佘躍惠，胡琳琪，曾琦，顧永安，張凡

1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100 2.非常規(guī)油氣省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢 430100 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083

原油資源的枯竭，全球能源需求的增加，當(dāng)前原油低位的不可預(yù)測(cè)的價(jià)格，以及主要油田的成熟度不斷提高，因此需要研究成本更低和更環(huán)保的提高原油采收率技術(shù)。采用當(dāng)前技術(shù)，可通過(guò)一次采油方法采出油藏中20%～40%的原油，二次采油方法可進(jìn)一步采出15%～25%的原油。因此，多達(dá)約55%的原始油殘留在儲(chǔ)層中而未被采出。三次采油過(guò)程涉及應(yīng)用不同的熱力、化學(xué)和微生物過(guò)程，以經(jīng)濟(jì)上可行的速度從不良和衰竭的油井中采收額外7%～15%的原油地質(zhì)儲(chǔ)量(original oil in place，OOIP)[1]。提高采收率可以顯著影響原油生產(chǎn)，因?yàn)榧词共墒章侍岣吆苄〉姆?，也可以帶?lái)巨大的收益，而無(wú)需開(kāi)發(fā)非常規(guī)油氣資源。微生物強(qiáng)化采油(microbial enhanced oil recovery,MEOR)是一種有吸引力的接替采油方法，該方法有可能采收高達(dá)50%的殘余油。在MEOR過(guò)程中原位生產(chǎn)生物表面活性化合物不需要大量的資金投入，也不受全球原油價(jià)格的影響。與其他EOR(enhanced oil recovery)方法相比，MEOR可以是一種更經(jīng)濟(jì)和更環(huán)保的選擇，因而在最近10年得到快速發(fā)展[1-4]。

近年來(lái)，微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生生物碳酸鈣(microbial induced calcium carbonate precipitation，MICP)或者微生物自修復(fù)水泥(microbial self-healing concrete，MSHC)成為材料和環(huán)保領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題，天然環(huán)境包括深部地層廣泛存在MICP過(guò)程，包括CO2地質(zhì)埋藏和頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)等[5，6]。厭氧條件下硝酸鹽還原能強(qiáng)化油氣藏的MICP過(guò)程，并通過(guò)提高注入水波及效率這個(gè)途徑來(lái)提高原油采收率[7]。

硝酸鹽還原菌(NRB，也稱(chēng)反硝化菌)抑制硫酸鹽還原菌(SRB)產(chǎn)硫化氫(H2S)技術(shù)，也稱(chēng)生物競(jìng)爭(zhēng)排斥技術(shù)，在國(guó)外油氣藏得到大量應(yīng)用，被石油行業(yè)廣泛認(rèn)可[8-10]。注入硝酸鹽將地下油藏的微生物群落從主要的SRB變?yōu)楦缓琋RB的微生物，包括直接氧化H2S的硝酸鹽還原硫化物氧化細(xì)菌(NR-SOB)。此外，NRB都能通過(guò)產(chǎn)生硝酸鹽還原途徑中形成的亞硝酸鹽來(lái)促進(jìn)抑制SRB。NRB的脫氮能力是眾所周知的，其中硝酸鹽或亞硝酸鹽被轉(zhuǎn)化為含氮?dú)怏w。該功能使NRB在全球氮循環(huán)和緩解及控制由硫化物引起的海上油田儲(chǔ)層變酸問(wèn)題中發(fā)揮重要作用[9,10]。最近，在研究油藏硝酸鹽/亞硝酸鹽的注入過(guò)程中涉及NRB-SRB相互作用的詳細(xì)微生物機(jī)制時(shí)，發(fā)現(xiàn)NRB在還原硝酸鹽時(shí)，也能產(chǎn)生生物表面活性劑，因而能降低油水界面張力，促進(jìn)原油乳化，易被微生物降解，改善油藏巖石潤(rùn)濕性，再加上硝酸鹽還原時(shí)產(chǎn)生的氮?dú)夂投趸伎梢栽黾佑筒貕毫Γ獬貛锪蚧锒氯?，這種多功能效應(yīng)能有效提高油氣采收率[9]。下面，筆者將對(duì)NRB的這種多功能特性和硝酸鹽還原介導(dǎo)的提高原油采收率技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 油氣藏硝酸鹽還原菌資源分布

