“私人定制”微生物采油

○文/本刊實習記者 金慧慧

● 目前我國微生物菌種研究的關鍵在于，要研發適用于不同類型油藏的激活劑。圖為科研人員利用基因芯片分析油藏微生物菌群結構。 攝影/劉 鐵

特邀嘉賓（排名不分先后）

中國石化勝利油田工藝研究院微生物中心主任..............................................曹嫣鑌

中國石油華北油田采油工程研究院副院長......................................................吳....剛

中國石化河南油田石油工程技術研究院高級工程師.....................................郝春雷

中國石油遼河油田沈陽采油廠總地質師..........................................................張吉昌

中國石油遼河油田沈陽采油廠地質研究所工程師..........................................程道偉.

什么是綠色的采油方式？

答案是微生物采油。它利用微生物或其代謝產物提高原油產量和采收率，被定位為繼熱驅、化學驅和氣驅之后的第四種提高采收率的方法。因為該技術是依靠微生物及其代謝物來實現增油的目的，所以具有綠色環保的天然優勢。在環保形勢日趨嚴峻的當下，它的應用恰逢其時。

然而，因為微生物本身的多變性和復雜性，它的發展和推廣受到了一定的局限。在我國，微生物采油發展并不具規模。究竟是哪些因素增加了該技術發展的難度？各油田是如何處理解決這些難題的？該技術未來的發展前景如何？針對以上問題，中國石油石化雜志社記者采訪了勝利油田、華北油田、遼河油田和河南油田的相關負責人。

多因素致其發展緩慢

中國石油石化：據了解，微生物采油技術已有近90年的歷史，世界范圍內大規模應用也有20年之久。我國在這方面的發展則較為緩慢，造成這種局面的原因是什么？

曹嫣鑌：我們認為，影響微生物采油技術推廣的因素主要有三個。一是微生物驅提高采收率的幅度較低。相比較而言，化學驅和熱驅提高采收率的絕對值較大，熱驅提高采收率幅度達到15%，化學驅10%，微生物驅一般只有5%到8%。二是微生物驅采油速度較低。化學驅和熱驅投資回收周期短，見效期內增油幅度高。但不足之處在于化學驅和熱驅有效期較短，一般4至5年就達到采收頂峰。微生物驅整體上表現為溫和見效，有效期長，可持續時間達十幾年之久。三是微生物驅的技術成熟度低。熱驅規模化工業應用已有50多年，化學驅廣泛應用已有近20年，而微生物驅受地層中微生物菌群變化等因素的影響，技術成熟度較弱。化學驅和熱驅方案一旦確定就可以實施，雖然過程也需調整，但整個過程不會出現大的變化。微生物采油則需要在整個過程中進行動態監控，根據菌群分布狀況和營養液運移情況的變化不斷調整方案，實施過程更為復雜。

郝春雷：微生物采油技術標準化推廣困難，是導致它發展緩慢的原因之一。化學手段中的聚合物、化學降黏以及化學劑的使用本身很清晰，同類情況可復制使用，所以可以大規模地推廣實施。微生物驅的機理已明確，但針對性較差，不同油藏差別較大，每口井的具體情況各不相同，不能復制使用，需要進行一對一的實驗，然后根據具體的情況采取相應的方法。

此外，微生物菌液供應困難也影響微生物采油技術發展。化學劑可根據需要隨時購買，如果當時派不上用場可以留作以后再用，而市場上沒有現成的適用菌種，應用時需提前委托廠家培養。又因為菌液最終效果同時受培養方法和菌種性能影響，所以廠家因擔心責任不明晰，大都不愿意接受委托加工。如此一來就形成了賣方市場，菌種的價格隨之提高。成本問題也成為制約微生物采油技術發展的原因。

中國石油石化：目前，微生物采油技術在油田的開采中所占的比重有多大？其優勢和劣勢分別是什么?

