浅谈如何利用微生物提高采油量 严倩茹 (上海交通大学农业与生物学院) 摘要：随着生物技术的不断发展和地球上石油资源的逐渐短缺，利用微生物提高原油采收率技术(Microbial Enhanced Oil Recovery Technology简称MEOR)来开发石油资源，己成为生物技术发展的主导方向之一。本 文就MOR的作用机理、化学剂对其影响、现状及发展前景进行讨论，为利用微生物提高采油量的研究提 供借鉴。 关键词：微生物提高采油率技术：作用机理：化学剂的影响：现状及发展 0引言 在世界范围内，用常规采油技术只能从地下油藏采出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重要课题。微生物提高采收 率(Microbial Enhanced 0il Recovery Technology简称MEOR)技术作为一种新型的EOR方 法，从本世纪30年代提出，直到80年代中期才引起科技界的广泛兴趣，ME0R的研究与应用取 得了很大的进展。 1微生物采油的优点 地层，不会造成环境污染，且可以在同一井 中重复使用多次：长效性：微生物能自我复 微生物采油技术是一项费用低廉、无环 制，生活史比高等生物短，注入到油藏中的 境污染、科技含量高、发展迅猛的新技术， 细菌不断地繁殖，长时间发挥作用：生产成 是现代生物技术在采油工程领域中创新性 本低廉：微生物培养设备和成本低：灵活度 的应用，对于高含水和接近枯竭的老油田更 高：可以针对具体的油藏灵活注人具体的微 显示出其强大的生命力。与其他提高采收率 生物菌种和注人量：微生物体积小，能进人 的方法相比，微生物采油技术具有明显的优 地层裂缝，不会引起明显的结垢腐蚀或堵塞 点：成本低，微生物的主要营养源之一是用 等问题的岩石、油、气、水物性的改变.用 通常手段难以采出的石油，微生物的繁殖能 于采油的微生物可分为油层中的本源微生 力和适应性强，作用效果持续时间长，这尤 物和外源注入微生物两种.本源微生物既有 其对边际油田吸引力大：微生物采油技术工 好氧菌又有厌氧菌，好氧菌易降解烃类物质， 序简单，利用常规注入设备即可实施，不必 降低石油质量：而厌氧菌不容易降解烃类， 增添井场设备，比其他EOR技术实用且操作 能产生有机酸、有机溶剂、气体等，更有利 方便：应用范围广，不仅可开采轻油、中质 于提高原油采收率.由于长期生长在地层中 原油，更适于开采重油：注入的微生物和培 的本源微生物缺少足够的营养物质，导致其 养基原料来源广，容易制取，且可根据具体 生长繁殖受到限制，因此，可以向油层中注 油藏特点，灵活调整微生物的配方：易于控 入培养基促进微生物的生长，从而更好发挥 制，通过停止注入营养液，即可终止微生物 其作用，减少封井时间。 的活动：微生物细胞小且运动性强，能进入 其他驱油工艺的盲区如死油区或裂缝：微生 2 微生物提高采收率机理 物只在有油的地方繁殖并产生代谢产物，避 免了表面活性剂注入或降黏剂段塞的盲目 微生物提高采收率是一项利用微生物 性：微生物采油产物均可生物降解，不损害 的活动及其代谢物强化采油的技术，作用机
浅谈如何利用微生物提高采油量 严倩茹 （上海交通大学 农业与生物学院） 摘 要：随着生物技术的不断发展和地球上石油资源的逐渐短缺，利用微生物提高原油采收率技术(Microbial Enhanced Oil Recovery Technology 简称 MEOR)来开发石油资源，已成为生物技术发展的主导方向之一。本 文就 MEOR 的作用机理、化学剂对其影响、现状及发展前景进行讨论，为利用微生物提高采油量的研究提 供借鉴。 关键词：微生物提高采油率技术；作用机理；化学剂的影响；现状及发展 0 引言 在世界范围内,用常规采油技术只能从地下油藏采出 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重要课题。微生物提高采收 率(Microbial Enhanced Oil Recovery Technology 简称 MEOR)技术作为一种新型的 EOR 方 法,从本世纪 30 年代提出,直到 80 年代中期才引起科技界的广泛兴趣,MEOR 的研究与应用取 得了很大的进展 [1]。 