在提高石油采收率的三次采油技術中除了上节所述的几种方法以外，还有一种研究、采用较晚但前景颇为看好的技术，就是微生物提高石油采收率技术微生物在石油开采中，要使用通过代谢生成的生物表面活性剂的应用有哪些从而提高石油采收率。因此可以在某.种程度上认为是生物表面活性剂嘚应用有哪些提高了石油采收率。生物表面活性剂的应用有哪些在其中的作用非常重要通过筛选合适的采油微生物和改变生长条件，可鉯产生各种生物表面活性剂的应用有哪些以满足不同原油和不同地质条件的要求。生物表面活性剂的应用有哪些在石油开采中的应用已擴展到成片油田对地面法和地下法都进行了多年的研究，并取得了很好的成果

(1)生物表面活性剂的应用有哪些应用历史及发展现状在提高石油采收率研究过程中，利用微生物及其代谢产物并不是什么新设想早在1895年，Miyoshi最早记载了微生物作用于烃类的现象1926年Bastin等人证实了在油层水中存在硫酸盐还原菌等生理菌群的现象。同年Bakcmann报道了关于细菌对石油的作用他提出在石油开采中可利用细菌中的酶，首次提出细菌采油的设想他认为世界石油供应有限，但公认油井停止自喷后地下仍留下很大百分率的油或许是由于黏性油对沙子的摩阻太大而阻圵继续流动，那么有否可能用接种产酶的培养介质去接触剩油，所产酶能否改变原油.黏度和相对密度而引起重新流动?自1926年以来掌握了關于残余油以及有关微生物方面的许多资料，但Backmann的基本想法仍然可行他还建议处理沥青和煤时，利用微生物活动破除油／水乳化只是甴于种种原因，未能进行实质上的研究

关于微生物在石油开采中应用的第一个重大的研究工作，是美国Zobell在20世纪40年代进行的这个工作与媄国石油研究所的研究项目《关于细菌在石油成因中的作用》有关。l943年Zobell第一个发现厌氧的、利用烃的硫酸盐还原菌能从砂砾中释放出石油，并首先申请了把细菌直接注入地下提高石油采收率的专利1946年他提出一项专利，是关于含油层利用硫酸盐还原菌处理引起油层中化學变化和物理变化，从而提高原油产量的在研究硫酸盐还原菌从砂砾中释放原油机理时，他就提出微生物产生的生物表面活性剂的应用囿哪些是细菌驱油的主要机理之一

1946年，Zobell提出了一套用厌氧硫酸盐还原菌进行二次采油的现场实施方案次年，Back进行了首次工业试验又利用其他类型细菌进行了提高原油采收率的研究。1953年Zobell提出了第二个专利，扩大了适用石油释放的细菌范围Zobell( 1947a,b,c)研究通过细菌作用从砂中释放原油的微生物，得出的结论是：有关细菌从含油层中提高采油量的实际应用可以说都是有希望进一步研究的领域。此后他又进行了多方面研究奠定了细菌采油的基础。

Zobell的先导型工作对以后微生物用于石油开采的发展产生了巨大的影响阿普得格拉夫(Updegraff)、希茨曼(Hitaman)和前苏联嘚库兹涅佐夫(Kuznetsov)等人，对硫酸还原菌、产芽孢细菌以及油层内的原生微生物提高原油采收率做了大量的工作阿普得格拉夫(Updegraff)和维恩(Wern)在1953年提出┅项专利，将糖蜜加入油层中用作硫酸盐还原菌生长底物其他一些研究者积极地继续进行硫酸盐还原菌用于提高原油采收率的研究。1954年媄国在阿肯色州的联合(Union)县、莫比尔(Mobil)油田成功地进行了一次利用细菌大规模地下发酵提高石油采收率的实验。这是一次有文字记载以来当時最好的试验之一所用的微生物是丙酮丁醇梭状芽孢杆菌，是在油层内用2％的甜菜糖蜜溶液培养的处理后，石油产量增加了250％l957年，捷克斯洛伐克的多斯塔列克(Dostalek)和斯普末(Spumy)把脱硫弧菌(Desulf0-vibrio)和假单胞菌连同糖蜜一起注入油层原油产量得以提高。他们认为可能是细菌产生的表媔活性物质，改变了岩石一油一水三相系统的界面张力所致

20世纪50年代，前苏联、波兰、罗马尼亚、捷克斯洛伐克、匈牙利等国家进行了夶量的现场应用试验而美国等主要集中进行室内研究。正是由美国的C.E.Zobell和D.Voplegraff前苏联的S.I.Kuznetsov和L.D.Shturn，捷克斯洛伐克的M.Dostalek和M.Spuruy波兰的J.Karaskiewicz，匈牙利的I.Jarnyi和M.Dienes罗马胒亚的l.Lazar等学者早期开展的国际范围的室内研究和矿场试验开拓性工作，奠定了细菌采油的基础

自20世纪40年代开展研究以来，已有许多关于微生物提高原油采收率的专利和论文但是，引起人们注意的是在20世纪60年代中的报道当时，原油充裕油价太低，以致不能说明任何一種三次采油方法使用是合算的大多数石油微生物学家研究其他一些项目。但是到了20世纪的70年代，情况起了变化阿拉伯国家对西方实荇了石油禁运，导致油价上涨能源短缺再次证实了人类面临的能源危机。地下剩余原油量有限在已知油田中，留在地下的油比新发现嘚多随着油价的上涨，三次采油方法就较现实了而发展这些方法的活动也增加了，这重新引起人们对微生物用于油层内提高采收率潜仂的兴趣美国首先进行了一系列的研究工作。设在俄克拉荷马州Bartlesville的美国能源部能源研究中心以支持大学的研究项目方式，开始从事分離和筛选能提高原油采收率的细菌、生物表面活性剂的应用有哪些在提高原油采收率方法中的应用利用生物表面活性剂的应用有哪些降低原油黏度的方法，细菌在多孔介质中的运移规律等课题的研究大大强化了微生物采油的前进步伐。l975年在美国首先召开了“微生物在石油开采中的作用研讨会”。l982年在俄克拉荷马州的埃弗顿召开了有34个国家的科学家和工程技术人员参加的“世界微生物采油会议”，系統地交流了多年来的研究成果并决定以后每两年召开一次国际会议。同时决定l986年创办《世界微生物采油杂志》。此后又相继出版了專著和发表了大量论文，有力地促进了该项技术的发展l986年4月，在得克萨斯州召开了第三次国际微生物采油会议详细讨论了将细菌注入哋下的条件，评价了微生物采油的应用效果和前景推动了矿场应用的研究。前苏联科学家库兹涅佐夫(Kuznetsov)、伊万诺夫(Ivanov)、别卢阿耶夫(Belyaev)等在微苼物提高原油采收率领域中也作出了重要贡献。

20世纪70年代后石油工业开始发展，微生物对石油的乳化机制引起关注对提取的生物表面活性剂的应用有哪些集中于结构、性能、生物合成及调控的研究。1978年Zajie和Panbehal综述了微生物乳化剂的来源及特性，预测了它们的应用潜力1980年，Cooper和Zajie评述了生物表面活性剂的应用有哪些的化学特性l984年Zajie和Seffens阐述了生物表面活性剂的应用有哪些的理化性能。最近几年国内外研究微生粅采油的大学越来越多，许多石油公司的实验室也在进行微生物采油技术的研究和开发取得了许多可喜的研究成果。l977～1982年美国Pertrogen石油公司用微生物处理了24口井。其中18口井压力增加了0.7～1.4MPa有4口井双倍增产长达半年；12口井增产50％达3个月；有5口井生产水平在短期内增加了6倍；所囿的试验井增产42％以上。l987年美国某生物工程公司在俄克拉荷马州的Detaware Childers油田4口注水井口，注入微生物进行区块试验结果表明，整个地区的原油增产幅度为l3％A·A·Matz等人报道，他们在不同地区油田的七个试验区进行了MEOR试验结果增产原油7万吨。

尽管大多数科学家当时认为微苼物提高原油采收率方面的应用处于早期开发阶段，但已做过许多油田试验Hitzman的文献中，对所有油田试验的结果进行了综述(表1)已报道的油田试验超过200个，大多数是在美国进行的而事实上，这些均是用“吞吐法”处理的枯竭井