張吉昌：目前我們油田微生物采油技術所占的比重較小，沒有作為規模推廣，只是作為三次采油后續新推技術，解決油藏非均質較強、通過常規方式無法提高采收率的問題。它作為一種驅油的手段，成本低、投入少，但對它的認識較淺，副作用不明確。目前我們采用微生物吞吐的手段投入試驗了6口井，只有4口井見效，階段累增油1040噸。

吳剛：化學驅的平均有效期在一年半，目前微生物驅在采油中還處于輔助地位，技術優勢在于可持續、可循環應用，并且可以用來解決化學驅不能解決的問題。它的增油效果目前難以量化評價，應該把微生物驅和化學驅相結合，在油田開發的不同階段發揮各自的長處，共同為提高采收率服務。

郝春雷：目前，我們油田采用的是單井吞吐和微生物驅，增油效果不明顯。國外也存在同樣的問題，那就是跟其他技術相比，微生物驅的比重不大。國外的技術分類把微生物驅劃入化學手段中，是化學類的一小塊，即使在化學類中它的應用比重也不大。

曹嫣鑌：我們目前有羅801和沾3兩個區塊在搞微生物采油技術，年產油量5萬噸左右。我們油田的年總產量為2700萬噸。相對來說，微生物采油技術所占的比例較低。總體上來說它是溫和見效的，產量略有上升，含水略有下降或保持穩定。沾3區塊含水明顯下降，中心井井組含水最大下降20%，井組產油量翻一番，見效特征顯著。

微生物采油技術的優勢在于，首先它是一項綠色環保技術。傳統化學驅的污水處理難度較大，微生物采油技術對整個油田的生產系統，包括地面脫水、采油污水合理利用起到了很好的作用。微生物采油技術利用地層中微生物本身的代謝活動達到提高采收率的目的，不會對整個系統和后續的處理過程帶來不利的影響，有效地緩解了油田零排放的環保壓力。

其次，微生物采油技術產出投入比高，經濟效益較好。美國目前的微生物采油技術產出投入比大于5%，我們勝利油田成功的區塊產出投入比也達到了這個比例。

再者，微生物采油技術一次性投入低。熱采在蒸汽驅前要建專門的鍋爐、拉管網、配備配套的工藝管柱，整個投資比較大。化學驅要建配聚站，聚合物的用量較大。而微生物驅只需在原有的注水井中注入營養液即可，整個地面流程不需要大的改變，前期工作和運營過程中的投入均較少。

至于微生物采油技術發展的劣勢，和上文河南油田提到的延緩微生物采油技術發展速度的原因一樣，我們認為微生物菌群的不穩定性和差異性成為該技術發展的劣勢。這也是它的天然劣勢。微生物驅是個精細調控的過程，很難找出一個統一的模式，每個區塊都會有一個差異很大的實施方案。這就對編制方案的前期研究和每個區塊實施過程中的動態監測提出了較高的要求。

四大關鍵需重視

中國石油石化：以上我們討論的是微生物采油技術的宏觀發展問題。具體到油藏狀況，微生物采油技術對于油藏的適用性有沒有要求？它的篩選標準是什么？

郝春雷：我們認為在油藏的選擇中需要考慮油田的開發時間，開發到什么程度，到了什么階段開始采用微生物驅，油田要根據實際情況做一個評估。目前我們得到的經驗是油藏溫度小于120℃，大于30℃，礦化度在15mg/L萬以內，ph值在9.5到5之間，自然條件下一般酸度不超過這個范圍，所以這個因素可以忽略不計。

曹嫣鑌：對于油藏的適應性各個單位都有自己的要求，像美國的泰坦公司、杜邦公司都有各自的微生物驅油技術油藏篩選標準。勝利油田1995年開始著手研究微生物采油技術， 1999年成立微生物中心，至今我們摸索出了自己的一套篩選標準。這也是中石化微生物采油技術的油藏篩選標準，各項標準的具體參數是：油藏溫度≤90℃、滲透率≥30×10-3μm2、地層水pH值6～8、地層水礦化度≤150000mg/L、50℃地面脫氣原油黏度≤3000mP·s、含水率40%～95%。

程道偉：使用化學驅和熱驅等三次采油技術后仍有30%原油無法開采出來，微生物采油技術可以用來彌補常規技術的不足。我們廠屬于全國最大的高凝油生產基地。該油品最大的特征是含蠟量高、凝固點高，這個時候可以用微生物來降凝、降黏，增強地層中原油的流動性，達到驅油的目的。具體的話，我們認為油藏溫度應該在20℃～80℃之間，一旦達到120℃以上微生物就無法存活，更別說活性了。我們遼河油田多砂巖區塊，滲透率較高，這一點比較適合。黏度小于500mPa·s，瀝青含量小于50%，石蠟含量大于5%。