1 微生物采油的优点 微生物采油技术是一项费用低廉、无环 境污染、科技含量高、发展迅猛的新技术, 是现代生物技术在采油工程领域中创新性 的应用,对于高含水和接近枯竭的老油田更 显示出其强大的生命力。与其他提高采收率 的方法相比,微生物采油技术具有明显的优 点:成本低,微生物的主要营养源之一是用 通常手段难以采出的石油,微生物的繁殖能 力和适应性强,作用效果持续时间长,这尤 其对边际油田吸引力大；微生物采油技术工 序简单,利用常规注入设备即可实施,不必 增添井场设备,比其他 EOR 技术实用且操作 方便；应用范围广,不仅可开采轻油、中质 原油,更适于开采重油；注入的微生物和培 养基原料来源广,容易制取,且可根据具体 油藏特点,灵活调整微生物的配方；易于控 制,通过停止注入营养液,即可终止微生物 的活动；微生物细胞小且运动性强,能进入 其他驱油工艺的盲区如死油区或裂缝；微生 物只在有油的地方繁殖并产生代谢产物,避 免了表面活性剂注入或降黏剂段塞的盲目 性；微生物采油产物均可生物降解,不损害 地层,不会造成环境污染,且可以在同一井 中重复使用多次；长效性:微生物能自我复 制,生活史比高等生物短,注入到油藏中的 细菌不断地繁殖,长时间发挥作用；生产成 本低廉:微生物培养设备和成本低；灵活度 高:可以针对具体的油藏灵活注人具体的微 生物菌种和注人量；微生物体积小，能进人 地层裂缝，不会引起明显的结垢腐蚀或堵塞 等问题的岩石、油、气、水物性的改变.用 于采油的微生物可分为油层中的本源微生 物和外源注入微生物两种.本源微生物既有 好氧菌又有厌氧菌,好氧菌易降解烃类物质, 降低石油质量；而厌氧菌不容易降解烃类, 能产生有机酸、有机溶剂、气体等,更有利 于提高原油采收率.由于长期生长在地层中 的本源微生物缺少足够的营养物质,导致其 生长繁殖受到限制,因此,可以向油层中注 入培养基促进微生物的生长,从而更好发挥 其作用,减少封井时间 [3]。 2 微生物提高采收率机理 微生物提高采收率是一项利用微生物 的活动及其代谢物强化采油的技术,作用机
理主要有以下几个方面： 物不仅受地层本身环境的物理和化学因素 2.1生物气提高采收率机理 如温度、压力和矿化等因素的影响，还受油 微生物在地下发酵过程中能产生各种 田生产过程中所应用的各种化学剂的影响。 气体，如CH4、C02、N2、H2等，这些气体溶 因此在微生物采油过程中充分利用化学剂 解在油中，可降低原油粘度，提高原油流动 的促进作用，避免化学剂的不良影响，是该 能力。这些气体以小气泡存在时，可增加油 技术应用的关键。油田开采过程中，视不同 层压力，减小残余油饱和度，同时气泡的贾 的目的，使用的化学剂种类不同，如生产过 敏效应还会增加水流阻力，提高注入水波及 程常使用的腐蚀、防垢、除垢、杀菌剂等油 体积。 田注水处理剂。 2.2微生物降解原油机理： 化学剂对微生物的影响主要有两方面： 微生物在生长代谢过程中，一方面可以 一是化学剂对微生物细胞结构的影响，一些 以原油中的碳链作为自身生长所需要的碳 具有表面活性的物质可直接破坏细胞结构， 源，从而改变原油的碳链组成：另一方面微 使微生物死亡。二是化学剂与微生物细胞某 生物生长时释放的生物酶，可以降解原油， 些生化物质结合，使其丧失原有的生化性能， 使原油碳链断裂，将原油中的长链饱和烃降 不能正常生长代谢，最终导致死亡。无论哪 解为中短链烃，使饱和烃平均分子链长变短， 一种影响，都与化学剂的质量浓度密切相关， 改变原油性质，起降粘防蜡作用。 ·般而言，所用化学剂的质量浓度越大，对 2.3生物表面活性剂提高采收率机理： 微生物影响越大，但只有化学剂的质量浓度 微生物所产表面活性剂（主要为石油羧 超过一定的范围，才能对微生物生长产生控 酸盐类表面活性剂)可以降低油水界面张力， 制作用。如目前油田注入污水处理多用阳离 减小水驱油毛管力，提高驱替毛细管数。同 子季铵盐类以及其它氧化剂复配物，一般加 时生物表面活性剂会改变油藏岩石润湿性， 药的质量浓度在9-10mg/L,当细菌数高于 从亲油变成亲水，使吸附在岩石表面上的油 102个/mL时，药剂量须加大2-3倍，才能控 膜脱落，油藏残余油饱和度降低，从而提高 制细菌的生长。