能源与微生物技术.doc

生物技术与能源 微生物技术与石油开采 能源是人类赖于生存的物质基础之一， 是地球演化及万物进化的动力， 它与社会经济的发展和人类的进步及生存息息相关。 如何合理地利用现有的能源资源， 始终贯穿于社会文明发展的整个过程。 能源分为不可再生能源和可再生能源。 不可再生能源是指地球上现有的三大库存的化石原料，即煤、天然气和石油(包括核能)。可再生能源是指太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能和水能。 据有关专家预测， 如按现有开采不可再生能源的技术和连续不断地日夜消耗这些化石燃料的速率来推算， 煤、 天然气和石油的可使用有效年限分别为 100120 年、 3050 年和 1830 年。 显然， 21 世纪所面临的最大难题及困境可能不是战争及食品， 而是能源。因为目前整个人类发展和工农业生产， 几乎都是依赖于这些很有限的化石能源。 随着地球上化石能源的不断耗尽， 寻找、 改善及提高可再生能源利用率和发明创造新技术以最大限度地开采不可再生能源的做法很可能是今后几十年内人类从地球上获取能源的有效举措。 从目前市场能源消耗的品种及速率分析，利用生物技术提高不可再生能源的开采率将是本世纪产能的有效技术之一。 因而生物技术与能源的研究及开发已日益倍增地受到各国的重视。 微生物勘探石油石油中的甲烷、乙烷和丙烷组成了石油中的气相成分。在石油蕴藏地区，这些气体可以冒到地表，并能为专一的烃利用细菌的生长提供营养。所以，当一些地方发现有这类细菌大量生长时，就提示着这些地区附近可能有石油沉积。但甲烷分解细菌并不是一个良好的指示菌，因为在生物学的许多代谢过程中，均能产生甲烷，故甲烷的存在并不提示着一定有石油存在。而乙烷由于生物学上并不大量产生，因此，乙烷的出现就指示着有石油蕴藏在附近地区。所以乙烷分解细菌常作为探明石油矿藏的一个指标。近十几年来， 虽然随着计算机应用的普及和先进的分析技术不断地涌现， 勘探石油的技术也随之日益更新且准确率不断地提高， 但利用微生物勘探石油这一顶生物工程技术仍是一项行之有效的辅助性并具有科学性的技术。我 国于2000年开始引进德国的油气微生物勘探技术(M P O G )，取得 了较好的应用 效果 2001年在华北油 田洪特试验区 、塔南试验 区、 廊 东试验 区以及西柳试 验区等地区进行了油气微生物勘探先导试验研究 ， 获得了较好的验证效果 ， 并预测出一些含油气有利区。 微生物二次采油 基本原理： 微生物采油的目的是利用微生物发酵工程技术进一步获得更多的石油开采量，其开采的基本要点是：利用微生物能在油层中发酵并产生大量的酸性物质及H2、CO2及CH4等气体的生理特点。微生物产气可增加地层压力，提高采油率。而且微生物产生的酸性物质可溶于原油中，降低原油的黏度，使原油能从岩层缝隙中流出而聚集，便于开采。此外，微生物还可产生表面活性剂，降低油水的表面张力，把高分子碳氢化合物分解成短链化合物，使之更加容易流动，避免堵住油井输油通道。在石油开采过程中， 钻油井并建立一个开放性的油田是开采石油的首选采油技术。 石油通过油层的压力自发地沿着油井的管道向上流出、 喷出或被抽出。 但是这种以靠油层的自身的压力来采油，其采油量仅仅占油田石油总储存量的 1/3 左右，其余石油就需要借助其他采油技术才行。 强化注水是二次采油广泛应用的有效增产措施， 注水的主要目的是进一步提高油层的压力。 多年来现场开采的增产的实例已证实了用注水法能使采油量由原来占油田储存油气量的 30提高到 4050左右。此外，利用微生物采油也是二次采油的重要技术之一。例如，磺弧菌属和梭状芽胞杆菌属中的许多微生物能在油层上生长繁殖，它能代谢产生一定量的酸及H2、C02等气体，改善油层的黏度及增加气压，从而使油田中剩余的油继续向上喷。试验结果表明，微生物技术处理后的采油量可提高 20 25，有时甚至高达 3034。美国德克萨斯州一口 40 年井龄的油井中，加入蜜糖和微生物混合物，然后封闭，经细菌发酵后，井内压力增加，出油量提高近 5 倍。澳大利亚联邦科学研究院和工业研究所组织的地学勘探部也曾利用细菌发酵工艺使油井产量提高近 50，并使增产率保持了一年。英国某公司也曾在英格兰南部的石油开发区中用细菌发酵技术使产油率提高近 20。 