中國石油石化：除油藏的篩選標準外，原料的選取也是微生物采油技術的關鍵環節，那微生物菌種的選擇標準是如何界定的？菌種的培養存在哪些問題？

張吉昌：早期采用的菌種是從國外引進的，現在國內有很多公司從事微生物菌種的培植，我們直接從這些公司購買。他們先對油藏做一個評價，確定是否適用微生物采油技術，然后從油藏中取樣帶回實驗室研究，匹配適用菌種。

曹嫣鑌：我們油田采用的菌種大致分為兩類，一類是外源微生物，一類是內源微生物。所謂外源微生物指的是從外界注入的微生物。我們前期先注入大量微生物菌液，待它們成為優勢菌后就只注入營養液，保證它們的生長。這些外源菌也是從油藏中提取的，對生態環境沒有影響，但缺點在于它們可能競爭不過內源菌。內源菌，是地層中生長的微生物菌種，因為是油藏中本身所有的，所以把握性更大，技術也相對比較成熟，我們優先選擇內源菌。

目前，我們微生物菌種研究問題的關鍵在于，研發適用于不同類型油藏的激活劑，也就是營養液，最大程度激發功能菌的活性。勝利油田有一個菌種庫，里面有200多株功能菌，有產表面活性劑的，也有厭氧條件下產氣的。我們會根據油藏條件各選取一部分，然后通過室內評價實驗考察這些菌種的分散乳化能力和產氣率。根據油藏溫度選擇菌種，對于菌種的注入量、濃度，我們通過室內物模實驗，依托數值模擬的方法對現場的實施方案進行優化。

郝春雷：關于菌種培養，微生物室內研究很清晰，如何生產表面活性劑等都是已知的了，但井下如何發揮作用沒有通用方法，也就是現場應用不明確。以我們的經驗來講，油井生產情況的評估很重要。這是個前提條件，首先要尋找有潛力的油井，但評價標準尚不明確，要在實踐中總結。

中國石油石化：各位都不約而同地提到了實驗和應用的問題。據了解，目前國內在菌種評價方面出現了室內實驗條件與現場應用條件偏差較大的問題，原因是什么，如何縮小這種差距？

曹嫣鑌：偏差的原因在于研究對象是不斷變化的生物。微生物不同于化學劑。它們是有生命的，處在不斷的活動變化中，而且對環境的要求很嚴格，很多微生物脫離特定的油藏條件就無法生存，活性被大幅度抑制。室內模擬條件和油藏的真實條件有一定差異，導致無法完全模擬油藏條件下菌群的分布狀況。但實驗基本反映了油藏的一些規律，室內評價方法確定有潛力的區塊，實際實施時也會出現比較好的效果。所以，我們認為室內實驗對現場實施的評估、指導作用毋庸置疑，可以滿足現場的需求。

當然，對于二者存在的差距，我們要盡量想辦法縮小，努力構建一個接近真實油藏情況的菌群。盡可能模仿油藏的條件，包括溫度、壓力和水，在時間上做到當天取樣當天實驗，減少時間差對實驗效果的影響。

● 我國微生物采油技術研究仍處于初級階段，需要繼續加強機理研究，實驗的方法和手段也需要不斷細化。攝影/劉 鐵

吳剛：實驗數據和現場效果的差距還是很大的。雖然室內研究的結果是可提高采收率15%到20%，但是實際應用效果還遠達不到這個比例，油藏條件下菌群與原油、水作用機理更為復雜。目前多為定性結果，所以現場應用遠遠達不到實驗時的評價結果。此外，地層條件下作用因素復雜，我們實驗條件下能夠模擬的因素只有一兩個，實際上可能存在諸多未知因素。微生物采油技術是跨多專業的綜合學科，技術發展僅僅處于初級階段，需要進一步加強機理研究，實驗的方法手段和效果評價也需不斷細化，思維上也要有創新，在反復實踐、反復認識中提升發展。

程道偉：剛才說到我們的菌種是從外面的公司購買的。這中間有一個運輸問題，微生物菌種的變化很大，有些菌種在運輸過程中可能發生變異，對時效性有嚴格的要求。我們能做的是在路線選擇上縮短距離，選擇離采油廠最近的站點，保證收到后立即投入使用，以縮小實驗條件和現場應用之間的差距，尋求最佳的驅油效果。

