【文章內容簡介】 吞吐礦場試驗之后，吉林油田、大港油田、大慶油田也相繼進行了試驗并取得了較好效果。近一二年來，大慶、勝利、遼河、吉林、大港等油田都開展了規(guī)模較大的礦場實驗。 然而由于種種原因K礦場試驗的規(guī)模與采油機理研究很不協(xié)調K機理研究遠遠滯后于現(xiàn)場K使礦場試驗存在較大的盲目性。因此K為了使我國微生物采油研究和應用步入協(xié)調發(fā)展軌道，采油機理研究亟待加強。通過以上幾個方面的研究和分析，可得出以下結論：，使飽和烴平均分子鏈長變短，降低原油粘度。，產生長鏈分子脂肪酸及含羰基化合物等生物表面活性劑作用的物質。，能增加巖石孔隙度和改善原油粘度。，有利于增加產層壓力。以上幾點都是微生物增油的機理。何正國,向廷生,梅博文,微生物采油機理研究,鉆采工藝,1999,22(1):1921摘要　微生物提高石油采收率(MEOR) 是一種新型的三次采油技術( EOR) . 本文介紹了MEOR 的研究概況,分析了MEOR 的機理,闡述了MEOR 的地質基礎及油井篩選標準和微生物的類型,同時還提出了MEOR 的工藝類型和研究方法,為開展MEOR 研究提供了很好的指導作用.當今從地下油藏開發(fā)石油所采用的工藝技術(一次采油和二次采油) 只能采出原始地質儲量的30 %～50 %[1 ] ,如何采出油藏中一半以上的殘余油是科技工作者十分關心的問題. 由此,逐步發(fā)展和形成了三次采油技術———又稱強化采油技術( Enhanced Oil Recovery Technology 簡稱EOR) . 微生物提高石油采收率(Microbial Enhanced Oil Recovery Technology 簡稱MEOR) 技術作為一種新型的EOR 方法,從本世紀30 年代提出,直到80 年代中期,才引起科技界的廣泛興趣,MEOR 理論上來講,厭氧菌比好氧菌更適于用來提高石油產率.4. 2 　固有微生物和注入微生物[10 ]由于營養(yǎng)缺乏,油井中固有的各種微生物的生長繁殖受到一定限制,為了發(fā)揮固有微生物的作用,可向井中注入微生物培養(yǎng)基促進微生物的生長,而可供選擇的注入微生物的種類卻很多. 注入微生物還可以在地面上培養(yǎng)到有充足的生物量后,再注入井中,這樣,能更快地發(fā)揮作用,減少封井的時間,但注入微生物在井下可能會受到油井條件的制約而降低作用甚至失去作用[9 ] .周玲革,張巧玲,微生物提高石油采收率技術,荊州師專學報(自然科學版),1999,22(2):7881摘要：油藏是一種特殊環(huán)境，其高溫、高壓、高礦化度、無氧、多孔介質及其流體等因素對微生物的存活及生長繁殖都會產生明顯影響。油藏極端環(huán)境對微生物群落結構組成和數(shù)量也會有大的影響。該文介紹了與微生物采油關系緊密的微生物群落的生理生化特征及其多樣性。主要有烴降解菌、發(fā)酵菌、硫酸鹽還原菌及產甲烷菌。還介紹了激活本源微生物和篩選外源微生物在提高石油采收率方面的應用。最后就分子生物技術在研究油藏中可培養(yǎng)微生物和未培養(yǎng)微生物中的應用進行了討論。微生物在油藏中生存或生長取決于生態(tài)系統(tǒng)中物理特性化學特性。不同類型的油藏構成了復雜多樣的生態(tài)環(huán)境。油藏的溫度一般在30～140 ℃，壓力從幾兆帕到數(shù)十兆帕，礦化度從淡水到含鹽20 %以上。油藏基質為結構尺寸變化多樣的孔隙介質，孔隙介質中充滿著油、氣和水，隨沉積環(huán)境不同，油、氣、水性質差別很大。油藏在開發(fā)之前為封閉系統(tǒng)，油藏為一高度還原環(huán)境，主要存在厭氧微生物；在開發(fā)之后的注水階段變?yōu)殚_放系統(tǒng),注入的水將溶解氧和生活在地表的微生物不斷地帶入地層。