董 龍，張蓓蓓，劉永建

1.東北石油大學石油工程學院，黑龍江 大慶 163318；2.大慶師范學院化學化工學院，黑龍江 大慶163712；3.大慶市環(huán)境保護局，黑龍江，大慶，163316

自美國科學家Beckman[1]于1926年提出細菌采油設想以來，微生物方法提高原油采收率技術(Microbial Enhanced Oil Recovery，MEOR)至今已有80余年的發(fā)展歷史.微生物驅油技術原理是利用一些微生物能夠分解石油類碳氫化合物并能生成的某些代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物能夠與原油發(fā)生反應從而提高石油采收率的技術[2-8].MEOR具有適用范圍廣、工藝簡單、經(jīng)濟效益好、無污染等特點，是最具有發(fā)展前景的一項提高原油采收率的技術，此種方法對于接近枯萎、其它措施無法提高原油產(chǎn)量的老油田尤其是低產(chǎn)井的再次開發(fā)尤為適用.本研究簡述了MEOR的作用機理、菌種評價方法和現(xiàn)階段研究狀況，并提出了現(xiàn)階段應用所存在的問題，希望以此推動國內MEOR的研究及商業(yè)化進程.

1 MERO的優(yōu)勢及作用機理

1.1 提高采收率方法的不足之處

人們針對如何提高石油采收率進行了多種方法的研究，至今發(fā)展了約3種改造油層的方法.(1)化學法，分為表面活性劑驅油法，聚合物驅油法，堿驅油法.(2)熱采法，可以分為蒸汽法，火燒油層法，熱水法.(3)注氣法，烴類混相/非混相氣驅，CO2混相驅/CO2非混相驅，注N2驅.但是許多技術的應用還存在一些缺點，以下是一些常用提高石油采收率方法的不足之處：

聚合物驅是以聚合物溶液作為驅油劑的驅油方法.聚合物驅油的作用機理是聚合物可通過對水的稠化，增加水的粘度，減小孔隙介質對水的滲透率，達到減小水油流速比，增加波及系數(shù)來提高原油采收率的作用.有很多因素影響聚驅采收率，例如聚合物的老化、地層溫度、聚合物產(chǎn)生凝膠以及高的剪切率等均能引發(fā)聚合物降解，從而降低驅油效果.聚合物在洗油能力方面也較差，會在多孔介質中發(fā)生吸附、滯留及捕集, 并有可能堵塞地層孔道[9-13].

表面活性劑驅是以表面活性劑體系作為驅油劑的驅油方法.表面活性劑能吸附于兩相界面上，并能降低該界面自由表面能，通過降低界面張力提高洗油效率來提高原油采收率.但是表面活性劑溶液驅油對油層條件要求嚴格，例如必須是砂巖，地層溫度一般要低于120 ℃，地層水的礦化度要低，滲透率要高于2.0×10-3μ·m2等，所以使用范圍有很大的限制.

堿驅是指用堿液作為驅油劑的驅油方法.但堿能與巖石發(fā)生反應，損耗堿同時也能破壞地層，存在于高溫、裂縫、氣頂?shù)脑?、高凝區(qū)的原油以及pH過低的原油也不適合堿驅.因此堿驅技術存在最大的困難就是吸附、中和和離子反應對堿的消耗較大[14].

三元復合驅是指堿(A)+表面活性劑(S)+聚合物(P)的驅動叫三元復合驅(ASP)，復合驅比單一的驅動更能提高采收率，這主要歸功于復合驅中的堿、表面活性劑和聚合物之間的協(xié)同效應.復合驅的主要問題是成分太多，地層對驅油劑的色譜效應嚴重，從而影響驅油效率.

1.2 MEOR驅油機理

微生物驅采油是一種新型的采油技術，微生物在地下發(fā)酵過程中涉及到復雜的生物、生化、物理和化學作用[15-18]，除微生物在生長繁殖階段需要以石油中的正構烷烴為碳源從而可以改變原油的物理性質以外，微生物還產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物[19-23]，用微生物法驅油產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物對油層作用見表1[24].

表1 微生物代謝產(chǎn)物對油層作用Tabel 1 Metabolites and corresponding effects

1.3 MEOR主要方法

現(xiàn)階段MEOR的主要方法有：a.單井吞吐；b.微生物水驅；c.微生物調剖；d.洗井清蠟等方法[25].應用比較多的方法是單井吞吐和微生物水驅法.單井吞吐是一種間歇的生產(chǎn)過程，關閉油井一段時間后再投入生產(chǎn)，如此循環(huán).微生物水驅法是指將含有氮、磷鹽的營養(yǎng)液和菌種混合制成微生物處理液注入目的油層，使微生物與油層發(fā)生作用.