純培養(yǎng)和分子生物學(xué)方法表明NRB廣泛分布在石油油藏中，能以烴類(lèi)及其代謝產(chǎn)物為碳源和能源，厭氧代謝硝酸鹽而生長(zhǎng)[11-16]。油藏酸化的處理和修復(fù)策略之一是硝酸鹽處理，目前在海上油田得到廣泛應(yīng)用[14-16]。項(xiàng)目組成員近5年來(lái)，在吐哈、青海和江漢等多個(gè)油田，開(kāi)展地面污水站和油井井下NRB抑制SRB產(chǎn)H2S的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了非常好的效果。在注入水中添加硝酸鹽可通過(guò)4種機(jī)制抑制儲(chǔ)層酸化[15]。硝酸鹽處理機(jī)制之一是刺激NRB生長(zhǎng)，由于NRB和SRB(可還原硝酸鹽和硫酸鹽)使用相似的有機(jī)組分作為電子供體，因此NRB可以在碳源利用方面勝過(guò)SRB；硝酸鹽處理的第2種機(jī)制是使SRB的代謝途徑從硫酸鹽還原轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}還原；硝酸鹽處理的第3種機(jī)制是刺激NR-SOB生長(zhǎng)，NR-SOB利用硝酸鹽或亞硝酸鹽將硫化物氧化成元素硫或硫酸鹽；硝酸鹽處理的第4種機(jī)制是硝酸鹽還原產(chǎn)物(如亞硝酸鹽)對(duì)SRB的抑制作用。

在油藏本源NRB研究中，比較有意思的是TSESMETZIS等[17]通過(guò)油藏巖心中本源微生物分析表明NRB是原位油藏中主要的功能菌。TSESMETZIS從東南亞一個(gè)未開(kāi)發(fā)海上油田探井中，使用油基鉆井液鉆探采集的巖心樣品，研究了高溫(溫度95℃)非水驅(qū)油藏中本源微生物菌群，在無(wú)菌條件下盡量排除污染，從每個(gè)巖心內(nèi)部提取DNA，并通過(guò)對(duì)16SrRNA基因進(jìn)行測(cè)序來(lái)推導(dǎo)巖心本源微生物群落分布情況。結(jié)果表明草酸桿菌科是最主要的科(豐度31.4%±16.6%)。在土壤和水樣中普遍發(fā)現(xiàn)草酸桿菌科的幾個(gè)屬，以有氧降解芳香烴；在厭氧條件下還原硝酸鹽[18]。第二豐富的是假單胞菌科(豐度22.3%±7.9%)。已知該科包含的種能夠好氧或厭氧降解多環(huán)芳烴(PAH)。據(jù)報(bào)道，在厭氧條件下，許多假單胞菌種使用硝酸鹽或氯酸鹽作為首選電子受體[19]。豐度排名第三的細(xì)菌科是叢毛單胞菌(豐度10.1%±2.8%)。該科包含需氧和兼性厭氧細(xì)菌，它們能夠在需氧條件下和厭氧條件下降解單芳烴(BTEX)。已知其許多叢毛單胞菌種在厭氧條件下還原硝酸鹽和氯酸鹽[20，21]。

從低溫稠油油藏中，以石油烴作碳源和能源，硝酸鹽作電子受體，也分離到2類(lèi)厭氧NRB，表明NRB在高溫和低溫油藏中都普遍存在[21,22]。這些主要微生物類(lèi)群的代表種都能在厭氧條件下降解碳?xì)浠衔锊⑹褂孟跛猁}作為末端電子受體。從油藏地層水的化學(xué)分析中，表明含有高質(zhì)量濃度低分子量的有機(jī)酸鹽(如乙酸鹽質(zhì)量濃度1308mg/L，丙酸鹽質(zhì)量濃度177mg/L，丁酸鹽質(zhì)量濃度34mg/L)，說(shuō)明油藏中存在高活性的原位厭氧降解石油烴代謝活動(dòng)。如果這些主要的微生物是油藏儲(chǔ)層中固有的，并且沒(méi)有被油基鉆井液污染，它們可能對(duì)硝酸鹽注入以控制油藏變酸顯示出相對(duì)快速的響應(yīng)，說(shuō)明油藏本源NRB的存在，在存在硝酸鹽作為電子受體的情況下，NRB的性能將明顯優(yōu)于SRB，并能防止儲(chǔ)層變酸。相反，在這些巖心樣品中只檢測(cè)到了極少量的SRB(豐度<0.01%)，測(cè)得的H2S濃度接近零，這表明該油藏條件不利于SRB的生長(zhǎng)。但是，在不添加硝酸鹽的情況下，注入富含硫酸鹽的海水后，情況可能會(huì)迅速發(fā)生變化，這也可以解釋為何很多海上油田注海水后，或者陸上油田清水和污水混注，能刺激SRB快速生長(zhǎng)，產(chǎn)生硫化氫而使油藏變酸。

