■ 王大銳

微生物提高原油采收率 (MEOR)是利用微生物的代謝作用及代謝產(chǎn)物作用于油藏殘余油，改變?cè)?巖石/水界面性質(zhì)，并改善原油的流動(dòng)性，增加低滲透帶的滲透率，是提高采收率的一項(xiàng)高新生物技術(shù)。在經(jīng)歷了傳統(tǒng)的熱驅(qū)、化學(xué)驅(qū)、氣驅(qū)之后，微生物提高原油采收率的技術(shù)被稱(chēng)為第四種提高采收率方法，進(jìn)入了人們的視野，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。

微生物驅(qū)油技術(shù)機(jī)理研究

微生物采油的機(jī)理和效果在于以下幾個(gè)方面：微生物代謝產(chǎn)物，如微生物代謝產(chǎn)生氣體（CH4、H2、CO2、N2）降低原油黏度、促進(jìn)原油流動(dòng)；產(chǎn)生低分子量有機(jī)酸和低分子量脂肪酸溶解碳酸巖，增大孔隙度，提高滲透率；代謝醇類(lèi)物質(zhì)、酮類(lèi)物質(zhì)等起到乳化劑的作用，溶解原油降低黏度，降解孔喉中大分子長(zhǎng)鏈烴，參與穩(wěn)定和減少界面張力促進(jìn)乳化達(dá)到提高滲透性的目的；產(chǎn)生生物表面活性劑改變巖石的表面性質(zhì)，如潤(rùn)濕角或改變?cè)宛ざ?；以及產(chǎn)生生物大分子、生物質(zhì)選擇性堵塞高滲透地區(qū)孔隙、選擇性和非選擇性的添加作為增堵劑，改變?cè)宛ざ?、油斷電點(diǎn)以及脫硫等。

微生物堵調(diào)作用有兩個(gè)方面：①細(xì)菌大量繁殖，在油藏多孔介質(zhì)中，細(xì)菌個(gè)體增加會(huì)導(dǎo)致堵塞，因?yàn)榧?xì)菌本身粒徑為0.5～5·m；②有些細(xì)菌在油藏中可合成高分子多糖，起到深部堵調(diào)作用，無(wú)論是外源菌還是內(nèi)源菌，只要條件合適，均可實(shí)現(xiàn)該機(jī)理的作用。依靠細(xì)菌細(xì)胞的堵調(diào)作用，一般要求油藏滲透率不宜太高，多數(shù)報(bào)道的油藏滲透均在0.5×10-3/m2以下。依靠微生物在油藏多孔介質(zhì)中產(chǎn)生多糖進(jìn)行封堵在我國(guó)吉林油田取得成功，所用的細(xì)菌可產(chǎn)生非水溶性纖維素多糖生物聚合物，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)需要提供可溶性糖類(lèi)作為營(yíng)養(yǎng)。成功應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵因素是該油田油藏溫度在30～40℃，正好是細(xì)菌生長(zhǎng)代謝的最適溫度。這個(gè)溫度優(yōu)勢(shì)也帶來(lái)雜菌污染的問(wèn)題。微生物很難在高溫條件下產(chǎn)生生物多糖，所以這個(gè)機(jī)理只合適于低溫油藏（20～40℃），同時(shí)還必須提供糖類(lèi)營(yíng)養(yǎng)底物。

微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑可分為四大類(lèi)：糖脂類(lèi)、磷脂類(lèi)、脂蛋白或縮氨酸和聚合物類(lèi)，由于具有水溶性好、無(wú)毒、安全、驅(qū)油效果好等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外在這方面開(kāi)展了廣泛的研究。這些研究可分為兩個(gè)方面，即地面生產(chǎn)生物表面活性劑和地下原位產(chǎn)生生物表面活性劑。

