5-三等奖“萌芽杯”终期综述之微生物采油技术的发展及展望

北京化工大学第八届“萌芽杯”参赛作品—A类

北京化工大学

第八届“萌芽杯”参赛作品—A类

作品名称：微生物采油技术(MEOR)

的发展与展望

类别（综述类/实验类）：综述类

指导教师：周鑫

负责人：熊祥宇

联系方式：188********

2012年06月25

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团队成员及指导老师介绍

指导老师介绍：

团队成员介绍：

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目录

第1章定义及流程 (4)

第2章发展史 (5)

第3章油田水系中的细菌及作用 (5)

第3.1节细菌及作用 (5)

第3.2节菌种筛选 (6)

第3.3节多功能菌的构建与生物技术 (6)

第4章油层条件 (7)

第5章微生物驱油的数学模型研究 (7)

第6章微生物技术试验研究 (8)

第7章微生物勘探技术(MPOG)与微生物采油技术(MEOR) (9)

结论：研究进展与建议 (9)

参考文献 (10)

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微生物采油技术(MEOR)的发展与展望

熊祥宇，康仁晰，齐学康

摘要：

MEOR技术(Microbial Enhanced Oil Recovery)指将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入到油层，或将营养液激活油层内的微生物单纯注入，使其在油层内生长繁殖,从而产生提高采收率的代谢产物，提高油田采收率，也称微生物采油。微生物采油是一项技术含量较高的提高采收率技术，是一门新兴的交叉学科。本文系统地整合了微生物采油的各项技术，探讨了微生物采油技术的发展史，该技术与微生物勘探技术（MPOG）的结合应用以及该技术在国内外的应用，综合了较完整的微生物驱油数学模型，并站在发展的角度论述了该技术的发展前景及其发展方向。

关键词：

MEOR 微生物采油矿场应用室内研究采油率数学模型综述

引言

本文系统地整合了微生物采油技术的各项技术，探讨了微生物采油技术的发展史，该技术与微生物勘探技术（MPOG）的结合应用以及该技术在国内外的应用，并站在发展的角度论述了该技术的发展前景及其发展方向。

正文

第一章：定义及流程

MEOR技术，即微生物提高石油采收率技术。MEOR(Microbial Enhanced Oil Recovery)指将地面分离培养的微生物菌液和营养液注入到油层，或将营养液激活油

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层内的微生物单纯注入，使其在油层内生长繁殖,从而提高采收率的代谢产物，提高油田采收率，也称微生物采油[1]。

对野外注水并和完成油水采样的生产井，即可开展大量的实验进行筛菌工作，主要目的是筛选有益菌激，激活有害菌。这一过程包括本源计数（厌氧和好氧菌）、细菌的生长以及代谢产物的测定（常采用分光光度计和气相色谱仪测定）、硫酸盐还原速率和甲烷生成速率的测定（采用放射性同位素测定）以及稳定碳同位素组成等。在实验室研究基础上进行现场激活本源微生物的工作。这一过程主要是以地层固有的微生物活性作为基础，在注水过程中引入空气和磷酸盐以及含氮的矿物质。该过程有两个连续阶段构成。第一阶段：需氧的和兼性厌氧的烃氧化菌被激活，由于重油的部分氧化，形成了乙醇、脂肪酸、表面活性剂、二氧化碳、多糖和其他组分，这些物质一方面是油释放剂，另一方面为厌氧微生物（包括产甲烷菌）提供营养物质。第二阶段：产甲烷菌在缺氧层被激活，产生甲烷和二氧化碳，这些物质在溶于油后，就会增加油的流动性，进而增加采收率。这项工作的目的实现了微生物技术和物理化学调节的共同采油。

第二章：发展史

1895年Miyoshi首先记载了微生物作用于烃类的现象。1936年Beckman提出了细菌采油的设想。1943年Zobell申请了把细菌直接注入地下以提高石油的采收率的专利。

国内于1955年开始了微生物勘探研究。从1997年开始，大港油田率先在国内开展了微生物驱油矿场实验[2]。

第三章：油田水系中的细菌及作用

第3.1节细菌及作用

油田经长期注水开发，地层水中已形成了较为稳定的微生物群落。注水开发是决定微生物在油层生态系统中分布状况的主要因子。在注水量相对稳定的情况下，地层水中微生物群落在数量和种类上相对不变，在较深的地层中由于温度和压力较高，微

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生物群落的结构相对简单；而在温度低于100℃的较浅的底层中，微生物群落较为复杂种类多且数量大，以细菌为主，主要包括石油烃降解菌、脱氮菌、产甲烷菌、硫酸盐还原菌、铁细菌、硫细菌和腐生菌等。这些细菌的存在一方面会对岩石、原油等产生积极的作用，提高石油采收率；另一方面又可能造成注水井及油井的腐蚀与堵塞。