目前關(guān)于油藏巖心中微生物研究的報(bào)道很少，盡管該巖心中微生物群落結(jié)果與文獻(xiàn)中結(jié)果無(wú)可比性，但各種證據(jù)表明該非水驅(qū)高溫油藏的硝酸鹽還原可能是一個(gè)重要的原位過(guò)程，只是由于缺乏營(yíng)養(yǎng)物和硝酸鹽電子受體，硝酸鹽還原菌菌體含量很低。相反，盡管地層水中硫酸鹽含量適中，但微生物特征表明硫酸鹽還原活動(dòng)卻很低。如果檢測(cè)的微生物特征反映了儲(chǔ)層的原位微生物群落，則表明硝酸鹽還原可能會(huì)在比以前認(rèn)為的更高溫度下發(fā)生。該項(xiàng)研究盡管存在很多疑問(wèn)和不足(如沒(méi)有開(kāi)展巖心中的古菌研究)，但是關(guān)于巖心中本源微生物的研究還是非常有意義，建議今后加強(qiáng)類(lèi)似研究，加深人們對(duì)油藏本源微生物的認(rèn)識(shí)。

2 硝酸鹽還原菌介導(dǎo)選擇性封堵

ZHU等[23]研究了一種獨(dú)特的方法，基于自生生物礦物沉淀改變儲(chǔ)層巖石孔隙通道，提高水力和體積波及效率。該方法由厭氧無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)硝酸鹽還原-Fe2+氧化微生物Acidovoraxebreus(nitrate-dependent Fe(II)-oxidizing，NDFO)介導(dǎo)，在厭氧條件下，以硝酸鹽作為唯一的電子受體，氧化可溶性亞鐵離子(Fe2+)，生成不溶性鐵氧化物礦物沉淀[24]。這種穩(wěn)定的生物礦物沉淀填充孔隙，減少巖石基質(zhì)孔喉直徑，降低高滲透區(qū)的滲透率，使注入水均勻分布。

NDFO過(guò)程伴隨氮?dú)猱a(chǎn)生。在該研究中，在處理的模擬柱中觀察到氮?dú)庑馀莸漠a(chǎn)生。由于氮?dú)庠谟椭械幕烊苄?，能降低原油的黏度。此外，就地生產(chǎn)氮?dú)庠黾佑筒氐尿?qū)動(dòng)壓力，從而使原油易于流動(dòng)。因?yàn)榱畠r(jià)和無(wú)腐蝕性，氮?dú)庖呀?jīng)長(zhǎng)期被成功地用作注入流體提高采收率，以及廣泛用于油藏壓力保持和氣體舉升[25]。在油藏高壓下，氮?dú)馀c原油能形成可混相的段塞，這有助于從油藏巖石中驅(qū)替原油。該研究代表傳統(tǒng)微生物提高采收率方法的一個(gè)新的方向，并表明硝酸鹽還原-Fe2+生物氧化改善體積波及效率，以及提高原油采收率的巨大潛力。