多種微生物在代謝過(guò)程中能產(chǎn)生生物氣，一般包括H2、CO2和CH4等，無(wú)論是什么氣體，如果在油藏中產(chǎn)生必然有利于采油。這些氣體均是微生物以碳水化合物為底物發(fā)酵生成的，氣體的產(chǎn)量與驅(qū)油效果有直接關(guān)系。

微生物采油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

早在1926年，美國(guó)石油工程師Beckman首次提出，微生物可以用來(lái)釋放多孔介質(zhì)中的原油。到了20世紀(jì)60—70年代，微生物采油技術(shù)在捷克斯洛伐克、匈牙利、波蘭等歐洲國(guó)家得到重視和顯著發(fā)展，這些研究集中在將混合厭氧菌或兼性厭氧菌注入油井，利用其生理特點(diǎn)及代謝產(chǎn)物作用于油層，提高采收率。20世紀(jì)70年代至今，眾多的微生物采油研究在世界各國(guó)開(kāi)展，前蘇聯(lián)、美國(guó)、澳大利亞、加拿大以及諸多歐洲國(guó)家紛紛開(kāi)展相應(yīng)的研究以及油田試驗(yàn)工作，如今微生物采油技術(shù)的焦點(diǎn)與注水驅(qū)油緊密相關(guān)。

捷克、波蘭、匈牙利、羅馬尼亞、荷蘭、前蘇聯(lián)先后也開(kāi)展了研究和試驗(yàn)。第一次高峰主要集中在上世紀(jì)50—60年代的東歐及前蘇聯(lián)，第二位高峰主要集中在80—90年代的美國(guó)，第三次高峰則主要集中在90年代以后的中國(guó)。第一次高峰期基本上沒(méi)有基礎(chǔ)研究，都是利用厭氧發(fā)酵類(lèi)菌，配以糖類(lèi)為主的培養(yǎng)基，依靠微生物產(chǎn)酸、產(chǎn)氣影響儲(chǔ)層；應(yīng)用的工藝多為單井吞吐，少數(shù)為井組驅(qū)油；大部分試驗(yàn)有增油效果，但由于分析方法不同，試驗(yàn)之間常沒(méi)有可比性。第二次高峰期主要是80—90年代美國(guó)能源部組織的研究，應(yīng)該說(shuō)，MEOR真正系統(tǒng)的研究應(yīng)該是從這個(gè)時(shí)期開(kāi)始的。內(nèi)容涉及MEOR的油藏適應(yīng)范圍、耐高溫菌的分離、微生物采油功能評(píng)價(jià)、不同微生物的生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)和運(yùn)移規(guī)律等研究，同時(shí)開(kāi)展了微生物防蠟、單井吞吐和微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

中國(guó)的微生物采油研究開(kāi)展于20世紀(jì)60年代，由中科院的微生物研究所承擔(dān)研究任務(wù)，起步幾乎與世界同步，但直到90年代以后才進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，“九五”、“十五”期間國(guó)家科技部均支持相關(guān)課題研究。對(duì)細(xì)菌代謝產(chǎn)生的多糖等增稠劑提高采收率、微生物地下發(fā)酵提高采收率以及生物表面活性劑、生物聚合物提高采收率等方面開(kāi)展研究，并開(kāi)展了微生物驅(qū)油礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得了一定的成果。在近20年里，我國(guó)在微生物提高原油采收率領(lǐng)域研究相當(dāng)活躍，在該領(lǐng)域的研究已能躋身世界領(lǐng)先水平。

