□勝利油田微生物技術(shù)首席專家 汪衛(wèi)東

由于微生物具有種類多、分布廣、適應(yīng)性強、繁殖快等特點，幾乎所有的生產(chǎn)活動均受其影響。在油田的勘探開發(fā)過程中，微生物的影響作用自始至終，其中有害的方面包括生物腐蝕、注入水水質(zhì)惡化、低滲透油藏注水堵塞、原油和成品油酸性化等；有益的方面包括利用微生物勘探、采油、處理回注水，以及利用生物酶解堵和壓裂液破膠、土壤石油污染修復等。

微生物與石油勘探開發(fā)關(guān)系的研究正在不斷豐富發(fā)展，并逐漸形成了地質(zhì)微生物學的一個重要分支——石油微生物學。

石油微生物技術(shù)是典型交叉學科的應(yīng)用技術(shù)。油藏本身是一個復雜體系，同時對微生物來說又是一個極端環(huán)境，在這種復雜環(huán)境中應(yīng)用微生物技術(shù)具有挑戰(zhàn)性。目前關(guān)注較多、發(fā)展較快的技術(shù)主要有微生物采油技術(shù)和微生物處理回注水技術(shù)，其中微生物采油技術(shù)已發(fā)展了多項工藝，包括微生物清防蠟、微生物單井吞吐、微生物驅(qū)油等技術(shù)。

勝利油田微生物采油技術(shù)經(jīng)過近30年的探索，取得了突破性的進展。

前期，微生物單井吞吐技術(shù)僅能處理油井的近井地帶，消除儲層近井地帶的有機和無機堵塞，提高油井產(chǎn)量�，F(xiàn)在，單井吞吐技術(shù)處理范圍進一步擴大，可深入油藏，不僅起到疏通作用，而且能對油井井控的殘余油乳化降黏，提高產(chǎn)量、延長有效期。特別是在一些地面不具備熱采條件、地下水驅(qū)效果不理想的常規(guī)稠油油藏，新的微生物單井吞吐技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，并已在西部油區(qū)展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

微生物驅(qū)油技術(shù)也從單純的外源微生物驅(qū)發(fā)展為內(nèi)源微生物驅(qū)、微生物發(fā)酵液驅(qū)，現(xiàn)在正在研發(fā)不同的微生物代謝產(chǎn)物強化水驅(qū)等相關(guān)技術(shù)，以滿足不同類型油藏進一步提高采收率的需要。目前，勝利油田微生物采油技術(shù)年增油已達20多萬噸。

微生物驅(qū)油技術(shù)主要有兩個發(fā)展方向。

一是內(nèi)源微生物驅(qū)技術(shù)，目的是延長油藏開發(fā)壽命。在油藏開發(fā)的后期，通過人工調(diào)控油藏中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，依靠油藏中內(nèi)源菌群落作用，將難以開采的殘余油轉(zhuǎn)化為天然氣采出。勝利油田在油藏中發(fā)現(xiàn)了微生物降解原油產(chǎn)甲烷的全新代謝途徑，這為原油氣化技術(shù)提供了理論支撐，研究成果于2022年發(fā)表于《自然》主刊。不同油藏在水驅(qū)過程中的內(nèi)源微生物群落存在較大差異，而且同一油藏不同時期內(nèi)源微生物群落也在演變，所以，實施微生物驅(qū)油前需要開展針對性的系統(tǒng)研究，才能制定方案，技術(shù)推廣難度加大。為此，勝利油田制定了微生物驅(qū)油技術(shù)規(guī)范，以加快具體油藏微生物驅(qū)油前期研究實施方案制定的速度，為該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

二是研發(fā)的生物表面活性劑和生物多糖，可替代目前化學表面活性劑和化學聚合物，提高高溫高鹽油藏采收率。生物表面活性劑和生物多糖不僅具備相應(yīng)化學劑的性質(zhì)和功能，而且其生產(chǎn)過程中不以石油為原料、生產(chǎn)過程耗能低、原料可再生、使用后可生物降解，屬綠色環(huán)保型驅(qū)劑，在地面不污染環(huán)境，在地下不破壞油藏。勝利油田代表中國石化牽頭承擔了國家重點研發(fā)計劃項目“油田采油生物制劑研發(fā)及應(yīng)用”，目的是研發(fā)適合油藏環(huán)境的生物表面活性劑、生物多糖和生物酶體系用于油田開發(fā)，減少化學劑的使用。