在注水井及近井地帶存在一定范圍地有氧環(huán)境,沿注水井向油藏深部至采油井方向溶解氧含量降低。油田經長期注水開發(fā),地層中已形成了較為穩(wěn)定地微生物群落。這些微生物主要包括石油降解菌、發(fā)酵菌、產甲烷菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌及硝酸鹽還原菌等。由于油田水中含有的氮、磷很低,油藏中的微生物數(shù)量一般較低。在微生物采油技術研究中,對選定區(qū)塊地層水中微生物群落進行分析,從外源微生物采油技術角度是為了考察注入的優(yōu)勢菌與地層本源菌的配伍情況,從本源微生物驅油技術角度,這是為了選擇性激活地層中有益的本源菌,抑制有害的本源菌。通過研究油藏微生物菌落結構及其數(shù)量對采用微生物技術提高原油采收率具有重要意義。由于油藏的環(huán)境極其多樣,這些微生物的種類也非常多樣,研究油藏中的微生物群落對于獲得微生物功能基因和開發(fā)新的生物制品有重要意義。由于油藏的環(huán)境極其多樣,這些微生物的種類也非常多樣,研究油藏中的微生物群落對于獲得微生物功能基因和開發(fā)新的生物制品有重要意義。1 　油藏中的微生物生理群1. 1 　烴降解菌石油烴降解菌是指可以利用石油烴作為生長底物的菌群。這類細菌在注水井及近井地帶最為豐富,是注水地層中微生物食物鏈的啟動環(huán)節(jié)[1 ] 。烴降解菌可以通過自身的代謝作用產生分解酶,裂解重質烴類和石蠟,降低原油粘度,改善原油的流動性能。烴降解菌還可代謝產生表面活性劑、聚合物、有機酸、醇類和二氧化碳等有利于驅油的產物。石油烴降解菌大部分為好氧菌,即烴氧化菌。代表性菌株有微球菌(Micrococcus) 、節(jié)桿菌(Arthrobacter) 、紅球菌(Rhodococcus) 和鹽桿菌( Halobacterium) 等[2 ] 。Nazina T. N 等[3 ] 從Kazakhstan 和West Siberia 油田分離到嗜熱的烴氧化菌。菌株桿狀、運動,內生芽孢,嚴格好氧,生長溫度為40～70 ℃。最適生長條件:pH ,6～8 ,溫度55～60 ℃,NaCl 濃度5～10gPL。該菌鑒定為嗜熱嗜油芽孢桿菌( B . thermoleovorans) 。1. 2 　發(fā)酵菌嗜溫、嗜熱和極端嗜熱發(fā)酵菌構成了油藏環(huán)境的一個重要微生物群落。從油田水中分離出的具有嗜鹽特性的厭氧微生物主要屬于鹽厭氧菌屬(Haloanaerobium) ,包括乙酰乙基擬鹽桿菌( H. acetoethlicum) , H. congolense 及油田水鹽厭氧菌( ) 。這三種菌中度嗜鹽,最佳生長鹽濃度為10 %NaCl。H. congolense 在底物利用范圍上不同于其他兩種,它利用碳水化合物發(fā)酵產生乙酸而不產乙醇[4 ,5 ] 。從非洲剛果的一個油田分離出一種中度嗜鹽螺旋體( Spirochaeta Smaradinae) [6 ] 。此外還在該油田分離到低嗜鹽弧菌( Dethiosulfovibrio pep2tidovorans) 。其物理和生長發(fā)育特征獨特,可以利用蛋白胨和氨基酸,但不能發(fā)酵糖類。Davydova Charakhch’yan I A , etal . [7 ]從Tatarria west 和Siberia 油田地層水中分離到一新的產乙酸厭氧微生物( Acetoanaerobium romashkovii) 。這種菌以H2 +CO2 為唯一碳源和能源生長。也可以利用C1 化合物,氨基酸和糖。由于大多數(shù)油田具有高溫特征,分離到的嗜熱發(fā)酵菌比嗜溫發(fā)酵菌要多得多。