目前，微生物清防蠟技術(shù)已經(jīng)基本成熟，和常規(guī)的化學(xué)防蠟技術(shù)實(shí)施工藝相同，處理范圍只限于油井井筒，只不過(guò)使用的是生物制劑。生物制劑對(duì)不同的原油具有一定的選擇性，因此，實(shí)施前需要做微生物與原油性質(zhì)的配伍性試驗(yàn)。微生物單井吞吐技術(shù)也基本成熟，和常規(guī)的酸化技術(shù)實(shí)施工藝相似，處理范圍是油田近井地帶，一般同時(shí)注入細(xì)菌和營(yíng)養(yǎng)，需要關(guān)井三天到一周時(shí)間后恢復(fù)生產(chǎn)，適合中低滲透率油藏使用。上述兩項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外油田公司作為生產(chǎn)維護(hù)和增產(chǎn)措施已得到廣泛應(yīng)用。而微生物驅(qū)油技術(shù)目前仍在先導(dǎo)試驗(yàn)階段，只有俄羅斯的內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用。截至2010年，國(guó)內(nèi)的微生物驅(qū)油技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)已超過(guò)24個(gè)區(qū)塊，多數(shù)試驗(yàn)的驅(qū)油機(jī)理針對(duì)性不強(qiáng)，所以對(duì)有效和無(wú)效的試驗(yàn)結(jié)果不能合理的解釋。由于微生物驅(qū)油技術(shù)處理的范圍是整個(gè)油藏，是真正意義上的提高采收率技術(shù)，因此，一直倍受關(guān)注，國(guó)內(nèi)外的研究一直在持續(xù)。

近20年來(lái)，全國(guó)共有11個(gè)油田開(kāi)展過(guò)1739口油井微生物清防蠟試驗(yàn)和應(yīng)用，其中勝利油田實(shí)施了1642口。有些油井實(shí)施多個(gè)輪次，維持生產(chǎn)多年，普遍顯示降低油田負(fù)荷、減少蠟卡、熱洗和作業(yè)次數(shù)。

微生物采油技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代分子微生物分析手段加快了內(nèi)源微生物的解析和認(rèn)識(shí)，已開(kāi)發(fā)的油藏幾乎都存在豐富的內(nèi)源微生物，這是內(nèi)源微生物驅(qū)油的先決條件。內(nèi)源微生物根據(jù)需要可用于驅(qū)油，也可用于調(diào)剖，理論上是成本最低的微生物驅(qū)油技術(shù)，也是目前研究的主要方向，國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為針對(duì)枯竭油藏、地下液體流速很慢油藏，只需注入無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)注入適量的空氣，讓內(nèi)源微生物利用地下殘余油作為碳源，這種方式成本最低，大港油田曾與俄羅斯合作取得了成功；而針對(duì)整裝區(qū)塊、井網(wǎng)較完善、地下液體流速較快的油藏，微生物在地下停留時(shí)間較短，希望其快速發(fā)揮作用，需要適當(dāng)補(bǔ)充碳水化合物，以促進(jìn)微生物快速生長(zhǎng)代謝。

特別值得注意的是，微生物采油技術(shù)誕生的70多年以來(lái)，人們一直關(guān)注的是微生物如何有效作用于油藏原油性能問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從未探討過(guò)內(nèi)源好氧或厭氧微生物與油藏儲(chǔ)層礦物有何作用問(wèn)題。事實(shí)上，油藏儲(chǔ)層中含有多種黏土礦物，往往構(gòu)成泥質(zhì)巖和碎屑儲(chǔ)集巖填隙物質(zhì)的主要組分。其中常見(jiàn)的黏土礦物有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石、蒙脫石/伊利石、伊利石/蒙脫石和綠泥石/蒙脫石不規(guī)則混層礦物等。人們重點(diǎn)關(guān)注的是，粘土礦物的存在和油氣開(kāi)發(fā)中遇到的各種油層損害密切相關(guān)。

這一嶄新的發(fā)展方向，從當(dāng)前利用微生物作用油藏原油研究，拓展到微生物作用油藏儲(chǔ)層礦物研究，可為低滲油層儲(chǔ)層縮膨與提高原油采收率開(kāi)辟新的途徑。更是在提高油藏儲(chǔ)層滲透率工程中由防御型（防膨作用）轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)攻型（縮膨作用）的體現(xiàn)，可為提高我國(guó)低滲油層原油采收率提供新的技術(shù)支撐。