付 健，胡琳琪，張 凡，孫珊珊，董 浩，佘躍惠*

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，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)

眾所周知，在油田的生產(chǎn)過(guò)程中，主要利用一次采油(壓力損耗)和二次采油(水驅(qū))的方式開(kāi)發(fā)油田，平均采油量通常在三分之一左右。這意味著在水驅(qū)后，大量的原油仍留在儲(chǔ)層中。因此，為了回收剩余三分之二的原油，人們把注意力集中在提高原油采收率(enhanced oil recovery,EOR)技術(shù)的研究和應(yīng)用上。近年來(lái)，報(bào)道了一種新興的提高原油采收率技術(shù)——生物酶提高原油采收率(enzyme enhanced oil recovery,EEOR)[1-4]，目前，EEOR技術(shù)已被廣泛應(yīng)用[5]。2000年以來(lái)，美國(guó)Apollo Separation Technology Inc.致力于研究生物酶制劑，已經(jīng)在諸多國(guó)家取得了良好的應(yīng)用效果[6]。我國(guó)生物酶驅(qū)油技術(shù)研究和應(yīng)用較晚，但也取得了許多應(yīng)用成果。2004年3月,勝利油田進(jìn)行了酶制劑試驗(yàn)，額外產(chǎn)出油高達(dá)10 961桶，增產(chǎn)持續(xù)了6個(gè)月[7]。2006年10月，吐哈油田鄯善采油廠引進(jìn)生物酶解堵技術(shù)，成功疏通了結(jié)蠟嚴(yán)重的兩口井，增產(chǎn)原油累計(jì)超過(guò)1 500 t[8]。2006年，大港油田進(jìn)行改性生物酶驅(qū)油先導(dǎo)試驗(yàn)，在10個(gè)月的試驗(yàn)期，6口井累積增產(chǎn)原油2 920 t[9]。2010年，大慶油田進(jìn)行了低滲透油田生物酶驅(qū)油先導(dǎo)試驗(yàn)，單井產(chǎn)油量由21.5 t·d-1提高到26.6 t·d-1，在10個(gè)月的試驗(yàn)期，16口井累計(jì)增產(chǎn)原油5 860 t，階段原油采收率提高0.35%[10]。2016年，永寧油田進(jìn)行生物酶驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，40口試驗(yàn)井中32口井見(jiàn)效，累計(jì)增產(chǎn)原油1 237.89 t[11]。2018年，李嘯南等[12]在渤海海上斷塊稠油油田開(kāi)展生物酶解堵試驗(yàn)，單井產(chǎn)油量從7 m3·d-1提高到15 m3·d-1，產(chǎn)液量也增加2倍。2020年，龍軍等[13]在新疆三疊系克上組油田開(kāi)展生物酶解堵試驗(yàn)，產(chǎn)油量從0.8 t·d-1提高到2.0 t·d-1，產(chǎn)液量也有上升，有效期8個(gè)月?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，生物酶驅(qū)油技術(shù)會(huì)顯著提高原油產(chǎn)量。

盡管EEOR技術(shù)的發(fā)展歷史還不是很長(zhǎng)，但已有不少研究者對(duì)生物酶驅(qū)油技術(shù)進(jìn)行了室內(nèi)基礎(chǔ)研究。Beverung等[14]檢測(cè)了庚烷和球形蛋白溶液之間的界面張力，并指出通過(guò)向溶液中添加酶可以降低界面張力。Nemati等[15]利用一種酶來(lái)調(diào)整多孔介質(zhì)的滲透性，結(jié)果表明，酶可以促進(jìn)碳酸鈣的生成，碳酸鈣沉淀直接導(dǎo)致多孔介質(zhì)滲透率降低，而且碳酸鈣生成量會(huì)隨著酶劑量的增加而逐漸增加，通過(guò)形成碳酸鈣沉淀封堵高滲透層來(lái)改善注入流體的波及效率。Hamidreza[16]用酶-鹽水溶液對(duì)砂巖和碳酸鹽巖進(jìn)行巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)酶可以改變砂巖和碳酸鹽巖的潤(rùn)濕性，提高原油產(chǎn)量。Salahshoor等[17]將充滿原油的Berea砂巖置于濃度為10%的酶-鹽水溶液中，發(fā)現(xiàn)原油采收率超過(guò)50%。

