油田残余油生产甲烷潜力巨大

　　自然界中数量巨大的油田残余油、煤炭和油页岩，可以像现代有机垃圾一样，通过恰当的微生物作用，为人类提供清洁能源--生物甲烷

　　在国外，通过微生物作用由城市有机垃圾生产甲烷，已是一种商业能源的生产方式，而国内的很多农村也已推广了利用有机废料生产沼气。自然界中数量巨大的油田残余油、煤炭和油页岩，也可以像现代有机垃圾一样，通过恰当的微生物作用，为人类提供清洁能源———生物甲烷。

　　可供利用的巨大资源研究发现，自然界广泛存在的枯竭油田残余油、煤炭和油页岩都很容易在试验室里生成甲烷。美国的卢卡（Luca）技术公司已在北美25个不同地质区采集了有关样品并进行了试验分析，充分证实了上述结论。

　　从成本效益出发，目前的采油技术只能在绝大多数油田采出25%～40%的石油，因此有许多油田在无法开采时，实际上还有一半以上石油残留在地下。同样，有很多煤炭由于埋藏深度过大，常常无法获得有经济效益的开采，而开采油页岩生产石油也往往缺乏商业意义。所有这些现有技术难以开采的埋藏有机质，都是生产生物甲烷的可利用资源。

　　这种地质有机质资源的数量十分巨大。根据对美国的保守估计，其枯竭油田的残余油就有2620亿桶。同时美国本土48个州的油页岩有机碳大约有2万亿吨，而深部埋藏的煤炭则超过了3万亿吨。另外，还有阿拉斯加州约6万亿吨的深埋煤炭。虽然并非所有这些地质有机质都能转化为甲烷，但有可能生产生物甲烷的此类资源确实十分巨大。只要有3%的这些地质有机质转化为甲烷，那么就能生产28.3万亿立方米甲烷气，按照当前6500亿立方米/年的消费水平，能为美国供气40多年。

　　惊人的甲烷生成速率能否有效利用这些地质有机质资源，甲烷的生成速率十分关键。按照常规的热成因生烃作用，有机质要转化为油和气需要有上百万年的埋藏和作用过程。但在缺氧的垃圾填埋场、试验室试验以及用于解吸附测试的临时煤样中，都可以观测到微生物生成甲烷的作用在随时发生。这种作用生成甲烷的速率是相当惊人的。例如加拿大的一个大型垃圾填埋场，每日所生成的低热值甲烷气超过了74万立方米。

　　卢卡公司的试验室对粉河盆地的煤样进行了小规模研究，其间采用了没有添加化学剂的地层煤样和水样。结果发现，如果煤层厚度为15米，面积为16公顷，那么甲烷的生成速率有可能达到187万立方米/日。按照这套煤层所含有的氢和碳元素的数量计算，如果有25%的氢得到释放并合成了甲烷，那么这一产甲烷速率就能持续近250年；如果全部的氢都得到转化利用，那么这一速率能持续约1000年。如果加入适当的营养和化学改良剂，甚至还能获得更高的甲烷生成速率。

　　地质有机质的微生物活化

　　地质有机质因发生微生物活化而生成甲烷的实例在自然界比比皆是。就美国而言，怀俄明州粉河盆地的煤层、密歇根州的安特里姆（Antrim）页岩、北部平原的粉砂岩和致密砂岩、犹他州尤因塔盆地的油田、森林城盆地的煤层等都已发现了生物成因甲烷。

　　此外，对原油微生物降解作用的现场研究也表明，有50%以上的油藏都在一定程度上发生了从原油到甲烷的生物转化。在很多地层中都观测到了生物甲烷的实际生成作用，例如对密歇根州安特里姆页岩的分析、对森林城盆地煤层的试验研究和天然气吸附罐测试、对尤因塔盆地油田的试验研究以及对粉河盆地油田的试验研究等。

　　这些研究明确地告诉我们，自然界的许多埋藏有机质本身，已经发生了生成甲烷的微生物活化。也就是说，在这些地质有机质中已经有微生物在生长。但也有一些地质有机质并未发生微生物活化。根据卢卡公司的研究，对于这种未活化的地质有机质，可以通过添加营养改良剂并用特定的微生物种群加以交叉接种而使其活化。

　　试验研究结果在多个试验瓶中，分别加入活化地质有机质（煤或原油）的等量样品和地层水，同时对部分试验瓶加入具有激发或抑制微生物作用的不同改良剂。然后在3～6个月的时间里不断测量试验瓶排出气体的甲烷含量。对粉河盆地煤样的6个月试验测量表明，未添加改良剂的试验瓶在第135天达到了3%以上的甲烷含量峰值，而添加了改良剂的试验瓶，不但甲烷的生成速率明显加快，而且在第135天达到了9%的甲烷含量峰值。值得注意的是，虽然试验瓶液面上方空间的甲烷含量只有3%～9%，但它们几乎全都是新生成的甲烷。

　　对于原油样品的试验也得出了类似的结果，而且脂肪族原油和芳香族原油生成甲烷的作用非常相似。这可能表明，除了生产常规原油的枯竭油田，生产蜡质原油的枯竭油田，同样可以在生产甲烷方面发挥重要作用。据报道，我国大庆油田就可能最终留下250亿桶蜡质残余油，如果能全部转化为甲烷，能生成2.26万亿立方米生物气。

　　存在于地质有机质中的微生物常常会组成一个群落。在不同地点，这种相互依存的群落基本上都是独一无二的，而且其内部至少有三种不同的微生物成员对生成甲烷的代谢反应发挥作用。这些反应包括大型烃类分子的初始裂解、水解成简单的酸和乙醇，以及随后由这些较小的化合物分子转化成甲烷。这一反应链上如有任何中断，都将使整个作用过程“短路”，从而阻止甲烷的形成。有意义的是，卢卡技术公司已在某些地质有机质中观测到了这种生物作用可能出现的缺陷，并且已能够通过添加不同的微生物来解决这个问题。

　　经济价值分析对于上述试验结果，可以利用气体百分比组成、关井压力以及理想气体定律推广到气田规模。就犹他州的油田而言，如果有一套砂岩油层厚6米，注水开采后的残余油饱和度为40%，孔隙度是12%，产油井间距是16公顷，那么在试验87天和297天后，这套砂岩的单井甲烷日产量可分别达到3736立方米和1415立方米，与这些油井的当前产量（23桶/日～10桶/日）相当。

　　对于粉河盆地的煤层，如果井距为16公顷以上，试验时间为159天，那么未添加改良剂的单井日产量为1868立方米，而添加改良剂后则可增至6141立方米。采用同样的试验数据，厚50英尺、面积259公顷的煤层可以生成111亿立方米甲烷，远高于这一面积常规气田5660万立方米的预期储量。   (责任编辑：泉水)

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