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值得关注的微生物采油技术

来源:财新网
摘要:三次采油技术经过多年的变革,目前主要有化学驱、热力驱、注气驱和微生物驱。其中化学驱由于其成本低并且见效快而被大范围使用,聚合物驱和三元复合驱则是化学驱的“主力”。和其他驱油方式相比,化学驱有着明显的优势,但也有一个让人无法忽略的软肋:对土壤、水资源具有剧毒性污染,并为施工人员带来了影响健康的风险。......

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石油是如何被开采出来的?许多人认为是地底下喷出来了,也有人认为是磕头机压出来的,其实石油开采是一件非常复杂的事,刚开始采油时,地层压力大,石油会自己喷出来,这被称为一次采油。慢慢地,地下压力没那么大了,油要想出来,就得需要用水往外赶,这就是二次采油,也称为水驱。用了段时间水驱后,地下砂岩中的较大孔隙已经被水打通,里面的油也被赶出来了,而小一些的孔隙,却再怎么注水也没用了。

这时只有15%—25%的石油被开采了出来,想要开采出更多的石油,就需要采取一些“手段”了。三次采油技术经过多年的变革,目前主要有化学驱、热力驱、注气驱和微生物驱。其中化学驱由于其成本低并且见效快而被大范围使用,聚合物驱和三元复合驱则是化学驱的“主力”。

和其他驱油方式相比,化学驱有着明显的优势,但也有一个让人无法忽略的软肋:对土壤、水资源具有剧毒性污染,并为施工人员带来了影响健康的风险。

有没有一种既环保又高效的采油方式呢?近几年,一种新的采油方式开始逐渐进入各大油田试验,并且取得了较好的效果。

化学驱油的危害

目前国内使用最多的三次采油技术为聚合物驱和三元复合驱。

聚合物驱机理就是在注入水中加入高分子聚合物,增加驱替相粘度,调整吸水剖面,增大驱替相波及体积,从而提高最终采收率。研究表明,聚合物驱推广应用后可提高采收率10%。而三元复合驱则是通过聚合物、碱、活性剂一起作用于石油开采,聚合物中加入碱和活性剂进入砂岩中,效果比聚合物驱要更好。

聚合物驱和三元复合驱都具较高性价比,不仅价格便宜,而且见效快,增产率也不错。但其软肋是对土壤、水资源具有剧毒性污染,并为施工人员带来了影响健康的风险。这就是工业生产中二次污染的环境成本,如今我们将无法对此忽视。

我们都知道石油在开采的过程中,如果发生泄漏会引起污染,但是却忽略了石油开采会带来的另一种污染:化学污染。化学品在推动社会进步的同时,也带来了可怕的后果。研究表明,人类患肿瘤病例的80%—85%与化学致癌物污染有关,致畸、致突变的比例就更高了。

例如聚合物驱和三元复合驱的主要成分都是聚丙烯酰胺,聚丙烯酰胺本身无毒,但它含有的单体丙烯酰胺是高毒物质,丙烯酰胺具有神经毒性,基因毒性,和致癌性。当大量聚丙烯酰胺聚集在土壤和水中,丙烯酰胺的含量就会超标。不仅会破坏脑神经中枢,还能致癌。

国际癌症研究机构(IARC)1994年对其致癌性进行了评价,将丙烯酰胺列为2类致癌物(2A)即人类可能致癌物,其主要依据为丙烯酰胺在动物和人体均可代谢转化为其致癌活性代谢产物环氧丙酰胺。

更可怕的是,石油主要成分是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物,本身就属于化学品,其与更多的化学成分和混合后,可能会产生更加复杂的化学反应,会带来的后果无法预计。

这些化学产品进入土壤后,会直接残留在土壤中,直接对油田周边的土壤造成污染,特别是油井所在的位置在庄稼地周边,直接造成的后果就是该庄稼地附近几亩甚至几十亩的土地,在未来2-3年内是不可以耕种的。

值得重视的是,即使2-3年以后,这块土壤里生长出来的农作物有可能化学含量超标,食用后会对人体造成伤害。而且,即使采用非常昂贵又费时间的方式来为土壤做修复,也无法回到最初的状态。

更让人担忧的是,越来越多的化学污染物通过各种方法渗入土壤体系,使得地下水污染严重。饮用污染的水可能直接导致癌症,也可能通过其他致癌因素而引起促癌作用。有调查显示,水源污染越重,肝癌发病率越高,水源污染较轻,发病率也降低。