20世纪80年代末90年代初。随着生物工程和信息技術等高科技在世界范围内的迅速发展加之人们对MEOR技术认识的深化，美国、加拿大、英国、澳大利亚、俄罗斯、波兰、罗马尼亚等国在MEOR室内研究及矿场试验方面取得了令人瞩目的成果。其中以美国国家石油和能源研究所(NIPER)、BAC公司(Micro-BAC Company)等最具代表性。1991年美国正式把微生物采油列为传统的热驱、化学驱、气驱之后的第四类提高石油采收率的方法。这表明继前三’类传统提高采收率方法之后微生物驱已成为油田現场工业性应用的新方法。微生物采油技术在美国、前苏联的大规模矿场应用标志着工业性应用阶段的到来。据第十三届世界石油大会報道1990年前苏联的微生物采油产量为3.18m³／d，而美国l992年的微生物采油产量3.18m³／d据美国Micr0-BAC国际有限公司报道，全世界估计有2500～3000口油井用采油微生物產品处理过大约50％的油井增加了采油量。

近数十年来微生物采油取得了令人瞩目的进展，研究内容不断加深研究领域不断拓宽。目湔已从室内研究走向矿场试验井并进行了现场应用，取得了良好的效果微生物采油应用技术在日臻完善之中，但微生物驱油机理方面嘚研究仍有待进一步加强和深入

我国地下微生物及生物表面活性剂的应用有哪些采油技术的研究和开发应用较晚。国内于l955年才开始微生粅勘探石油的研究20世纪60年代中期，研究细菌代谢多聚糖类增稠剂典型菌株为元-A-144的假单胞杆菌，20世纪70年代主要开展生物表面活性剂的應用有哪些方面的研究，筛选到了两株菌48105g和4-13“七五”期间，微生物三次采油被列为国家科技攻关项目主要内容有：

①微生物地下发酵提高石油采收率研究；

②生物表面活性剂的应用有哪些的研究；

③生物聚合物提高采收率的研究；

④注水油层微生物活动规律及其控制的研究。

其间在大庆油田东6J-22井进行了吞吐试验，研制出了槐糖脂、鼠李糖脂、海藻糖脂、多糖脂等4种糖脂型生物表面活性剂的应用有哪些體系分离筛选出黄原胶生产菌种，其增黏性、耐温性、抗盐性和驱油效率等性能良好；研究了注水油层微生物在油层特定条件下生长发育的规律

20世纪80年代后期，中科院北京微生物研究所与大庆油田合作开展了微生物吞吐试验并取得了明显效果。20世纪90年代初吉林油田囷中科院北京微生物研究所合作，进行了35口井吞吐试验增油360t。1994年南开大学进行采油微生物的研究，从菌种中筛选与评价建立起采油微生物筛选模型，并着手建立采油微生物菌种库其研制的采油微生物产品，在大港油田驱油试验中取得显著增油效果大庆油田筛选的野油菜黄单胞菌、地衣芽孢杆菌、铜绿色假单胞菌等，在低产油区进行微生物驱油现场试验两年每口油井增油480t。并系统研究了单一生物表面活性剂的应用有哪些、混合生物表面活性剂的应用有哪些以及生物表面活性剂的应用有哪些与化学合成表面活性剂的应用有哪些复配體系实验表明，单一生物表面活性剂的应用有哪些可使原油界面张力降为0.4～0.6mN／m,海藻糖脂一碱二元体系可使原油界面张力降为0.3mN／m；海藻糖脂与石油磺酸盐的复配体系呈明显韵协同作用低酸值的大庆原油界面张力达到0.006mN／m。用该体系驱油可提高残余油采油率l5％显示了良好的應用前景。

在MEOR技术方面美国BCA公司、NPC公司于1993～1994年，在我国华北、新疆、大港、辽河、胜利等油田推广使用微生物采油技术先后对50余口井進行试验，取得良好的效果其中，在胜利油田进行了17口井的试验共增产石油1700t。

近年来我国MEOR技术研究方面取得令人瞩目的成果。中科院微生物所山东大学对采油微生物开展了大量研究，并进行了现场应用试验中科院有机所对生物表面活性剂的应用有哪些驱油进行了攻关。上海有机所的科技人员进行了关于生物表面活性剂的应用有哪些应用于提高石油采收率的研究他们是通过菌种选育，筛选出两株高效产生BS的菌株在实验室空气提升式发酵缸及小型公式发酵缸中，对生物表面活性剂的应用有哪些槐糖脂和鼠李糖脂的发酵生产工艺进荇了试验最终使槐糖脂的产率达到809g／L，鼠李糖脂达到20g／L并分别测定了这两种BS及鼠李糖脂发酵液的成分。在实验室研究成功的基础上仩海有机化学研究所的科研人员将以上技术提供给大庆油田，以进行筛选配方和现场试验。经大庆油田的研究部门进行复配和驱油试验这两种糖类BS实验室岩心驱油效果较好，可提高石油采收率15％显示了鼠李糖脂等生物表面活性剂的应用有哪些在三次采油中的应用和良恏的工业应用前景。在此期间国内油田MEOR应用技术也已进入到工业化应用阶段。大庆、胜利、大港、中原等油田大庆石油学院的科研机構都已制定了攻关项目，并正在密切合作付诸实施大港油田建立了微生物菌液厂，并率先进行了区块的微生物驱矿场先导试验目前，遼河油田、胜利油田、新疆油田也在开展MEOR的室内研究和应用研究

(2)生物表面活性剂的应用有哪些提高石油采收率的方法将生物表面活性剂嘚应用有哪些应用于MEOR有两种能被采用的方法，一种是利用微生物生产的生物制品(如生物聚合物和生物表面活性剂的应用有哪些)作为油田化學品进行驱油即地面法MEOR，目前这类技术在国外已趋于成熟；另一种是利用微生物及其代谢产物(主要是利用微生物地下发酵和利用油层固囿微生物的活动)提高石油采收率

在地面上建立发酵反应釜，为微生物提供必须营养物通过微生物的代谢作用，生物表面活性剂的应用囿哪些用生化法在地面培养产生即进行地面发酵。向地下注入微生物代谢产物生物表面活性剂的应用有哪些等生物产品生产场所与注叺井位置无关，视需要与可能而定生物表面活性剂的应用有哪些经生产、分离和纯化以后，以和水驱一样的常规手段将其注入油层这僦是地面法MEOR。这种方法的优点是发酵在地面进行微生物生长和代谢活动可不受地层条件的影响，只要选择产生生物表面活性剂的应用有哪些能力强的菌种和合适的生产条件就可以得到驱油用的生物表面活性剂的应用有哪些，完全不用考虑地层条件对微生物生长、生物表媔活性剂的应用有哪些积累的影响成功的可能性相当大，国内外不乏成功的例子

德国的F.Wagner实验室将生产的生物表面活性剂的应用有哪些海藻糖脂以50mg／L的浓度在北海油田进行驱油试验，石油采收率提高了30％比一般的化学合成的表面活性剂的应用有哪些驱油效果提高了5倍，該实验室还申请了多项专利美国俄克拉荷马大学将地面法MEOR注入生物表面活性剂的应用有哪些，与注入微生物细菌Lieheniformis JF-2(美国专利号4522261)进行了提高原油采收率的对比发现两种方法都能得到良好的效果。

我国大庆油田的研究人员也进行了这方面的工作取得了很好的效果。用海藻糖脂生物表面活性剂的应用有哪些与其他化学合成表面活性剂的应用有哪些(如烷基苯磺酸盐类)复配进行了驱油试验可大大降低三元复合驱Φ表面活性剂的应用有哪些的用量，经筛选的配方可使油水界面张力达到10-3mN／m数量级矿场试验采收率比水驱提高20％。在这种方法中如果偠想得到较纯净的生物表面活性剂的应用有哪些，不往地层中注入微生物的培养基及其他代谢产物则生物表面活性剂的应用有哪些的生產成本就会比化学合成的表面活性剂的应用有哪些高得多。经过筛选的微生物在烃或糖类基质中生长生产生物表面活性剂的应用有哪些，这需要高技术体系需要输入相当大的能量和动力进行搅拌和通气。当然更多的费用用于生物表面活性剂的应用有哪些产品的分离和浓縮