目前文獻(xiàn)報(bào)道的生物酶驅(qū)油實(shí)驗(yàn)大多使用的是商品混合物形式的酶，在這種混合物中，酶通常與穩(wěn)定劑(表面活性劑)結(jié)合，最常見(jiàn)的如GreenZyme，它是一種綠色環(huán)保酶，具有良好的驅(qū)油效果。此外，發(fā)現(xiàn)在眾多的生物酶驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，大都是細(xì)菌酶，而且主要是在常規(guī)油藏中實(shí)驗(yàn)。而近幾年研究發(fā)現(xiàn)，真菌酶具有極大的驅(qū)油潛能，甚至比細(xì)菌酶更適合于工業(yè)化生產(chǎn)[18]；在類似頁(yè)巖這種致密地層中，生物酶驅(qū)油同樣適用。作者對(duì)生物酶驅(qū)油機(jī)理以及協(xié)同生物酶驅(qū)油增效的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步提高原油采收率提供理論支持。

1 生物酶驅(qū)油機(jī)理

因?yàn)槊赣晌⑸锂a(chǎn)生，對(duì)環(huán)境友好，即使在極低的劑量下也可以起作用，所以被認(rèn)為是理想的提高原油采收率物質(zhì)。目前各實(shí)驗(yàn)室采用的都是生物酶制劑，這種制劑以蛋白質(zhì)作為基礎(chǔ)物質(zhì)，不僅不受溫度、壓力、酸、堿、水礦化度等因素的影響，還可以分離油砂，在深部地層產(chǎn)生作用，增大水驅(qū)的波及體積、提高洗油效率[1-2]。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的生物酶驅(qū)油主要有4大機(jī)理：(1)改變潤(rùn)濕性。通過(guò)在巖石表面形成蛋白質(zhì)膜，這種蛋白質(zhì)膜由親水的氨基(-NH2)和羧基(-COOH)組成，通過(guò)與水分子的氫鍵結(jié)合，改變巖石的潤(rùn)濕性，使其更接近親水狀態(tài)[1-2]。(2)降低界面張力。通過(guò)乳化作用降低油的黏度或油水界面張力[1]，因?yàn)槊甘怯捎H水親油分子組成的，表現(xiàn)出兩親性，可以在油水界面膠束化，降低界面張力。(3)滲吸作用[1,3]。在非常規(guī)油藏，如致密油藏和頁(yè)巖地層中，酶通過(guò)滲吸作用使原油從巖石縫隙中置換出來(lái)。(4)降解作用[1,18]。這一機(jī)理主要針對(duì)真菌酶，研究發(fā)現(xiàn)，真菌胞外酶可降解原油中的大分子組分，從而降低原油黏度，提高原油采收率。也有研究表明，細(xì)菌也可以產(chǎn)降解酶，并且能夠與自身所產(chǎn)生物表面活性劑協(xié)同作用，達(dá)到良好的原油降解效果。

1.1 改變潤(rùn)濕性

潤(rùn)濕性是指一種流體在其它非混相流體存在的情況下在巖石表面擴(kuò)散或黏附的能力[19]。它通過(guò)影響儲(chǔ)層巖石中流體的分布和流動(dòng)，從而影響原油采收率[20]。Liu等[21]研究表明，生物酶可以改變巖石的潤(rùn)濕性，提高原油采收率。早期的室內(nèi)水驅(qū)實(shí)驗(yàn)表明，添加生物酶可以使巖石向更親水狀態(tài)轉(zhuǎn)變，隨著親水度的增加，原油采收率提高。

目前，潤(rùn)濕性測(cè)量有定性和定量方法。在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)規(guī)模上，表征原油/鹽水/巖石系統(tǒng)(COBR系統(tǒng))的潤(rùn)濕性最為普遍，廣泛使用的定性方法是黏附性測(cè)試[22]，通用的定量方法是接觸角測(cè)量。

