微生物采油技术研究进展*

戴振华，郭继香，付越群，张世岭，卓　苗，王艳婷

(中国石油大学(北京)提高采收率研究院，北京　102249)



微生物采油技术研究进展*

戴振华，郭继香，付越群，张世岭，卓苗，王艳婷

(中国石油大学(北京)提高采收率研究院，北京102249)

介绍了采油微生物的共性、特点以及微生物适应油藏的条件，并且总结了近年来微生物采油机理，分为微生物本身和其代谢产物的作用机理。综述并分析了目前微生物采油技术在国内外研究进展与现状和以及在微生物采油技术中所存在的问题，分别为油藏环境、有害菌的产生、激活剂成本以及室内模拟油藏条件不足对微生物采油技术的影响，最后对微生物采油技术在提高采收率中应用做出展望。

微生物；微生物采油；机理；现状；存在问题

MEOR(Microbial Enhanced Oil Recovery)至今已有80年历史。微生物采油提高采收率是利用微生物自身的代谢活动以及所产生的代谢产物，主要是利用微生物繁殖代谢产物，可把原油的长链结构分解为短链结构，降低界面张力、原油粘度，改善原油的流动性和增加油藏内部能量，增加油层中残余油采出量，以此提高原油采收率。因內源微生物采油技术成本低、适应性强，所以更具有广阔的应用前景。

1　采油微生物

1.1微生物的共性

微生物是需要在显微镜下才能清楚观察的微小生物，微生物拥有以下特点：体积特别小，比表面积大；吸收能力或者矿物质多，转化特别快；生长旺盛，繁殖特别快；适应能力强，容易变异[3]。

1.2采油微生物的特点

采油微生物是用于油田开采，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，还有以下的几个特点[4]：

(1) 微生物必须与目标油藏的物理化学性质相适应。

(2) 微生物能够用来提高石油采收率，一个很重要的原因是微生物可以产生各种各样的代谢产物。尽管微生物代谢产物是特别繁杂，对提高石油采收率有利的代谢产物主要有：二氧化碳、甲烷、氮气，有机酸，低分子的酮类、醛类，糖类或者脂类的生物表面活性剂，高分子生物聚合物。

(3) 与地层的微生物配伍性较好。

采油微生物除了上述三个特点外，所选微生物应对环境无污染。

1.3影响微生物活动的油藏条件

油藏的组成成分是：固体、液体和气体，每一种相态或者成分，都可能产生有益或有害微生物提高原油采收率的影响。微生物及其代谢产物对油藏的影响主要包括以下的几个部分，这些都会直接或者间接影响到微生物提高采收率[5-7]。

(1) 地层矿物

油藏主要由各种岩石和矿物的成分组成，石油主要存储于砂岩和碳酸盐岩孔隙或裂缝的。地层矿物中的营养物质会影响微生物的生长和繁殖，而且地层矿物有很大的表面积也可以为微生物的活动提供很大的比面积，有利于微生物的吸附和繁殖。

(2) 孔隙度和渗透率

孔隙度和渗透率对细菌活动也有一定的影响。油藏的孔隙度和渗透率会影响细菌在孔隙中的运移活动；而且油藏的孔隙度和渗透率过小是也会对微生物的生长速率和菌体繁殖的大小的产生一定的影响。

(3) 压力

一般10 MPa的低压不影响微生物生长。30～50 MPa的中压对微生物的生长繁殖影响较小，但是当压力达到50 MPa以上时微生物的生长繁殖将受到抑制。

(4) 温度

对于一般的微生物来说，微生物代谢对温度比较敏感，尤其是在较高的温度下，容易引起蛋白质的变性，从而导致微生物变异或者死亡。虽然某些微生物在高温下或者低温下可以存活，但是不能产生采油所需的有用的代谢产物，所以微生物的生长条件必须要与油藏的物理条件相匹配，我国的油藏条件各异，因此我们要筛选出与油藏条件相匹配的微生物。

(5) 矿化度

水是微生物生长和繁殖的外部环境，一定量的无机矿物质可以作为微生物生长系统中的营养物。地层水中含有各种各样的无机盐类，它的影响包括两个方面，地层水矿物离子的类型和浓度，不同的矿物离子类型对微生物所产物的代谢产物是不同的，高的地层水矿化度也不利用于微生物的生长繁殖。

