胶团或絮状物而能选择性封 堵油层的高渗透层或降低高渗透层的渗透率。为 此,在试验区的1305号中心注水井注入5O 生物 活性物质,其后,油层下部高渗透层的吸水量明显下 降,而上层吸水量明显增加。在较原始压力高于1.5 的吸水量减少了15%。此工 艺后在巴什基尔等地区油田也进行了推广应用。 试验还说明:当岩石含有大量直径为1 时,若采用微生物技术,利用其生长、活动及产生 的生物化合物,能明显降低地层的渗透率。 例2 美国于1986.12月先后在23导试验区实施了的是:在老 油井中注^微生物液后能提高原油产量的可行性方 法及经济效益的评估。为此,预先在室内进行了与 油藏特征相配伍的注入液配方体系。利用注入配方 体系中的表面活性剂及地层中糖浆发酵后产生的代 谢产物——气体、有机酸等来改善微观的驱替效率, 结果表明:提高产量至少达13%。 此后,美国于1990年6月又在380进行试验。此次试验目的是:业化应用及其可行性评估。由中心站注人微生物 和糖浆等配方体系于试验区内的19口注水井中,受 监控的有47口采油井,3年后的1993年5月间,原 油产量提高了19.6%。 例3 有几口井为碳酸盐岩地层,原用降解瓜尔胶聚 合物压裂液处理,其中两口遭受严重损害。处理前 日产气15×10‘裂后尽管采用了抽吸、返排原 压裂液残余物等措施,但仍未见气。随后采用微生 物技术,原压裂液残余物被返排出,且开始产气,恢 复正常生产,其中一口油井自喷2个月,后又被堵 塞;再次用微生物处理,恢复自喷,其后,产量一直稳 定上升。 例4 近年,独联体先后在罗马什金油田进行了四次 微生物菌落技术矿场试验,效果十分明显。工艺特 点: (1)细菌为原油层中的固有细菌,不需使用地 面筛选程序; (2)适应矿场环境的生长及注入工艺流程,节 省了许多费用; (3)利用微生物菌落,使油藏内烃化物 产生微生物降解; (4)氧化作用过程是水、盐水及其氧化过程中 空气量的控制。氧化后产物有:醇、有机酸、醛等有 机化合物,活化后喜氧者可产生,并促使残 余油氧化成等。 现场四次试验分别示于图1、图2、图3、图4。 4结论 2业发达国家已将微生物技 维普资讯 :国外生物技术在石油工业中的应用 ·9· 术成功用于石油工业的上游领域。室内研究、理论 探讨及矿场试验均取得长足进步,为提高油气产量 作出了贡献。 利用微生物生长、活动及其代谢产物的各自特 性可提高驱油效率、补救压裂损害、处理水驱作业中 出现的问题、控制矿化物结垢、消除石蜡聚结、降低 原油粘度以及抑控金属管材的腐蚀作用等。 近年,有关微生物技术在石油工业中的应用方 面论文数量不少,但对其机理的解释仍偏少,且不够 理想。今后研究的重点,乃是微生物驱油机理及工 业化应用。 参考文献 1 .:f 8in 383. 2 .A.:f .4208. 3 .L.:l~OR.f 86746. 4 .R.e. e.o~f an 5935 .B.:e.5124. 6 L.e.-~f eⅡ_ 3229. 7 OR.to Ve 72126. 8 n o 72128. 9 一a V∞9652. 10 e,K.:f by OR. 8720. 11 bd,l~ 2125. 12 in at 1493. 13 S. 4(125497. (编辑康新荣) 运用双电层模型分析薄储集层 勘探实践证实,运用测井技术~Jo'评价薄层的真电阻率和孔 晾度,从而利用真电阻率和孔晾度计算单层含水饱和度和复合储层总的含水饱和度(但是生产这类纵向分层能力强且 径向探测深度大的仪器,其设计要求是很难实现的。 近几年,己发表了几种分析电阻率各向异性的方法,但仅限于特殊的地质情况。双电层模型(是新近提出的一种 研究各向异性的新方法。该方法运用浅的高分辨电阻率曲线识别低电阻层,运用深的低分辨率曲线识别薄层的平均径向电 阻率和垂直电阻率,并结合低分辨率总孔晾度,即可计算适用的复合地层是由双电层模型和滑动 时窗模拟的具电阻率各向异性的地层。理论计算结果及精确的测井实例都证明反应电阻率各向异性的地质模型及原理如下: (1)地质模型a:由两种地层组成。地层1为粗粒且阻率相对高;地层2为细粒且不含油气(1)的纯地层,电阻率相对低。两种地层孔晾度相同,电阻率各向异性是因为含水饱和度不同所致。 (2)地质模型b:由两种地层组成。地层1为粗粒且阻率相对高;地层2为不含油气()的泥 岩,电阻率相对低。两种地层孔晾度相同或差异很小,电阻率各向异性是因为含水饱和度不同所致。 (3)地质模型c:由两种地层组成。地层1为粗粒高孔晾度纯储集层,电阻率相对低;地层2为低孔晾储集层,电阻率相对 高。两种地层均饱含地层水(),电阻率各向异性是因为孔晾度不同所致。 (4)地质模型d:由两种地层组成。地层1和地层2是孔晾度、含水饱和度和电阻率均不同的两个储集层。地层1为高孔 晾度、低含水饱和度的储集层;地层2为低孔晾度、高含水饱和度的储集层。两种地层均含油气,电阻率各向异性是因为孔晾 度和含水饱和度不同所致。 (5)地质模型e:由模型a—阻率各向异性是因为模型(a—b)的孔晾度和含水饱和度不同所致。 在某种情况下可用以上层状模型a,b、c、多数情况下必须由复合模型摘自<油气勘探开发信息)2 维普资讯
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