把油层作为巨大的生物反应器，利用分子生物学技术将经筛选的配伍性较好的、浓度相对较低的、能产生生物表面活性剂的应用有哪些的采油微生物菌株注入到地下油层中，同时注入能维持微生物生长、繁殖和代谢的合适的基质及培养基营养液和生物催化剂促使其茬地下油层中流动，利用微生物及其在层内细胞一油界面上的代谢产物生物表面活性剂的应用有哪些(主要利用微生物地下发酵和油层里固囿微生物的活动)采收油层中滞留的原油，提高石油采收率这种使有代谢活力的细胞渗入油层，产生生物表面活性剂的应用有哪些用于采油的方法称为地下法MEOR。目前地下法MEOR有两种工艺：一种是将微生物及相关营养物质由注水系统注入地层；另一种是通过分析地层中的微生物群落结构，向地层中注入一定组成的营养物质激活地下某些微生物，使其生长繁殖发挥驱油作用，即内源(本源)微生物驱油技术

将上述微生物、基质、培养液从单口井高压泵入油层，关井数日或数周以完成微生物在油层的培养，注入微生物迁移到井周围约lOm的储油层生长繁殖并产生包括生物表面活性剂的应用有哪些在内的各种代谢产物。生物表面活性剂的应用有哪些溶解原油中的蜡质清除孔隙堵塞、增加原油流动性，提高产量近30年来开展的现场应用有以下几类：

为提高低产油井产量，在油井高压注入采油微生物、关井使微生物运移到油井周围的储油岩层，经微生物的生命活动疏通被堵塞的油层孔隙通道，增加原油的流动性提高原油采收率。开井后采油微生物可被反排出来，故称“吞吐”法为保持高产，需要不问断地周期注入采油微生物

b.微生物驱油  采油微生物从注水井注入油层，运移到储油层深部随注水向油井移动，微生物生长繁殖并产生生物表面活性剂的应用有哪些及多种代谢产物。生物表面活性剂的应鼡有哪些和代谢产物综合作用于原油降低黏度，增加原油流动性提高原油采收率。

c.激活油藏微生物群落驱油  油藏中存在着天然微生物由于营养物质贫乏使之数量很少。从注水井将营养液注入油层激活天然微生物，让其生长繁殖产生生物表面活性剂的应用有哪些及哆种代谢产物用于驱油。

d.微生物选择性封堵  将形体较大的微生物菌种从注水井注入运移到大孔道储油岩层部位，用生长繁殖的细胞和表媔黏稠物质形成的生物膜封堵大孔道防止注入水“指状”流动，提高原油采收率

e.微生物压裂液压裂  将在厌氧条件下产生有机酸的微生粅及营养物，注入孔隙度甚小、渗透率较低的储油层在高压下用有机酸溶解岩层形成缝隙，使原油流动提高原油采收率。

f.微生物油井清蜡原油中含蜡量较高会析出蜡晶固着在井壁，堵塞孔隙通道降低原油流动性，降低原油产量注入产生生物表面活性剂的应用有哪些的采油微生物，用生物表面活性剂的应用有哪些、生物乳化剂清洗井壁溶解固形石蜡，提高原油采收率

利用微生物地下发酵提高石油采收率，是微生物和三次采油中投资成本最低、效果最好、工艺最简单、适用范围较广的方法之一甚至可以用于高盐度、高温、高压嘚石油储层。这是微生物采油发展的方向见图1。

图1在油层中就地生长的细菌的代谢物驱替原油示意图

用微生物在地下油一水界面上连续產生表面活性剂的应用有哪些有利于提高石油采收率。微生物在地下生产生物表面活性剂的应用有哪些的速度很快生产量足以弥补由於吸附造成的损失，吸附损耗将不成为问题由于在地下法MEOR中，生物表面活性剂的应用有哪些是在其最大效力的地方产生因而其用量会仳化学法的需有量要少。如果能探索出合适的条件则微生物在被注入地下一段时间后，在离注入井很远地方也能产生生物表面活性剂的應用有哪些因此，地下法MEOR是将选定的微生物注入油层促使其生长。由于微生物的存在和活性将使原油产量增加。

原则上说油田都囿不同的规模、深度、油藏地质条件和原油类型。从技术角度出发油田主要分为两类：一类是海上油田，它们一般是规模大、井深、高溫的高产油田；另一类是陆地油田它们常常是规模小、井浅、低温的低产油井。浅层陆地油田的产油历史已有一个世纪了而象北海及阿拉斯加这样的深层高温油田，开采历史较短但现在就得考虑应用三次采油技术。到目前为止地下法MEOR都只在小而浅的陆地油井中进行試验。之所以如此显然并不是因为此类油田具有化学稳定条件和微生物代谢的条件。主要是万一试验不成功所承担的风险较小。从一個几近水淹的油田中如果真能采收更多的油，这意味着油田采收率大幅度增加.即使试验失败，采收率不是增加而是降低也不会使这種油田的预期产油期缩短很多，因为它已接近枯竭

一些作者综述了地下法MEOR现场采油的实验。这样的试验已在美国、捷克斯洛伐克、罗马胒亚、前苏联、匈牙利和波兰等国进行Hitaman编纂了1954年以来，美国、前苏联和东欧由地下法MEOR处理的200多座油井的数据这些油井原来一般产量为烸日l59～318dm3(1～2桶)原油。在其综述中除列出了大量数据外，还记录了总的变化情况Lazar综述了1971年以来罗马尼亚进行的地下法MEoR试验。他认为只有当哋层的物理、化学条件和注入菌种及营养培养基的生物性质使得油层象一个大发酵罐一样现场试验才能认为获得成功。他列出了厌氧菌主要是嗜温菌处理油藏的基本参数；渗透率大于300mDarcy；温度50～55℃，pH接近中性；驱替水中可溶性固体适量目前，成功的微生物矿场试验都是采用能产生生物表面活性剂的应用有哪些的菌种1986年，NIPER公司在美国俄克拉荷马州Delaware-Childers油田进行了微生物强化水驱试验试验进行一年后，在20英畝试验区里，原油增产13％l990年6月到l995年5月，在同一地层进行了更大规模的试验380英亩。产油区一共处理l90口油井原油产量增加19.6％。

J矿区有3ロ井过去一直有种等到严重程度的结蜡，需起出抽油杆用蒸汽清蜡。处理前该矿区原油日产量为0.05m³。处理后原油日产量增至0.25m³。气和沝的日产量保持不变分别为36.8×104 m³和1.27m³。处理程序是先注入75.7L的煤油作为预冲洗液随后注入RAM生物化学公司生产的Welprep 5微生物处理剂，然后注入7.57L的盐沝(矿产水)关井48～96h之后恢复生产。

美国Attamont-Bluebell油田于1988年3月进行了微生物清蜡和重油降黏的现场试验用微生物处理后，原油密度由原来的0.8280降至0.8160；原油的黏度(38℃时)由25mPa·s降至15mPa·S；倾点由36.7℃降至27℃；初始沸点由91℃降至47.8℃；残渣(蜡)由60％降至48％；轻质油采收率则由40％提升到52％

J.E.ZAJIC实验室在美国科罗拉多州Denver市郊l5口井的油田中，注入一种能产生表面活性剂的应用有哪些和二氧化碳的微生物微生物在油层中生长、发育，结果日产量甴原来的2.4m³增至7.2m³

表2是微生物矿场试验成功的例子

表2国外的微生物采油技术矿场试验

地衣杆菌JF-2是现在研究最多的产生生物表面活性剂的应用有哪些的菌种。Oklahoma大学Marah等人模拟地层条件證明了微生物产生生物表面活性剂的应用有哪些对提高采收率的重要性选择了产生生物表面活性剂的应用有哪些的乙酰丁醇梭状芽饱杆菌和JF-2。机理模拟实验表明：梭状芽孢杆菌的发酵液产生的气体不足以开发残余油；变种的不能产生生物表面活性剂的应用有哪些的JF-2菌种，不能提高残余油的采收率这证明了生物表面活性剂的应用有哪些的产生是微生物提高石油采收率的重要机理。试验的乙酰丁醇梭状芽孢杆菌和JF-2在模拟地层条件下提高采收率21％和23％得克萨斯大学的Linse用地衣杆菌JF-2这种很有效的产生生物表面活性剂的应用有哪些的菌种，系统哋调查了环境参数(温度、pH、NaCl)对生物表面活性剂的应用有哪些的产生、代谢产物和地衣杆菌生长的影响部分提纯的生物表面活性剂的应用囿哪些有很高的界面活性，界面张力达到0.016mN／m在5％NaCl，45℃pH=7的条件下获得了最佳的代谢产物。

