浅谈微生物采油技术

【分类号】：TE357.9

微生物采油技术是向油藏或井底注入微生物或刺激油藏中能生存的微生物来改善油藏地质条件， 提高原油采收率的过程， 简称MEOR。近年来， 微生物采油技术作为一项新技术受到国内外油田的普遍重视并开始应用于稠油开采。

现今世界许多大油田都先后进入了开发后期，一次和二次采油通常只能采出地质储量的30%左右，三次采油已成为油田开采研究的主要方面。传统的热驱、化学驱、气驱费用昂贵，同时对环境有一定程度的污染，1926年美国人贝克曼Beckman提出将微生物注入油层提高采收率这一设想；1943-1953年间，就微生物对石油成因的作用和原油成分的作用进行系统研究。半个多世纪前，美国微生物学家Zboell首先提出微生物降解原油理论，并申请专利。基于该理论，各国科学家进行了大量的利用微生物提高原油采收率的理论研究和矿场试验，1973年西方第一次石油危机之后，微生物采油技术这种以其相对较低的成本、较高的采收率、无环境问题等优点受到世界石油工业的关注。

利用微生物采油（Microbial Enhanced Oil Recovery，MEOR）是目前最有发展前景的一项采油技术，与其它提高采收率的方法相比，具有以下几个优点：

（1）降低施工成本。该项技术所需的设备少，可以方便地利用常规设备。一般不需要增添井场设备，尤其是有些微生物可以将石油直接作为其主要的营养源，这更有利于降低生产成本。

（2）施工简单，操作方便。

（3）微生物采油技术适用于开采各种类型的原油，尤其对稠油藏而言，微生物采油技术在经济上更具有吸引力，而且增产效果持续时间长。

（4）微生物采油技术不污染环境，不损坏地层，并且可以在同一口井中反复应用。

微生物采油是技术含量较高的一种提高采收率技术，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，而且包括微生物菌体、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、水相互作用导致复杂的提高采收率机理和驱油机理。微生物采油技术分为地面法和油层法两类。

地面法是在地面上建立发酵反应罐，为微生物提供必须的营养物质，通过微生物代谢作用产生生物产物，再将生物产物注入地层，从而达到提高采收率的目的。这种方法的优点是发酵在地面上进行，所以微生物的生长和代谢活动不受地层条件的影响。微生物种类也不受限制，好氧菌和兼性厌氧菌培养更为方便。

地面法又以微生物产物的不同分为两种。第一类生物产物是生物表面活性剂，第二类生物产物是生物聚合物。

（1）生物表面活性剂驱油

生物表面活性剂很容易溶解在地层水和注入水中，在油水界面上具有较高的表面活性，可稳定或降低油层的界面张力，促进乳化作用，增大水驱的接触面积。同时油水处在低的界面张力下，会产生油包细微小水珠的乳化液，使油的体积膨胀，流动性大大增强。能很好的润湿含油岩石的表面，能从岩石表面洗掉油膜，分散原油的能力强，在固体表面上的吸附量少，驱油能力强。

（2）生物聚合物驱油

可产生生物聚合物作为油田化学剂的微生物有：甘蓝病病黄单胞菌、假单胞菌属、棕色固氮菌、塔希提欧氏植病杆菌、印度产粘固氮菌、粘质甲基单胞菌、肠膜状明串珠菌、乙酸钙不动杆菌等。

油层法是将微生物注入地层，使其在油层中生长并产生各种代谢产物，只需供给微生物足够的营养物质，代谢产物的生产速度就会大于微生物降解的速度。

地面法采油中，微生物生产的生物化学剂注入地层后会受到地层中固有微生物的降解而逐渐失去其原有的特性。相比之下，油层法具有原有增产效果持续时间长而生产成本低的优点。但是，受油藏生产条件的影响，油层法对菌种的选择则要苛刻得多，要求所筛选的微生物须耐高温、厌氧生长等。

可是，一旦筛选出合适的适应油藏条件的菌株应用于油层，则无论从生产设备到增产效果都优于地面法。

微生物采油技术已被认为是一种很有潜力的有效方法，尤其是对于那些常规方法难以开采得油田。现有大量资料可以表明MEOR法的可行性及多样性。目前世界范围内已有大量油井及许多油田进行了微生物增产处理。