在实施聚合物驱的区块，常 采收率。 出现高细菌腐蚀速率现象，也是注入的驱油 2.4酸性物质改善地层渗流条件机理： 剂中聚丙烯酰胺和甲醛共同影响地层中细 微生物作用新陈代谢产生的C02会溶于 菌生长造成的。 地层水产生碳酸，向廷生等研究发现微生物 要从根本上消除化学剂对微生物采油 在其新陈代谢过程中也会产生大量有机酸， 的不利影响，必须从微生物菌种筛选及微生 如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等，其中 物育种着手，如可在含有化学剂的地层水中 以乙酸为主。这些酸性物质与地层、岩石进 筛选出由于自发突变而能抵抗化学剂不利 行反应，碳酸盐部分被溶解，地层渗透率增 影响的微生物，从而满足采油需要又能抵抗 大，驱替效果得到提高。 化学剂的不利影响。利用遗传学原理和技术 2.5调整吸水剖面改善水驱机理： 对某个用于特定生物技术的菌株进行多方 微生物注入水驱油层后，微生物代谢生 位的改变，以增加新的性状，获得在不利化 成的生物聚合物与菌体一起形成物理封堵， 学剂存在条件下生长良好的采油菌种，从而 增加了水相粘度，改善水油流度比，控制高 消除化学剂对微生物采油的不良影响四。 渗地层吸水量，减少指进和过早水淹。 4我国微生物采油技术的现状 3化学剂对微生物采油的影响 4.1室内研究 在微生物采油技术中，微生物生长的好 4.1.1菌种筛选是微生物采油技术的关键。 坏直接影响微生物的采油率，而微生物的生 国内早期目标是筛选能适应地层环境 长又受生长环境因素的影响，在地层中微生 的菌种，提供适当的有机营养物（如糖蜜）
理主要有以下几个方面: 2.1 生物气提高采收率机理: 微生物在地下发酵过程中能产生各种 气体,如 CH4、CO2、N2、H2 等,这些气体溶 解在油中,可降低原油粘度,提高原油流动 能力。这些气体以小气泡存在时,可增加油 层压力,减小残余油饱和度,同时气泡的贾 敏效应还会增加水流阻力,提高注入水波及 体积。 2.2 微生物降解原油机理: 微生物在生长代谢过程中,一方面可以 以原油中的碳链作为自身生长所需要的碳 源,从而改变原油的碳链组成；另一方面微 生物生长时释放的生物酶,可以降解原油, 使原油碳链断裂,将原油中的长链饱和烃降 解为中短链烃,使饱和烃平均分子链长变短, 改变原油性质,起降粘防蜡作用。 2.3 生物表面活性剂提高采收率机理: 微生物所产表面活性剂(主要为石油羧 酸盐类表面活性剂)可以降低油水界面张力, 减小水驱油毛管力,提高驱替毛细管数。同 时生物表面活性剂会改变油藏岩石润湿性, 从亲油变成亲水,使吸附在岩石表面上的油 膜脱落,油藏残余油饱和度降低,从而提高 采收率。 2.4 酸性物质改善地层渗流条件机理: 微生物作用新陈代谢产生的CO2会溶于 地层水产生碳酸,向廷生等研究发现微生物 在其新陈代谢过程中也会产生大量有机酸, 如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等,其中 以乙酸为主。这些酸性物质与地层、岩石进 行反应,碳酸盐部分被溶解,地层渗透率增 大,驱替效果得到提高。 2.5 调整吸水剖面改善水驱机理: 微生物注入水驱油层后,微生物代谢生 成的生物聚合物与菌体一起形成物理封堵, 增加了水相粘度,改善水油流度比,控制高 渗地层吸水量,减少指进和过早水淹。 3 化学剂对微生物采油的影响 在微生物采油技术中,微生物生长的好 坏直接影响微生物的采油率,而微生物的生 长又受生长环境因素的影响,在地层中微生 物不仅受地层本身环境的物理和化学因素 如温度、压力和矿化等因素的影响,还受油 田生产过程中所应用的各种化学剂的影响。 因此在微生物采油过程中充分利用化学剂 的促进作用,避免化学剂的不良影响,是该 技术应用的关键。油田开采过程中,视不同 的目的,使用的化学剂种类不同,如生产过 程常使用的腐蚀、防垢、除垢、杀菌剂等油 田注水处理剂。 化学剂对微生物的影响主要有两方面: 一是化学剂对微生物细胞结构的影响,一些 具有表面活性的物质可直接破坏细胞结构, 使微生物死亡。