MARTIN等[27]報(bào)道兼性厭氧菌Halomonashalodenitrificans在厭氧和高壓(8MPa)下,利用硝酸鹽還原誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，能固結(jié)地層砂，降低高滲透層滲透性，結(jié)果與之前報(bào)道的在厭氧常壓下產(chǎn)生的碳酸鈣沉淀類(lèi)似，用來(lái)封堵裂縫和穩(wěn)定固結(jié)頁(yè)巖氣壓裂地層支撐劑，說(shuō)明油藏在高溫高壓下，也能實(shí)現(xiàn)硝酸鹽還原誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀封堵高滲透層。DOPFFEL等[7]在德國(guó)北部油田進(jìn)行短期和長(zhǎng)期(10-160d)注硝酸鹽控制油藏酸敗提高原油采收率時(shí)，發(fā)現(xiàn)脫鐵桿菌也能產(chǎn)生鐵和鈣質(zhì)沉淀。砂巖模擬柱試驗(yàn)表明，產(chǎn)生的生物沉淀會(huì)明顯降低砂巖滲透率。雖然油藏中的礦物沉淀會(huì)隨著時(shí)間的推移降低儲(chǔ)層滲透性，造成嚴(yán)重的注入問(wèn)題，但由于滲透性較高的通道流量減少，導(dǎo)致原油產(chǎn)量增加，原位產(chǎn)生礦物沉淀可能是改善液流方向的方法。MICP是微生物活動(dòng)的副產(chǎn)品，在自然地質(zhì)環(huán)境中起著重要的金屬共沉淀和固結(jié)作用，在土壤加固、二氧化碳地質(zhì)埋藏和微生物提高原油采收率中具有廣泛用途[3-6]。

盡管已經(jīng)研究了油藏環(huán)境高壓下的MICP過(guò)程，通過(guò)模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)了以改善波及效率為目的的提高原油采收率效果，地下固結(jié)巖層裂縫的礦場(chǎng)試驗(yàn)也取得了成功。但是，還需要全面調(diào)查原位油藏中能誘導(dǎo)產(chǎn)生生物沉淀或?qū)е律锏V化的本源微生物分布及其生物活性，加強(qiáng)各類(lèi)油藏高溫高壓高鹽度下的模擬驅(qū)油效果研究，結(jié)合微生物產(chǎn)生胞外多糖(exopoly saccharides，EPS)增加MICP強(qiáng)度，降低微生物營(yíng)養(yǎng)物的成本，提高驅(qū)油效率。

3 硝酸鹽還原菌產(chǎn)生的生物表面活性劑

MULLIGAN等[27]和RODRIGUES等[28]研究注硝酸鹽刺激油藏本源NRB生長(zhǎng)，抑制SRB和修復(fù)油藏酸敗時(shí)，提出該過(guò)程中有可能產(chǎn)生生物表面活性物質(zhì)，以提高油溶性碳源(原油)利用率，促進(jìn)NRB快速生長(zhǎng)，提高NRB對(duì)SRB的生物競(jìng)爭(zhēng)能力。FALLON等[29]發(fā)表的專(zhuān)利證實(shí)天然的NRB能產(chǎn)生生物表面活性劑。作為能夠利用碳?xì)浠衔镒鳛樘荚春湍茉吹奈⑸铮琋RB將產(chǎn)生的生物表面活性劑作為副產(chǎn)物，以促進(jìn)疏水性烴類(lèi)底物的降解[30]。NRB產(chǎn)生的生物表面活性劑增加了疏水性水不溶性底物的表面積,并增加了其溶解度，從而提高了NRB對(duì)烴類(lèi)化合物的生物利用度。當(dāng)在NRB的細(xì)胞表面附近產(chǎn)生乳狀液時(shí)，每個(gè)細(xì)胞簇都會(huì)形成自己的微環(huán)境，并刺激NRB在油氣藏中的生長(zhǎng)[30]。

HUI等[31]使用依賴(lài)于培養(yǎng)和不依賴(lài)于培養(yǎng)的方法，對(duì)來(lái)自淺層、中溫和低鹽度大慶油田陸上油藏的3種采出水樣品中的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了研究。首次分離到多功能惡臭假單胞菌BBAL5-01，能代謝硝酸鹽，產(chǎn)生生物表面活性劑和生物聚合物，這表明厭氧本源NRB具有在油層中生產(chǎn)生物表面活性劑的能力，并且具有提高原油采收率的巨大潛力。