1.1.1 黏附性測(cè)試

黏附性測(cè)試可用于表征潤(rùn)濕性的變化。Khusainova等[22]研究發(fā)現(xiàn)，每種酶都有不同的黏附行為。他們使用帶倒針的注射器將一滴油沉積在置于鹽水-酶溶液的方解石礦物晶面上，讓油滴與礦物接觸2 min，然后將針向下移動(dòng)將其留在表面，觀察油滴的黏附行為。結(jié)果顯示，酯酶具有改變潤(rùn)濕性的最高能力，這意味著該類酶具有最高的表面活性。蛋白酶對(duì)黏附行為的影響不如酯酶明顯，對(duì)于不同種類的方解石，反應(yīng)非常不均勻。而GreenZyme使所有方解石礦物都表現(xiàn)出絕對(duì)非黏附行為，具有較高的改變潤(rùn)濕性的能力。由此認(rèn)為，酶與礦物表面的相互作用是主要的影響因素，它取決于酶和礦物的組成。因此，根據(jù)黏附性測(cè)試，GreenZyme似乎是一種更好的商品酶，當(dāng)然，也可能是因?yàn)樵撋唐访钢写嬖谂c表面活性劑的協(xié)同作用。

1.1.2 接觸角測(cè)量

對(duì)于平面，接觸角是一種常用的潤(rùn)濕性測(cè)量方法，是指三相接觸點(diǎn)中巖石(礦物)表面切線與油水界面切線的夾角，潤(rùn)濕性可以通過(guò)接觸角值來(lái)量化[22]。將一滴油置于浸入水中的巖石表面(圖1)時(shí)，形成的接觸角θ范圍為0°～180°。

圖1 油/水/巖石體系中的接觸角

一般將潤(rùn)濕性劃分為以下幾種情況：當(dāng)θ=0°時(shí)，巖石表面表現(xiàn)為完全親油；當(dāng)0°<θ<90°時(shí)，巖石表面表現(xiàn)為親油，且接觸角越小，親油性越強(qiáng)；當(dāng)90°<θ<180°時(shí)，巖石表面表現(xiàn)為疏油(即親水)，接觸角越大，親油性越弱，輔展性越差，油滴易收縮成球形；當(dāng)θ=180°時(shí)，巖石表面完全不親油(即完全親水)。

2011年，Hamidreza[16]在探究生物酶驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了接觸角測(cè)定，分別選取酯酶、蛋白酶、GreenZyme和α-乳清蛋白等4種酶。結(jié)果顯示，酯酶和GreenZyme對(duì)接觸角的影響最為顯著，α-乳清蛋白與GreenZyme的結(jié)果相近。究其原因，酯酶可能是通過(guò)催化原油中的酯鍵斷裂，產(chǎn)生更多酸性組分，從而增加原油/鹽水/巖石界面之間的斥力，導(dǎo)致接觸角向更親水狀態(tài)變化。GreenZyme對(duì)接觸角改變的影響可能不僅僅是酶的直接影響，其中的添加劑(如表面活性劑等)也可能使接觸角改變。推測(cè)α-乳清蛋白可能是由于蛋白質(zhì)吸附引起表面改性，從而影響接觸角的變化。

1.1.3 研究方法

由于EEOR被證明可以促進(jìn)常規(guī)注水后毛細(xì)管圈閉油的運(yùn)移，但毛細(xì)管圈閉油又存在于微觀尺度，因此在該尺度下評(píng)價(jià)EEOR流體-流體相互作用至關(guān)重要。Rahayyem等[23]報(bào)道了一種微尺度方法——利用代表砂巖的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流體裝置對(duì)提高原油采收率進(jìn)行分析。PDMS微流體裝置主要基于Bentheimer砂巖的X-射線微CT圖像，分辨率為4.95 μm。其中微流體芯片是通過(guò)將固化劑與PDMS單體混合，然后在干燥器中脫氣來(lái)制備。他們以GreenZyme為研究對(duì)象，另外還選取了一種商業(yè)表面活性劑(烷基醚硫酸鹽表面活性劑ENORDET J13131)，使用PDMS微流體裝置對(duì)兩種體系的原油采收率進(jìn)行比較，結(jié)果證實(shí)EEOR的有效性。該研究為EEOR的微觀采油機(jī)制提供了證據(jù)和直接可視化方法，可用于設(shè)計(jì)有效的EEOR驅(qū)油體系。