一般嗜熱厭氧菌研究也較廣泛,主要是其熱穩(wěn)定酶的工業(yè)潛力。從103 ℃的熱油田中分離到極端嗜熱微生物,人們對此越來越感興趣。許多作者從油田中分離到棲熱袍菌屬(Thermotoga) 微生物[8 ,9 ] 。如: Thermotoga elfii 、Thermotoga subterranean 和Thermotoga hypogea。從熱的低鹽度的油藏中經常會分離到熱厭氧桿菌屬微生物。從法國一熱的陸相油藏中分離到一株熱硫化氫熱厭氧桿菌( Thermoanaerobacterthermohydrosulfuricus) 。最近的研究提供了熱的陸相和海相油藏中極端嗜熱發(fā)酵嗜熱古細菌的證據(jù)[10 ] 。在DNAPDNA 雜交研究基礎上,鑒定出菌株2 ( Thermococcus celer、T. littoralis) 屬于熱球菌屬(Thermococcus) ,在溫度85 ℃時生長。菌株3 ( P. litho2trophicus) 屬于火球菌屬(Pyrococcus) 的一個新種,生長溫度達到102 ℃。1. 3 　硫酸鹽還原菌(SRB)油藏中硫酸鹽還原菌包括脫硫弧菌屬(Desulfovibrio) 、脫硫腸菌屬(Desulfotomaculum) 和脫硫狀菌屬(Desulfacinum) 。在油田污水回注系統(tǒng)和油層缺氧環(huán)境中廣泛存在。SRB 代謝產生H2S酸性氣體,不但可以提高地層壓力,還可以溶解碳酸鹽巖層,促進原油的釋放和增大地層的滲透率。某些菌種還可以降解石油中的組分,改善原油的流動性,提高原油采收率。但這類菌群的活動使產出的油氣中含有硫化氫,增加生產設施的腐蝕問題,并帶來嚴重的生產安全問題。因為其有害性,SRB 是油田水中研究得最詳細的細菌群落。1. 3. 1 　嗜溫硫酸鹽還原菌油田水中最常被分離出的SRB 屬于脫硫弧菌屬。Desul2fvibrio. longus 和D. vietnamensis 被認為是耐鹽的。而D. ga2bonensis 被認為是中度嗜鹽,最佳生長需5～6 %NaCl。這三種菌是不完全氧化菌,使用氫氣、乳酸鹽和丙酮酸鹽作為底物。從Apsheron 半島地層水中分離出耐鹽的脫硫微菌屬( Des2ulfomicrobium) , 耐鹽可達到8 %NaCl ,將乳酸不完全氧化為乙酸。它自氧生長,因此,很容易與上面提到的三種脫硫弧菌區(qū)分開。用寡核苷酸探針鑒定了在油田環(huán)境中脫硫細菌屬( Des2ulfobacter) 的一些菌株[11 ] 。1. 3. 2 　嗜熱硫酸鹽還原菌對于在油田環(huán)境中存在的脫硫腸菌屬( Desulfotomaculum)菌種已有詳細報道[12 ] 。Desulfotomaculum kuznetsovii 最初從地下熱礦泉水中分離到,隨后從巴黎盆地非水驅油田的井口樣品中分離到。從北海挪威海床下分離到Desulfotomaculum thermo2cisternum ,最佳生長溫度在62 ℃。它在硫酸鹽存在下,不完全氧化的底物范圍很廣,包括乳酸鹽、乙醇、丁醇和羧酸。從Western Siberia 油樣中分離到Desulfotomaculum nigrificans 的亞種( D. nigrificans subsp. salinus) [13 ] 。生長溫度40 70 ℃,不完全氧化乳酸鹽和乙醇。在北海Gullfaks 油田盡管用富集培養(yǎng)方法沒有檢測到脫硫腸菌屬,但用專一性熒光抗體技術檢測到其存在[14 ] 。另外一些嗜熱SRB 從北海油藏中分離到[15 ] ,它們是: Desulfacinum infernum , Thermodesulforhabdus norvegicus ( T. nor2vegicus ) 及Thermodesulfobacterium mobile ( T. mobile) 。