FAN等[32]從海上油藏采出的油水樣品中篩選出5株產(chǎn)生物表面活性劑的NRB菌，所有菌株都被鑒定為施氏假單胞菌，并研究了它們?cè)谝云咸烟腔蚋视徒橘|(zhì)為碳源和能源時(shí)的產(chǎn)生物表面活性劑能力。其中施氏假單胞菌 CX3在葡萄糖或甘油培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，分別將培養(yǎng)基表面張力降低至33.5mN/m和29.6mN/m。將CX3菌株進(jìn)一步接種以檢測(cè)其生長(zhǎng)代謝硝酸鹽的能力，在2種培養(yǎng)基中進(jìn)行228h的監(jiān)測(cè)后，硝酸鹽消耗量分別為32.4%和94.5%。通過(guò)薄層色譜、帶火焰離子化檢測(cè)器的氣相色譜儀(FID)和傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對(duì)施氏假單胞菌CX3生成的生物表面活性劑產(chǎn)物進(jìn)行組成分析。經(jīng)鑒定，生物表面活性劑產(chǎn)物為一小部分脂肽和一大部分糖脂的混合物，其臨界膠束濃度(CMC)低至35mg/L。 產(chǎn)生的生物表面活性劑在很寬的溫度(4～121℃)，pH(2～10)和鹽度(0～0.2g/mL)范圍內(nèi)都顯示出高穩(wěn)定性。

油藏本源的NRB普遍存在，注硝酸鹽控制油藏酸敗在海上油田已得到廣泛應(yīng)用，但關(guān)于NRB抑制SRB的分子機(jī)理還有待深入研究。最近關(guān)于NRB產(chǎn)生物表面活性劑的研究[9,31，32]，表明NRB在抑制SRB產(chǎn)硫化氫的同時(shí)，能產(chǎn)生物表面活性劑促進(jìn)菌體自身生長(zhǎng)，提高對(duì)SRB競(jìng)爭(zhēng)能力，并且對(duì)于降解油溶性烴類(lèi)碳源和提高原油采收率具有巨大應(yīng)用潛力。今后的研究要加強(qiáng)產(chǎn)生物表面活性劑的NRB單菌提高原油采收率的模擬試驗(yàn)研究，特別關(guān)注在模擬油藏高溫、高壓和高鹽度環(huán)境下的生存競(jìng)爭(zhēng)能力和提高原油采收率的應(yīng)用效果。

4 硝酸鹽還原菌提高原油采收率

MEOR在稠油油藏的應(yīng)用一直面臨著挑戰(zhàn)，以往文獻(xiàn)報(bào)道的稠油MEOR，其黏度要求低于2000mPa·s，最佳為低于500mPa·s。2014年以來(lái)，卡爾加里大學(xué)的VOORDOUW教授和他的同事GASSARA等，一直致力于硝酸鹽還原介導(dǎo)的微生物提高稠油采收率研究，取得了很大的進(jìn)展,主要研究結(jié)果如表1和圖1所示[33-38]。

表1 硝酸鹽還原菌提高原油采收率

圖1 硝酸鹽還原菌提高原油采收率過(guò)程Fig.1 Process of nitrate-reducing mediated MEOR

VOORDOUW選擇加拿大MHGC淺層稠油油田(原油API為16)進(jìn)行NRB提高稠油采收率研究，溫度20℃時(shí)黏度為3400mPa·s，遠(yuǎn)高于目前報(bào)道的MEOR稠油黏度。試驗(yàn)壓力選擇常壓和高壓2.72MPa;通過(guò)富集培養(yǎng)分離出2類(lèi)NRB菌，一類(lèi)是假單胞菌屬，與施氏假單胞菌NBRC 12695菌株[21]的16SrRNA序列有99.0%相似性,能利用揮發(fā)性脂肪酸、苯甲酸鹽、甲苯、乙苯、甲酚和萘等芳香化合物進(jìn)行硝酸鹽還原；另一類(lèi)是陶厄氏菌屬，與陶厄氏芳香菌S100的16SrRNA序列相似性為99%[22]，能利用醋酸鹽、苯甲酸鹽、甲苯和乙苯進(jìn)行硝酸鹽還原。

