微生物采油技术

微生物采油技术石油是一种非再生能源，经过一次采油和二次采油后，地层中仍有约60％～70％原油无法开采出来，提高原油采收率一直是世界采油业广泛关注的科学问题。

目前广泛采用物理、化学方法如由碱-表面活性剂-聚合物组成的三元复合驱油体系等开采原油。

在地球表层和缺氧深层生存着约占地球生物种类60％的微生物，其代谢产生的生物酶和中间产物能降解原油中的高分子物质如蜡、沥青、胶质等，从而降低原油的黏度、改善增加原油的流动性，从而可以大幅度提高原油的采收率。

1926年，美国人Beckman最早提出了用微生物提高原油产量的想法⋯，在美国石油研究所工作的Zobell于20世纪40年代初期首次进行了微生物提高采收率的研究工作，于1943年首先申请“把细菌直接注入地下，提高油层原油采收率。

1954年，美国率先成功地进行了矿场试验，随后在20世纪50年代末期到70年代，前苏联和东欧一些国家、加拿大、澳大利亚及中国也开展了微生物采油研究，并进行了一系列现场试验。

在当今世界能源危机的背景下，许多国家都将缓解能源供需矛盾列为头等大事，非常规采油技术受到格外重视。

在20世纪90年代伊拉克战争期间，大多数的美国石油公司建立起了自己的研究机构，资助研发一些新技术，其中微生物采油是潜力最大的新技术。

其美国估计原油储量6490亿桶，准备采用微生物技术开采约3750亿桶，约占总量的58％。

20世纪90年代以后随着生命科学的迅猛发展，分子生物和基因工程的新技术、新成果不断涌现，为微生物采油提供了新的理念和技术，经过几十年的发展，该技术取得了长足的进展。

本文综述微生物油田的生物学机理以及应用研究进展，旨在为提高能源利用率、节约能源、降低采油成本提供参考。

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：①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；②微生物采油技术工序简单，利用常规注人设备即可实施，不必增添井场设备，比其他EOR技术实用且操作方便；③应用范围广，不仅可开采轻油、中质原油，更适于开采重油；④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；⑤易于控制，通过停止注入营养液，即可终止微生物的活动；⑥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；⑦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；⑧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；⑨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；⑩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入具体的微生物菌种和注入量；微生物体积小，能进入地层裂缝，不会引起明显的结垢腐蚀或堵塞等问题。

2微生物采油机理微生物采油(microbial enhanced oilrecovery)是技术含量较高的一种采油技术，不但包括微生物在油层中的生长、繁殖和代谢等生物化学过程，而且包括微生物菌种、微生物营养液、微生物代谢产物在油层中的运移，以及与岩石、油、气、水的相互作用引起的岩石、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。

微生物采油的机理比较复杂，就目前所知可归纳为如下几点：①微生物可以石油中的烷烃为碳源进行生长繁殖，生长过程中产生的酶可降解原油中的重组分，改变原油组分、物理性质，降低凝固点、黏度、临界温度和压力，从而降低原油黏度，增加其流动性。

②大多数微生物在代谢过程中都会产生二氧化碳、氢气、甲烷等，使油层部分增压并降低原油黏度，提高原油流动能力；同时产生的气泡还会增加水流阻力，提高注入水波及体积。

③微生物的生长代谢过程产生低分子量的醇、脂肪酸、糖脂、生物表面活性剂等，能降低油水界面张力，改善原油的流动性能，提高采油效果；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。

④微生物代谢产生的多糖可以堵塞高渗地层，另外，在地层中产生的生物聚合物，能在高渗透地带控制流度比，调整注水油层的吸水剖面，增大扫油面积，提高采收率。

⑤微生物产生的酸(甲酸、丙酸、部分无机酸)能溶解岩石中的碳酸盐，一方面增加孔隙度，提高渗透率；另一方面，释放二氧化碳，提高油层压力，降低原油黏度，提高原油流动能力。

生物醇、有机酯等有机溶剂，可以改变岩石表面性质和原油物理性质，使吸附在孔隙岩石表面的原油被释放出来，并易于采出地面。

⑥微生物中的厌氧菌产生的溶剂性产物能溶解石油，降低油水界面张力，将岩石孔隙中的原油释放出来，使不能流动的原油以油水乳化液的形式被注入水驱向生产井，从而延长油井寿命。