二是化学剂与微生物细胞某 些生化物质结合,使其丧失原有的生化性能, 不能正常生长代谢,最终导致死亡。无论哪 一种影响,都与化学剂的质量浓度密切相关, 一般而言,所用化学剂的质量浓度越大,对 微生物影响越大,但只有化学剂的质量浓度 超过一定的范围,才能对微生物生长产生控 制作用。如目前油田注入污水处理多用阳离 子季铵盐类以及其它氧化剂复配物,一般加 药的质量浓度在 9-10 mg/L,当细菌数高于 102 个/ mL 时,药剂量须加大 2-3 倍,才能控 制细菌的生长。在实施聚合物驱的区块,常 出现高细菌腐蚀速率现象,也是注入的驱油 剂中聚丙烯酰胺和甲醛共同影响地层中细 菌生长造成的。 要从根本上消除化学剂对微生物采油 的不利影响,必须从微生物菌种筛选及微生 物育种着手,如可在含有化学剂的地层水中 筛选出由于自发突变而能抵抗化学剂不利 影响的微生物,从而满足采油需要又能抵抗 化学剂的不利影响。利用遗传学原理和技术 对某个用于特定生物技术的菌株进行多方 位的改变,以增加新的性状,获得在不利化 学剂存在条件下生长良好的采油菌种,从而 消除化学剂对微生物采油的不良影响 [2]。 4 我国微生物采油技术的现状 4.1 室内研究 4.1.1 菌种筛选是微生物采油技术的关键。 国内早期目标是筛选能适应地层环境 的菌种,提供适当的有机营养物(如糖蜜)
使微生物的生长代谢产物作用于地层中的 4.1.2.3岩心微生物驱油试验 残余油。之后菌种筛选主要向两方面发展， 应用人造岩心或天然岩心建立微生物 一是提高菌种耐温性，以适合更广的油藏范 驱油的Lazar模型，一般试验过程是：岩心饱 围：二是只提供部分无机营养物，希望以原 和水、饱和油后水驱，水驱到含水98%或100% 油为碳源，降低注入营养物成本。还有的筛 时注入一定量配制好的菌液，放入恒温箱培 选希望得到耐矿化度的菌种。 养，测试从模型中排出的液体和气体。另一 目前己报道的菌种最高可适应85-95e 种是高压驱油模型，岩心培养之前先加压， 的油藏条件，耐矿化度高达17g/L,但此条件 关闭岩心两端阀门在高压条件下培养一段 下活性如何尚无明确报道。大部分油田筛选 时间，然后再水驱，测试采收率提高情况。岩 和应用的菌种是烃类氧化菌系，可降解部分 心驱油试验还用于研究微生物驱的相对渗 正构烷烃，对原油有一定降黏作用，适合 透率变化、微生物用量或微生物段塞与采收 30-60e温度：也有些工艺不需要筛选菌种， 率的关系。由于条件限制，多数油田最常测 如内源微生物驱油和活性污泥驱油。微生物 试的是微生物作用前后原油黏度变化。 种类鉴定比较复杂，仅少数油田对其使用的 4.1.3微生物采油机理研究 微生物进行了属水平的鉴定和对环境的毒 一般认为起驱油作用的是微生物产生 性鉴定。胜利油田初步建立了石油微生物菌 的气体和表面活性剂，还有产酸作用、对原 种库以及菌种数据库，收录了100多株菌种 油的降解作用。胜利油田和大港油田都曾应 的微生物学特征、性能参数和应用情况。 用微观模型研究驱油过程，分析微生物产生 4.1.2菌种性能研究菌种性能评价 的表面活性剂对残余油的增溶、乳化和互溶 包括其生物学特征、代谢产物分析、稳 现象，提出孔隙胶束增溶、孔隙乳化、孔隙 定性及对油藏环境的适应性，混合菌还需要 两相界面互溶和孔隙渗流等机理，但这些机 进行菌株复配实验。己报道的有以下3类评 理与化学表面活性剂驱油机理没有太大本 价方法。 质区别。微生物直接驱油机理主要是：产生 4.1.2.1分析原油被微生物发酵前后的变化 的表面活性物质将水驱条件下不能流动的 将微生物与原油共同培养后分离出原 残余油乳化，增加原油流动性。改变岩石表 油，测试原油被发酵前后的变化，包括：测试 面润湿性，使油膜从岩石表面剥离，成为流 发酵前后的黏度、凝固点、含蜡量等物性变 动相。生物气溶于原油降低其黏度：原油在 化。用恩氏蒸馏法测试组分变化，发酵后轻 生物气泡表面向前滑动而降低渗流阻力：大 馏分增加越多，说明微生物作用越好。用色 孔隙中的大气泡对液流形成一定阻力，造成 谱法分析正构烷烃组分变化反映原油流动 贾敏效应，具有一定微观调剖作用。 