采用低成本的水溶性電子供體如糖蜜、葡萄糖、醋酸鹽，以及較高濃度電子受體硝酸鹽80mmol/L，在模擬柱中溫度30℃下采稠油[34]。結(jié)果表明，激活的是以假單胞菌和陶厄氏菌為主的本源微生物，代謝水溶性碳水化合物電子供體和硝酸鹽電子受體，產(chǎn)生N2和CO2混合氣體，還可能產(chǎn)生有機(jī)酸和醇類(lèi)、生物表面活性劑等，稠油被乳化為水包油乳狀液，乳化指數(shù)E24達(dá)到60以上，殘余油采收率達(dá)到14.4%～36.1%。此外，陶厄氏菌NRB還能利用比糖類(lèi)電子供體更好的工業(yè)廢溶劑異丙醇和丙酮，在電子受體硝酸鹽存在下，在常壓和高壓下，提高稠油采收率18.2%[34]。

基于水溶性電子供體如碳水化合物[33,34]的MEOR的缺點(diǎn)是，該技術(shù)不使用油藏中可用的烴類(lèi)底物，并且必須同時(shí)注入所有底物和發(fā)酵微生物。一旦所有組分混合在一起，發(fā)酵才開(kāi)始，因此營(yíng)養(yǎng)物滲透深度取決于其組成和運(yùn)移特征，注營(yíng)養(yǎng)物流速與反應(yīng)半衰期之間的關(guān)系。相比之下，在烴和硝酸鹽介導(dǎo)的MEOR中，石油烴(如甲苯)用作底物，面臨稠油中輕質(zhì)烴如甲苯等含量低，因此只需通過(guò)注水添加單環(huán)芳烴提高稠油中甲苯的濃度，從而提高M(jìn)EOR效率[35-38]。

不添加水溶性電子供體，僅以硝酸鹽和原油從該稠油地層富集本源NRB，富集的NRB主要為固氮弓菌屬和陶厄氏菌屬[35]，能以正庚烷和殘余油為碳源和能源生長(zhǎng)，產(chǎn)生氣體如N2和CO2，以及生物表面活性物質(zhì)，細(xì)胞吸附在殘余油膜上，使殘余油乳化，驅(qū)替殘余油。固氮弓菌屬和陶厄氏菌屬NRB在以前文獻(xiàn)中已有報(bào)道[36]，能以原油為碳源和能源，尤其是降解碳5-12短鏈烴和甲苯。

由于稠油中輕質(zhì)烴類(lèi)含量低，尤其是甲苯含量低，不利于陶厄氏菌生長(zhǎng)，因此在NRB提高稠油采收率中時(shí)，需要補(bǔ)充加入甲苯。在稠油中加入甲苯，稠油黏度有所降低，增強(qiáng)了NRB對(duì)硝酸鹽的還原作用，由此提出了一種新的硝酸鹽+輕質(zhì)烴MEOR技術(shù)[37]。在含有0.5倍孔隙體積剩余油的高壓、水濕砂柱生物反應(yīng)器中，進(jìn)行了甲苯和硝酸鹽介導(dǎo)的生物反應(yīng)器(ROR)的測(cè)試。與對(duì)照生物反應(yīng)器相比，在原油中添加11～12mmol/L甲苯(直接加或加入水相中)和在水相中添加80mmol/L硝酸鹽可增加16.5%±4.4%的采收率。由于甲苯是一種廉價(jià)的工業(yè)化學(xué)品，因此即使在目前的低油價(jià)環(huán)境下，NRB-MEOR仍有可能成為增加原油產(chǎn)量的一種成本效益高的方法[37]。SURI等[38]通過(guò)高壓模擬柱試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了硝酸鹽+甲苯提高稠油采收率的效果。在11.2mmol/L甲苯和80mmol/L硝酸鹽介導(dǎo)下，陶厄氏菌和假單胞菌在稠油模擬高壓驅(qū)油試驗(yàn)中(溫度25℃，壓力2.72MPa)，硝酸鹽還原率60%左右，提高稠油采收率11.2%。