3微生物采油技术的研究进展微生物采油技术应用于采油生产实践开始于20世纪90年代。

由于全世界范围内油井呈现出相当复杂的微生物生态系统，这就增加了实验室模拟的难度。

在实验室条件下人工培养的微生物对采油具有良好的效果，但是在现场中很可能被本源微生物所抑制，因为本源微生物对油井具有很好的适应性，油井引入外源微生物在与本源微生物生存竞争中不占据优势地位。

因此，在大多数情况下，微生物现场采油的成功与否取决于引入菌种的活性和数量。

基于对实验室条件研究结果的理解，比较微生物采油和常规采油技术参数，Bryant和Lockhart在现场实验中按比例扩大微生物的引入比例，为油田提供了一个范式-J，这为正确评估微生物采油技术效果提供了有力证据。

同时，世界各国不同程度上都应用了微生物采油技术并获得了不同程度的成功。

在澳大利亚的Alton油田应用微生物处理12个月后，原油生产量增加了40％。

随后美国和罗马尼亚相继应用了此技术，对322个应用项目的分析结果表明：此技术是一项经济有效的技术，当然，由于不同油井岩性、沙粒性质、L隙大小、渗透性、油井温度、天然原油重力和钻探方式的不同，微生物采油效果在不同地区差异也很大，除了油井地下条件差异外，微生物群落组成、浓度、适应性、注入时间也是影响微生物采油效果的重要因素。

由于在应用过程中几乎是黑箱式的，缺乏定量测定微生物生长速率、浓度等等数据，因此目前尚不能很好解释造成差异的真正原因。

最近应用细菌产生的生物表面活化剂就可以有效提高35％一45％残余石油采收率。

在美国俄克拉马洲Bebee 油田的石灰石油井中应用一种细菌表面活化剂进行驱油，其效果是原来细菌表面活化剂的9倍。

在阿根挺Ventana油田，微生物采油的技术可行性在连续注水、控制微生物繁殖条件下进行了定性检验，在秘鲁的Providencia和Lobitos油田，应用MEOR技术分别增产36。

5％和46。

5％，被认为是一种经济可行的方法并予以推广。

微生物渗透剖面改造技术是应用一种以嗜热、耐光的孢子菌，这种细菌产生的孢子在适当的营养和环境条件下很容易产生生物薄膜，改善岩石渗透性，从而提高采油效率u引，但是数值模拟结果表明将实验室结果按比例放大、转化到现实生产中存在相当大的困难。

2002年布朗等报道在向常规注入水中添加氮和磷营养液可以提高采油率，称之为微生物渗透剖面改造技术(MPPM：mi —crobial permeability profile modification)，这样新技术可以延长油田经济生命60～137个月，采油率提高(4～6)×105桶。

2004年一份综合的关于改良生物表面活性剂菌株和计算机辅助模拟多孔渗透的生物表面剂介导采油技术对微生物现场采油设计具有十分大的贡献，年报相继发表在3家网页上。

微生物采油在亚洲国家(马来西亚、印度等)油田也先后得到应用。

在马来西亚，微生物采油技术在Bokor油田得到应用，除此之外尚无文献报道，从目前正在经营的47个油田的数据分析其储油量201亿桶，至2003年已经累计开采49亿桶。

在印度石油与天然气公司与国家能源与资源研究所通力合作，从当地油井中分离纯化出了极端厌氧菌，应用于当地4个油田9口采油井中，发现采油率提高了3倍。

为了更好地指导科学实验，寻找最理想的采油率，科学家建立了微生物采油的数学模型。

这些模型多以黑油模型为基础，引入微生物生长方程、运移方程和渗透率变化方程等提出的。

典型的数学模型有Islam、Sarkar、Zhang模型。

与Islam 模型相比，Zhang模型比Islam模型可模拟微生物在地层中的活动，但一维模型难以模拟现场，而三维三相多组分模型较具有代表性，能模拟微生物营养物在地层中的生物吸收、转化过程，却不能模拟油藏的增产机理。

在此基础上，Behlulgil、Stewart、Youssef等对微生物驱油数学模型进行了改进，根据微生物的生长动力学原理，建立了微生物的生长、基质消耗、代谢产物生成、微生物生长、衰老、运移和浓度分布、生长速率、炭平衡、生物表面活化剂产生率、生物表面活化剂产量等因子的新模型。

建立采油微生物评价指标体系与评价标准；在此基础上分别确定稠油油藏、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。

4 结论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有望得到较好的解决。

为了促进国内MEOR技术在油田开发中的应用，提高采油率，应加强以下几方面的研究工作：①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；②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；③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。