性，发酵后其值上升说明原油流动性得到改 4.2现场试验及应用 善。不少实验通过测定主峰碳的变化或咔唑 目前我国现场实施微生物采油主要是 类化合物的变化来确认原油降解程度。用色 单井处理，分为套加（将菌种加入套管环空， 谱柱分离法分析各族组分相对含量变化，了 只处理井筒、管柱)和挤注（在加菌液后加顶 解微生物对哪个族组分影响较大，多数实验 替液，将菌液挤入近井地层，也称单井吞吐)， 证明对正构烷烃有明显影响，也有实验证明 应用最多的是套加，相当于加化学降黏剂。 对胶质、沥青质有影响。 现场一般只需要考虑菌液的稀释、混配、计 4.1.2.2分析菌液的变化 量和注入过程，可以并入己有的注水流程。 在有原油存在的环境中培养微生物，测 19952000年，大庆、胜利、大港、中原、沈 试菌液作用前后的酸度、界面张力变化以及 阳、华北、辽河、冀东、克拉玛依、青海和 产气量。对代谢产物中生物表面活性剂的分 新疆等油田以及西南石油学院开展了单井 析研究较多，包括影响其产生的因素、对原 处理现场试验，其中一些取得较好的效果。 油的作用效果以及其成分等，但停留在单项 胜利油田通过注水系统批量注入微生物，微 成分的定性或定量分析。 生物驱油涉及井组甚至一个区块，最终在生
使微生物的生长代谢产物作用于地层中的 残余油。之后菌种筛选主要向两方面发展, 一是提高菌种耐温性,以适合更广的油藏范 围；二是只提供部分无机营养物,希望以原 油为碳源,降低注入营养物成本。还有的筛 选希望得到耐矿化度的菌种。 目前已报道的菌种最高可适应 85-95e 的油藏条件,耐矿化度高达 17g/L,但此条件 下活性如何尚无明确报道。大部分油田筛选 和应用的菌种是烃类氧化菌系,可降解部分 正构烷烃,对原油有一定降黏作用,适合 30-60e 温度；也有些工艺不需要筛选菌种, 如内源微生物驱油和活性污泥驱油。微生物 种类鉴定比较复杂,仅少数油田对其使用的 微生物进行了属水平的鉴定和对环境的毒 性鉴定。胜利油田初步建立了石油微生物菌 种库以及菌种数据库,收录了 100 多株菌种 的微生物学特征、性能参数和应用情况。 4.1.2 菌种性能研究菌种性能评价 包括其生物学特征、代谢产物分析、稳 定性及对油藏环境的适应性,混合菌还需要 进行菌株复配实验。已报道的有以下 3 类评 价方法。 4.1.2.1 分析原油被微生物发酵前后的变化 将微生物与原油共同培养后分离出原 油,测试原油被发酵前后的变化,包括:测试 发酵前后的黏度、凝固点、含蜡量等物性变 化。用恩氏蒸馏法测试组分变化,发酵后轻 馏分增加越多,说明微生物作用越好。用色 谱法分析正构烷烃组分变化反映原油流动 性,发酵后其值上升说明原油流动性得到改 善。不少实验通过测定主峰碳的变化或咔唑 类化合物的变化来确认原油降解程度。用色 谱柱分离法分析各族组分相对含量变化,了 解微生物对哪个族组分影响较大,多数实验 证明对正构烷烃有明显影响,也有实验证明 对胶质、沥青质有影响。 4.1.2.2 分析菌液的变化 在有原油存在的环境中培养微生物,测 试菌液作用前后的酸度、界面张力变化以及 产气量。对代谢产物中生物表面活性剂的分 析研究较多,包括影响其产生的因素、对原 油的作用效果以及其成分等,但停留在单项 成分的定性或定量分析。 4.1.2.3 岩心微生物驱油试验 应用人造岩心或天然岩心建立微生物 驱油的Lazar模型,一般试验过程是:岩心饱 和水、饱和油后水驱,水驱到含水98%或100% 时注入一定量配制好的菌液,放入恒温箱培 养,测试从模型中排出的液体和气体。另一 种是高压驱油模型,岩心培养之前先加压, 关闭岩心两端阀门在高压条件下培养一段 时间,然后再水驱,测试采收率提高情况。岩 心驱油试验还用于研究微生物驱的相对渗 透率变化、微生物用量或微生物段塞与采收 率的关系。由于条件限制,多数油田最常测 试的是微生物作用前后原油黏度变化。 4.1.3 微生物采油机理研究 一般认为起驱油作用的是微生物产生 的气体和表面活性剂,还有产酸作用、对原 油的降解作用。胜利油田和大港油田都曾应 用微观模型研究驱油过程,分析微生物产生 的表面活性剂对残余油的增溶、乳化和互溶 现象,提出孔隙胶束增溶、孔隙乳化、孔隙 两相界面互溶和孔隙渗流等机理,但这些机 理与化学表面活性剂驱油机理没有太大本 质区别。