與脫硫腸菌相反,D. infernum 和T. norvegicus 是完全氧化菌。D. infernum屬革蘭氏陰性菌,屬δ變形桿菌,可利用乙酸鹽、丁酸鹽、棕櫚酸鹽及乙醇,最佳生長溫度為60 ℃。T. norvegicus 也屬于δ變形桿菌,氧化乙酸鹽、丁酸鹽及棕櫚酸鹽。T. mobile 是最嗜熱的SRB。生長溫度達82 ℃,形態(tài)為桿狀,利用H2 ,甲酸鹽,乳酸鹽和丙酸鹽作為硫酸鹽還原反應的電子供體。在古生界,極端嗜熱微生物以古生球菌屬(Archaeoglobus)為代表。閃爍古生球菌( Archaeoglobus fulgidus) 從北海挪威熱油田水中分離到[16 ] 。通過DNAPDNA 雜交實驗,表明從油田水中分離的微生物同那些深海熱泉分離出的種群具有遺傳相似性。因此,可以推測它們的存在很可能由于海水進入油藏或人類活動帶來的污染。1. 4 　產甲烷菌(Methanogenic bacteria)產甲烷菌為嚴格厭氧菌。從油層深部分離產甲烷菌直到最近才有報道。在低鹽度到高鹽度的中溫油藏中都有產甲烷菌存在。一般認為高溫高鹽環(huán)境使得微生物群落急劇減少。Borzenkov 等研究表明產甲烷菌隨鹽度增加而減少[17 ] 。此外,甲胺的濃度(一種產甲烷底物) 隨地層水礦化度增加而增加。嗜甲基菌Methanohalophilus euhalobius 從鹽度達140gPL 的開發(fā)井樣品中分離出。從墨西哥海灣高地的一個油井中分離出Methanosarcina siciliae HI350[18 ] 。該菌輕度嗜鹽,利用甲醇、甲胺和二甲基硫化物作底物。另一種利用甲醇和三甲基胺的中度嗜鹽產甲烷菌從含90gPL NaCl 的法國Alsacian 油田中分離。. 19942006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ,桿狀菌嗜甲基產甲烷菌GF 283 從Bondyuzhskoe 油田中分離出,最佳生長鹽度為15 % NaCl。在嗜溫和嗜熱油田水中,可以利用乙酸鹽富集培養(yǎng)產甲烷菌。分離到的一株嗜乙酸產甲烷菌Methanosarcina mazei 47 可以利用乙酸鹽、甲醇和甲胺,但不能利用H2 + CO2 生長[19 ] 。北海油藏中的地層水在60 ℃、80 ℃、92 ℃條件下,以乙酸鹽為底物的富集培養(yǎng)過程中可以產生甲烷。但在同樣富集培養(yǎng)條件下沒有得到乙酸裂解產甲烷菌的純培養(yǎng)物。據(jù)此可以推測乙酸鹽可以被互養(yǎng)共生菌間接降解而不是乙酸裂解產甲烷菌直接降解。在油田水中可能存在與氫營養(yǎng)產甲烷菌或硫酸鹽還原菌互養(yǎng)共生的乙酸鹽氧化菌。生物學或非生物學產生的氫在油田環(huán)境中可能是產甲烷菌的一個重要能源。此外,在北海油藏中,乙酸鹽濃度高達20mmolPL ,可能是那些共生微生物的重要能源。在油藏中除上述微生物外,還有鐵細菌、硫細菌、反消化細菌、產乙酸鹽菌等。此外,還有絕大多數(shù)的未培養(yǎng)微生物。這些微生物菌落對石油的生產都有一定的影響。2 　在石油工業(yè)中的應用2. 1 　激活本源微生物提高原油采收率本源微生物是指存在于油藏中較為穩(wěn)定的微生物群落,多數(shù)是在油田注水開發(fā)過程中由地表帶入且已適應地層環(huán)境保存下來的微生物。由于地層缺乏微生物生長所需的營養(yǎng)物質,絕大多數(shù)處于休眠狀態(tài)。激活本源微生物提高原油采收率在現(xiàn)場應用的一種方式是選擇性封堵(生物