(6) 营养物

微生物对营养物的需求，在一般情况下，微生物的生长过程中的C、N、P、S、Fe、Mg、K的需求很大，Co、Ni、W、Mo、Na、Se、Co和其它需求量较低。

(7) 重金属

一般而言，重金属的存在会减弱微生物的生长速率，甚至导致微生物变异。

除了这些因素外，如有毒微量元素、残余油的分布情况、束缚水的饱和度等这些因素也会影响微生物的活动。因此，一个重要的基础是针对不同的油藏优选出适应的微生物菌。

2　微生物采油机理

微生物采油机理主要分为两大方面，一是微生物本身，二是微生物代谢产物。

2.1本身作用

微生物本身作用包括微生物细胞及其其代谢作用。

(1)微生物在油藏中不断生长繁殖，其数量增加迅速增多，细胞体积及数量使得微生物随注入水进入地层高渗流通道时，可引起通道堵塞，从而起到堵水的作用。由于微生物可以在油藏深处生长繁殖，所以微生物可以在油藏深处堵水；而且这是一种选择性堵水，选择堵塞油藏的高渗流通道[8]。

(2)微生物的代谢作用

有研究认为，微生物在油藏中可降解原油中的胶质、沥青质，使其生成饱和分、芳香分，使原油黏度变小而便于流动[9]，从而也可以更加利于原油的采出。

2.2代谢产物作用

微生物可以产生以下的几种代谢产物，它们的机理各异：

(1)表面活性物质[10]

微生物经过代谢作用产生生物表面活性剂，一般是脂肽类或者多糖类，生物表面活性物质的作用与化学合成表面活性剂相近，均是分子一端亲油，一端亲水的表面活性物，它们除了可以有效的降低表面张力，增加乳状液的稳定性或者增加发泡作用，还有一些特别的性质，例如：这类活性物质可以迅速生物降解、没有毒性等特征。

(2)有机溶剂[11]

微生物代谢可产生低分子量的醇、酮等，根据相似相容原理，这些物质可以当做一定的有机溶剂，可以溶解沉淀的原油成分，此外，醇和酮可降低油水界面张力和界面张力，使油水乳化，增加乳状液的稳定性。所以这些有机溶剂可将部分不能流动的残余油洗出。

(3)微生物产生的气体[12]

微生物产生的气体在储层中有两种形式存在，混溶性和不混溶性。当以混溶形式存在时，油中溶解气体，降低原油黏度，这使得原油更加容易流动；当以不混溶形式存在时，储层孔隙中形成气泡，这将减少水的渗透性和提高油相渗透率，由此可知，油藏中不论存在哪种形式的生物气体，都有利于采收率的提高。生物气的产生还能增加地层能量，增加油藏中残余油的采出。

(4)有机酸性物质[13]

微生物的代谢可产生有机酸，化学酸化与微生物产生的酸作用过程是有很大差别的，由于微生物产生的都是一些弱酸，相比于化学酸其作用距离更远。

(5)岩石表面性质的改变[14]

微生物及其代谢产物作用于油藏，可以改变油藏岩石的表面润湿性，将其润湿性由亲油改变为亲水，这样有利于油藏岩石表面残余油的剥离。

3　微生物采油技术研究进展

1895年，Mlyoshi发现了有些微生物可以以烃类为碳源的现象[15]。20世纪，Beckman在前人的基础上提出了利用微生物可以用来采油的假设[16]，ZoBell提出了利用还原菌来采油的建议[17]，后又证明了微生物可与油藏中原油作用增加原油的采出程度[18]，1953年，ZoBell进行了多次微生物采油的实验论证，为微生物采油打下良好的基础。Updegraff和Wren重复了Bell[19]的研究工作，验证了微生物采油的可行性。1954年，在Updegraff的帮助下，亚伯勒和科蒂通过微生物在地下发酵的方法来进行矿场试验，效果显著[20]。

Dastgheibz等从伊朗油田原油中分离出一株耐高温革兰氏阳性菌，经鉴定为地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)，该菌表现出较强产生物表活剂的能力，对许多种碳氢化合物均有较强的乳化能力，尤其在以酵母菌为唯一碳源、NaNO3为唯一氮源时效果最好，此菌使剩余原油采收率提高22%[21]。

