值得關注的微生物採油技術

2020-12-05 中國生物技術信息網

石油是如何被開採出來的?許多人認為是地底下噴出來了,也有人認為是磕頭機壓出來的,其實石油開採是一件非常複雜的事,剛開始採油時,地層壓力大,石油會自己噴出來,這被稱為一次採油。慢慢地,地下壓力沒那麼大了,油要想出來,就得需要用水往外趕,這就是二次採油,也稱為水驅。用了段時間水驅後,地下砂巖中的較大孔隙已經被水打通,裡面的油也被趕出來了,而小一些的孔隙,卻再怎麼注水也沒用了。

這時只有15%—25%的石油被開採了出來,想要開採出更多的石油,就需要採取一些「手段」了。三次採油技術經過多年的變革,目前主要有化學驅、熱力驅、注氣驅和微生物驅。其中化學驅由於其成本低並且見效快而被大範圍使用,聚合物驅和三元複合驅則是化學驅的「主力」。

和其他驅油方式相比,化學驅有著明顯的優勢,但也有一個讓人無法忽略的軟肋:對土壤、水資源具有劇毒性汙染,並為施工人員帶來了影響健康的風險。

有沒有一種既環保又高效的採油方式呢?近幾年,一種新的採油方式開始逐漸進入各大油田試驗,並且取得了較好的效果。

化學驅油的危害

目前國內使用最多的三次採油技術為聚合物驅和三元複合驅。

聚合物驅機理就是在注入水中加入高分子聚合物,增加驅替相粘度,調整吸水剖面,增大驅替相波及體積,從而提高最終採收率。研究表明,聚合物驅推廣應用後可提高採收率10%。而三元複合驅則是通過聚合物、鹼、活性劑一起作用於石油開採,聚合物中加入鹼和活性劑進入砂巖中,效果比聚合物驅要更好。

聚合物驅和三元複合驅都具較高性價比,不僅價格便宜,而且見效快,增產率也不錯。但其軟肋是對土壤、水資源具有劇毒性汙染,並為施工人員帶來了影響健康的風險。這就是工業生產中二次汙染的環境成本,如今我們將無法對此忽視。

我們都知道石油在開採的過程中,如果發生洩漏會引起汙染,但是卻忽略了石油開採會帶來的另一種汙染:化學汙染。化學品在推動社會進步的同時,也帶來了可怕的後果。研究表明,人類患腫瘤病例的80%—85%與化學致癌物汙染有關,致畸、致突變的比例就更高了。

例如聚合物驅和三元複合驅的主要成分都是聚丙烯醯胺,聚丙烯醯胺本身無毒,但它含有的單體丙烯醯胺是高毒物質,丙烯醯胺具有神經毒性,基因毒性,和致癌性。當大量聚丙烯醯胺聚集在土壤和水中,丙烯醯胺的含量就會超標。不僅會破壞腦神經中樞,還能致癌。

國際癌症研究機構(IARC)1994年對其致癌性進行了評價,將丙烯醯胺列為2類致癌物(2A)即人類可能致癌物,其主要依據為丙烯醯胺在動物和人體均可代謝轉化為其致癌活性代謝產物環氧丙醯胺。

更可怕的是,石油主要成分是各種烷烴、環烷烴、芳香烴的混合物,本身就屬於化學品,其與更多的化學成分和混合後,可能會產生更加複雜的化學反應,會帶來的後果無法預計。

這些化學產品進入土壤後,會直接殘留在土壤中,直接對油田周邊的土壤造成汙染,特別是油井所在的位置在莊稼地周邊,直接造成的後果就是該莊稼地附近幾畝甚至幾十畝的土地,在未來2-3年內是不可以耕種的。

值得重視的是,即使2-3年以後,這塊土壤裡生長出來的農作物有可能化學含量超標,食用後會對人體造成傷害。而且,即使採用非常昂貴又費時間的方式來為土壤做修復,也無法回到最初的狀態。

更讓人擔憂的是,越來越多的化學汙染物通過各種方法滲入土壤體系,使得地下水汙染嚴重。飲用汙染的水可能直接導致癌症,也可能通過其他致癌因素而引起促癌作用。有調查顯示,水源汙染越重,肝癌發病率越高,水源汙染較輕,發病率也降低。

生物驅油的出現

而生物驅油技術則不會有類似的問題,因為微生物採油是對油藏的無傷害處理,本身不會對土壤、地層水、原油造成混亂,原理就是生物產品的生物本質所決定的,與化學的作用完全不同,它直接作用於堵塞體又不會改變原油的特性,不會生成新的衍生物。

