微生物采油技術研究進展*

戴振華，郭繼香，付越群，張世嶺，卓　苗，王艷婷

(中國石油大學(北京)提高采收率研究院，北京　102249)

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微生物采油技術研究進展*

戴振華，郭繼香，付越群，張世嶺，卓苗，王艷婷

(中國石油大學(北京)提高采收率研究院，北京102249)

介紹了采油微生物的共性、特點以及微生物適應油藏的條件，并且總結了近年來微生物采油機理，分為微生物本身和其代謝產物的作用機理。綜述并分析了目前微生物采油技術在國內外研究進展與現狀和以及在微生物采油技術中所存在的問題，分別為油藏環境、有害菌的產生、激活劑成本以及室內模擬油藏條件不足對微生物采油技術的影響，最后對微生物采油技術在提高采收率中應用做出展望。

微生物；微生物采油；機理；現狀；存在問題

MEOR(Microbial Enhanced Oil Recovery)至今已有80年歷史。微生物采油提高采收率是利用微生物自身的代謝活動以及所產生的代謝產物，主要是利用微生物繁殖代謝產物，可把原油的長鏈結構分解為短鏈結構，降低界面張力、原油粘度，改善原油的流動性和增加油藏內部能量，增加油層中殘余油采出量，以此提高原油采收率。因內源微生物采油技術成本低、適應性強，所以更具有廣闊的應用前景。

1　采油微生物

1.1微生物的共性

微生物是需要在顯微鏡下才能清楚觀察的微小生物，微生物擁有以下特點：體積特別小，比表面積大；吸收能力或者礦物質多，轉化特別快；生長旺盛，繁殖特別快；適應能力強，容易變異[3]。

1.2采油微生物的特點

采油微生物是用于油田開采，提高原油采收率。所以采油微生物除了具有普通微生物的五大共性外，還有以下的幾個特點[4]：

(1) 微生物必須與目標油藏的物理化學性質相適應。

(2) 微生物能夠用來提高石油采收率，一個很重要的原因是微生物可以產生各種各樣的代謝產物。盡管微生物代謝產物是特別繁雜，對提高石油采收率有利的代謝產物主要有：二氧化碳、甲烷、氮氣，有機酸，低分子的酮類、醛類，糖類或者脂類的生物表面活性劑，高分子生物聚合物。

(3) 與地層的微生物配伍性較好。

采油微生物除了上述三個特點外，所選微生物應對環境無污染。

1.3影響微生物活動的油藏條件

油藏的組成成分是：固體、液體和氣體，每一種相態或者成分，都可能產生有益或有害微生物提高原油采收率的影響。微生物及其代謝產物對油藏的影響主要包括以下的幾個部分，這些都會直接或者間接影響到微生物提高采收率[5-7]。

(1) 地層礦物

油藏主要由各種巖石和礦物的成分組成，石油主要存儲于砂巖和碳酸鹽巖孔隙或裂縫的。地層礦物中的營養物質會影響微生物的生長和繁殖，而且地層礦物有很大的表面積也可以為微生物的活動提供很大的比面積，有利于微生物的吸附和繁殖。

(2) 孔隙度和滲透率

孔隙度和滲透率對細菌活動也有一定的影響。油藏的孔隙度和滲透率會影響細菌在孔隙中的運移活動；而且油藏的孔隙度和滲透率過小是也會對微生物的生長速率和菌體繁殖的大小的產生一定的影響。

(3) 壓力

一般10 MPa的低壓不影響微生物生長。30～50 MPa的中壓對微生物的生長繁殖影響較小，但是當壓力達到50 MPa以上時微生物的生長繁殖將受到抑制。

(4) 溫度

對于一般的微生物來說，微生物代謝對溫度比較敏感，尤其是在較高的溫度下，容易引起蛋白質的變性，從而導致微生物變異或者死亡。雖然某些微生物在高溫下或者低溫下可以存活，但是不能產生采油所需的有用的代謝產物，所以微生物的生長條件必須要與油藏的物理條件相匹配，我國的油藏條件各異，因此我們要篩選出與油藏條件相匹配的微生物。

(5) 礦化度

水是微生物生長和繁殖的外部環境，一定量的無機礦物質可以作為微生物生長系統中的營養物。地層水中含有各種各樣的無機鹽類，它的影響包括兩個方面，地層水礦物離子的類型和濃度，不同的礦物離子類型對微生物所產物的代謝產物是不同的，高的地層水礦化度也不利用于微生物的生長繁殖。