Bordoloi在实验中发现P.aeruginosa(MTCC7815)和P.aeruginosa(MTCC7812)能产生大量生物表面活性剂，经室内实验得出，产生的生物表面活性剂使原油表面张力在96 h后从68 mN·m-1降低到30 mN·m-1，此菌在pH 2.5～11，温度100 ℃左右活性保持良好。对被石油或者其他碳氢化合物污染的砂子或者土壤表明，当对能产生生物表面活性剂的微生物刺激时，这些微生物能产生调节作用[22]。

20世纪50年代，国内开始对微生物采油技术进行研究，1966年，新疆油田的科技工作者在原油清蜡防蜡的研究中开始使用微生物[23]，20世纪80年代，在稠油的脱蜡、甲醇蛋白等课题研究中也开始使用微生物[24]，特别是内源微生物驱和空气辅助微生物驱，很大程度上提高了原油采收率，使微生物提高采收率技术获得快速发展。

王凤兰等[25]对朝阳沟油田进行矿场试验，效果明显，累积增油1.36×104t，含水率下降了30.3%，阶段采收率提高3%，该技术既环保又不破坏地层，不仅突破了国际微生物采油渗透率标准，也开辟了大庆特低渗透油田利用微生物采油技术先河，也为国内外特征相似油田开辟了提高采收率新途径。

Nzina等对地层温度高达60 ℃的大港油田孔点高温区使用了內源微生物采油方法进行了4年的矿场试验，以近井地带剩余油为碳源，补充氮磷等微生物所需营养，并与空气相混合，来激活油藏內源微生物。实验中测得生物表面活性剂、脂肪酸、二氧化碳和甲烷气等都有产生[26]。Nzina等在现场试验中测得硫酸盐还原速率每天从0.012 μg增加到18.94 μg，甲烷每天代谢速率从0.012 μg增加到16.235 μg[27]，实验效果明显。根据孔店油田现场动态监测和数据结果表明：大量有活性嗜热微生物构成了油藏中驱油微生物主体，表现出了很好物理化学、流变力学等方面的作用。內源微生物采油技术在孔店油田的成功应用对国内高含水期的老油田提高采收率具有借鉴意义。

4　微生物采油技术存在问题

虽然微生物采油技术在国内外进行了大量室内和现场试验，提高采收率效果明显，较其他采油技术相比优点众多，但目前来看仍有不足之处，需要进一步探索和改进。

(1) 油藏环境对微生物生长繁殖影响较大，例如温度、矿化度以及各金属离子浓度等，所以微生物采油技术需选取适宜的油藏环境，这就需要对目标油藏地质物性进行调研，来确定是否适用于微生物采油以及运用何种采用方法。

(2) 微生物激活剂成本较高，在实验前要研究內源微生物组成及菌种结构组成，按照最适比例配制营养液，使其最大化激活有益菌抑制有害菌，从而降低成本。

(3) 微生物代谢产物不但能提高原油采收率，也能破坏油藏环境和设备，如微生物产生的生物表面活性剂或者聚合物很可能沉淀对地层造成危害[28]；某些细菌代谢产物产生的酸和有机溶剂，如硫酸盐还原菌能产生H2S，这都很有可能造成运输管线和采油设备的腐蚀。

(4) 在对微生物驱油室内物理模拟实验中，所采用的实验条件不能完全模拟油层条件，如岩心体积小等，所以实验室和现场试验存在较大差异性，因此室内实验需要进一步改进。

5　结　语

微生物采油技术是利用微生物本身的有益活动或产生的代谢产物进行有效的驱油。微生物采油技术比三次采油技术中的水驱、碱驱、聚合物驱以及三元复合驱等有无法相比的优点，微生物采油技术不仅环保，而且对油层基本无伤害，其技术特点也预示着在今后的油田开采中，增大并起到主导作用。

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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

中高温油藏微生物驱油技术(NO：2013AA064401)。

戴振华(1992-)，男，硕士。

郭继香(1965-)，女，教授，博士导师。

TE355

A

1001-9677(2016)015-0009-03