微生物可改变驱油环境：1.生物表面活性剂。微生物活性剂组分主要为十六烷酸、十七烷酸和十八烷酸，它会降低油水界面压力，减小水驱油毛管力，提高驱替毛细管数；改变油藏岩石润湿性。2.生物气。绝大多数微生物在代谢过程中产生气体，这些气体能够使油层部分增压并降低原油粘度，提高原油流动能力；气泡的“贾敏相应”会增加水流阻力，提高注入水波及体积。3.酸和有机溶剂。微生物产生的酸一方面增加孔隙度，提高渗透率；另一方面释放二氧化碳，提高油层压力，降低原油粘度，提高原油流动能力。产生的醇、有机酯等有机溶剂可以改变岩石表面性质和原油物理性质，使吸附在孔隙岩石表面的原油被释放出来。与此同时微生物还产生两种未知醇类，这些都是微生物在发酵原油过程中的代谢产物，它们有利于改善原油粘度，类似轻度酸化，增加岩石孔隙度，从而提高原油产量。4.生物聚合物。微生物在油层高渗透区的生长、繁殖及产生聚合物，使其能够有选择的堵塞大孔道，增大扫油系数和降低水油比[3,5]。

第3.2节菌种筛选

菌种筛选是MEOR技术的关键。菌种筛选主要向两方面发展，一是提高菌种耐温性，以适合更广的油层范围；二是只提供部分无机营养物，希望以原油为碳源，降低注入营养物成本。菌种筛选的原则以及要求：①厌氧条件下能够生存并以原油为营养物；②能够降解石蜡或者大分子烷烃及其他有机物质；③能产生气体；④能产生生物表面活性剂；⑤能产生有机溶剂；⑥能产生有机酸；⑦极限温度低于120℃；⑧极限矿化度低于150000mg/l[2]。

第3.3节多功能菌的构建与生物技术

在微生物采油技术研究中开发建立了PCR基因扩增、细菌基因序列分析、遗传基因检测等技术方法，为构建复合性多功能石油烃降解菌及促进MEOR发展起到了积极

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的推动作用。

第四章：油层条件

微生物生长适宜的条件包括温度、压力、矿化度、渗透率、含油饱和度、pH值、原油相对密度等[2]。1.温度是最为重要的因素。油层温度以30—50℃成功率最高利用嗜热菌可以在80—100℃的油层温度的条件下进行MEOR处理。2.深度与温度成一定的相关性，MEOR适用的油层深度一般小于1500m。3.矿化度是影响采油微生物的重要因素，矿化度过高对微生物生长不利。4.压力对细菌的活动影响较小。5.原油的性质是一个对采油微生物重要影响的因素。6.一般的微生物能够在pH值为4.0—9.0的范围内正常生长，大多数油层pH值在6.0—8.0范围内。7.细菌在油层中运移，要求油层渗透率不应低于0.05μ㎡，孔隙度应大于15％。

国内常用MEOR适用的油层条件标准为：1.油层温度小于等于120℃；2.地层渗透率大于等于0.003μ㎡；3.地层水矿化度小于等于150000mg/l；4.原油粘度小于等于4000mPa·s。

第五章：微生物驱油的数学模型研究

80年代末9O年代初,国外开始进行微生物提高采收率的数学模型研究和数值模拟研究.1988年,Knapp R. A等在12届世界计算科学大会上发表了“微生物在多孔介质油层中生长和运移模型”论文.1990年，Zhang X.在俄克哈马大学完成了“微生物强化采油的数学模型”的硕士论文.Islam M. R等在65届SPE年会上发表了“微生物强化采油数学模型及筛选标准”论文.1991年Chang M. M.等在66届SPE年会上发表了“微生物在多孔介质中运移现象的实验研究与模拟”论文.1994年:俄罗斯科学院油气研究所的Sitnikov A. A.和Eremin N. A.在SPE上发表了“复合岩石微生物强化采油的数学模型”.1996年Desouky S.M.发表了“微生物强化采油的一维数学模型和实验验证”论文。这些模型多以黑油模型为基础,引入微生物生长方程、运移方程和

渗透率变化方程等。

目前国内尚无微生物驱油数学模型公开报道。雷光伦在参考国外微生物驱油数学模型和分析研究微生物驱油过程及机理基础上，提出了一个较完整的微生物驱油数学模型[4]，主要包括：

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以上为三维、三相、多组分产物与底物的微生物驱油数学模型，模型可计算微生物生长、运移和浓度分布等。初步计算表明，计算值与实验值基本一致。以上数学模型要全部实现数值模拟化，还需做大量工作。由于数值模拟计算的复杂性，作者正在研究用分形几何方法对水驱油过程、化学驱油过程、微生物驱油过程进行动态仿真，以便为提高采收率研究提供一种更方便、更直观的研究方法。

第六章：微生物技术的实验研究

微生物采油室内研究[6]。MEOR菌种筛选步骤：含菌样品→富集好氧培养→单株菌分离纯化→穿刺接种→富集厌氧培养→室内初步模拟实验→生化、代谢产物测试→物理模拟实验→确定菌种组合。（穿刺接种的目的在于初步判断菌种的需氧性，将好氧菌去除，以减轻下一步厌氧筛选的工作量。室内初步模拟实验检验试验菌能否在该油藏环境下生存。）