（1）沙特阿拉伯国家科学家研究了内源微生物的生长对水的粘度、pH值和油水界面张力的影响。通过驱替实验研究了营养物的浓度、培养温度和碳酸盐含量对水驱残余油采收率的影响。结果表明：地层水和原油中的原生微生物群落能够被营养物糖蜜激活，产生生物表面活性剂、酸、聚合物和气体。

（2）前苏联国家科学院从60年代就开始从事微生物采油技术的研究，并且进行了量的现场试验，尤其是近20年发展起来的内源微生物驱油技术，己在现场见到了非常好的效果。1994年，俄罗斯西伯利亚的Vyngapour油田用注入营养物质激活地下原生细菌，进行了内源微生物驱油矿场试验，在含水98%-99%的基础上，采收率平均提高10%。

（3）美国科学家Brown等在North Blowhom Creek Unit油田通过注入氮、磷等营养激活剂进行内源微生物区块深部调副和选择性封堵，可使油田经济寿命延长5-11年。美国Hallisurton能源服务公司从意大利的武尔卡诺海滨的热喷泉中分离得到一株耐高温微生物，加入该公司已获专利的压裂液中，压裂液在高压下将岩层压出裂缝，该菌株使石油中烃分解，降低油粘度，从而使油流出裂缝，这项技术己应用于油田采油。

（4）已经用于生产的菌种，捷克斯洛伐克油田使用硫酸盐还原细菌（SRB），它可以降解正烷烃和烷基苯，美国、荷兰等国家则采用乙酞丁醇梭状芽抱杆菌、葡萄糖-β球菌等。

（5）菲力浦石油公司在俄克拉荷马州Osgae县进行了用微生物改善渗透率的现场先导试验，向油藏中依次注入各种特殊的营养物质激活油藏中原有的细菌，成功增产9%。

我国在MEOR技术方面的研究起步较晚，70年代开始着手进行研究，80年代进行了大量室内实验。90年代初，先后从美国、加拿大引进微生物产品和微生物技术，进行了现场试验。其中吉林扶余油田，用注入微生物处理原油后，粘度降低了8.2%，平均增产20.4%。雷光伦等[17]由油田地层水及原油中分离出短杆菌、球菌，在实验室条件下，对石蜡、胶质降解能力较强，C19以上重组分含量降低10%-40%，原油粘度降低10%-50%。梁凤来等由大港油田油水样中分离出假单胞菌GD-23，它可以原油为碳源生长，呈杆状，革兰氏阴性，无芽抱，单端极生鞭毛运动，兼性厌氧，产生能乳化原油的表面活性物质。乐建军等[27]筛选出假单胞菌Su5-2，小杆状，严格好氧，可以降解C16-C35正烷组分。郝瑞霞等从胜利油田分离出枯草芽抱杆菌（Bacillus subtilis）SP4，呈杆状，革兰氏阳性，兼性厌氧，生芽抱，侧生鞭毛，对芳烃、非烃、沥青质等重质组分降解转化效果好，沥青质含量降低幅度可达26.82%。张廷生等筛选出了芽抱杆菌、球菌、杆菌等菌株，对含沥青质、胶质的稠油降解效果较好，原油可降粘达30.41%。大庆油田[30]用假单胞杆菌、野油菜花黄单胞杆菌、地衣芽抱杆菌配伍，室内实验提高采收率34.4%。

纵观国内外研究概况，国外关于MEOR术的研究比较成熟，微生物采油MEOR技术己在许多油田的三次采油过程中取得了可观的经济效益。并己大面积进行了现场应用。国内的发展相对落后，目前的成果大多还处于室内实验阶段，除大港油田等极少数的油田外，绝大多数油田都是从国外购买菌种。

从世界范围看，目前MEOR技术研究的油藏主要是以三次采油和剩余油为主，并基本趋于成熟，所以，在现有微生物采油技术的基础上，针对提高稠油这一极具潜力油藏开采的菌种的筛选和优化是接下来MEOR技术研究的关键。现有稠油开采的微生物研究中，普遍反映的难点是在直接降解稠油蜡质、沥青质组分方面能力强的菌株的寻找和筛选，以期通过直接降解稠油，来降低粘度、提高采收率。但我认为，在针对稠油开采的油层法中，还应该更加注意到MEOR技术的生物表面活性剂优势的应用。