生物驱油的出现

而生物驱油技术则不会有类似的问题,因为微生物采油是对油藏的无伤害处理,本身不会对土壤、地层水、原油造成混乱,原理就是生物产品的生物本质所决定的,与化学的作用完全不同,它直接作用于堵塞体又不会改变原油的特性,不会生成新的衍生物。

微生物在自然界中无处不在,从水体、土壤到空气都有,微生物及其代谢产物均是天然有机物,不会污染环境。所以,生物采油并不会对土壤造成任何的污染,即使油井在庄稼地周边,而通过生物采油的周边,不存在土地污染的问题,更不会对水造成污染。

利用微生物提高采收率的设想是由美国人贝克曼(Beckman)于1926年提出的。随后的四十多年间,工作人员就微生物对石油成因的作用和原油成分的作用做了一系列探索性试验研究,但并未取得显著的技术效果和经济效益。

人们对微生物采油技术的高度重视始于七十年代初,世界石油危机的爆发加快和促进了微生物采油技术的研究和应用步伐。到八十年代末九十年代初,高新科学技术特别是生物基因工程在全球范围内迅速发展,人们对微生物采油的认识进一步深化,在室内研究和矿场应用方面取得了一些突破性进。

近几年,微生物驱油技术日趋成熟,已在国内外得到较广泛的现场试验和应用。目前国内各大油田也开始陆续进行生物采油的试验,有一些已经取得了阶段性进展。目前,国际上也有斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿等大型公司在微生物采油领域取得了较好的成就,而国内也有一家公司自主研发了一款较为成熟的微生物采油技术。

苏州泽方新能源技术有限公司自主研发的“BERO生物表面活性剂”,是一项用微生物发酵成生物表面活性剂来开采岩层中原油的技术,效果可以维持12个月以上,并且不需要维护。这项技术目前在美国市场推广度较高,但也属于新型产品。

微生物采油有微生物本源与异源之分,本源是将细菌从油井内采出来,之后根据细菌的情况,定期向油井注入营养液,令细菌自行在地下繁殖复制;而异源则是将外地的细菌采集来,将发酵好的菌液注入至地下。

“BERO™生物表面活性剂”由于它的成品是酶,是非活性蛋白质,所以,它对不同地层、油井都可以适应,不受水的矿化度、压力、温度影响,并且适用于所有油井的油层清洁,从而提高原油采收率。

在现代生物学的基本认识上,酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作用的蛋白质。它可特定地促成某个反应而它们本身却不参与反应,且具有反应效率高、反应条件温和、反应产物污染小、能耗低和反应易控制等特点。

BERO™生物表面活性剂属聚合生物酶,且作为一种水溶性产品,具有非常高的释放储层岩石颗粒表面碳氢化合物的能力。注入地层后,因其具有主动性,可长久黏附在岩层表面,使岩层的属性转化成为亲水性的生物表面,可以降低润湿角及油层岩石颗粒的界面张力,从而减少了原油在储层孔隙中的流动阻力,同时由于BERO™生物表面活性剂的生物降解作用,将不断引起油滴形变、分裂,使其从岩层中释放出来,不仅能使滞留层的原油得到松动,也使油滴变小从而更容易从岩层的微孔隙中独立渗出直至采出。

由于酶的特性将形成一种油、水、和酶以及酶基酵素等成分的温和乳化液,该乳化液对滞留层起到阻止、触及、变更的作用从而达到清洁、减注驱油,提高采收率的效果。同时,且因其不生成其他新的产物而不会有堵塞孔隙和二次污染的问题。

经济效益

生物驱油的优势不仅仅局限在环保方面,在经济效益方面也有着不错的吸引力。

“BERO™生物表面活性剂”通过对国内11个油田、美国德克萨斯州和怀俄明州200余口低产油井的产业化开发与实验。成功率达95%以上,平均单井年增产300吨以上,年平均增产率120%以上,效果周期长达12个月以上。而同类型生物产品的年均增产率仅为30%。

如果按照投入产出比,BERO™生物表面活性剂则是在1:5。

按平均一吨BERO™生物表面活性剂用于一口老井解堵,可日增产1-1.5吨原油来算。目前我国每钻一口新井投资300到500万元之间,以最为保守的增产50%计算,则每解堵二口老井就相当钻一口新井,原油价格按每吨2400元(以国际原油价格估算),即增加收益至少240万元。

比如胜利油田2014年的原油产量是2787万吨,如果采用“BERO生物表面活性剂”,保守估计每年可以增产1000万吨,原油产量一下子就超过了巅峰时期的3355万吨。而在环保支出上每年更是可以节约至少2亿元,有资料显示,“十一五”期间,胜利油田仅仅在水井、水质治理方面就投入资金逾11亿元。

作者: 2015-9-17
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