利用微生物的封堵作用提高原油采收率

在油田注水開發過程中，油層內微生物活動引起的地層堵塞和生產系統的腐蝕問題一直受到很大關注，因為地層堵塞可以造成注入能力下降進而降低注水驅替效率;而微生物腐蝕使生產成本增加。但在三次采油過程中，通過營養物質的注入刺激某些微生物在油層中的生長與繁殖(同時抑制硫酸鹽還原菌的生長)，微生物一些代謝產物可以在高滲透區形成深度堵塞，利用微生物的這一作用可以使注入水進入二次采油過程中沒有被水所波及到的低滲透區去驅油來提高采收率，這就是微生物的選擇性封堵(Microbial Selective Plugging，MSP)。在當今注重環保和經濟效益的氛圍下，與其它堵水材料，(水泥、有機樹脂、磁性材料、聚合物、活性瀝青等)相比，微生物封堵技術具有低成本、環境友好且不傷害地層等優點，能形成深度封堵，具有很大的發展潛力。

1、微生物提高采收率技術

近60年來，許多微生物技術被研究去采油，例如微生物的單井處理被廣泛用于解除在生產井近井地帶由于蠟、瀝青質和固相顆粒等沉積而引起的堵塞，而微生物水驅和微生物選擇性封堵技術則被研究去提高整個油藏的采收率。微生物單井處理是一個相對容易實施的技術，目前已廣泛用于增加單井產量。和壓裂、酸化技術一樣，微生物的單井處理作用范圍是近井地帶，而不是整個油層，它對于采收率的提高沒有重要意義，本質上應該是一項增產措施。然而在許多文獻中，微生物單井處理技術被作為提高采收率技術來報道，這在石油工業帶來了很大混亂，給人們造成一種似乎微生物提高采收率技術已經廣泛應用的假象。而實際臺恰相反，目前的微生物提高采收率技術技術還處于現場試驗階段，還不成熟。這種概念的混淆使人們很難準確的去理解真正的微生物提高采收率技術過程。微生物提高采收率技術是在油層內微生物的生化作用與注水驅替作用相結合的技術，屬于油藏工程、微生物學、油田化學、微生物生態學等學科的交叉研究內容，它的作用機理和技術工藝要比微生物單井處理技術復雜的多。

提高采收率所涉及的主要問題就是如何采出通過繼續注水不能經濟地開采的那部分剩余油。通常，二次采油結束后，油層中的剩余油存在與兩個區域，一是在注水波及區，也就是高滲透區。因受粘滯力和毛細管力等作用，剩余油以油珠或油膜的形式附著在巖石孔隙空間，繼續注水已不能采出這部分油。一般在注水波及區采出程度約為50-90%。另外，由于地層非均質影響，還有大片注水未波及到的原始油區。這兩個區域的剩余油都是提高采收率技術的作用目標。微生物強化水驅就是微生物在地下的代謝產物(有機酸、溶劑、氣體等)來作用于油、水和巖石，通過降低油水界面張力、改變巖石表面潤濕性和減小油黏度來增強原油的流動性能，進而提高水的驅油效率。而微生物的選擇性封堵則是利用微生物代謝產生的聚合物和菌體自身形成的生物量來封堵高滲透區，導致注入水進入低滲透區驅油，從而擴大注水波及系數來提高采收率的。在這里，這種封堵作用強調微生物在油層條件下的代謝作用，不同于諸如黃原膠等地面微生物發酵生產的生物聚合物的注入。

2、微生物作用機理

目前，普遍認為微生物(包括在實驗室從其它環境篩選的微生物和油層內源微生物)在油層中的代謝產物如:有機酸、氣體、表面活性劑、聚合物和生物量等可以作用于油、水和巖石表面，經過復雜的物理、化學和生物反應來改變油、水和巖石的某些物理化學性質以提高采收率。無論是通過測定微生物處理后巖石潤濕性和原油組分、黏度、界面張力等性質變化，及巖芯滲透率減少來證明這種機理，還是通過NMR、CT、SEM等成像技術的直觀觀察，許多實驗室研究都已經證實了這些機理。

微生物產生的表面活性劑、溶劑和有機酸(多以醋酸為主)等，一般認為可以乳化原油，溶解多孔介質中的某些基質，如碳酸鹽成分，從而降低原油黏度和擴大孔隙體積等。許多實驗研究將微生物與原油一起培養，通過測定原油的性質變化，證實了油水界面張力可以降低50-90%、黏度降低約50-80%、原油輕質組分增加和含蠟量降低15%、巖石潤濕角從160降至O。但是這些機理至今為止沒有得到實踐的證實，現場試驗從來沒有提供具有說服力的證據。很少有關干現場采出液的這些性質變化的報道。

微生物產生氣體(C02、cH4和N2等)也是經常被許多文獻所引用的機理之一，認為這些生物氣的存在可以降低原油黏度和增加油層壓力。在微生物單井處理過程中，微生物作用范圍小，在近井地帶提高原油的流動性是可能的，然而在微生物提高采收率過程中則不同。這些氣體可以降低原油黏度，氣量很大時還可以進行混相驅。據估算，當CO2在1OMpa條件下在1m3孔隙體積的油、水兩相達到溶解飽和時，需要的CO2量為70kg。通常產生這么多CO2需要50kg的O2和20kg的C反應，O2在標準條件下在水中的溶解度為5g/m3，這就要在1m3孔隙體積中注入104m3水才能達到Co2的溶解平衡，這么大的注水量顯然是不實際的。在實際油層條件下，這個作用是微不足道的。

微生物的封堵機理是微生物在地下代謝產生的生物聚合物和活的或死的菌體在巖石表面形成生物膜(多聚糖和蛋白質的復合體)(見圖1)，細胞通過胞外聚合物而黏結、聚集成大的生物量(見圖2)等堵塞孔隙和喉道，最終降低高滲透區的滲透率。實驗室的研究已經證明了這樣的機理，巖芯流動實驗顯示注入微生物后，巖芯滲透率大幅度下降，并且形成了深度的堵塞。Stepp利用CT技術研究了多層非均質砂巖模型中的細菌封堵高滲透層的作用，經Leuconnstoc mesenteroides處理后的水驅油試驗可觀察到水進入低滲透層驅油的現象。