中國石油石化：據了解，相對于化學驅和熱驅，微生物采油技術存在配套措施不完善或一些客觀的限制條件，請問各位所在油田是什么情況？

曹嫣鑌：我們的配套設施很簡單，勝利油田成立了微生物中心，專門從事微生物采油技術的研究，研究成果直接應用到采油廠。微生物菌種和營養液的注入也不需要特殊的裝備，可以在注水時一起注入，前期地面的調整工作比較小，不需要大的投入。

郝春雷：和勝利油田不同，我們使用的菌種是自己的，但施工用的菌液是委托外面的廠家加工的。因為我們沒有生產基地。很多技術都存在一個問題，那就是技術服務和生產分離。我們和外面的公司一樣，都是做技術服務的。我們所用的油井是由采油廠提供的，而不是根據需要去選擇適用的油井，雖然采油廠提供的油井我們可以決定做或不做，也可以從中間選擇條件較好的去做，但從研究應具備的前提條件來說，我們的自主選擇是受限的。可供試驗的油藏不足，制約了研究和應用工作的開展。

要借鑒更要創新

中國石油石化：與美國微生物驅油技術發展相比，我國還有較大的差距，有哪些經驗是我們可以借鑒的？

曹嫣鑌：美國的微生物采油技術已有四五十年的歷史，現場應用區塊和單元已經達到上百個，形成了相對完善的篩選標準和應用標準。勝利油田1995年才成立課題組，目前共開展了7個單元的微生物驅實驗，完善的只有4個單元，起步晚、應用少，現場規律的總結和理解的深度和美國有差距。

如果說學習的話，首先，美國有專門的技術服務公司從事技術服務，研究機構和高校團隊從事研究工作，基礎研究扎實，能源局也給予資金支持。相比之下我們從事基礎研究，尤其是從事石油微生物研究的人較少。再者，國家發展戰略對此要有一個長遠規劃。熱驅的柴油燃燒產生大量二氧化碳，化學驅采收液的后續處理比較棘手，現在的做法是強行回灌至地層中，高壓回灌對地層水是否有污染尚不明確。在環保要求越來越高的情況下，不能單純以提高采油速度和采收率幅度大小來衡量一項技術，要站在更高的視野上，把技術發展和國家戰略調整相結合。

中國石油石化：今后我國微生物采油技術需要重點攻克的難題有哪些？需要在哪些方面進行自己的創新？

曹嫣鑌：我們制定了一個短期發展規劃，也是近7年的研究方向，主要圍繞以下五個方面的問題展開。

一是石油微生物監測技術的提高。以前我們先對微生物進行培養，然后分析找出適用的菌種，由于分辨率低，油藏中95%的細菌無法通過這種方法培養起來，脫離了油藏的環境很多細菌無法生長。隨著分子生物分析技術的發展，利用基因分析技術提取微生物的DNA，對油藏中細菌及其比例進行分析，準確掌握地層中菌群的分布狀態。這樣一來微生物的分辨速度提高了，費用降低了，基本上滿足了現場需要。難點在于，菌群只分析到屬，對于菌群在油藏環境中的作用，還需要把功能菌從菌群中有效地分離、提純出來，研究它們的作用。

二是不同階段微生物的作用機制、相互影響以及對提高采收率的貢獻率的研究。功能菌所處位置分為三個階段：好氧微生物區，靠近注水井；兼性微生物區，位于中間位置；厭氧微生物區，位于油藏深處直至采油井。需要進一步明晰三個階段微生物代謝的規律，代謝產物對下個階段微生物的代謝有什么影響，以及它們對提高采收率貢獻的大小。

三是為了進一步提高微生物的適應性，研究具有調剖功能的營養液。這種營養液本身具有一定的黏度和封堵作用，是被微生物消耗的營養物質，在未被消耗完之前具有一定的調剖功能，可以用來提高微生物對非均質油藏的適應性。

四是開發數值模擬軟件。依托國外商業軟件CMG（油藏模擬系統軟件）平臺，通過建立微生物反應方程模式，呈現微生物的主要作用機理，推進微生物作用機理的深化研究。

五是外源菌本源化研究。上面提到本源菌是優先選擇的對象，但不是所有油藏中的本源菌經過激活都能起主導作用，有些油藏中起不了作用的菌種，如硫酸鹽還原菌、腐生菌占的比重較大，只能通過注入外源菌，讓它們通過競爭占據主導作用。在共同作用的生物競爭環境中，外源菌如何成為優勢菌種起主導作用，是今后需要攻克的一個難題。