疏水性電子供體中，乙苯和甲苯是硝酸鹽還原的重要電子供體[39-47]，硝酸鹽電子受體可能參與烷基苯底物的活化，但兩者的代謝途徑不同。甲苯通過(guò)富馬酸加成進(jìn)行厭氧代謝，而乙苯的氧化涉及乙基側(cè)鏈的脫氫，醋酸鹽和苯甲酸是這些代謝途徑的中間產(chǎn)物[48]。在模擬驅(qū)油使用的批量和連續(xù)培養(yǎng)試驗(yàn)中，陶厄氏菌和假單胞菌是最主要的本源NRB類(lèi)群，在反硝化條件下均能在醋酸、苯甲酸鹽、乙苯和甲苯上生長(zhǎng)。陶厄氏菌屬是目前研究比較多的NRB，它還可以利用苯乙酸、吲哚、對(duì)甲酚、苯酚和其他電子供體[49-51]。β-變形桿菌Azoarcus/“Aromatoleum”/Thauera菌群含有多種能夠厭氧降解芳香化合物和碳水化合物的NRB?；蚪M學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)與靶向代謝產(chǎn)物分析的應(yīng)用已被證明有助于發(fā)現(xiàn)各種新的反應(yīng)和途徑，重建復(fù)雜的芳烴厭氧降解代謝網(wǎng)絡(luò)，以及了解后者是如何適應(yīng)環(huán)境變化的。在過(guò)去的二十年里，在3個(gè)主要的NRB有機(jī)體/方法的特定方向上取得了重大進(jìn)展：

1)ThaueraaromaticaK172和AromoilumaromaticumEBN1的新型酶促反應(yīng)的生物化學(xué)；

2)A.aromaticumEBN1的生理學(xué)和蛋白質(zhì)基因組學(xué)；

3)Azoarcussp.菌株 CIB轉(zhuǎn)錄因子的分子機(jī)制[51]。

5 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)近年來(lái)硝酸鹽還原介導(dǎo)的MEOR研究進(jìn)行總結(jié)和回顧，得出如下結(jié)論：

1)原位油藏環(huán)境廣泛分布著本源微生物NRB，厭氧條件下以硝酸鹽作為電子受體，原油輕質(zhì)烴作為電子供體生長(zhǎng)，其中代表種屬主要有陶厄氏菌和假單胞菌。

2)在油藏高溫高壓條件下，硝酸鹽能誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鐵或碳酸鈣沉淀，降低高滲透層滲透性，封堵裂縫，通過(guò)改善波及效率途徑提高原油采收率。

3)在硝酸鹽還原介導(dǎo)下，油藏本源NRB如施氏假單胞菌能產(chǎn)生物表面活性劑，改變巖石礦物潤(rùn)濕性，降低油水界面張力，乳化原油，通過(guò)改善驅(qū)油效率途徑提高原油采收率。

4)稠油油藏NRB，在添加硝酸鹽和水溶性碳水化合物或者油溶性單環(huán)芳香烴化合物后，能產(chǎn)生N2和CO2混合氣體，增加地層壓力，降低原油黏度，乳化原油，通過(guò)烴-硝酸鹽代謝途徑提高原油采收率。

盡管NRB的EOR機(jī)理比較明確，也開(kāi)展了部分NRB驅(qū)油模擬試驗(yàn)，并取得了良好的驅(qū)油效果，但還存在一些問(wèn)題亟待解決，如原位油藏NRB資源多樣性，以及與其他本源菌的協(xié)同作用或競(jìng)爭(zhēng)作用，油藏高壓條件對(duì)NRB生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)生物表面活性劑的影響、原油被乳化驅(qū)動(dòng)的機(jī)理、NRB驅(qū)油的分子機(jī)制等，還需要進(jìn)一步研究。建議全面調(diào)查不同溫度和地質(zhì)條件油藏中本源NRB資源分布和多樣性，加強(qiáng)油藏高溫高壓高鹽等環(huán)境條件下，開(kāi)展原位油藏下NRB誘導(dǎo)礦物沉淀和產(chǎn)生物表面活性劑研究，NRB驅(qū)油的二維或者三維模擬驅(qū)油試驗(yàn)研究，考察各種油藏環(huán)境因素和營(yíng)養(yǎng)組分對(duì)提高原油采收率的影響，優(yōu)化驅(qū)油參數(shù)；并借助CT掃描、XRD巖石礦物分析、核磁共振NMR等手段，表征巖心驅(qū)油前后孔滲和礦物組成變化，殘余油分布。此外，通過(guò)色質(zhì)聯(lián)用儀器和傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜等手段，表征NRB驅(qū)油前后原油組成變化、代謝物結(jié)構(gòu)特征以及對(duì)驅(qū)油效果影響，從分子水平上揭示NRB的驅(qū)油機(jī)理，為NRB提高原油采收率工業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和指導(dǎo)作用。