1981年美国因利用微生物技术多产原油2000万桶价值達6亿美元。

大庆油田东6-J22井和东5-J18井采用假单胞菌、野油菜黄单胞菌、地衣芽孢杆菌等菌种配伍后单井注入关井。关井后井口压力升高表奣注入微生物在油层中发生了代谢过程，产生了气体.提高了油层的压力。开井生产后产出液中除了有较多注入微生物、有机酸外，产絀液油水界面张力降低表明产生了生物表面活性剂的应用有哪些。

由先导性试验油田带动在新疆、大港、胜利、冀东、辽河、江汉等油田也开展了地下法MEOR采油技术的推广应用。矿场试验由单井向区块整体发展；由浅层向中深层发展；由高渗井向中渗深井发展；由低温井姠高温井(102℃)发展；由低含水井向高含水井发展(最高含水80％)；由原油正构烷烃中长链向特长链(C₆₀)发展；由原油含较高挥发成分向含较低挥发成汾(5％)发展含蜡量最高51.4％，沥青质、胶质含量最高31.6％试验井原油黏度多在9.33～9.87mPa·s，凝固点46～47℃以上试验都得到了良好的结果。

我们已初步介绍了地下法和地面法这两种MEOR技术在它们相互之间进行比较，上述这两种方法各具有优缺点下面讨论这两种方法的利弊及应用时可能遇到的问题。

为了比较上述两种方法的利弊必须较为详细地讨论两种技术在应用时遇到的问题。这两种方法都基于同一原理即降低儲油层中油一水界面张力。不同之处在于将生物表面活性剂的应用有哪些引主储油层的方式地下法是在储油岩层中就地生产所需要的生粅表面活性剂的应用有哪些，而地面法则将地面工厂已经生产出来的生物表面活性剂的应用有哪些配成溶液注入地下

从理论上看，地下法似乎相当简单但在实际应用时会遇到一系列问题。该法需要将选好的菌种注入多孔岩层使微生物在那里尽快生长，以产生足够多的苼物表面活性剂的应用有哪些提高石油采收率从微生物学观点来看，油层可以认为是一个极端环境油层的环境条件可能会对微生物的苼物活性起限制作用。储油层中限制微生物活性的环境因素可归纳为①物理因素：温度、压力；②化学因素：pH值、盐浓度、重金属；③生粅学因素：与内生群体生存竞争、基质来源和需求厌氧条件。

地下法MEOR和地面法MEOR对生物表面活性剂的应用有哪些生产速率的要求不同地丅法MEOR要求生物表面活性剂的应用有哪些的生产速率较高，否则扫过油层的水将带走生产菌。如果生物表面活性剂的应用有哪些的生产速率太低在界面张力显著降低之前，生物表面活性剂的应用有哪些就会由于扩散作用或地下水驱动或生物降解而流失经济性是考察任何┅种方法可行性的重要指标。与其他方法相比地下法MEOR的一大优点是成本低，它不需要复杂的设备和昂贵的原材料基本设备是总容量为5000L嘚几个橡皮袋、浸液加热器和注入泵。这些设备在其他注入场地也可以使用因此，进行地下法MEOR的惟一重要的运行成本是基质(糖蜜、糖)電力、劳力和后勤费用。这项预算不包括可能需要重新铺设管线和钻注入井的费用

地面法MEOR较复杂，因而费用也更高需要在地面工厂中鼡各种基质如酵母、糖类或烃类等，以好气菌连续或间歇生产生物表面活性剂的应用有哪些然后通过加热，调节pH值用有机溶剂将生物表面活性剂的应用有哪些从微生物细胞中分离出来。蒸发除去溶剂后再将生物表面活性剂的应用有哪些溶于水中，注入油层这种生产方法需要大量投资和耗用大量能源，运行成本也高

与地面设备的情况相比，储油层的条件更为苛刻更难于控制，因而采用地下法还会遇到许多地面法中没有的问题由于油层水中缺少游离氧，所以引入地下的微生物应该是厌氧菌因为很难把握注入井内的条件，也很难保证操作过程绝对缺氧所以，用兼性厌氧菌可能比专性厌氧菌更为合适在大多数情况下，还需要向油层中注入较易得到的碳源还需偠加入氮源和磷源。注入的基质必须不含颗粒物以防堵塞注入部位。还要求其易溶于油层水经济合理。同时在注入部位必须有较长嘚适用期，以防备注入过程中由于意外的技术问题造成时间上的拖延从后勤角度考虑，基质应该是高浓缩形式最好是固体形式，便于輸送另外，基质还应与油层水相容并对孔壁吸附很少用于地下法或地面法的注入流体的物理性质完全不同。地面法只注人流体而地丅法需要注入固体(即细菌细胞)悬浮液，这可能会使注入井堵塞

总的来说，地下法MEOR和地面法MEOR各有所长但现在的发展趋势是研究和使用地丅法。

(3)作用机理微生物在地下油层中产生的代谢产物范围是相当宽的这取决于环境条件(压力、温度、盐度、pH值和氧的存在)、维持细胞代謝的营养物(氮、磷等)与石油相互作用的特种细菌。总的来说代谢产物可以是气体(甲烷、氢、二氧化碳、硫化氢、氮气)、羧酸(甲酸、乙酸、戊酸)、溶剂(醇类、醛类、酮类)、聚合物(蛋白质类、多糖类)、生物表面活性剂的应用有哪些以及其他许多从单体到十分复杂的大分子的化匼物。就石油来说进行微生物及其产物的研究是为了①开发能提高二次采油和三次石油采收率的产物；②通过降低黏度和界面张力使重油流动；③把细胞能注入石油储集层，在层内就地产生生物产物提高原油采收率；④研究油藏微生物生态学

微生物产生的生物表面活性劑的应用有哪些，是集亲水基团和憎水基团于一身的两亲化合物憎水基团一般为脂肪酰基链；而亲水基团则有多种形式，如糖脂中的糖基、磷脂中含磷酸的部分以及氨基酸的羧酸部分所以微生物产生的生物表面活性剂的应用有哪些以糖脂、磷脂、脂肽居多。

    微生物用于提高石油采收率的机理经多年研究得出的结果是将分离培养的微生物注入油层，使其在油层中生长、繁殖、代谢微生物本身及其代谢產物与原油作用，改变油、水、岩石的界面性质增加原油流动性。从而提高采收率具体机理是：

①微生物在发酵过程中能产生多种气體，如甲烷、二氧化碳、氮气、氢气等这些气体可增加油层压力，降低原油黏度

②微生物在地下发酵过程中能产生有机酸类、醇类、酮类等有机溶剂，其中有机酸类能使碳酸盐地层溶蚀而增加基渗透性醇类、酮类可降低表面张力和油水界面张力，促进原油乳化

③微苼物在地下发酵过程中能产生生物聚合物，这些生物聚合物能调整注水油层的吸水剖面控制流速比，改善地层渗透率

④微生物在地下發酵过程中能产生分解酶，它能裂解重质烃类和石蜡组分重质烃类裂解后，可以降低原油黏度从而改善原油在地层中的流动性能。石蠟组分裂解后可减少石蜡在井口附近的沉积，降低地层原油的流动阻力

⑤微生物在地下发酵过程中产生生物表面活性剂的应用有哪些，它能降低油水界面张力并乳化原油从而提高石油采收率。微生物可产生多种生物表面活性剂的应用有哪些生物表面活性剂的应用有哪些除了能降低油水界面张力和乳化原油以外，还能通过改变油层岩石的湿润性来改变岩石对原油的相对渗透性有些生物表面活性剂的應用有哪些还能降低重油的黏度，所有这些作用都有利于提高石油采收率

微生物代谢产物对油层作用如表3所示。

表3微生物代谢产物对油層的作用

我们主要讨论生物表面活性剂的应鼡有哪些对提高石油开采率作用的机理①降低油水界面的界面张力  当生物表面活性剂的应用有哪些注入驱替残余油相时，两相界面就要姠其他孔道延伸生物表面活性剂的应用有哪些溶液与残余油的渗流过程可分为毛管胶束、增溶、乳化和互溶几个阶段。这几个阶段不是孤立存在而是相互依赖相互依存的。随着液流的推进两相界面自由能越来越小，界面张力不断下降驱替效率必然也越来越高。

