探析石油微生物發展方向

摘 要 實驗研究表明微生物提高原油采收率技術可以給人們提供新的解決方案。盡管人類認識到微生物的這種潛能已有50年之久，但直到今天，人們才開始把這項技術應用到實踐中。本文基于卡爾加里大學建立的大量石油微生物學的專業知識，對微生物發酵問題制定了一系列策略，為今后更好地開展微生物研究奠定了基礎。

關鍵詞 石油微生物 硫循環控制采收率

一、引言

微生物的應用將是一項較好的提高采收率技術，它可以延長老油田的開采時間，可以減少負面效應（發酵、腐蝕），還可以應用氣化處理技術，從而提高原油采收率。

盡管人們認識到微生物的潛力已有50多年的歷史，但是減少發酵產生的微生物驅油技術直到近年來才成功地應用于現場試驗。硫酸鹽還原菌（SRB）可以利用有機物使硫酸鹽轉變為硫化物，同時產生大量的H2S。許多油田實踐證明，不斷注入硝酸鹽可以有效減少發酵。硝酸鹽還原菌同樣可以像SRB那樣利用原油等有機物產生亞硝酸鹽、氮氣和氨。

當前研究的熱門問題是地下的微生物群落是否可以把產生的CO2重新注入產生甲烷，以減少溫室效應。但是，只有氫可以作為合適的電子供體。地下巖石和水反應可以產生氫，然后甲烷細菌利用氫把CO2轉化為CH4。因此CO2向CH4的重要轉化只希望發生在氫流動的地層。

二、石油微生物的發展方向

石油微生物涉及到微生物的繁殖、采收率、烴類的加工及其商業應用。加拿大自然科學與工程委員會（NSERC）工業研究分會（IRC），把石油微生物學作為卡爾加里大學可持續能源、環境和經濟學院關鍵貢獻性學科來提高和延伸當前的科研活動。有關研究項目將會咨詢這些支持NSERC工業研究分會啟動的工業伙伴。目前，已經確定了二個具有研究價值的領域。

（一）硫循環控制

在丹麥的Veslefrikk和Halfdan油田及北海的挪威部分區塊，海水的注入導致附著在井筒附近油層巖石上的喜溫硫酸鹽還原菌（tSRB）引發硫化物的大量增加。溫度較低的富含硫酸鹽的海水與溫度較高的（60～80e）富酸的有機地層水的混合促進了微生物在該區域的活動，產生的硫化物通過地層孔隙運移到生產井，因此對酸化污染的處理應瞄準井筒附近區域。據對注入井返排液和海水錐進的生產井分析，硝酸鹽的加入成功地減少了該地區硫化物的生成。在Ekofisk地區，北海油田的另一個區塊，幾乎沒有因為注入海水而引起油藏變酸，盡管如此，為了減少環境污染，人們正在考慮產出水的回注。實驗室研究表明，產出水的回注會加強油藏酸化。ConocoPhillips的GrayJenneman博士通過檢測產出水發現，tSRB被亞硝酸鹽強有力地抑制了。硝酸鹽不能指示tSRB活性的失效。觀察發現，在Ekofisk地區的變酸不僅在注水井附近，而是遍及整個油層。在進行產出水回注時，亞硝酸鹽是最有希望減少H2S產生的物質。BakerPetrolite公司的博士為Voordouw實驗室提供了從北美和南美多個H2S含量較高的油氣田中取出的產出水。幾乎所有含有SRB和硝酸鹽還原菌（NRB）的樣品顯示，硝酸鹽和亞硝酸鹽的注入在消除H2S方面潛力很大。同時還發現，在Encana的一個氣田中，SRB對亞硝酸鹽非常敏感。若不進行處理，H2S在儲氣層的大量積累會需要昂貴的清除費用。NRB和硝酸鹽還原-硫酸鹽氧化菌（NR-SOB）在很多油田的存在暗示著硝酸鹽可以成功的使用。

（二）腐蝕控制

當金屬暴露于酸性（高硫）條件下，油田裝置的腐蝕和破損速度非常快。輸送含水和油冷凝物的酸性氣體的管道在剛開始使用的2個月內其壁的坑蝕累計可達80%（5mm），泵等機械的一些零件需要每月更換一次。如此高的更換費用將危及變酸油田的持續生產。陰極保護（加低電位以防鐵的溶解）、清潔管內壁、使用防腐劑和生物殺菌劑是一些常用的防護性技術。SRB是造成高腐蝕速率的一個重要因素。

Voordouw實驗室考察了硝酸鹽和亞硝酸鹽對安裝在上升流生物反應器上的取樣管的腐蝕作用。高的局部腐蝕速率歸因于硫的存在，當硫化物僅被硝酸鹽、亞硝酸鹽或氧氣部分氧化時，硫形成。應用亞硝酸鹽可以很好地阻止SRB的生長，防止硫形成和減少腐蝕。硫或硫酸鹽的形成取決于硫酸鹽（S）對硝酸鹽或亞硝酸鹽（N）的比，比例高時生成硫，比例低時生成硫酸鹽。如果硫酸鹽在整個油層中到處都產生，那么在注入硝酸鹽或亞硝酸鹽時，徑向稀釋會導致S/N的比在注入井附近區域下降。硫的形成會損壞油藏滲透性，增加生產井的腐蝕，因此準確的油藏模擬對于控制硫循環和預測腐蝕風險非常重要。在Dow化學公司的SteveNa-jmy博士和NOVA化學研究與技術中心的JennyBeen博士的合作下，使用基因排序和電化學方法證實了亞硝酸鹽專門阻止能夠生產硫化物的SRB酶的作用。由于SRB的專一性作用，亞硝酸鹽同常用的生物殺菌劑具有協同作用，像戊二醛、氯化苯甲銨和溴，這些都將影響微生物的功能。使用一些亞硝酸鹽可以減少價格昂貴且毒性高的生物殺菌劑的用量，這樣不僅降低了費用，而且減少了環境影響，提高了工人安全性。

三、總結

微生物提高原油采收率技術主要有兩大類：微生物單井增油技術和微生物驅油技術。延伸技術包括生物降解（含油泥砂生化處理、外排污水生化處理）和NSERC目前已經確定的以下二個具有研究價值的領域。

（一）硫循環監控

內源微生物利用注入的硝酸鹽和亞硝酸鹽將可溶的硫化物轉化為硫和硫酸鹽，減少了發酵。IRC將進行：確定不同區域的關鍵參數并將其應用于油藏模擬模型中，以成功地去除有毒的硫化物，提高安全性，提高比更換技術成本更低的產品的質量；評估可沉淀硫化物與注入的亞硝酸鹽作用產物的轉化是否能夠改善油藏滲透性，從而提高原油產量。

（二）腐蝕控制

在石油開采過程中，逐漸減少的硫化物濃度會降低腐蝕速度，并降低發生氫致開裂的幾率。IRC將進行：延長油井、管道、抽油泵等機械的使用壽命，減少更新設備的花費；近來Voordouw實驗室發現，在控制硫化物產生問題上硝酸鹽和滅菌劑之間具有協同作用，在資金有限的情況下可以據此做好腐蝕控制工作。

參考文獻：

[1]金靜芷譯.微生物提高石油采收率技術發展水平第一版[R].北京：中國石油天然氣總公司情報研究所，1989.

[2]唐納森著.微生物提高石油采收率[M].金靜芷，王修恒譯.北京：石油工業出版社，1995.

（作者單位：長江大學）