微生物三次采油石油经过一次采油和二次采油只能开采出地下油藏的3040。 如何提高石油的采收率一直是世界许多国家研究的课题。 基本原理： 主要是利用微生物分子生物学技术，来构建能产生大量CO2和甲烷等气体的基因工程菌株或选育能提高产气量的高活性菌株，把这些菌体连同它们所需的培养基一起注入到油层中，目的是让这些工程菌能在油层中不仅产生气体增加井压，而且还能分泌高聚物，糖酯等表面活性剂，降低油层表面张力，使原油从岩石中、沙土中松开，黏度减低，从而提高采油量。此外，利用微生物发酵产物作为稠化水驱油的目的是进一步降低石油与水之间的黏度差，减轻由注人的水不均匀推进所产生的死油块现象，让注入水在渗透率不一致的油层中均匀推进，增加水驱的扫油面积，从而提高油田的采油率并还能延长油井的寿命。地层堵塞是降低采油量的一种常见的现象， 其原因是在注入油田的水中含有各种各样的微生物， 其中能利用石油的微生物种类较多， 再加上油田中存在着某些微生物生长的良好环境，因而大量菌体繁殖及菌体代谢产物的沉积，造成了地层渗透率发生变化，并造成地层堵塞，影响产油量。影响地层渗透率的主要菌群有硫酸盐还原菌、腐生菌、铁细菌、硫细菌等，其中影响最大的是硫酸盐还原菌。该菌能把硫酸盐还原成H2S。H2S与亚铁化合生成FeS黑色沉淀。此外，该菌还能使硫酸盐和含钙的盐类生成白色的硫酸钙沉淀。这些沉淀物很容易引起地层堵塞现象，它不仅影响采油量，还可能使整个油井报废。消除微生物所造成的地层堵塞的有效方法之一是采用酸化的方法， 在注入油田的水中加入能产酸并能在地层发酵生长的微生物， 通过微生物代谢产酸来消除地层堵塞现象。 此外也可以用产酸菌大量发酵含酸性的代谢产物，例如柠檬酸等，然后把这酸性物质加入到即将注人油田的水中，提高注入水的酸度，从而减轻地层堵塞现象，提高采油率。早期，有人利用乳酸杆菌属(Lactobacillus)中的一些菌株发酵葡萄糖，生成葡聚糖；肠膜状明串珠菌(Leuconosticmesenteriodes)发酵生产葡聚糖。把葡聚糖加人注入油田的水中，使油、水之间的黏度差降低，从而提高产量。此外，还可利用黄单胞菌属(Xanthomonas)发酵生产杂多糖。在杂多糖加入甲醛改性后，作为增黏剂与水混合注入井中。该混合物具有耐热的特点，能进一步增强油、水之间的溶解度，减少产生死油块现象，因而产油率比用葡聚糖增黏剂更高些。 1981 年，美国因利用微生物发酵技术而多产油 2000 万桶，价值 6 亿美元。1989 年，据前苏联能源刊物介绍，他们的科学家已经提出了有效开采石油的新技术。即在钻井的同时给油层注入细菌，通过菌体发酵的代谢产物来改善水和油的黏度差及增加水驱油的能力，从而大大提高了原油的流动性，进一步提高石油的开采率。 在加拿大艾伯塔省，13 的油井及东海岸 50的油井的油层中有许多窄孔，油层温度60，适合高温细菌繁殖，均可用细菌采油法开采。据资料报道，英国科学家已获得一株能在 92的H2、C02环境下生存的厌氧菌。这种细菌能够在油层深部、温度较高、压力较大的原油中生长，为进一步开采油田深部区域的原油提供新的技术。显然，微生物发酵技术为提高油层的采油量提供了有效的措施。 在世界范围内, 原油经过一次采油和二次采油只能采出地下油藏30% 40% 的原油。如何提高采收率, 从地下采出更多的原油, 多年来一直是世界许多国家不断研究的课题。 为了提高采收率, 人们对三次 采油技术越来越重视。 微生物提高采油率(M EOR) 技术是利用微生物代谢产生的聚合物、 表面活性剂、 二氧化碳及有机溶剂等进行有效驱油的采油方法, 是目前国内外发展非常迅速的一项提高原油采收率技术, 是生物工程技术在油田开发领域开拓性的应用。近年来国内各油田都相继开展了微生物采油技术的研究, 取得了一定的进展。 加快国内微生物采油技术的发展, 符合我国石油发展的需要,也有利于实现 “稳定东部, 发展西部” 的策略。1.Bryant S L;钱思平;熊玉滨 微生物提高石油采收率的油藏工程分析期刊论文 -国外油田工程2004(04)2.包木太;牟伯中;王修林 采油微生物代谢产物分析期刊论文 -油田化学2002(02)3.王修垣 微生物提高石油采收率1999(05)4.李希明;冯时林;曾庆坤 微生物采油技术研