生物表面活性剂的应用有哪些分子中有亲水基团和亲油基团当其达到临界胶束浓度cmc时，其活性分子便会自发地形成胶束胶束与增溶是不可汾的，生物表面活性剂的应用有哪些溶液与相对静止的残余油相接触其活性分子会自动地迁移到相界面，使界面自由能△G^o_m值变小甚至为負值其热力学表达式为：

活性分子自发地聚结于界面，其亲油基团插入油相亲水基团留在水相，形成圆柱形胶束胶束的内核提供了┅个增溶油的环境，油增溶在圆柱形胶束的轴心从球形胶束到圆柱形胶束的转变，取决于生物表面活性剂的应用有哪些的结构、浓度和粅理化学条件等两相界面的延伸越来越长，圆柱形胶束的增长是由于毛细管力和驱动力使活性分子不断向两相界面补给能量此能量与堺面自由能△G^o_m相结合，并且一直遵守能量最低原则使圆柱形胶束生长延伸。

生物表面活性剂的应用有哪些溶液与残余油在孔隙介质渗鋶过程中的胶束增溶特点，主要表现在两相界面的变化而界面变化一方面是由于活性分子受界面自由能的约束；另一方面界面又受液体茬毛细管孔道中流速的约束。这两种约束的总和形成了各种形式的微观界面结构我们把水驱后的残余油相作为相对不动相。所以胶束液鋶动相在油相中的渗流可以作为单相液流来研究。根据毛细管渗流定律单相流体在毛细管中的流速口可以用以下方程表示：

式中，△p為外力差；L为毛细管长；r为毛细管半径；?为流动黏度

由此可见流速主要决定于毛细管半径r和流动黏度?。假定流动相的黏度肛是常量这样，在同一毛细管中可以认为流速v与孔隙半径r²成正比关系

活性分子向界面自由能低的方向聚结，而界面又向流动相流速可大的方向延伸根据残余油相在毛细管孔道中的位置不同，而形成上述几种微观界面结构生物表面活性剂的应用有哪些进入毛细管孔道后，在遇箌多路液流汇集处或张力集中的弯道处会产生乳化。增溶原油乳状的胶束继续向前推进遇到不动的残油油相后，形成互溶状态产生兩相界面消失的现象。这是因为其两相界面的自由能最低其界面张力也就很低，使两相逐渐产生互溶

如果残余油要想穿过极微孔的隧噵，那么根据毛细管力方程：

就必须使界面张力d更低

我们可以看到，随着界面自由能的下降界面张力的降低，其驱替残余油的能力逐步升高

在水润湿油层中，大量的剩余油是以独立液滴和油块形式存在的如一个孔隙长0.4mm，两端曲率分别为R_l=9×10^-3mm和R₂^-4×10^-2 mm的孔隙中残留的一滴油水油界面张力δ约为30mN／m，用Laplace方程可求出压差△p

移动这个油滴使其通过这个孔隙所需压差大约是l～3MPa。在实际矿场试验中能达到的界限通常为20～30×10^-3MPa。为了得到采收率的大幅度提高使微生物提高石油采收率的结果有实用意义，生物表面活性剂的应用有哪些应具有特殊的性能能溶于地层水和注入水中，在油水界面具有很高的界面活性使引入的生物表面活性剂的应用有哪些达到低于10^-2mN／m的超低界面能力。在菦年来使用的微生物中产生的生物表面活性剂的应用有哪些都可以达到这个目标。低界面张力的生物表面活性剂的应用有哪些在达到臨界胶束浓度时，与地层中的残余油会产生增溶乳化及互溶。这样就可以较为理想地把油驱出来。

②生物表面活性剂的应用有哪些能乳化原油降低黏度  能同化石油等液态烃的微生物的一个重要性能就是其产生的生物表面活性剂的应用有哪些可以使油水乳化。现在普遍認为烃类进入细胞内的先决条件是，产生细胞表面结合的或胞外生物表面活性剂的应用有哪些这些生物表面活性剂的应用有哪些有助於油在水相中乳化，产生的乳状液可供细胞与基质相接触的表面积增大

生物表面活性剂的应用有哪些是一类水溶性很好的表面活性剂的應用有哪些，有较强的乳化能力当加入到井底稠油中时，分子中具有亲油基团和亲水基团的生物表面活性剂的应用有哪些因其具有很強的表面活性，在油水界面形成定向吸附层此吸附层可以改变油水分子间相互作用和界面传质过程。生物表面活性剂的应用有哪些在井底稠油中借助于井底的温度和压力的变化，而产生搅拌作用可使原油一团一团地分散到水中，形成了低黏度的o／w型乳状液与原油相仳黏度有大幅下降。据报道当发酵产物与黏度为2500mPa·s的原油以l：1的比率相混合时，混合物的黏度仅在12～46mPa·S之间黏度的下降必将降低阻力，有利于原油流动使原油顺利开采。由于乳化孔隙界质渗流速度小，在生物表面活性剂的应用有哪些和残油液流汇集处或弯蓝处的张仂和汇集力都很小所以乳状液珠(一般为0.1～1.0?m)并不稳定，会产生聚并成为小油珠这些小油珠又会被后面的生物表面活性剂的应用有哪些洅次增溶。因此形成增溶一乳化一聚并一再增溶的过程。

当原油通过油藏流向井筒时高分子量馏分(例如石蜡和沥青质)从原油中析出，形成在基岩上的沉积物和孔隙通道中的夹杂物如果采油温度接近或低于始凝点，这种沉积会变得特别严重有机沉积物的形成能降低渗透率，改变相对渗透率并且限制流体流动或堵塞孔隙通道把特殊的微生物注入受损害的地层，微生物在地下产生微生物代谢产物所产苼的溶剂能直接溶解烃沉积物。除了使流体通道中的垢颗粒和其他夹杂物流动外生物表面活性

剂能溶解这类沉积物。当再次开井时近囲地带被溶解的沉积物与井内流体一起流动，并且随着液流被清除出井筒与传统技术相比，这种方法最大优点是恢复生产后微生物继續新陈代谢，并且产生微生物代谢产物这就会使原油性质发生变化。菌种的代谢作用把长链石蜡的链缩短使烃分布发生变化。微生物對原油的直接代谢作用能够降低黏度使润湿性发生变化，提高相对渗透率

③改变油层一岩石界面的润湿性和岩石对原油的相对渗透性苼物表面活性剂的应用有哪些具有特殊的性能，在油水界面具有较高界面活性能很好地润湿含油岩石的表面，洗掉岩石表面的油膜使原油得以分散。油层岩石的渗透率是和任何一种采油方法有关的最重要的参数之一生物活动会影响油层的渗透率。首先是生物量累积即由于生物的活动，包括生物表面活性剂的应用有哪些在内的有机物薄膜可以累积在孔隙的空间内这些生物体还包括活的菌体，细胞碎屑和胞外代谢产物细菌活动造成渗透率的变化，可以影响油层流体的流速和流动方向生物活动会通过生物表面活性剂的应用有哪些及②氧化碳、有机酸的产生，增加碳酸岩储层岩石的渗透率以上有机物的共同作用可以参与溶解储层岩石。

(4)菌种的选择和营养液的配制  为叻能将生物表面活性剂的应用有哪些用于提高石油采收率微生物的选择是至关重要的。可利用的微生物来源有以下几种：①从自然界筛選；②基因突变；③通过遗传因素进行改良；④油层中的微生物直接利用科学工作者对数千种微生物作了分类和检验，确定它们所需的營养酶、它们的代谢产物以及它们能忍受的环境条件的范围以环境忍受范围来区分，细菌可分为4大类①好氧菌，只有在氧存在条件下苼命才能继续；②厌氧菌在无氧条件下存在，其能量从氧化的分子的降解中获得；③兼性菌能存在于有氧或无氧环境中；④上述三类Φ的嗜温的(能在45℃温度以下生存的)或嗜热菌(能在45℃以上的持久温度环境下生存的)种类。在这几大类中有些微生物是代谢产生气体的(甲烷、氢、氮、二氧化碳)、聚合物的(多糖、蛋白质)及生物表面活性剂的应用有哪些。

人们逐渐注意到某些种类的微生物在地面条件下能很快繁殖并产生明显有利于提高原油采收率的代谢产物，但它们在深的地下环境中可能不能存活即使它们在地下条件下生长了，却不会产生楿同的代谢产物这是由于受到了地下水的高含盐量和高温的有害影响。此外已知有些微生物在高压下形状发生改变，可能引起代谢变囮   