(6) 營養物

微生物對營養物的需求，在一般情況下，微生物的生長過程中的C、N、P、S、Fe、Mg、K的需求很大，Co、Ni、W、Mo、Na、Se、Co和其它需求量較低。

(7) 重金屬

一般而言，重金屬的存在會減弱微生物的生長速率，甚至導致微生物變異。

除了這些因素外，如有毒微量元素、殘余油的分布情況、束縛水的飽和度等這些因素也會影響微生物的活動。因此，一個重要的基礎是針對不同的油藏優選出適應的微生物菌。

2　微生物采油機理

微生物采油機理主要分為兩大方面，一是微生物本身，二是微生物代謝產物。

2.1本身作用

微生物本身作用包括微生物細胞及其其代謝作用。

(1)微生物在油藏中不斷生長繁殖，其數量增加迅速增多，細胞體積及數量使得微生物隨注入水進入地層高滲流通道時，可引起通道堵塞，從而起到堵水的作用。由于微生物可以在油藏深處生長繁殖，所以微生物可以在油藏深處堵水；而且這是一種選擇性堵水，選擇堵塞油藏的高滲流通道[8]。

(2)微生物的代謝作用

有研究認為，微生物在油藏中可降解原油中的膠質、瀝青質，使其生成飽和分、芳香分，使原油黏度變小而便于流動[9]，從而也可以更加利于原油的采出。

2.2代謝產物作用

微生物可以產生以下的幾種代謝產物，它們的機理各異：

(1)表面活性物質[10]

微生物經過代謝作用產生生物表面活性劑，一般是脂肽類或者多糖類，生物表面活性物質的作用與化學合成表面活性劑相近，均是分子一端親油，一端親水的表面活性物，它們除了可以有效的降低表面張力，增加乳狀液的穩定性或者增加發泡作用，還有一些特別的性質，例如：這類活性物質可以迅速生物降解、沒有毒性等特征。

(2)有機溶劑[11]

微生物代謝可產生低分子量的醇、酮等，根據相似相容原理，這些物質可以當做一定的有機溶劑，可以溶解沉淀的原油成分，此外，醇和酮可降低油水界面張力和界面張力，使油水乳化，增加乳狀液的穩定性。所以這些有機溶劑可將部分不能流動的殘余油洗出。

(3)微生物產生的氣體[12]

微生物產生的氣體在儲層中有兩種形式存在，混溶性和不混溶性。當以混溶形式存在時，油中溶解氣體，降低原油黏度，這使得原油更加容易流動；當以不混溶形式存在時，儲層孔隙中形成氣泡，這將減少水的滲透性和提高油相滲透率，由此可知，油藏中不論存在哪種形式的生物氣體，都有利于采收率的提高。生物氣的產生還能增加地層能量，增加油藏中殘余油的采出。

(4)有機酸性物質[13]

微生物的代謝可產生有機酸，化學酸化與微生物產生的酸作用過程是有很大差別的，由于微生物產生的都是一些弱酸，相比于化學酸其作用距離更遠。

(5)巖石表面性質的改變[14]

微生物及其代謝產物作用于油藏，可以改變油藏巖石的表面潤濕性，將其潤濕性由親油改變為親水，這樣有利于油藏巖石表面殘余油的剝離。

3　微生物采油技術研究進展

1895年，Mlyoshi發現了有些微生物可以以烴類為碳源的現象[15]。20世紀，Beckman在前人的基礎上提出了利用微生物可以用來采油的假設[16]，ZoBell提出了利用還原菌來采油的建議[17]，后又證明了微生物可與油藏中原油作用增加原油的采出程度[18]，1953年，ZoBell進行了多次微生物采油的實驗論證，為微生物采油打下良好的基礎。Updegraff和Wren重復了Bell[19]的研究工作，驗證了微生物采油的可行性。1954年，在Updegraff的幫助下，亞伯勒和科蒂通過微生物在地下發酵的方法來進行礦場試驗，效果顯著[20]。

Dastgheibz等從伊朗油田原油中分離出一株耐高溫革蘭氏陽性菌，經鑒定為地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)，該菌表現出較強產生物表活劑的能力，對許多種碳氫化合物均有較強的乳化能力，尤其在以酵母菌為唯一碳源、NaNO3為唯一氮源時效果最好，此菌使剩余原油采收率提高22%[21]。

Bordoloi在實驗中發現P.aeruginosa(MTCC7815)和P.aeruginosa(MTCC7812)能產生大量生物表面活性劑，經室內實驗得出，產生的生物表面活性劑使原油表面張力在96 h后從68 mN·m-1降低到30 mN·m-1，此菌在pH 2.5～11，溫度100 ℃左右活性保持良好。對被石油或者其他碳氫化合物污染的砂子或者土壤表明，當對能產生生物表面活性劑的微生物刺激時，這些微生物能產生調節作用[22]。