微生物直接驱油机理主要是:产生 的表面活性物质将水驱条件下不能流动的 残余油乳化,增加原油流动性。改变岩石表 面润湿性,使油膜从岩石表面剥离,成为流 动相。生物气溶于原油降低其黏度；原油在 生物气泡表面向前滑动而降低渗流阻力；大 孔隙中的大气泡对液流形成一定阻力,造成 贾敏效应,具有一定微观调剖作用。 4.2 现场试验及应用 目前我国现场实施微生物采油主要是 单井处理,分为套加(将菌种加入套管环空, 只处理井筒、管柱)和挤注(在加菌液后加顶 替液,将菌液挤入近井地层,也称单井吞吐), 应用最多的是套加,相当于加化学降黏剂。 现场一般只需要考虑菌液的稀释、混配、计 量和注入过程,可以并入已有的注水流程。 1995~2000 年,大庆、胜利、大港、中原、沈 阳、华北、辽河、冀东、克拉玛依、青海和 新疆等油田以及西南石油学院开展了单井 处理现场试验,其中一些取得较好的效果。 胜利油田通过注水系统批量注入微生物,微 生物驱油涉及井组甚至一个区块,最终在生
产井见到增油或降水的效果。 稳定的原地微生物生态系统。微生物采油过 大港油田2001年与俄罗斯合作，在孔店 程中，注入的微生物与原地微生物能否兼容， 油田试验区块进行内源微生物驱油现场试 注入的营养对原地微生物有什么影响，这些 验，室内实验证明该内源菌能以原油为碳源， 问题还没有认真研究。作者认为，这些问题 在生长代谢过程中乳化原油。胜利油田也准 是微生物采油技术研究的重要组成部分，也 备进行内源菌驱油试验。 可能成为该项技术发展的突破口。 4.3存在的主要问题 4.3.5微生物驱现场工艺 4.3.1菌种问题 目前仍沿用化学驱物模模型研究微生 目前筛选菌种缺少针对性。菌种应针对 物驱现场工艺。但微生物是有生命的，环境 具体的油藏条件和现场工艺筛选：处理井筒 有利时增殖，不利时则死亡而失去活性，化 主要利用菌的代谢产物，筛选能在生产罐中 学驱物模可能与实际情况差异很大。 产生大量表面活性剂或乳化剂的菌种即可： 4.3.6现场监测问题 处理地层或驱油要求菌种能在具体油藏条 微生物驱油现场监测方面报道最多的 件下生存，在有营养的条件下生长代谢，生 是产量变化。应该定期监测众多特征参数 长速度越快越好：处理碳酸盐岩地层，最好 (如注水井的压力，生产井的产量、含水，产 菌种产酸量大一些。许多人在筛选菌种时关 出液的微生物含量，主要代谢产物含量，水 注其降解原油的能力，初衷是以原油为碳源， 相的，油相和气体的组分等)的变化，才能 降低成本。但微生物一般在有氧情况下才能 发现规律。若为井筒处理，油井的电流和负 降解原油，即使筛选出能在缺氧条件下降解 荷应有变化：若为单井吞吐，油井的液量或 原油的菌种，非常缓慢的降解速度也很难改 含水、甚至动液面应有变化。现场进行微生 变原油性质。作者认为这不应作为筛选的技 物活体分析时，井口禁止动火，不能对取样 术指标，只要菌种其它性能好，外加碳源最 口热消毒，也不宜用药剂消毒而污染样品， 终仍然有经济效益。 无菌、厌氧取样难度很大，能在井下密闭取 4.3.2菌种性能的评价问题 样最好。这方面的研究和设计目前还是空 目前国内在菌种评价方面忽视室内实 白。有人提出应用PCR技术，根据对现场产 验条件与现场应用条件的不同，因此偏差较 出液中的微生物16 SrRNA分析，区分地层中 大。微生物本身和其代谢产物都受地层条件 原有微生物和注入的微生物，这虽然难度大 的影响，温度、压力、矿化度和岩性等因素 些，但应该非常精确。 的影响还存在一些未知的关系，需要通过室 内实验了解各自影响程度。建立完整可靠的 5国际上利用微生物提高石油采收 评价方法是今后菌种性能评价重点攻关的 率新进展 内容之一。 4.3.3营养的问题应用 俄罗斯科学院微生物研究所和鞋靶石 微生物驱油时，一般根据其生长需要确 油股份公司拟定的提高石油采收率的方法 定添加有机碳源或氮、磷等无机盐的量和营 是通过一系列简易的工艺处理，强化注水井 养配方。实际应用主要有3方面问题：一是 近井底带的微生物活动，达到提高石油采收 配方的营养种类和数量的配比合理性：二是 率的目的。