微生物在自然界中無處不在,從水體、土壤到空氣都有,微生物及其代謝產物均是天然有機物,不會汙染環境。所以,生物採油並不會對土壤造成任何的汙染,即使油井在莊稼地周邊,而通過生物採油的周邊,不存在土地汙染的問題,更不會對水造成汙染。

利用微生物提高採收率的設想是由美國人貝克曼(Beckman)於1926年提出的。隨後的四十多年間,工作人員就微生物對石油成因的作用和原油成分的作用做了一系列探索性試驗研究,但並未取得顯著的技術效果和經濟效益。

人們對微生物採油技術的高度重視始於七十年代初,世界石油危機的爆發加快和促進了微生物採油技術的研究和應用步伐。到八十年代末九十年代初,高新科學技術特別是生物基因工程在全球範圍內迅速發展,人們對微生物採油的認識進一步深化,在室內研究和礦場應用方面取得了一些突破性進。

近幾年,微生物驅油技術日趨成熟,已在國內外得到較廣泛的現場試驗和應用。目前國內各大油田也開始陸續進行生物採油的試驗,有一些已經取得了階段性進展。目前,國際上也有斯倫貝謝、貝克休斯、哈裡伯頓等大型公司在微生物採油領域取得了較好的成就,而國內也有一家公司自主研發了一款較為成熟的微生物採油技術。

蘇州澤方新能源技術有限公司自主研發的「BERO生物表面活性劑」,是一項用微生物發酵成生物表面活性劑來開採巖層中原油的技術,效果可以維持12個月以上,並且不需要維護。這項技術目前在美國市場推廣度較高,但也屬於新型產品。

微生物採油有微生物本源與異源之分,本源是將細菌從油井內採出來,之後根據細菌的情況,定期向油井注入營養液,令細菌自行在地下繁殖複製;而異源則是將外地的細菌採集來,將發酵好的菌液注入至地下。

「BERO™生物表面活性劑」由於它的成品是酶,是非活性蛋白質,所以,它對不同地層、油井都可以適應,不受水的礦化度、壓力、溫度影響,並且適用於所有油井的油層清潔,從而提高原油採收率。

在現代生物學的基本認識上,酶是一種在生物體內具有新陳代謝催化劑作用的蛋白質。它可特定地促成某個反應而它們本身卻不參與反應,且具有反應效率高、反應條件溫和、反應產物汙染小、能耗低和反應易控制等特點。

BERO™生物表面活性劑屬聚合生物酶,且作為一種水溶性產品,具有非常高的釋放儲層巖石顆粒表面碳氫化合物的能力。注入地層後,因其具有主動性,可長久黏附在巖層表面,使巖層的屬性轉化成為親水性的生物表面,可以降低潤溼角及油層巖石顆粒的界面張力,從而減少了原油在儲層孔隙中的流動阻力,同時由於BERO™生物表面活性劑的生物降解作用,將不斷引起油滴形變、分裂,使其從巖層中釋放出來,不僅能使滯留層的原油得到鬆動,也使油滴變小從而更容易從巖層的微孔隙中獨立滲出直至採出。

由於酶的特性將形成一種油、水、和酶以及酶基酵素等成分的溫和乳化液,該乳化液對滯留層起到阻止、觸及、變更的作用從而達到清潔、減注驅油,提高採收率的效果。同時,且因其不生成其他新的產物而不會有堵塞孔隙和二次汙染的問題。

經濟效益

生物驅油的優勢不僅僅局限在環保方面,在經濟效益方面也有著不錯的吸引力。

「BERO™生物表面活性劑」通過對國內11個油田、美國德克薩斯州和懷俄明州200餘口低產油井的產業化開發與實驗。成功率達95%以上,平均單井年增產300噸以上,年平均增產率120%以上,效果周期長達12個月以上。而同類型生物產品的年均增產率僅為30%。

如果按照投入產出比,BERO™生物表面活性劑則是在1:5。

按平均一噸BERO™生物表面活性劑用於一口老井解堵,可日增產1-1.5噸原油來算。目前我國每鑽一口新井投資300到500萬元之間,以最為保守的增產50%計算,則每解堵二口老井就相當鑽一口新井,原油價格按每噸2400元(以國際原油價格估算),即增加收益至少240萬元。

比如勝利油田2014年的原油產量是2787萬噸,如果採用「BERO生物表面活性劑」,保守估計每年可以增產1000萬噸,原油產量一下子就超過了巔峰時期的3355萬噸。而在環保支出上每年更是可以節約至少2億元,有資料顯示,「十一五」期間,勝利油田僅僅在水井、水質治理方面就投入資金逾11億元。

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