化學驅(qū)提高采收率技術(shù)早已進入規(guī)模化應(yīng)用，但化學驅(qū)由于技術(shù)本身的局限性，不可能覆蓋所有的油藏。因此在不能進行化學驅(qū)的油藏開展微生物采油技術(shù)探索也是一個重要發(fā)展方向。

經(jīng)過近年來大量的室內(nèi)研究和現(xiàn)場實踐，目前微生物采油技術(shù)正在從先導試驗階段向工業(yè)化應(yīng)用邁進。我國目前油藏綜合含水率超過95%的儲量已達35億噸，預(yù)計10年后將達到70億噸，經(jīng)過化學驅(qū)后的油藏也面臨著進一步提高采收率的問題，現(xiàn)有技術(shù)開采的平均采收率僅為50%左右，仍有大量的剩余油無法經(jīng)濟有效開發(fā)。如何高效深度開發(fā)這部分資源已經(jīng)成為我國石油開發(fā)領(lǐng)域亟待解決的問題。

研究表明，通過微生物將油藏中不能流動的原油轉(zhuǎn)化為甲烷，可將低品位油藏轉(zhuǎn)化為氣藏進行深度開采，從而大幅提高低品位油藏的利用程度。這項技術(shù)屬于內(nèi)源微生物驅(qū)，但與現(xiàn)有的技術(shù)有著本質(zhì)區(qū)別，其特點是直接改變原油而不是驅(qū)替相，為提高采收率新技術(shù)、新方法的研究和應(yīng)用提供了潛力空間。

石油微生物學仍是一門年輕的學科。石油微生物技術(shù)還發(fā)展了微生物勘探、腐蝕防治、原油污染土壤修復等技術(shù)，近幾年又有新的技術(shù)出現(xiàn)，如利用微生物在油藏中注入的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的技術(shù)，微生物改變礦物性質(zhì)從而改變滲透性的技術(shù)等。隨著基礎(chǔ)學科研究的不斷進步，相關(guān)技術(shù)必然得到快速發(fā)展，為油田勘探開發(fā)解決更多難題。

石油微生物技術(shù)有哪些？

●伴生氣生物除硫技術(shù)

隨著長期注水開發(fā)，老油田伴生氣普遍存在硫化氫超標問題，并且具有氣量小、潛硫量低、分布零散等特點，常規(guī)的干法、濕法存在著投資高、占地大、脫硫劑處理難等問題，難以推廣應(yīng)用。

江蘇油田開發(fā)了耐堿高效硫氧化細菌，創(chuàng)建了低成本伴生氣生物除硫工藝，研制了自動化、橇裝化脫硫裝置，初步形成適合小氣量、低潛硫量零散氣脫硫工藝。

應(yīng)用案例：

該技術(shù)在江蘇油田周43站試驗收到良好效果，硫化氫含量從3600~4000ppm（百萬分之一）降至10ppm以下，運行費用約0.1元/立方米（干法脫硫處理成本為0.7~1.2元/立方米）。

●生物酶解堵技術(shù)

油田長期生產(chǎn)過程中，在近井地帶會形成有機大分子沉積，造成儲層堵塞，影響油井生產(chǎn)，常規(guī)用酸化解堵，容易造成地層傷害。近幾年，勝利油田突破國外生物酶“卡脖子”技術(shù)，構(gòu)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鉆完井生物酶解堵體系，有機大分子降解率達到95%以上，高于同類產(chǎn)品水平，耐溫90攝氏度，實現(xiàn)了油井綠色高效解堵。

應(yīng)用案例：

勝利油田河口采油廠沾188區(qū)塊TPZ188-6井實施生物酶解堵技術(shù)后，日產(chǎn)液從3噸提高到8.7噸，日產(chǎn)油從0.7噸提高到3.1噸，油井含水率從78%降至60.5%，解堵提液效果顯著。截至目前，勝利油田在22口井推廣應(yīng)用鉆完井生物酶解堵技術(shù)，平均單井產(chǎn)能提高30%，措施有效率90%。

●生物除硫防腐技術(shù)