在油田实践中，利用向油层补气 与地层液体的配伍性，配方的各营养成分与 通气的方法和其它技术，提高油层微生物的 地层水中的矿物质是否会发生沉淀反应（尤 地球化学活动，增加了甲烷和二氧化碳的产 其是磷盐)，在地层高温条件下性质是否会 量。 变化：三是经济性，提高采收率的投入产出 该法与文献中报道的其它微生物采油 比是否较好。 法不同，比较简单、便宜，不需要为生产微生 4.3.4油藏微生物生态问题 物生物量或微生物代谢产物所需的设备，也 长期注水开发油藏的地下应存在相对 不需要为注入这些生物量和产物所需的施
产井见到增油或降水的效果。 大港油田2001年与俄罗斯合作,在孔店 油田试验区块进行内源微生物驱油现场试 验,室内实验证明该内源菌能以原油为碳源, 在生长代谢过程中乳化原油。胜利油田也准 备进行内源菌驱油试验。 4.3 存在的主要问题 4.3.1 菌种问题 目前筛选菌种缺少针对性。菌种应针对 具体的油藏条件和现场工艺筛选:处理井筒 主要利用菌的代谢产物,筛选能在生产罐中 产生大量表面活性剂或乳化剂的菌种即可； 处理地层或驱油要求菌种能在具体油藏条 件下生存,在有营养的条件下生长代谢,生 长速度越快越好；处理碳酸盐岩地层,最好 菌种产酸量大一些。许多人在筛选菌种时关 注其降解原油的能力,初衷是以原油为碳源, 降低成本。但微生物一般在有氧情况下才能 降解原油,即使筛选出能在缺氧条件下降解 原油的菌种,非常缓慢的降解速度也很难改 变原油性质。作者认为这不应作为筛选的技 术指标,只要菌种其它性能好,外加碳源最 终仍然有经济效益。 4.3.2 菌种性能的评价问题 目前国内在菌种评价方面忽视室内实 验条件与现场应用条件的不同,因此偏差较 大。微生物本身和其代谢产物都受地层条件 的影响,温度、压力、矿化度和岩性等因素 的影响还存在一些未知的关系,需要通过室 内实验了解各自影响程度。建立完整可靠的 评价方法是今后菌种性能评价重点攻关的 内容之一。 4.3.3 营养的问题应用 微生物驱油时,一般根据其生长需要确 定添加有机碳源或氮、磷等无机盐的量和营 养配方。实际应用主要有 3 方面问题:一是 配方的营养种类和数量的配比合理性；二是 与地层液体的配伍性,配方的各营养成分与 地层水中的矿物质是否会发生沉淀反应(尤 其是磷盐),在地层高温条件下性质是否会 变化；三是经济性,提高采收率的投入产出 比是否较好。 4.3.4 油藏微生物生态问题 长期注水开发油藏的地下应存在相对 稳定的原地微生物生态系统。微生物采油过 程中,注入的微生物与原地微生物能否兼容, 注入的营养对原地微生物有什么影响,这些 问题还没有认真研究。作者认为,这些问题 是微生物采油技术研究的重要组成部分,也 可能成为该项技术发展的突破口。 4.3.5 微生物驱现场工艺 目前仍沿用化学驱物模模型研究微生 物驱现场工艺。但微生物是有生命的,环境 有利时增殖,不利时则死亡而失去活性,化 学驱物模可能与实际情况差异很大。 4.3.6 现场监测问题 微生物驱油现场监测方面报道最多的 是产量变化。应该定期监测众多特征参数 (如注水井的压力,生产井的产量、含水,产 出液的微生物含量,主要代谢产物含量,水 相的 pH,油相和气体的组分等)的变化,才能 发现规律。若为井筒处理,油井的电流和负 荷应有变化；若为单井吞吐,油井的液量或 含水、甚至动液面应有变化。现场进行微生 物活体分析时,井口禁止动火,不能对取样 口热消毒,也不宜用药剂消毒而污染样品, 无菌、厌氧取样难度很大,能在井下密闭取 样最好。这方面的研究和设计目前还是空 白。有人提出应用 PCR 技术,根据对现场产 出液中的微生物 16SrRNA 分析,区分地层中 原有微生物和注入的微生物,这虽然难度大 些,但应该非常精确。 [4] 5 国际上利用微生物提高石油采收 率新进展 俄罗斯科学院微生物研究所和鞋靶石 油股份公司拟定的提高石油采收率的方法 是通过一系列简易的工艺处理,强化注水井 近井底带的微生物活动,达到提高石油采收 率的目的。在油田实践中,利用向油层补气 通气的方法和其它技术,提高油层微生物的 地球化学活动,增加了甲烷和二氧化碳的产 量。 该法与文献中报道的其它微生物采油 法不同,比较简单、便宜,不需要为生产微生 物生物量或微生物代谢产物所需的设备,也 不需要为注入这些生物量和产物所需的施