注入的采油微生物必须具备如下的基本特征：

①厌氧或兼性厌氧。在地层无氧条件下能生长繁殖并进行厌氧发酵在地上有氧条件下吔能生长繁殖。

②能降低原油的重质组分使原油的密度、黏度、含蜡量、含胶量降低。

③在油层高温、高压、高盐等极端环境下能生長繁殖并代谢。

④采油微生物能以烃类作碳源能以油层内的无机盐作氮源或作营养元素。

⑤采油微生物必须与其注入油层的环境条件相適应能在油层内运移，生长繁殖产生有机酸、气体、表面活性物质、有机溶剂等多种代谢产物。

⑥其发酵液能使油水发生乳化分散原油和蜡。

能在50℃以上的温度及缺氧条件下生长的中度嗜盐细菌是用于微生物采油的最有力的竞争者。

对深层油藏进行地下法MEOR试验时偠求微生物能在这些油田的极端环境条件下生长，还要使原油具有流动性并且储油层无堵塞现象近年来，对处于极端环境下的微生物的研究工作进展很快已经发现了一些新菌种，它们能够在原先认为微生物不能存活的条件下存活这些新菌种常常具有特殊的代谢途径，戓者以某种方式生存在实验室中，确实培养出了能在80～110℃下生长的极端耐热厌氧微生物这些微生物均属古细菌(archaebacteria)，它们利用硫、氢、二氧化碳进行甲醇合成(methanogenesis)而自养生长或在有些情况下通过厌氧发酵生长。

在实验室筛选试验中选择热的“油质”环境，可以选育出一些厌氧嗜热菌要求这些菌能用葡萄糖发酵，能使原油具有流动性微生物要能耐压、耐中等含盐量。与温度相比压力对菌种的生长条件影響较小。实验观察到压力大于20MPa会抑制微生物生长但选育出的某些菌种，在压力为40MPa时仍具有代谢能力

在地下法MEOR中，压力对细菌形态的影響更为严重常压下形状为短杆状的菌株，在压力的影响下可能变成椭球状或长丝状用于地下法MEOR现场试验最有效的微生物，通常是从高濃度有机废水和厌氧油质环境中得到的混合菌种高浓度有机废水包括家庭或工业下水道淤泥，厌氧消解装置的淤泥、食品废水以及湖底淤泥所谓微生物的油质环境，包括污染的地层水从井底采得的钻井泥浆，生产净化水工厂的淤泥来自油砂分离器的淤泥，管道和储罐淤泥等从糖厂发酵浮渣，或从准备使用MEOR的油田收集到的地层水中能得到有效的微生物。在模拟油层条件的实验室试验中适于好氧苼长的混合菌体，比单离的菌株或单离菌株混合体能更有效地驱油

当地下法MEOR用于深层高温油井时，从自然界中分离出来的微生物很少能唍全满足这些要求这就促使人们考虑通过遗传学的实验技术生产特定的微生物。而随着对MEOR机制了解的不断深化对改进用于地下MEOR的微生粅的要求也越来越清楚。在MEOR过程中当环境条件改变造成油藏生态环境改变时，混合微生物可能更为有效也更容易恢复活性

地下发酵法Φ常用的菌种如表4所示。不同的微生物适应地层中各种条件的能力及生产的代谢产物不相同另外，不同的生物工程目的所需的微生物代謝产物也有所不同因此，根据地层条件和生物工程目的合理选择菌种是工程获得成功的关键。在地层条件中首要考虑的是地层温度鈈同微生物耐温能力不同。表4列出微生物生长的温度范围

表4常用于MEOR的微生物及其代谢产物

①是在MEOR技术中用的最为广泛的微生物。

②为准备用于MEOR技术中的微生物

表5微生物生长的温度范围

从表4可以看出，用于MEOR的微生物可以是好氧菌、厌氧菌也可以是兼性厌氧菌。在MEOR的过程中可以单独使用某一菌种，但为了发挥微生物的协同作用更多的是使用配伍性较好的混合菌种。在选择的过程中应遵循的原则就是微生物必须适应油藏的环境条件表4中列举了几种常用的微生物菌种，而实际上世界各国在MEOR应用过程中使用的菌种不止这些。菌种生长在水不溶的物质中如石油烃、聚苯乙烯、橄榄油、煤油、甲苯、凡士林、二甲苯，并以它们为食物源提高采收率的生物表面活性剂的应用有哪些，多数是从被原油污染的土壤、海水、地表废水中分离出来的这些微生物能有效地降解脂肪烃和芳香族的烃类化合物，它们利用这些化合物在微生粅细胞和烃接触的界面上产生生物表面活性剂的应用有哪些。

其他需要考虑的地层条件有矿化度、渗透率、pH值和地层水化学组分等只要莋一项有关地层流体和所用的微生物的之间的配伍性试验，就可以检验出微生物是否能适应上述地层条件从而可以大体上预测出应用这種微生物能否得到增产效果。这种配伍性试验可在室内进行方法是将几种微生物配方分别在模拟地层流体中进行培养，对微生物的生长凊况和代谢产物的生成情况进行测试以便确定最佳条件。用这种方法确定的标准可用来为具体的油藏条件选择出专用的微生物配方。┅般的微生物活动的环境条件范围列于表6

表6微生物活动的环境条件范围

第一步是现场取样。油藏原油、水中分离菌种从一个油藏分离嘚微生物再用于该油藏。

第二步是厌氧富集从现场采油、水样品装入加压厌氧的菌管、富集装置中，进行厌氧培养

第三步是微生物筛選。将厌氧培养物置于要进行微生物处理的油藏条件(如温度、压力、矿化度)下通过产生代谢产物，对油进行分散实验和降黏试验从中篩选适于油藏的微生物菌种。

第四步是驱油模拟实验用微型填砂柱做岩芯模型，饱和原油模拟油藏高温、高压、高矿化度条件，用筛選的微生物菌种作室内驱油实验在此基础上，进一步做放大岩芯模拟实验根据驱油效果确定微生物菌种。

在做驱油模拟实验时对筛選的菌种做驱油机理的研究。将筛选的菌种做原油降黏实验细菌作用原油后，一是黏度降低二是表面张力降低。经离心分离和过滤對细菌培养液用氯仿甲醇(2：1)萃取，对得到的生物表面活性剂的应用有哪些进行定量、定性分析做菌种产酸、产气定性定量分析。经性能評价进一步确定MEOR现场应用的微生物菌种。据研究者发现在模拟浅层低温条件的室内实验中，好氧生长的混合菌种驱油效果更好驱油效果好的天然混合菌种主要包括如下菌属：假单胞菌属(Pseudomonas)、埃希氏杆菌属(Escherichia)、节杆菌属(Arthrobactor)、分枝杆菌属(Mycobaterium)、微球菌属(Micrococcus)、产朊球菌(Pept0—COCCUS)、芽孢杆菌属(Bacillus)和梭状芽孢杆菌属(Clostridium)等。当地下法MEOR用于深层高温油井时从自然界分离的微生物很少能满足全部需要。促使人们构建特殊的微生物菌种

微生粅提高采油收率(MEOR)是石油微生物科学中发展最快、.最活跃的一个分支。微生物采油技术以显著的经济效益和社会效益为石油开采界所关注茬采油微生物研究初期，主要侧重于菌种的筛选、性能评价、室内模拟实验、矿场应用试验与提高原油采收率机理的研究近年来，微生粅采油技术在广泛应用的基础上其深入研究主要表现在两个方面，一是微生物采油技术与矿场工程学的综合深入研究二是石油微生物菌种的生物学特性的研究。为给微生物采油技术提供优良的菌种采油微生物菌种的基础研究非常活跃，主要有以下方面：

①采油微生物苼理学研究  主要研究采油微生物以烃为碳源模拟储油层极端环境和条件，在培养过程中生长、产有机酸、产气、产生物表面活性剂的应鼡有哪些、产有机溶剂、产生物聚合的情况经代谢产物分析，确定代谢产物与提高原油采收率的相关性从而阐明微生物采油机理。

②石油微生物遗传学研究  烃降解微生物遗传学是研究的重点由于烃降解基因常常在质粒上，且成簇聚集所以，烃降解质粒的分子生物学研究仍是目前研究的重点烃降解基因工程菌株构建仍是研究者们的努力方向，构建的基因工程菌株主要是用于微生物采油

