在油田注水開發(fā)過程中，油層內(nèi)微生物活動引起的地層堵塞和生產(chǎn)系統(tǒng)的腐蝕問題一直受到很大關注，因為地層堵塞可以造成注入能力下降進而降低注水驅(qū)替效率;而微生物腐蝕使生產(chǎn)成本增加。但在三次采油過程中，通過營養(yǎng)物質(zhì)的注入刺激某些微生物在油層中的生長與繁殖(同時抑制硫酸鹽還原菌的生長)，微生物一些代謝產(chǎn)物可以在高滲透區(qū)形成深度堵塞，利用微生物的這一作用可以使注入水進入二次采油過程中沒有被水所波及到的低滲透區(qū)去驅(qū)油來提高采收率，這就是微生物的選擇性封堵(Microbial Selective Plugging，MSP)。在當今注重環(huán)保和經(jīng)濟效益的氛圍下，與其它堵水材料，(水泥、有機樹脂、磁性材料、聚合物、活性瀝青等)相比，微生物封堵技術(shù)具有低成本、環(huán)境友好且不傷害地層等優(yōu)點，能形成深度封堵，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1、微生物提高采收率技術(shù)

近60年來，許多微生物技術(shù)被研究去采油，例如微生物的單井處理被廣泛用于解除在生產(chǎn)井近井地帶由于蠟、瀝青質(zhì)和固相顆粒等沉積而引起的堵塞，而微生物水驅(qū)和微生物選擇性封堵技術(shù)則被研究去提高整個油藏的采收率。微生物單井處理是一個相對容易實施的技術(shù)，目前已廣泛用于增加單井產(chǎn)量。和壓裂、酸化技術(shù)一樣，微生物的單井處理作用范圍是近井地帶，而不是整個油層，它對于采收率的提高沒有重要意義，本質(zhì)上應該是一項增產(chǎn)措施。然而在許多文獻中，微生物單井處理技術(shù)被作為提高采收率技術(shù)來報道，這在石油工業(yè)帶來了很大混亂，給人們造成一種似乎微生物提高采收率技術(shù)已經(jīng)廣泛應用的假象。而實際臺恰相反，目前的微生物提高采收率技術(shù)技術(shù)還處于現(xiàn)場試驗階段，還不成熟。這種概念的混淆使人們很難準確的去理解真正的微生物提高采收率技術(shù)過程。微生物提高采收率技術(shù)是在油層內(nèi)微生物的生化作用與注水驅(qū)替作用相結(jié)合的技術(shù)，屬于油藏工程、微生物學、油田化學、微生物生態(tài)學等學科的交叉研究內(nèi)容，它的作用機理和技術(shù)工藝要比微生物單井處理技術(shù)復雜的多。

提高采收率所涉及的主要問題就是如何采出通過繼續(xù)注水不能經(jīng)濟地開采的那部分剩余油。通常，二次采油結(jié)束后，油層中的剩余油存在與兩個區(qū)域，一是在注水波及區(qū)，也就是高滲透區(qū)。因受粘滯力和毛細管力等作用，剩余油以油珠或油膜的形式附著在巖石孔隙空間，繼續(xù)注水已不能采出這部分油。一般在注水波及區(qū)采出程度約為50-90%。另外，由于地層非均質(zhì)影響，還有大片注水未波及到的原始油區(qū)。這兩個區(qū)域的剩余油都是提高采收率技術(shù)的作用目標。微生物強化水驅(qū)就是微生物在地下的代謝產(chǎn)物(有機酸、溶劑、氣體等)來作用于油、水和巖石，通過降低油水界面張力、改變巖石表面潤濕性和減小油黏度來增強原油的流動性能，進而提高水的驅(qū)油效率。而微生物的選擇性封堵則是利用微生物代謝產(chǎn)生的聚合物和菌體自身形成的生物量來封堵高滲透區(qū)，導致注入水進入低滲透區(qū)驅(qū)油，從而擴大注水波及系數(shù)來提高采收率的。在這里，這種封堵作用強調(diào)微生物在油層條件下的代謝作用，不同于諸如黃原膠等地面微生物發(fā)酵生產(chǎn)的生物聚合物的注入。

2、微生物作用機理

目前，普遍認為微生物(包括在實驗室從其它環(huán)境篩選的微生物和油層內(nèi)源微生物)在油層中的代謝產(chǎn)物如:有機酸、氣體、表面活性劑、聚合物和生物量等可以作用于油、水和巖石表面，經(jīng)過復雜的物理、化學和生物反應來改變油、水和巖石的某些物理化學性質(zhì)以提高采收率。無論是通過測定微生物處理后巖石潤濕性和原油組分、黏度、界面張力等性質(zhì)變化，及巖芯滲透率減少來證明這種機理，還是通過NMR、CT、SEM等成像技術(shù)的直觀觀察，許多實驗室研究都已經(jīng)證實了這些機理。

微生物產(chǎn)生的表面活性劑、溶劑和有機酸(多以醋酸為主)等，一般認為可以乳化原油，溶解多孔介質(zhì)中的某些基質(zhì)，如碳酸鹽成分，從而降低原油黏度和擴大孔隙體積等。許多實驗研究將微生物與原油一起培養(yǎng)，通過測定原油的性質(zhì)變化，證實了油水界面張力可以降低50-90%、黏度降低約50-80%、原油輕質(zhì)組分增加和含蠟量降低15%、巖石潤濕角從160降至O。但是這些機理至今為止沒有得到實踐的證實，現(xiàn)場試驗從來沒有提供具有說服力的證據(jù)。很少有關干現(xiàn)場采出液的這些性質(zhì)變化的報道。

微生物產(chǎn)生氣體(C02、cH4和N2等)也是經(jīng)常被許多文獻所引用的機理之一，認為這些生物氣的存在可以降低原油黏度和增加油層壓力。在微生物單井處理過程中，微生物作用范圍小，在近井地帶提高原油的流動性是可能的，然而在微生物提高采收率過程中則不同。這些氣體可以降低原油黏度，氣量很大時還可以進行混相驅(qū)。據(jù)估算，當CO2在1OMpa條件下在1m3孔隙體積的油、水兩相達到溶解飽和時，需要的CO2量為70kg。通常產(chǎn)生這么多CO2需要50kg的O2和20kg的C反應，O2在標準條件下在水中的溶解度為5g/m3，這就要在1m3孔隙體積中注入104m3水才能達到Co2的溶解平衡，這么大的注水量顯然是不實際的。在實際油層條件下，這個作用是微不足道的。

微生物的封堵機理是微生物在地下代謝產(chǎn)生的生物聚合物和活的或死的菌體在巖石表面形成生物膜(多聚糖和蛋白質(zhì)的復合體)(見圖1)，細胞通過胞外聚合物而黏結(jié)、聚集成大的生物量(見圖2)等堵塞孔隙和喉道，最終降低高滲透區(qū)的滲透率。實驗室的研究已經(jīng)證明了這樣的機理，巖芯流動實驗顯示注入微生物后，巖芯滲透率大幅度下降，并且形成了深度的堵塞。Stepp利用CT技術(shù)研究了多層非均質(zhì)砂巖模型中的細菌封堵高滲透層的作用，經(jīng)Leuconnstoc mesenteroides處理后的水驅(qū)油試驗可觀察到水進入低滲透層驅(qū)油的現(xiàn)象。