油田開發(fā)進入中后期，硫酸鹽還原菌大量滋生，伴隨產(chǎn)生大量硫化物，由此引起腐蝕、結(jié)垢、次生硫化氫等安全環(huán)保問題。傳統(tǒng)的化學防腐方法成本高、效果不理想，存在二次污染。針對傳統(tǒng)化學防腐方法存在的不足，采用“生物競爭、化學協(xié)同”的思路，利用油井中的反硝化細菌進行除硫和抑制硫酸鹽還原菌。

應(yīng)用案例：

江蘇油田在國內(nèi)外首次成功開發(fā)了耐溫90攝氏度的除硫防腐菌劑、構(gòu)建20~90攝氏度防腐菌體系、研發(fā)了高效硫化物抑制劑，形成適用于油氣田采、注、輸系統(tǒng)的生物除硫防腐技術(shù)。該技術(shù)在江蘇油田、江漢油田及中國石油華北油田現(xiàn)場應(yīng)用376口油井、8座污水站，平均延長檢泵周期367.3天，減少檢泵540井次。

●微生物脫硫保黏技術(shù)

聚合物溶液黏度是保障化學驅(qū)開發(fā)效果的關(guān)鍵，黏度越高，驅(qū)油效果越好。然而由于硫酸鹽還原菌的存在，其產(chǎn)生的硫化氫導致聚合物溶液黏度損失超過70%，嚴重影響化學驅(qū)效果。該技術(shù)不以殺滅硫酸鹽還原菌為目的，而是引入生物競爭作用，利用抑制硫酸鹽還原菌活性及控制硫酸鹽還原菌代謝產(chǎn)物的方法，保障聚合物溶液黏度。

硫酸鹽還原菌是能使硫酸鹽還原成硫化物的一類細菌的統(tǒng)稱，是工業(yè)生產(chǎn)過程中常見的有害菌，在土壤、海水、河水、地下管道及油氣井等缺氧環(huán)境，幾乎無所不在，可以造成設(shè)備、管線嚴重腐蝕，導致設(shè)備損壞；腐蝕產(chǎn)物硫化亞鐵沉淀，會形成污垢，導致水質(zhì)惡化。

應(yīng)用案例：

針對勝利海上油田聚合物驅(qū)硫酸鹽還原菌超標導致的聚合物溶液黏度降低問題，馴化培育了耐溫型的功能菌及調(diào)控劑，優(yōu)化了菌劑投加位置、劑量、頻次，脫硫效率較之前提高27%，滿足了海上高溫條件下全污水配聚的需求，為海上化學驅(qū)高效開發(fā)提供了技術(shù)支撐。目前勝利油田脫硫保黏處理規(guī)模達68000立方米/日，提升聚合物溶液黏度超過40%。

●微生物吞吐技術(shù)

該技術(shù)通過油井向地層注入激活劑、外源菌或代謝產(chǎn)物，利用微生物及其代謝產(chǎn)物的協(xié)同作用提高油井產(chǎn)量，是一項經(jīng)濟環(huán)保的低成本開采技術(shù)。

驅(qū)油原理是通過微生物的代謝作用和代謝產(chǎn)物，產(chǎn)生表面活性劑，清除油井近井地帶的有機阻塞，提高原油流動性，減輕蠟堵并提高泵效，延長油井免修期；通過微生物產(chǎn)生的有機酸清除近井油層的結(jié)垢，提高近井油層的滲透性，從而提高油井的產(chǎn)量。微生物吞吐技術(shù)與微生物驅(qū)油技術(shù)最大的不同是，前者通過油井端注入微生物菌種，后者通過注水端注入微生物菌種。

應(yīng)用案例：

勝利油田濱南采油廠尚一區(qū)原油黏度高、滲透率低、注水不受效。實施微生物復合氣體吞吐技術(shù)1年后，區(qū)塊井組日產(chǎn)液、產(chǎn)油量均提高5倍以上，累計增油2370噸。勝利油田現(xiàn)河采油廠草20區(qū)塊高滲邊底水稠油油藏受回注水及邊底水影響，油井熱采效率低、含水上升快，利用高溫菌降黏復合生物膠堵水工藝，兩年來累計實施7口井，增油5210噸。