③嗜热菌、耐温菌的研究  深部储油层80℃以上的高温，使采油微生物菌种转向嗜热菌和耐高温菌其应用研究，主要研究这两种菌的筛选方法、培养方法和保存方法

④石油微生物酶的研究  石油微生物之所以能利用烃类为碳源，是因为石油微生物有两个生物学特性一是能产生表面活性粅质，使菌体细胞与烃类分子充分接触；二是产生烃降解酶将复杂的难以进入细胞的烃类分子，降解为简单的能进入细胞的烃类分子

⑤石油微生物的分类鉴定  采油微生物多是极端环境微生物，大部分是真菌而嗜热菌却为古细菌。古细菌的细胞膜脂类、细胞壁成分以及苼态环境皆不同于真细菌古细菌的研究方法与真细菌不同。

采油微生物研究在生理学、遗传学、高黏采油机理等方面取得了进展下面汾别加以介绍。

①采油微生物生理学研究的进展  生理学研究进展集中在两个方面一是代谢产物的分析，二是模拟储油层条件如温度、pH、礦化度、重金属、压力等对菌体生长及代谢产物的影响采油微生物代谢产物的分析研究，主要是指在模拟储油条件下产酸、产气、产生粅表面活性剂的应用有哪些的研究这些研究与微生物采油机理密切相关。

石油生物产生生物表面活性剂的应用有哪些是其共有的生物学特性所以，石油微生物是生物表面活性剂的应用有哪些天然的基因库表面活性剂的应用有哪些可形成油一水乳化，所以普遍认为采油微生物产生的生物表面活性剂的应用有哪些是降低原油黏度、提高原油流动性、提高原油采收率的主要因素。因此生物表面活性剂的應用有哪些是采油微生物代谢产物中主要的研究对象。石油微生物产生的生物表面活性剂的应用有哪些是集亲水基团和憎水基团于一身嘚两亲化合物。憎水基团为脂肪酰基链而极性亲水基团则有多种形式，如糖脂中的糖基、磷脂中的含磷酸部分或氨基酸的羧基部分所鉯，石油微生物产生的生物表面活性物质以糖脂、磷脂、脂肽居多

石油微生物以各种基质特别是以烃为基质时，大量产生生物表面活性劑的应用有哪些烃诱导石油微生物产生物表面活性剂的应用有哪些有两方面的原因，一是当生物表面活性剂的应用有哪些为胞外产物时利于烃类物质乳化；二是当表面活性物质为胞壁结合型时，利于烃类透过细胞膜外的空间不同的微生物虽然产生不同的生物表面活性劑的应用有哪些，但其生物合成有相同的调控规律烃类物质诱导生物表面活性剂的应用有哪些合成，而糖有时则抑制其合成例如铜绿銫假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)以正构烷烃为碳源时，合成鼠李糖脂以葡萄糖或乙醇为碳源时则不合成鼠李糖脂。假丝酵母(Candida)只能以正构烷烃或甘油三酯为碳源产生甘露糖赤藓糖醇酯而碳水化合物则抑制其合成。在生物表面活性剂的应用有哪些合成中葡萄糖和其初级代谢产物可抑制其合成。

生物表面活性物质有多种提取方法采用什么提取方法，要视生物表面活性剂的应用有哪些的性质是水溶性还是非水溶性、是阴离子型還是非离子型、是胞壁结合型还是胞外型而定不同类型产物有相应的分离提取方法。除经典的提取方法外最近还有随程提取方法，这昰一种连续的方法生物表面活性剂的应用有哪些的结构分析方法已日趋成熟。为了鉴定糖脂的结构在酯键和0-配糖键的鉴定中，可用TLC以忣糖、脂特异性鉴定试剂对其鉴定然后控制条件下进行水解，分别鉴定糖基和脂肪酸结构生物表面活性剂的应用有哪些的评价方法已囿很多，但常用的方法仍旧是表面能力的测定cmc值是通用的表面性效能尺度。cmc值越大则表面活性越高。

总之采油微生物生理学方面的研究，以产酸、产气、产表面活性物质为主要研究内容并以此为依据阐述微生物采油机理。

②石油微生物遗传学研究的进展  石油微生物遺传学研究进展主要是建立了细菌以烷烃、萘和水杨酸、甲苯和二甲苯三类典型烃类物质生长的遗传学模型研究证明，位于质粒上的解烴基因常聚集成簇形成操纵子型控制单位，多数受正作用因子调节已经证明这些基因簇多数具有广泛的同源性。对烃降解途径的遗传組织和调节机理的了解加速了对解烃菌遗传工程的研究和应用。有关萘代谢的生物化学和酶学知识非常丰富在此基础上，以萘为代表嘚双环芳烃降解的遗传学研究取得了重大进展烃降解遗传系统中，烃降解质粒分子生物学研究仍是热点对烃降解途径的遗传结构和调節机理的了解，加速了对解烃菌遗传工程的研究和应用

③高黏油采油机理的研究现状  目前多数MER0现场试验，皆是在含蜡量高的轻质油中进荇而胶质、沥青质含量最高的高黏油微生物采油，尚缺乏足够的资料显然，原油黏度越高通过微生物生命活动降黏增加其流动性也樾困难。近年来高黏油MEOR现场试验虽有成功的报道，但数量很少微生物对高黏原油降黏作用的机理认为如下：一是微生物把高黏油中的瀝青烯和树脂酸高分子降解为低分子化合物，降低了高黏油的分子量；二是以.黏油为碳源的微生物产生生物表面活性剂的应用有哪些将高黏油乳化成水包油型乳状液，降低高黏油的黏度一般生物表面活性剂的应用有哪些可使高黏油降低黏度40％；三是微生物产生的CO₂等气体，使高黏油黏度降低产油量增加。目前高黏油微生物采油技术报道极少，高胶质、沥青质含量也给高黏油的微生物开采带来不少困难因此，筛选高黏油优良菌种进行高黏油MEOR矿场试验，探讨高黏油微生物采油机理是目前急需解决的一项处理技术难题。

在微生物提高采油效率中需要对注入地层的微生物提供营养物质，通常叫培养基营养液的配制主要根据选用的菌种、地层条件和工程的目的来确定。菌种不同所需要的营养物质也不一样。微生物一般都需要含磷化合物(各种有机和无机磷酸盐)含氮化合物(如氯化铵、硝酸钾等以及氨基酸、肽等有机氮)、含碳化合物(如脂肪、蛋白质、简单和复杂的碳水化合物)、硫、各种微量金属元素(如镁、铁、钙等)、氢等。地层中可能缺乏这些营养物质中的一种或几种营养液的组分主要包括地层中缺乏的营养物质。通过原子吸收光谱法、离子层析法、电感耦合等离子體等技术对从地层中取得的岩心试样进行分析，就可以确定地层中缺乏的营养物质从而确定营养液的组分。所选用的营养物质应当是茬地层条件下具有热稳定性和化学稳定性的不会与地层中的无机盐发生反应而形成沉淀，以免堵塞地层另外，在含黏土的地层中营養液应不会引起地层黏土膨胀和微粒运动。为避免发生这些问题确保工程成功，应利用地层水样和岩样先进行有关这方面的室内实验

發酵液中有效成分的高低则依赖于生长条件，如碳源、氮源、pH值、温度以及氧与金属离子的混合物而且在培养基中，水不溶物质、氮源囷离子浓度限制产生生物表面活性剂的应用有哪些M.E.Singer用H-13细菌，以正构烷烃、芳香烃和原油为碳源生长产生一种乙二醇酯生物表面活性剂嘚应用有哪些，它存在于细胞外和细胞质中降低原油的黏度达95％，可从原来的6.51Pa·s减到l.45Pa·S并形成稳定的水包油乳状液，并发现在正烷烃Φ生长的效果最好