营养物的配置主要根据地层条件、营养成分和费用来确定。从经济角度来看，营

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养物最好以烃类物质为主。矿场实验的一般程序：MEOR按其注入、生产方式大致分为单井吞吐法和微生物驱法。在温度保持恒定的厂房将微生物注入营养罐，培养至必要的菌体浓度。然后通过混合罐与无机盐水及营养源培养液混合，制成设定浓度的菌体悬浊液，用注水泵从注入井注入油层。实施水驱的油田，最好利用注水管线泵等现有设施进行MEOR。单井吞吐是一种间歇的生产过程，关闭油井一段时间后投入生产，反复这一循环。微生物驱是一种连续的生产过程，从注入井注入微生物及营养物质，由生产井采出原油[7]。

矿场应用的研究展望。迄今有关微生物采油的研究有很多，但筛选MEOR高效新菌种的研究工作才刚刚开始。筛选和评价方法的确立是急需解决的问题。通过基因工程及PCR细菌基因检测[8]的手段选育高效菌株[9]，以提高产生对驱油有利的代谢产物的能力引起了众多研究者的广泛关注。

第七章：微生物勘探技术（MPOG）

与微生物采油技术（MEOR)

地质微生物技术包括油气微生物勘探技术（MPOG）和本源微生物采油技术（MEOR）。石油和天然气工业是国家重要的基础能源工业，其上游工程MPOG当前面临新的发展形势。MPOG是地表勘探法的一个分支，主要研究近地表土壤层中微生物异常与地下深部油气藏的相关关系。

油气微生物勘探技术是在油气藏压力的驱动下，油气层的轻烃气体持续的向地表做垂直扩散和运移，土壤中的专性微生物以轻烃气作为其唯一营养来源并在油气藏正上方的地表土壤中生长发育和形成微生物异常[10]。采用MPOG技术可以检测出这种微生物异常，进而预测下伏油气藏的存在。

结论——研究进展及建议

微生物采油是一项技术含量较高的提高采收率技术，是一门新兴的交叉学科。室内研究表明微生物采油可在原有基础上提高采收率5—12%，现场应用的成功经验说明，微生物采油更是应与我国下列类型油层：1.温度小于40℃的油藏；2.普通稠油油藏；3.含蜡量较高的油藏；4.复杂断块油藏。我国微生物采油技术与世界先进水平还

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存在不少差距。主要表现在：1.菌种单一，尤其是提高采收率功能强的菌种不多；2.室内机理研究部全面；3.理论研究不够。

世界上油气资源潜在储量相当可观，但随着中质原油和轻质原油产量的逐渐减少，越来越多的人们开始寻找经济开采稠油的途径。稠油[11]是全球石油烃类资源中的重要组成部分，约占全球油气资源总量的1/3。但是稠油的许多物化特性使得它很难采出，开采费用相对较高。稠油作为未来的一种重要的战略资源，有着巨大的开发前景。

从世界范围看，目前MEOR技术研究的油藏主要是以三次采油和剩余油为主，所以在现有微生物强化采油技术的基础上，针对提高稠油这一极具潜力油藏开采的菌种的筛选和优化是接下来MEOR技术研究的关键。

参考文献：

[1] 董义明.浅析MEOR技术在提高原油采收率方面的研究与应用[J].中国石油和化工标准与质量，2011,31(7).

[2] 窦启龙，陈践发，王杰，张殿伟.微生物采油技术的研究进展及展望[J].天然气地球科学，2004,15(5).

[3] 孔祥平，包木太，马代鑫，宋永亭，高光军，李强，潘永强，王修林.油田水中细菌群落分析[J].油田化学，2003,20(4).

[4] 雷光伦.微生物采油技术的研究与应用[J].石油学报，2001,22(2).

[5] 宋文强，马陈勇，黎朋军.微生物采油技术在海洋石油中的应用[C].//第十三届中国海洋（岸）工程学术讨论会.第十三届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集. [6] 李庆忠，张忠智，王洪君，罗一菁，郭绍辉.微生物采油室内研究进展[J].油田化学，2001,18(4).

[7] 张忠智，李庆忠，王洪君，罗一菁，郭绍辉.微生物采油矿场应用研究进展[J].油田化学，2001,18(4).

[8] 冉海涛，齐艳丽，段景杰.微生物采油中PCR基因技术的开发与应用[C].//吉林省第四届科学技术学术年会.吉林省第四届科学技术学术年会论文集.

[9] 伍晓林，候兆伟，陈坚，伦世仪.以石油烃为唯一碳源微生物采油现场试验研究[J].哈尔滨工业大学学报，2005,37(10).

[10] 梅博文，袁志华.地质微生物技术在油气勘探开发中的应用[J].天然气地球科学，2004,15(2).

[11] 王春明.多环芳烃降解菌分离、降解特性及在稠油微生物采油中的应用研究[D].四川大学：生命科学学院，2007.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8vce.html