江蘇油田針對油藏類型復雜、油品性質(zhì)多樣等問題，圍繞生物表面活性劑優(yōu)異的乳化降黏、改善潤濕等性能，開展了生物表活劑技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)建了“化學表活劑+生物表活劑”復合吞吐工藝，具有普適性強、協(xié)同增效、降低成本等優(yōu)勢。該技術(shù)在江蘇油田38口低產(chǎn)低效井應(yīng)用，有效率84.2%，累計增油7800余噸。

●含油土壤生物修復技術(shù)

該技術(shù)利用特定微生物降解含油沉積物中的石油烴，將其轉(zhuǎn)化為無毒的二氧化碳和水等物質(zhì)，實現(xiàn)含油沉積物無害化處置。含油沉積物及油污土壤伴隨石油開發(fā)產(chǎn)生，主要由泥砂、水和原油等組成，產(chǎn)生量為石油產(chǎn)量的1‰~5‰。

針對油田退役井場、站庫土壤鹽堿度高、污染物黏度大等難題，勝利油田研發(fā)了以微生物修復為核心的修復技術(shù)，通過開發(fā)耐鹽堿高效石油烴降解菌株，配套淋洗等處理工藝，實現(xiàn)無害化處置。

應(yīng)用案例：

在勝利油田孤東采油廠某塊含油污退役井場，處理前平均含油量2.4%，生物修復178天后，含油量低于0.45%，優(yōu)于國家環(huán)保標準GB36600-2018二類用地篩選值。

截至目前，勝利油田共完成65個退役井場原位修復試驗，涉及陸地、灘涂，修復后達到工業(yè)用地環(huán)保要求，恢復了土壤正常功能，為黃河口國家公園、黃河兩岸生態(tài)保護和綠色油田建設(shè)持續(xù)提供技術(shù)保障。

●微生物清防蠟技術(shù)

該技術(shù)針對原油含蠟特點及結(jié)蠟機理，篩選合適的細菌注入井筒，利用微生物及其代謝產(chǎn)物的作用，阻止原油中的石蠟結(jié)晶，防止或緩解井筒結(jié)蠟，同時通過抑制其他有害菌起到防腐作用。該技術(shù)可維護油井生產(chǎn)，延長油井的有效生產(chǎn)時間。

應(yīng)用案例：

勝利油田現(xiàn)河采油廠W543井和W542-9井均結(jié)蠟嚴重，W543井實施充分熱洗后不投加微生物，也不再熱洗，50天后提管發(fā)現(xiàn)油管內(nèi)壁結(jié)蠟2~3厘米，抽油桿也有較厚蠟塊剝落；W542-9井應(yīng)用微生物清防蠟技術(shù)，93天后，油管內(nèi)壁和抽油桿相對干凈，沒有明顯結(jié)蠟現(xiàn)象。截至目前，勝利油田工程技術(shù)研究院微生物所擁有清防蠟菌種52株，現(xiàn)場應(yīng)用1743井次，累計增油17萬噸，減少熱洗15600井次。

●微生物驅(qū)油技術(shù)

該技術(shù)通過篩選培育適合油藏環(huán)境的驅(qū)油微生物菌種，連同激活劑或營養(yǎng)液一起，從注水井中注入油藏，激活驅(qū)油功能微生物的生物活動，經(jīng)過微生物在油藏內(nèi)部的生長、代謝和繁殖，對殘余油發(fā)生作用，改善流體滲流特征，提高水驅(qū)洗油效率，從而提高原油采收率。這是一項低成本、綠色環(huán)保的高效提高采收率技術(shù)。

應(yīng)用案例：

勝利油田現(xiàn)河采油廠草13區(qū)塊油稠、層薄、低滲敏感，熱采水驅(qū)低效。2023年5月起對該區(qū)塊擴大實施微生物驅(qū)技術(shù)，截至目前，區(qū)塊日產(chǎn)油量從24.2噸升至45噸，峰值日增油21噸，含水率最大降幅8個百分點，階段增油1.6萬噸，實現(xiàn)了低效稠油老區(qū)高效開發(fā)。

●微生物采出水資源化

利用技術(shù)

油田生產(chǎn)需要大量用水，富余采出水也有可觀規(guī)模。目前，比較先進的是生化雙膜處理技術(shù)，通過微生物的作用，將原油等有機污染物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，再利用超濾和反滲透膜去除采出水中的懸浮物和無機離子，達到采出水循環(huán)利用的目的。

