论文部分内容阅读
摘 要 实验研究表明微生物提高原油采收率技术可以给人们提供新的解决方案。尽管人类认识到微生物的这种潜能已有50年之久，但直到今天，人们才开始把这项技术应用到实践中。本文基于卡尔加里大学建立的大量石油微生物学的专业知识，对微生物发酵问题制定了一系列策略，为今后更好地开展微生物研究奠定了基础。
关键词 石油微生物 硫循环控制采收率
一、引言
微生物的应用将是一项较好的提高采收率技术，它可以延长老油田的开采时间，可以减少负面效应（发酵、腐蚀），还可以应用气化处理技术，从而提高原油采收率。
尽管人们认识到微生物的潜力已有50多年的历史，但是减少发酵产生的微生物驱油技术直到近年来才成功地应用于现场试验。硫酸盐还原菌（SRB）可以利用有机物使硫酸盐转变为硫化物，同时产生大量的H2S。许多油田实践证明，不断注入硝酸盐可以有效减少发酵。硝酸盐还原菌同样可以像SRB那样利用原油等有机物产生亚硝酸盐、氮气和氨。
当前研究的热门问题是地下的微生物群落是否可以把产生的CO2重新注入产生甲烷，以减少温室效应。但是，只有氢可以作为合适的电子供体。地下岩石和水反应可以产生氢，然后甲烷细菌利用氢把CO2转化为CH4。因此CO2向CH4的重要转化只希望发生在氢流动的地层。
二、石油微生物的发展方向
石油微生物涉及到微生物的繁殖、采收率、烃类的加工及其商业应用。加拿大自然科学与工程委员会（NSERC）工业研究分会（IRC），把石油微生物学作为卡尔加里大学可持续能源、环境和经济学院关键贡献性学科来提高和延伸当前的科研活动。有关研究项目将会咨询这些支持NSERC工业研究分会启动的工业伙伴。目前，已经确定了二个具有研究价值的领域。
（一）硫循环控制
在丹麦的Veslefrikk和Halfdan油田及北海的挪威部分区块，海水的注入导致附着在井筒附近油层岩石上的喜温硫酸盐还原菌（tSRB）引发硫化物的大量增加。温度较低的富含硫酸盐的海水与温度较高的（60～80e）富酸的有机地层水的混合促进了微生物在该区域的活动，产生的硫化物通过地层孔隙运移到生产井，因此对酸化污染的处理应瞄准井筒附近区域。据对注入井返排液和海水锥进的生产井分析，硝酸盐的加入成功地减少了该地区硫化物的生成。在Ekofisk地区，北海油田的另一个区块，几乎没有因为注入海水而引起油藏变酸，尽管如此，为了减少环境污染，人们正在考虑产出水的回注。实验室研究表明，产出水的回注会加强油藏酸化。ConocoPhillips的GrayJenneman博士通过检测产出水发现，tSRB被亚硝酸盐强有力地抑制了。硝酸盐不能指示tSRB活性的失效。观察发现，在Ekofisk地区的变酸不仅在注水井附近，而是遍及整个油层。在进行产出水回注时，亚硝酸盐是最有希望减少H2S产生的物质。BakerPetrolite公司的博士为Voordouw实验室提供了从北美和南美多个H2S含量较高的油气田中取出的产出水。几乎所有含有SRB和硝酸盐还原菌（NRB）的样品显示，硝酸盐和亚硝酸盐的注入在消除H2S方面潜力很大。同时还发现，在Encana的一个气田中，SRB对亚硝酸盐非常敏感。若不进行处理，H2S在储气层的大量积累会需要昂贵的清除费用。NRB和硝酸盐还原-硫酸盐氧化菌（NR-SOB）在很多油田的存在暗示着硝酸盐可以成功的使用。
（二）腐蚀控制
当金属暴露于酸性（高硫）条件下，油田装置的腐蚀和破损速度非常快。输送含水和油冷凝物的酸性气体的管道在刚开始使用的2个月内其壁的坑蚀累计可达80%（5mm），泵等机械的一些零件需要每月更换一次。如此高的更换费用将危及变酸油田的持续生产。阴极保护（加低电位以防铁的溶解）、清洁管内壁、使用防腐剂和生物杀菌剂是一些常用的防护性技术。SRB是造成高腐蚀速率的一个重要因素。