20世紀50年代，國內開始對微生物采油技術進行研究，1966年，新疆油田的科技工作者在原油清蠟防蠟的研究中開始使用微生物[23]，20世紀80年代，在稠油的脫蠟、甲醇蛋白等課題研究中也開始使用微生物[24]，特別是內源微生物驅和空氣輔助微生物驅，很大程度上提高了原油采收率，使微生物提高采收率技術獲得快速發展。

王鳳蘭等[25]對朝陽溝油田進行礦場試驗，效果明顯，累積增油1.36×104t，含水率下降了30.3%，階段采收率提高3%，該技術既環保又不破壞地層，不僅突破了國際微生物采油滲透率標準，也開辟了大慶特低滲透油田利用微生物采油技術先河，也為國內外特征相似油田開辟了提高采收率新途徑。

Nzina等對地層溫度高達60 ℃的大港油田孔點高溫區使用了內源微生物采油方法進行了4年的礦場試驗，以近井地帶剩余油為碳源，補充氮磷等微生物所需營養，并與空氣相混合，來激活油藏內源微生物。實驗中測得生物表面活性劑、脂肪酸、二氧化碳和甲烷氣等都有產生[26]。Nzina等在現場試驗中測得硫酸鹽還原速率每天從0.012 μg增加到18.94 μg，甲烷每天代謝速率從0.012 μg增加到16.235 μg[27]，實驗效果明顯。根據孔店油田現場動態監測和數據結果表明：大量有活性嗜熱微生物構成了油藏中驅油微生物主體，表現出了很好物理化學、流變力學等方面的作用。內源微生物采油技術在孔店油田的成功應用對國內高含水期的老油田提高采收率具有借鑒意義。

4　微生物采油技術存在問題

雖然微生物采油技術在國內外進行了大量室內和現場試驗，提高采收率效果明顯，較其他采油技術相比優點眾多，但目前來看仍有不足之處，需要進一步探索和改進。

(1) 油藏環境對微生物生長繁殖影響較大，例如溫度、礦化度以及各金屬離子濃度等，所以微生物采油技術需選取適宜的油藏環境，這就需要對目標油藏地質物性進行調研，來確定是否適用于微生物采油以及運用何種采用方法。

(2) 微生物激活劑成本較高，在實驗前要研究內源微生物組成及菌種結構組成，按照最適比例配制營養液，使其最大化激活有益菌抑制有害菌，從而降低成本。

(3) 微生物代謝產物不但能提高原油采收率，也能破壞油藏環境和設備，如微生物產生的生物表面活性劑或者聚合物很可能沉淀對地層造成危害[28]；某些細菌代謝產物產生的酸和有機溶劑，如硫酸鹽還原菌能產生H2S，這都很有可能造成運輸管線和采油設備的腐蝕。

(4) 在對微生物驅油室內物理模擬實驗中，所采用的實驗條件不能完全模擬油層條件，如巖心體積小等，所以實驗室和現場試驗存在較大差異性，因此室內實驗需要進一步改進。

5　結　語

微生物采油技術是利用微生物本身的有益活動或產生的代謝產物進行有效的驅油。微生物采油技術比三次采油技術中的水驅、堿驅、聚合物驅以及三元復合驅等有無法相比的優點，微生物采油技術不僅環保，而且對油層基本無傷害，其技術特點也預示著在今后的油田開采中，增大并起到主導作用。

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Research Progress on Microbial Oil Recovery Technology*

DAIZhen-hua,GUOJi-xiang,FUYue-qun,ZHANGShi-ling,ZHUOMiao,WANGYan-ting

(Enhanced Oil Recovery Institute, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

The production, characteristics and the generalities of the microbial microorganisms to adapt to the reservoir conditions were introduced. The mechanism of meor in recent years was summarized, including microbial itself and the role of metabolites. The current microbial oil recovery technology in domestic and foreign research progress and existing problems were reviewed and analyzed, including reservoir environment, the generation of harmful bacteria, activating agent cost and indoor simulated reservoir conditions than effects of MEOR. At last outlook to microbial enhanced oil recovery technology in the application of EOR was made.

microbe; microbial oil displacement; mechanism; states; problem

中高溫油藏微生物驅油技術(NO：2013AA064401)。

戴振華(1992-)，男，碩士。

郭繼香(1965-)，女，教授，博士導師。

TE355

A

1001-9677(2016)015-0009-03