工程序。该法可直接利用己有的注水系统进 [参考文献] 行。提高石油采收率的物质的生产者是己栖 [1]陈星伐，刘伟，李蕾，葛腾泽.微生物提高采收 息于油层中并适应了该油层生态环境条件 率作用机理研究.内蒙古石油化工，2009年第17期： 的微生物。要成功地应用这种方法，需要了 [2]洪新，杨翔华，唐克.利用微生物提高采油率. 解该油田开发的综合信息。在对油层微生物 辽宁石油化工大学学报，2004年3月： 区系进行活化的工艺处理之前，必需综合研 [3]陈文新，胡荣，贺琦.微生物采油技术及国外应 究该油层微生物区系的定性和定量组成。阿 用研究进展.西安石油大学学报，2009年7月： [4]汪卫东.我国微生物采油技术现状及发展前景 6结语 石油勘探与开发，2002年12月： [5]王修垣.俄罗斯利用微生物提高石油采收率的 微生物采油与化学采油相比表现出了 新进展.微生物学通报，1995年22(6) 生态友好、节约资源的特点，因此，到2010 年世界大约三分之一的油田将会采用MEOR 技术.在过去20多年里虽然进行了许多试验， 效果较为显著，但是依然有许多问题没有解 决.随着分子生物学技术的发展，MEOR技术 中亟待解决的问题：从工程学角度充分理解 微生物采油机制和过程是未来提高MEOR技 术的前提条件，因此，建立稠油油藏、高含水 油藏、聚合物驱后油藏等不同油藏条件的采 油微生物评价指标体系与评价标准，为实验 室研究提供标尺：提高微生物种质资源在油 井中的活性，改善油井小生态环境，提高微 生物驱油效率：模拟油井条件，筛选适合油 井环境的厌氧微生物，提高微生物驱油效 率。 虽然世界范围内均在寻求可以替代石 油与天然气的能源，但是作者认为在今后相 当一段时期内化石能源依然占据世界能源 的主导地位。因此，MEOR作为新兴的采油技 术，在化石能源采集过程中必将发挥出巨大 的作用。采油业高度重视和研发新的MEOR 技术是十分必要的。回
工程序。该法可直接利用已有的注水系统进 行。提高石油采收率的物质的生产者是已栖 息于油层中并适应了该油层生态环境条件 的微生物。要成功地应用这种方法,需要了 解该油田开发的综合信息。在对油层微生物 区系进行活化的工艺处理之前,必需综合研 究该油层微生物区系的定性和定量组成。 [5] 6 结语 微生物采油与化学采油相比表现出了 生态友好、节约资源的特点,因此,到 2010 年世界大约三分之一的油田将会采用 MEOR 技术.在过去20多年里虽然进行了许多试验, 效果较为显著,但是依然有许多问题没有解 决.随着分子生物学技术的发展,MEOR 技术 中亟待解决的问题：从工程学角度充分理解 微生物采油机制和过程是未来提高 MEOR 技 术的前提条件,因此,建立稠油油藏、高含水 油藏、聚合物驱后油藏等不同油藏条件的采 油微生物评价指标体系与评价标准,为实验 室研究提供标尺；提高微生物种质资源在油 井中的活性,改善油井小生态环境,提高微 生物驱油效率；模拟油井条件,筛选适合油 井环境的厌氧微生物,提高微生物驱油效 率。 虽然世界范围内均在寻求可以替代石 油与天然气的能源,但是作者认为在今后相 当一段时期内化石能源依然占据世界能源 的主导地位。因此,MEOR 作为新兴的采油技 术,在化石能源采集过程中必将发挥出巨大 的作用。采油业高度重视和研发新的 MEOR 技术是十分必要的。 [2] [参考文献] [1] 陈星伐,刘伟,李蕾,葛腾泽.微生物提高采收 率作用机理研究.内蒙古石油化工，2009年第17期； [2] 洪新,杨翔华,唐克.利用微生物提高采油率. 辽宁石油化工大学学报，2004 年 3 月； [3] 陈文新,胡荣,贺琦.微生物采油技术及国外应 用研究进展.西安石油大学学报，2009 年 7 月； [4] 汪卫东.我国微生物采油技术现状及发展前景. 石油勘探与开发，2002 年 12 月； [5] 王修垣.俄罗斯利用微生物提高石油采收率的 新进展.微生物学通报，1995 年 22（6）