Voordouw实验室考察了硝酸盐和亚硝酸盐对安装在上升流生物反应器上的取样管的腐蚀作用。高的局部腐蚀速率归因于硫的存在，当硫化物仅被硝酸盐、亚硝酸盐或氧气部分氧化时，硫形成。应用亚硝酸盐可以很好地阻止SRB的生长，防止硫形成和减少腐蚀。硫或硫酸盐的形成取决于硫酸盐（S）对硝酸盐或亚硝酸盐（N）的比，比例高时生成硫，比例低时生成硫酸盐。如果硫酸盐在整个油层中到处都产生，那么在注入硝酸盐或亚硝酸盐时，径向稀释会导致S/N的比在注入井附近区域下降。硫的形成会损坏油藏渗透性，增加生产井的腐蚀，因此准确的油藏模拟对于控制硫循环和预测腐蚀风险非常重要。在Dow化学公司的SteveNa-jmy博士和NOVA化学研究与技术中心的JennyBeen博士的合作下，使用基因排序和电化学方法证实了亚硝酸盐专门阻止能够生产硫化物的SRB酶的作用。由于SRB的专一性作用，亚硝酸盐同常用的生物杀菌剂具有协同作用，像戊二醛、氯化苯甲铵和溴，这些都将影响微生物的功能。使用一些亚硝酸盐可以减少价格昂贵且毒性高的生物杀菌剂的用量，这样不仅降低了费用，而且减少了环境影响，提高了工人安全性。
三、总结
微生物提高原油采收率技术主要有两大类：微生物单井增油技术和微生物驱油技术。延伸技术包括生物降解（含油泥砂生化处理、外排污水生化处理）和NSERC目前已经确定的以下二个具有研究价值的领域。
（一）硫循环监控
内源微生物利用注入的硝酸盐和亚硝酸盐将可溶的硫化物转化为硫和硫酸盐，减少了发酵。IRC将进行：确定不同区域的关键参数并将其应用于油藏模拟模型中，以成功地去除有毒的硫化物，提高安全性，提高比更换技术成本更低的产品的质量；评估可沉淀硫化物与注入的亚硝酸盐作用产物的转化是否能够改善油藏渗透性，从而提高原油产量。
（二）腐蚀控制
在石油开采过程中，逐渐减少的硫化物浓度会降低腐蚀速度，并降低发生氢致开裂的几率。IRC将进行：延长油井、管道、抽油泵等机械的使用寿命，减少更新设备的花费；近来Voordouw实验室发现，在控制硫化物产生问题上硝酸盐和灭菌剂之间具有协同作用，在资金有限的情况下可以据此做好腐蚀控制工作。
参考文献：
[1]金静芷译.微生物提高石油采收率技术发展水平第一版[R].北京：中国石油天然气总公司情报研究所，1989.
[2]唐纳森著.微生物提高石油采收率[M].金静芷，王修恒译.北京：石油工业出版社，1995.
（作者单位：长江大学）
关键词 石油微生物 硫循环控制采收率
一、引言
微生物的应用将是一项较好的提高采收率技术，它可以延长老油田的开采时间，可以减少负面效应（发酵、腐蚀），还可以应用气化处理技术，从而提高原油采收率。
尽管人们认识到微生物的潜力已有50多年的历史，但是减少发酵产生的微生物驱油技术直到近年来才成功地应用于现场试验。硫酸盐还原菌（SRB）可以利用有机物使硫酸盐转变为硫化物，同时产生大量的H2S。许多油田实践证明，不断注入硝酸盐可以有效减少发酵。硝酸盐还原菌同样可以像SRB那样利用原油等有机物产生亚硝酸盐、氮气和氨。
当前研究的热门问题是地下的微生物群落是否可以把产生的CO2重新注入产生甲烷，以减少温室效应。但是，只有氢可以作为合适的电子供体。地下岩石和水反应可以产生氢，然后甲烷细菌利用氢把CO2转化为CH4。因此CO2向CH4的重要转化只希望发生在氢流动的地层。
二、石油微生物的发展方向
石油微生物涉及到微生物的繁殖、采收率、烃类的加工及其商业应用。加拿大自然科学与工程委员会（NSERC）工业研究分会（IRC），把石油微生物学作为卡尔加里大学可持续能源、环境和经济学院关键贡献性学科来提高和延伸当前的科研活动。有关研究项目将会咨询这些支持NSERC工业研究分会启动的工业伙伴。目前，已经确定了二个具有研究价值的领域。
（一）硫循环控制