2 MEOR的菌種篩選和菌種性能評價

2.1 MEOR菌種篩選

MEOR技術成功的關鍵之一是菌種的篩選，首先對菌種進行富集培養(yǎng)，再經(jīng)劃線等方法對菌種進行純化，將菌種分別在厭氧和好養(yǎng)條件下培養(yǎng)，記錄對原油降解的情況，得到效果較好的菌種.MEOR菌種可以是好氧、厭氧和兼性厭氧菌.所篩選出MEOR菌種要遵循以下2點：一是篩選的菌種能夠適應油層環(huán)境，可以在油層環(huán)境中生存；二是篩選的菌種能夠引起油層物理或化學變化，產(chǎn)生對驅油有利的代謝產(chǎn)物，如氣體、酸類、醇類、聚合物和生物表面活性劑等，從而提高原油的采收率[25].

預算管理工作的開展， 是以體制為載體對個體、事物等進行管理。為將財務預算管理在企業(yè)發(fā)展中的效能充分發(fā)揮出來，健全各項管理體制是基礎，其包括預算管理的組織體系、運作流程及相關內容、時間、方法、審核與批準權利與局限性、責任規(guī)劃等一系列內容。企業(yè)應創(chuàng)設預算管理委員會，由企業(yè)負責人、主管財務的領導者牽頭，組織各相關部門負責人共同構成。

2.2 菌種鑒定

篩選出來的菌種鑒定主要有2種方法：a.根據(jù)《伯杰氏細菌鑒定手冊》進行鑒定；b.16 SrRNA基因技術.目前的文獻對采油微生物菌種的鑒定多為從形態(tài)學方面進行鑒定，缺點是不能準確對其分類.建議加大分子生物學方法的應用，充分利用PCR擴增技術，通過16 SrDNA序列可變區(qū)域的PCR擴增，進一步從基因水平上對其鑒定.

2.3 菌種性能評價

菌種經(jīng)過鑒定后還要對其性能進行實驗，評價其菌種的生物學特性、穩(wěn)定性、微生物代謝產(chǎn)物及對油層環(huán)境的適應性[26].主要從以下幾個方面測定：

a.測定生成氣的組成和性能，用氣相色譜分析.b.測定原油發(fā)酵前后組成和性能的變化，用恩氏蒸餾法和原油全烴色譜分析法.c.測定原油采收率，可用巖心模擬驅油實驗和高壓模擬驅油實驗.d.測定發(fā)酵液的降粘作用，可用原油粘度測定法.

3 國內外研究進展

MEOR由于具有成本低，經(jīng)濟效益高，無污染，操作簡單等優(yōu)勢.近年來我國大慶、大港、勝利、吉林和新疆等油田分別和國外公司開展微生物采油的現(xiàn)場試驗，都取得了良好的實驗效果[27-29].因此微生物采油技術具有十分廣闊的應用前景[30-33].

伍曉林等[34]采用來自大慶油田的對原油具有黏附性的菌株分析，實驗結果表明菌株對原油的黏附作用能在10min內產(chǎn)生，菌株具有趨化性.在菌株的生長時期內，測得PR-1、1507、12-J對四種烷烴(二甲苯、十六烷、十二烷、環(huán)己烷)的平均疏水值分別為83%、56%、21%.對非原油黏附性菌株的趨油性起到明顯的促進作用.進一步的顯微觀察實驗表明，添加適量的有機物A和B能夠促進菌體向原油表面聚集，能夠促進產(chǎn)生 “趨化帶”，從而達到對采油微生物激活調控的目的.

王鳳蘭等[35]對朝陽溝油田進行現(xiàn)場試驗，累計增油1.36 ×104t，含水質量分數(shù)下降了30.3%，采收率提高了3%.該技術環(huán)保且不傷害地層，突破國際微生物采油滲透率標準大于50×10-3μm2，開辟了大慶外圍特低滲透油田利用微生物采油技術先河，也為國內外類似的油田開辟出了一條新的提高采收率途徑.

大港孔店油田也展開了此項研究，Nzina在地層溫度高達60 ℃的孔店高溫區(qū)使用本源微生物方法驅油，進行了為期近4年的現(xiàn)場試驗，以近水井地帶剩余油為碳源，補充氮磷等礦物質，并混以空氣，以激活油藏中有用菌.實驗測得脂肪酸，生物表面活性劑，二氧化碳和甲烷等都有所產(chǎn)生[36].Nzina等在現(xiàn)場試驗中測得每天硫酸鹽還原速率從0.002 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[37]，實驗效果明顯.孔店油田現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測與生產(chǎn)動態(tài)跟蹤結果表明:大量的有活性的嗜熱微生物構成了油藏中驅油微生物的主體，這些嗜熱菌在油藏中表現(xiàn)出了很好的物理化學、地球化學和流變力學等方面的作用.本源微生物采油技術在孔店油田的成功應用對國內處于高含水期的老油田提高采收率具有借鑒意義.