世界各国用于驱油的微生物菌种及注入营养物见表7。

表7MEOR现场实验采用的微生物菌种及注入的营养物

    (5)生物表面活性剂的应用有哪些的应用優势、不足和今后展望  和其他提高石油采收率方法比较，微生物产生生物表面活性剂的应用有哪些的采油技术有如下优点：

①施工成本低该项技术所需要的设备少，利用传统的注水地面设备即可达到施工要求一般不需要增添井场设备，尤其有些微生物可以将石油作为主偠营养源这更有利于降低生产成本；

②施工工艺简单，操作方便可针对油藏的具体条件灵活调整配方；

③对低产油藏、枯竭油藏而言，这种采油技术在经济上具有吸引力而且增产效果持续时间长；   

④微生物采油技术适用于开采各种类型的原油(重质、轻质、中等密度的原油以及含蜡多的原油)；

⑤可直接利用生物能量，可以节约能源微生物营养物注入液成本低廉，且不受原油价格的影响；

⑥生物表面活性剂的应用有哪些有较好的生物降解性对人、环境、油井均无害，不污染环境该技术属环境技术，不损害地层可在同一口井中反复使用。

研究表明生物表面活性剂的应用有哪些的驱油效率，比人工合成表面活性剂的应用有哪些的驱油效率要高3.5～8倍而价格仅为人工匼成表面活性剂的应用有哪些的30％。利用微生物表面活性剂的应用有哪些驱油能大幅度提高驱油效率，降低残余油饱和度室内试验采收率甚至可以达90％，是一次彻底的真正的“三次采油技术”所以，不管从效果上还是从经济上应用生物表面活性剂的应用有哪些比采鼡人工合成表面活性剂的应用有哪些更合算，更能发挥作用

然而，微生物生成生物表面活性剂的应用有哪些提高石油采收率技术也有其鈈足之处尤其是地下法MEOR可能会产生以下不利影响：①油层会被生物体堵塞，或因其他不利影响使原油采收效率甚至比不用地下法MEOR法时哽低；②采得的原油品质下降。地下法MEOR的另一个缺点是由于不能使用氯或有机杀菌剂处理在长期采用地下法MEOR时，大量的水会带人霉菌、酵母菌、藻类、放线菌、硫酸盐还原菌、铁细菌等微生物这些微生物迅速增殖并产生黏液和沉淀，造成地层的堵塞微生物进入地层后還将发生以下变化：

第一，大多数微生物因不能适应地层中的高温、高压、厌氧环境这类微生物很快丧失生命活性变成死细胞物质，死嘚微生物细胞只相当于微粒在多孔介质中运移微生物细胞在多孔介质中是否造成堵塞，与多孔介质喉径的大小和微粒直径有关微生物堵塞程度还与细胞密度、细胞形状、注入速度等因素有关。细菌细胞与其他颗粒的区别是它可以变形通过更小的喉道。

第二微生物进叺地层后很快发生生理变化，由细胞体形成芽孢多数耐热芽孢杆菌都具备这个特性。芽孢具有抵抗诸如高温等恶劣环境的性能代谢活性极低，不生长不繁殖。微生物进入地层后也不可避免地会发生稀释、吸附和变性从而产生一系列问题。

第三微生物进入地层后，鈈久就适应了地层环境并利用地层环境中一切可能利用的条件进行生长代谢甚至繁殖。但由于微生物生长所需要的营养物质在地层中含量极少要依靠注入水不断从地面带入营养维持生存，这也是注水井近井地带易堵塞的原因在地层中形成堵塞的微生物，主要是生长、吸附在岩石表面的细菌这种细菌产生多糖胞外黏液，黏液将许多主要细菌吸附在一起形成生物膜

目前，大部分矿场实验只限于温度不超过71℃矿化度不超过10％的油层；某些重金属离子污染营养物后，会对微生物产生毒害作用；微生物在高温、高矿化度和高重金属离子的條件下容易受到破坏微生物生成的生物表面活性剂的应用有哪些会有发生沉淀的危险性。.由于地层条件对微生物生长不利同一种微生粅不能适用于所有的油藏，也不是所有油藏都适合于用微生物采油(如温度太高、矿化度太高的油藏)目前需要进行充分的室内配伍性实验忣适当的工艺设计，MEOR的机理尚未完全探明；对待定油层的最佳微生物应用工艺尚在建立之中；矿场应用的筛选标准(临界条件)还有待于改进；可有效预测矿场动态的油藏模拟软件尚未开发

在目前常用的三次采油技术中，热力驱、气驱和化学驱等技术都存在各自的不足在改善现有技术的同时，要研究新的三次采油技术随着石油工业发展的需要和微生物学的迅速发展，微生物生成生物表面活性剂的应用有哪些提高石油采收效率必将日益受到重视并成为和热力驱、气驱和化学驱相并列的三次采油技术。我们认为微生物提高石油采收率技术茬研究和发展过程中应当出现以下趋势。

①由于微生物提高石油采收率技术的综合性、复杂性和多学科交叉性其研究将会出现微生物学镓、石油地质学家、石油工程专家和有机地球化学家的联合攻关。甚至还要联合经济学家首先的工作是，进一步强化微生物作用下水一原油一岩石相互作用及其规律的研究以弄清微生物及其代谢生成的生物表面活性剂的应用有哪些在地下的规律。其次要加大研究重油嘚微生物采油技术、微生物提高石油采收率的经济性研究等。总之要使微生物提高石油采收率技术的新菌种、新方法、新工艺、新理论鈈断涌现。

②筛选产生生物表面活性剂的应用有哪些的菌种进行地面发酵  以前研究生物表面活性剂的应用有哪些多是利用微生物的地下发酵注入微生物后还要注入营养成分和氧气，促使菌种在地下生长以便产生代谢产物这对菌种的要求很高。首先要适应油层的环境还偠产生生物表面活性剂的应用有哪些。由于油层条件的限制如果保证不了菌种在油层环境下生长，产生的表面活性剂的应用有哪些的量僦会减少甚至不能产生。如果改为地面发酵只要筛选到能够产生提高石油采收率的生物表面活性剂的应用有哪些的菌种，找到合适的苼产条件就可以获得生物表面活性剂的应用有哪些用于石油开采。

③生成的生物表面活性剂的应用有哪些的微生物驱和化学驱结合是一項带有方向性的技术这些技术基于某些微生物可以利用原油产生羧酸，中和油水界面的碱这样可以在油一水一岩石界面形成活性物质，导致油水相界面张力的降低原油中酸含量的增加将加大碱驱的中和能力，从而可以提高化学驱的结果反之，有些微生物产生生物表媔活性剂的应用有哪些则可以进一步降低界面张力和化学剂的用量。已有这方面研究的报道D.B.Evanas和A.K.StepP等人初步做了这方面的工作，证明了其鈳行性他们测定了几组微生物处理过和未处理的原油和碱一表面活性剂的应用有哪些的混合物的界面张力。发现微生物作用后原油的酸值比对照样品有略微的增加，和碱一表面活性剂的应用有哪些的二元体系的界面张力却比对照样品降低1至2个数量级同时为了评价微生粅氧化烃类增强碱驱效果，进行了岩心驱油试验共做了三组试验，一组单独的化学剂驱一组是微生物驱，一组是微生物一化学驱结果微生物一化学驱比其他两组提高的采收率值都高。筛选产酸和产表面活性剂的应用有哪些的菌种利用微生物一化学驱结合的方法可以奣显见效，可促进生物表面活性剂的应用有哪些在三次采油中的应用减少矿场试验的投资。

在我国也进行了微生物驱和化学驱(主要是碱驅和表面活性剂的应用有哪些驱)的结合应用研究实验在大庆油田的油层(原油、水质和温度)条件下，进行了假单胞杆菌(Pseudomonas sp.)在含正构烷烃培养基中生成鼠李糖脂(RH)生物表面活性剂的应用有哪些提高石油采收率的研究发现单独的鼠李糖脂使大庆原油的界面张力不能达到10^-3mN／m数量级超低值，在NaOH存在的条件下油水界面张力只能达到10^-1mN／m；而鼠李糖脂发酵液与含石油磺酸盐PSD-2与B-100及NaOH—NaC0₃碱水复配，有明显的协同作用与原油的界媔张力可达到l0^-3mN／m或10^-4mN／m数量级的超低值。同时在含石油磺酸盐一碱水的体系中加入鼠李糖脂生物表面活性剂的应用有哪些的发酵液之后，鈳使石油磺酸盐的最大吸附量降低30％大幅度降低价格昂贵的石油磺酸盐的用量。所选鼠李糖脂一石油磺酸盐一碱的驱油配方也有较高的驅油效果可提高石油采收率18％以上。另有鼠李糖脂发酵液和0P类非离子表面活性剂的应用有哪些复配驱油体系的报道其配方为0.6％(质量)发酵液+0.4％(体积)OP5+1.0％(质量)NaOH。该体系45℃下与大庆脱气原油的界面张力小于5×10^-2mN／m驱油实验表明，在水驱原油效率58.65％基础上可再提高驱