在丹麦的Veslefrikk和Halfdan油田及北海的挪威部分区块，海水的注入导致附着在井筒附近油层岩石上的喜温硫酸盐还原菌（tSRB）引发硫化物的大量增加。温度较低的富含硫酸盐的海水与温度较高的（60～80e）富酸的有机地层水的混合促进了微生物在该区域的活动，产生的硫化物通过地层孔隙运移到生产井，因此对酸化污染的处理应瞄准井筒附近区域。据对注入井返排液和海水锥进的生产井分析，硝酸盐的加入成功地减少了该地区硫化物的生成。在Ekofisk地区，北海油田的另一个区块，几乎没有因为注入海水而引起油藏变酸，尽管如此，为了减少环境污染，人们正在考虑产出水的回注。实验室研究表明，产出水的回注会加强油藏酸化。ConocoPhillips的GrayJenneman博士通过检测产出水发现，tSRB被亚硝酸盐强有力地抑制了。硝酸盐不能指示tSRB活性的失效。观察发现，在Ekofisk地区的变酸不仅在注水井附近，而是遍及整个油层。在进行产出水回注时，亚硝酸盐是最有希望减少H2S产生的物质。BakerPetrolite公司的博士为Voordouw实验室提供了从北美和南美多个H2S含量较高的油气田中取出的产出水。几乎所有含有SRB和硝酸盐还原菌（NRB）的样品显示，硝酸盐和亚硝酸盐的注入在消除H2S方面潜力很大。同时还发现，在Encana的一个气田中，SRB对亚硝酸盐非常敏感。若不进行处理，H2S在储气层的大量积累会需要昂贵的清除费用。NRB和硝酸盐还原-硫酸盐氧化菌（NR-SOB）在很多油田的存在暗示着硝酸盐可以成功的使用。
（二）腐蚀控制
当金属暴露于酸性（高硫）条件下，油田装置的腐蚀和破损速度非常快。输送含水和油冷凝物的酸性气体的管道在刚开始使用的2个月内其壁的坑蚀累计可达80%（5mm），泵等机械的一些零件需要每月更换一次。如此高的更换费用将危及变酸油田的持续生产。阴极保护（加低电位以防铁的溶解）、清洁管内壁、使用防腐剂和生物杀菌剂是一些常用的防护性技术。SRB是造成高腐蚀速率的一个重要因素。
Voordouw实验室考察了硝酸盐和亚硝酸盐对安装在上升流生物反应器上的取样管的腐蚀作用。高的局部腐蚀速率归因于硫的存在，当硫化物仅被硝酸盐、亚硝酸盐或氧气部分氧化时，硫形成。应用亚硝酸盐可以很好地阻止SRB的生长，防止硫形成和减少腐蚀。硫或硫酸盐的形成取决于硫酸盐（S）对硝酸盐或亚硝酸盐（N）的比，比例高时生成硫，比例低时生成硫酸盐。如果硫酸盐在整个油层中到处都产生，那么在注入硝酸盐或亚硝酸盐时，径向稀释会导致S/N的比在注入井附近区域下降。硫的形成会损坏油藏渗透性，增加生产井的腐蚀，因此准确的油藏模拟对于控制硫循环和预测腐蚀风险非常重要。在Dow化学公司的SteveNa-jmy博士和NOVA化学研究与技术中心的JennyBeen博士的合作下，使用基因排序和电化学方法证实了亚硝酸盐专门阻止能够生产硫化物的SRB酶的作用。由于SRB的专一性作用，亚硝酸盐同常用的生物杀菌剂具有协同作用，像戊二醛、氯化苯甲铵和溴，这些都将影响微生物的功能。使用一些亚硝酸盐可以减少价格昂贵且毒性高的生物杀菌剂的用量，这样不仅降低了费用，而且减少了环境影响，提高了工人安全性。
三、总结
微生物提高原油采收率技术主要有两大类：微生物单井增油技术和微生物驱油技术。延伸技术包括生物降解（含油泥砂生化处理、外排污水生化处理）和NSERC目前已经确定的以下二个具有研究价值的领域。
（一）硫循环监控
内源微生物利用注入的硝酸盐和亚硝酸盐将可溶的硫化物转化为硫和硫酸盐，减少了发酵。IRC将进行：确定不同区域的关键参数并将其应用于油藏模拟模型中，以成功地去除有毒的硫化物，提高安全性，提高比更换技术成本更低的产品的质量；评估可沉淀硫化物与注入的亚硝酸盐作用产物的转化是否能够改善油藏渗透性，从而提高原油产量。
（二）腐蚀控制
在石油开采过程中，逐渐减少的硫化物浓度会降低腐蚀速度，并降低发生氢致开裂的几率。IRC将进行：延长油井、管道、抽油泵等机械的使用寿命，减少更新设备的花费；近来Voordouw实验室发现，在控制硫化物产生问题上硝酸盐和灭菌剂之间具有协同作用，在资金有限的情况下可以据此做好腐蚀控制工作。
参考文献：
[1]金静芷译.微生物提高石油采收率技术发展水平第一版[R].北京：中国石油天然气总公司情报研究所，1989.
[2]唐纳森著.微生物提高石油采收率[M].金静芷，王修恒译.北京：石油工业出版社，1995.
（作者单位：长江大学）