□勝利油田微生物技術首席專家 汪衛(wèi)東

由于微生物具有種類多、分布廣、適應性強、繁殖快等特點，幾乎所有的生產活動均受其影響。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)關系的研究正在不斷豐富發(fā)展，并逐漸形成了地質微生物學的一個重要分支——石油微生物學。

石油微生物技術是典型交叉學科的應用技術。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)境中應用微生物技術具有挑戰(zhàn)性。目前關注較多、發(fā)展較快的技術主要有微生物采油技術和微生物處理回注水技術，其中微生物采油技術已發(fā)展了多項工藝，包括微生物清防蠟、微生物單井吞吐、微生物驅油等技術。

勝利油田微生物采油技術經過近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，提高油井產量。現(xiàn)在，單井吞吐技術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、地下水驅效果不理想的常規(guī)稠油油藏，新的微生物單井吞吐技術具有明顯優(yōu)勢，并已在西部油區(qū)展現(xiàn)了良好的應用前景。

微生物驅油技術也從單純的外源微生物驅發(fā)展為內源微生物驅、微生物發(fā)酵液驅，現(xiàn)在正在研發(fā)不同的微生物代謝產物強化水驅等相關技術，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年增油已達20多萬噸。

微生物驅油技術主要有兩個發(fā)展方向。

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

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化學劑的性質和功能，而且其生產過程中不以石油為原料、生產過程耗能低、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。

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

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

研究表明，通過微生物將油藏中不能流動的原油轉化為甲烷，可將低品位油藏轉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。這項技術屬于內源微生物驅，但與現(xiàn)有的技術有著本質區(qū)別，其特點是直接改變原油而不是驅替相，為提高采收率新技術、新方法的研究和應用提供了潛力空間。

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，近幾年又有新的技術出現(xiàn)，如利用微生物在油藏中注入的二氧化碳轉化為甲烷的技術，微生物改變礦物性質從而改變滲透性的技術等。隨著基礎學科研究的不斷進步，相關技術必然得到快速發(fā)展，為油田勘探開發(fā)解決更多難題。

石油微生物技術有哪些？

●伴生氣生物除硫技術

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。

應用案例：

該技術在江蘇油田周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

油田長期生產過程中，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，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，構建了具有自主知識產權的鉆完井生物酶解堵體系，有機大分子降解率達到95%以上，高于同類產品水平，耐溫90攝氏度，實現(xiàn)了油井綠色高效解堵。

應用案例：

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后，日產液從3噸提高到8.7噸，日產油從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口井推廣應用鉆完井生物酶解堵技術，平均單井產能提高30%，措施有效率90%。

●生物除硫防腐技術

油田開發(fā)進入中后期，硫酸鹽還原菌大量滋生，伴隨產生大量硫化物，由此引起腐蝕、結垢、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。

應用案例：

江蘇油田在國內外首次成功開發(fā)了耐溫90攝氏度的除硫防腐菌劑、構建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。該技術在江蘇油田、江漢油田及中國石油華北油田現(xiàn)場應用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

聚合物溶液黏度是保障化學驅開發(fā)效果的關鍵，黏度越高，驅油效果越好。然而由于硫酸鹽還原菌的存在，其產生的硫化氫導致聚合物溶液黏度損失超過70%，嚴重影響化學驅效果。該技術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，可以造成設備、管線嚴重腐蝕，導致設備損壞；腐蝕產物硫化亞鐵沉淀，會形成污垢，導致水質惡化。

應用案例：

針對勝利海上油田聚合物驅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，為海上化學驅高效開發(fā)提供了技術支撐。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

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

驅油原理是通過微生物的代謝作用和代謝產物，產生表面活性劑，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；通過微生物產生的有機酸清除近井油層的結垢，提高近井油層的滲透性，從而提高油井的產量。微生物吞吐技術與微生物驅油技術最大的不同是，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1年后，區(qū)塊井組日產液、產油量均提高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攻關，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。該技術在江蘇油田38口低產低效井應用，有效率84.2%，累計增油7800余噸。

●含油土壤生物修復技術

該技術利用特定微生物降解含油沉積物中的石油烴，將其轉化為無毒的二氧化碳和水等物質，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)產生，主要由泥砂、水和原油等組成，產生量為石油產量的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，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持續(xù)提供技術保障。

●微生物清防蠟技術

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

應用案例：

勝利油田現(xiàn)河采油廠W543井和W542-9井均結蠟嚴重，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)油管內壁結蠟2~3厘米，抽油桿也有較厚蠟塊剝落；W542-9井應用微生物清防蠟技術，93天后，油管內壁和抽油桿相對干凈，沒有明顯結蠟現(xiàn)象。截至目前，勝利油田工程技術研究院微生物所擁有清防蠟菌種52株，現(xiàn)場應用1743井次，累計增油17萬噸，減少熱洗15600井次。

●微生物驅油技術

該技術通過篩選培育適合油藏環(huán)境的驅油微生物菌種，連同激活劑或營養(yǎng)液一起，從注水井中注入油藏，激活驅油功能微生物的生物活動，經過微生物在油藏內部的生長、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。

應用案例：

勝利油田現(xiàn)河采油廠草13區(qū)塊油稠、層薄、低滲敏感，熱采水驅低效。2023年5月起對該區(qū)塊擴大實施微生物驅技術，截至目前，區(qū)塊日產油量從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

油田生產需要大量用水，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，通過微生物的作用，將原油等有機污染物轉化成二氧化碳和水，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，達到凈化水質的目的。

應用案例：

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，形成了含油污水生化處理技術。該技術除油、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需要。

任厚毅 于丹丹 向易為 林 剛 提供

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，通過微生物調控技術，創(chuàng)造油水系統(tǒng)內部優(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。

經過兩年的實驗，該團隊首次在國內外成功開發(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，效果更好、更加環(huán)保。

經過不斷改進，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。

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，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，該技術還先后應用于勝利、江漢、華東等油田，累計應用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)技術達到國際領先水平。