Bordoloi在實驗室測得P.aeruginosa(MTCC7815)和P.aeruginosa(MTCC7812)能夠產(chǎn)生大量的生物表面活性劑，在室內降解實驗中，測得原油表面張力在96 h后從68 mNm-1降低到30 mNm-1，菌種在pH (2.5～11) 和溫度在100 ℃的活性保持穩(wěn)定.由于生物表面活性劑的抑制作用，無細胞培養(yǎng)液的原油飽和砂土在90 ℃時比在室溫下能多釋放15% 以上原油，比在70 ℃的試驗條件下多釋放10%以上的原油.對于石油或被碳氫化合物污染的砂子和土壤研究表明，對能夠產(chǎn)生表面活性劑的微生物進行適當?shù)拇碳r，這些微生物能夠產(chǎn)生生物調節(jié)作用，生物表面活性劑能夠從石油儲存罐區(qū)被污染的土壤和淤泥中降解石油[38].

Nzina等在大港油田港西區(qū)開展了現(xiàn)場實驗，分別向油藏中注入含有氮鹽和磷鹽的含氧混合物(H2O2溶液或空氣與水的混合物)，通過注入空氣來調節(jié)油藏中微生物的活性.試驗結果表明好氧菌和厭氧菌的數(shù)量都有所增加并產(chǎn)生了大量的生物表面活性劑.試驗證明向油藏中注入氧氣可以激活大量的微生物種群，生物表面活性劑伴隨烴氧化菌大量產(chǎn)生并能有效降低界面張力，因此石油的生物降解作用的增強，能夠提高原油采收率[40].

4 MEOR存在的問題

國內外在微生物驅油領域已經(jīng)進行了大量的研究，積累了大量的室內和現(xiàn)場經(jīng)驗.盡管微生物采油技術比其它的采油方法有著大量的優(yōu)點，但是，從目前來看也存在著一些不足，需進一步探索加以改進.

a.從微生物的生長角度來講，微生物在高溫、高鹽度、高濃度的金屬離子環(huán)境中容易遭受破壞，易變性.因此采用MEOR方法時必須選擇適宜的油藏環(huán)境，應對油藏環(huán)境具體分析，對油藏的地層溫度、地層水礦化度、儲層巖石性質、儲層原油性質進行系統(tǒng)調研分析，確定是否適用于微生物驅油的方法以及適用于何種微生物驅油的方法.

b.用激活本源微生物的方法驅油時所使用的營養(yǎng)液生產(chǎn)成本較高，在現(xiàn)場試驗中，微生物消耗完所注入的營養(yǎng)液后，其新陳代謝的速率也會很快降低.因此，實驗前要研究本源微生物的組成及菌種的性能，按照能夠激活本源微生物的生長比例配置營養(yǎng)液[41]，使其激活有益菌種而抑制有害菌種，從而降低生產(chǎn)成本，今后對于營養(yǎng)液的研究可以轉移到微生物采油替代營養(yǎng)源的研究[42].

c.微生物代謝產(chǎn)物不僅能夠提高石油采收率，同時也能夠破壞油藏環(huán)境甚至損壞采油設備，如微生物所產(chǎn)生的生物表面活性劑和生物聚合物有造成沉淀的危害性[43]，而且微生物的代謝能夠產(chǎn)生酸和有機溶劑，如某些硫酸鹽還原菌能夠產(chǎn)生H2S[44]，這些都有可能腐蝕管線和采油設備，破壞生產(chǎn)設施.

d.國內室內研究MEOR技術一般是用人造巖心，先水驅到殘余油狀態(tài)，再注入菌種，測定提高石油采收率數(shù)據(jù).這種方法的不足之處是所選用的巖心體積小，無法模擬油層無氧條件下的內源環(huán)境，菌種在巖心中還沒有適應環(huán)境就可能被驅出.在實驗室和現(xiàn)場實驗存在很多問題，因此室內巖心實驗還需要改進.

5 結 語

微生物采油技術是利用微生物本身或者微生物的代謝產(chǎn)物，來進行有效的驅油.微生物采油技術具有比水驅、堿驅、聚合物驅、三元復合驅(堿/表面活性劑/聚合物復合驅)等三次采油技術無可比擬的優(yōu)點，該技術環(huán)保，且對油層無傷害.預計在今后的油田開采中，微生物采油技術將繼續(xù)增大并會起主導作用.

致 謝

本實驗的順利完成，得益于大慶師范學院化學化工學院表面活性劑課題組全體成員，在此，一并表示衷心的感謝！

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