生化水處理的技術(shù)原理是食物鏈，“大魚吃小魚，小魚吃蝦米，蝦米吃污泥”，利用細菌降解水中的有機物，原生動物再捕食細菌，維持生態(tài)平衡，達到凈化水質(zhì)的目的。

應(yīng)用案例：

在勝利油田濱南采油廠單14注水站，選育了高效降解菌，大幅提升采出水的生化性，并首次將生化+雙膜工藝應(yīng)用于工業(yè)水處理，建立了生化+雙膜工業(yè)化流程，處理規(guī)模200立方米/日，目前已穩(wěn)定運行3年，出水水質(zhì)穩(wěn)定，采出水利用率達95%。

江蘇油田針對傳統(tǒng)方法除油效果差的問題，開發(fā)了高效除油菌劑、生化處理工藝和濾料改性技術(shù)，形成了含油污水生化處理技術(shù)。該技術(shù)除油、除硫效果穩(wěn)定；系統(tǒng)啟動速度快，用到的菌種少、成本低；系統(tǒng)能耗低、藥劑投加量少、污泥量小；滿足不同油藏注水水質(zhì)需要。

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江蘇油田：十年“鑄劍” 打造防腐“殺手锏”

□本報記者 徐博誩聞 通訊員 林 剛

截至6月21日，江蘇油田黃88平4井已累計注入生物除硫防腐菌劑4.3噸，腐蝕速率長期穩(wěn)定達標，檢泵周期由最初的395天延長至467天。

目前，江蘇油田開發(fā)進入中后期，油井含水持續(xù)上升，各種細菌大量繁殖。其中，菌群中的硫酸鹽還原菌繁殖情況最嚴重，造成油井腐蝕結(jié)垢，需要頻繁檢泵作業(yè)。傳統(tǒng)的化學殺菌不僅成本高，而且在加入一段時間后，細菌形成抗藥性，效果逐漸變差。

“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的法則放在微生物領(lǐng)域能否發(fā)揮作用？2011年，江蘇油田工程院成立科研團隊，專門攻克此項難題�？蒲腥藛T圍繞有益微生物與有害微生物的競爭機理和化學協(xié)同作用思路，從生態(tài)系統(tǒng)中尋找能力更強的細菌培養(yǎng)馴化，讓它們能夠在地層中吃得更胖、生活得更好、繁殖能力更強，抑制有害細菌，同時，通過微生物調(diào)控技術(shù)，創(chuàng)造油水系統(tǒng)內(nèi)部優(yōu)勢條件，促進有益微生物快速生長，抑制有害微生物繁殖，去除硫化物，改善油水系統(tǒng)腐蝕環(huán)境。

經(jīng)過兩年的實驗，該團隊首次在國內(nèi)外成功開發(fā)了耐溫90攝氏度除硫防腐菌劑，這種防腐菌功能強大，不僅能夠有效抑制井筒有害細菌，而且可以“吸食”硫化氫，將硫化氫氣體轉(zhuǎn)化成硫黃和硫酸鹽。利用生物系統(tǒng)的自我凈化功能除去有害物質(zhì)，效果更好、更加環(huán)保。

經(jīng)過不斷改進，科研團隊還建立了20~90攝氏度防腐菌體系并研制出高效硫化物抑制劑，形成適用于油氣田采、注、輸系統(tǒng)的生物除硫防腐技術(shù)。

韋2-平5井通過投加除硫菌劑和硫化物抑制劑，采出水硫化物含量從實施前50.1毫克/升降至4.1毫克/升，套管硫化氫含量降到13毫克/立方米以內(nèi)，硫酸鹽還原菌平均含量從600個/毫升降至2.5個/毫升，有效降低腐蝕速率，檢泵周期延長超150天。

10年來，該技術(shù)還先后應(yīng)用于勝利、江漢、華東等油田，累計應(yīng)用358口油井和8座污水處理站，實施后有效去除原生、次生硫化物，降低環(huán)保風險，延長管線使用壽命和油井檢泵周期，累計減少作業(yè)482井次，節(jié)約費用8770多萬元。該技術(shù)被集團公司鑒定達到國際先進水平，其中高溫防腐菌種開發(fā)技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。