吳剛：對于微生物菌種的研究有待加強。上世紀80年代我們從國外引進菌種，直接投入應用，依靠應用效果做簡單評價，行就用，不行就不用，不了解作用的深層次機理。現在我們開始深化技術研究，在了解應用效果的基礎上，依托油田環境自主開展菌種的研究。

2013年我們把自主篩選的12株菌種拿去做權威鑒定，結果發現3株在我國石油領域是首次應用的，其中一株在世界范圍內是首次發現。這也增加了我們研究的動力。但限于研究的力度，我們的菌種應用范圍較窄，種屬較少，菌群庫還亟待豐富。

微生物驅油技術的機理還存在一些問題需要量化。目前研究定性認為微生物對原油有降解作用，微生物可以產酸、產脂、產氣。微生物驅油是一個緩慢、復雜的過程，中間代謝產物和附著物較多，開始時選用的菌群和降解后的菌群有可能已經發生變化，需要模擬還原整個實驗過程，以最終確定目標微生物的功能性，而這些都缺乏量化評價標準。

郝春雷：剛才在介紹配套設施時說到我們的現狀是技術服務和生產分離，生產單位只負責生產，科研單位只負責科研，并非由油田總公司統一協調。采油廠可以自主選擇技術服務單位，既可以選擇外部單位也可以選擇我們內部單位。采油廠在選擇時看重的是成本和結果，外部公司按有效油井收費，沒效果就不收費，這一點對采油廠的吸引力很大。而外部公司可以為很多采油廠服務，這個做不好了可以選擇下一個采油廠。我們作為內部技術服務公司，失敗一次就會對下次的工作造成影響，再去找采油廠會有一定的困難。

● 在微生物驅收效最顯著的沾3-13井，注入微生物前日產油一度跌至到2.9噸/天，經過二個階段的注入微生物驅油，日產油能力達到14.4噸/天。 攝影/劉 鐵

室內研究方面的話，目前國內主要存在兩個問題。一是缺少量化，就是微生物機理方面的研究大都只有現象描述，缺少量化研究，這樣就難以對微生物的效果進行準確預測；二是對油藏環境的模擬還不到位，就是還不能準確地在室內模擬出油藏溫度和壓力，氧含量、重金屬、巖層吸附等因素對微生物的影響，不能真實地還原出微生物發生作用的狀態。現場實施方面的問題，就是還沒有一個明確的微生物技術適用油井、區塊條件的標準。目前的微生物油藏適用標準主要是考慮到油藏環境對微生物活性的影響，但很少考慮微生物對油井生產狀況的要求，即在不影響微生物活性的前提下，什么生產情況的油井或區塊能最大程度的發揮微生物的作用效果。上述問題如能解決，將會大大提高微生物技術的應用效果。

張吉昌：我們油田除了上面提到的運輸問題外，還有一個就是微生物菌種代謝會產生堵塞物質，堵塞地層。如硫酸鹽還原菌，在缺氧的環境下被還原，生成硫化氫，硫化氫和地層中的鐵離子發生化學反應，形成硫酸亞鐵黑色沉淀，對微生物有副作用。這個問題可以經過酸化進行處理，但只能解決近井地帶的問題。

中國石油石化：展望未來，微生物采油技術的發展前景如何？

程道偉：前景樂觀。微生物采油技術投入低、工藝簡單、對配套設施要求不高，是枯竭式油田再開采的良好選擇。它的原料微生物族譜龐大，可供選擇的菌種也相對較多。該技術具有去蠟、降黏、降解和改善重油等功能，而且和化學驅、熱驅的高投入相比，產出投入比較高，經濟效益高。另外，它可以解決石油行業普遍存在的污染問題。

郝春雷：目前它很難超過正處于穩健發展階段的化學驅，只有化學手段難以突破時才會轉向微生物驅。可以將它與化學手段結合，利用生物手段生產化學劑。隨著環保要求的提高，化學手段管理越來越嚴格，水處理成本也很高，微生物驅可以作為一項儲備技術持續研究，不能等到用時臨時抱佛腳。