1.2 降低界面張力

原油和鹽水之間的界面張力是水/油置換中的重要變量，這取決于原油組分、pH值和水相組成，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在油/水界面處吸附有機(jī)酸或堿會(huì)導(dǎo)致界面張力降低[1,24]。Hamidreza[16]根據(jù)平衡時(shí)間測(cè)量含有酶或蛋白質(zhì)的原油/鹽水間的界面張力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，原油/酶-鹽水溶液間的界面張力和原油/鹽水間的界面張力無(wú)顯著差異，即酶對(duì)改變?cè)?鹽水間的界面張力的貢獻(xiàn)不顯著。但GreenZyme是一個(gè)例外，它將原油/鹽水間的界面張力降低了大約75%。GreenZyme溶液中存在的穩(wěn)定劑(表面活性劑)使其在所有測(cè)試的酶和蛋白質(zhì)中例外地具有更高的界面活性。盡管酯酶同樣具有界面活性，但似乎其對(duì)原油/鹽水界面的吸附不能改變界面張力，其對(duì)界面的親和力似乎不足以取代原油組分。

Khusainova等[22]也對(duì)界面張力進(jìn)行了測(cè)試，首先使用倒置針(500 μL Hamilton注射器，帶倒針)生成油滴，浸入鹽水溶液中(液滴的形成是緩慢的，最后階段的液滴形成至少需要1～2 min)，然后確定針尖上的油滴脫落時(shí)刻的油滴體積(浮滴體積)，再對(duì)液體密度進(jìn)行測(cè)量，最后用算法對(duì)界面張力進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，酶對(duì)界面張力的影響不明顯。

1.3 滲吸作用

目前，生物酶驅(qū)油研究大都集中在常規(guī)油藏，而在致密油藏中的應(yīng)用研究還很有限。文獻(xiàn)[25-26]報(bào)道，在滲透率<0.1 mD、孔徑<100 nm的頁(yè)巖和致密地層中，原油采收率均低于10%。2019年，Salahshoor等[17]選取Woodford頁(yè)巖巖心作為研究對(duì)象，進(jìn)行了一系列室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明,酶在致密油藏中通過(guò)滲吸作用來(lái)提高原油采收率。他們將充滿原油的頁(yè)巖巖心置于含有酶-鹽水溶液的容器中，通過(guò)自吸實(shí)驗(yàn)觀察酶置換油的效率(裝置如圖2所示)，被取代的油會(huì)上升到容器頂部，并隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加。證實(shí)EEOR技術(shù)是可用于常規(guī)和頁(yè)巖/致密油藏的有效方法。以10%酶溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，原油采收率在10%～20%之間，比平均原油采收率(8.4%)[26]高出很多，而且在比較不同濃度的酶溶液時(shí)發(fā)現(xiàn)，5%的酶溶液在頁(yè)巖油藏中更有效。此外，對(duì)5%酶溶液與0.5%表面活性劑溶液的使用效果進(jìn)行比較時(shí)發(fā)現(xiàn)，214 h后，使用5%酶溶液的原油采收率為20%，而使用0.5%表面活性劑的僅為15%，表明酶溶液驅(qū)油更有效。實(shí)驗(yàn)還證實(shí)，酶溶液有助于去除巖石表面的油，提高原油采收率。

圖2 自吸實(shí)驗(yàn)裝置

1.4 降解作用

1.4.1 真菌酶降解原油

EEOR的相關(guān)研究一般以細(xì)菌為主，常見(jiàn)的研究對(duì)象為細(xì)菌中的加氧酶和脫氫酶[18,27]。因?yàn)檎婢茈y在極度厭氧的含油地層中生長(zhǎng)，所以在生物酶驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中一直未考慮真菌。研究發(fā)現(xiàn)，真菌酶可以通過(guò)降解長(zhǎng)鏈飽和烴來(lái)降低原油黏度、增強(qiáng)原油的流動(dòng)性，從而提高原油采收率[18]，有很大的應(yīng)用潛力。真菌雖不能以活菌形式直接參與微生物驅(qū)油，但可以合成并大量分泌催化活性很高的胞外酶。真菌烴降解酶是胞外的，異常的非特異性，具有生物降解能力強(qiáng)、酶解時(shí)間短、不需要使用活的微生物等特點(diǎn)，此外，真菌酶可以通過(guò)簡(jiǎn)單、高產(chǎn)、低成本的方法制備，適合工業(yè)化生產(chǎn)[28-30]。

生物多樣性的真菌具有多種酶促機(jī)制，可以改變烴的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從短鏈脂族化合物到長(zhǎng)鏈烴、多環(huán)芳族化合物。其中，木質(zhì)素降解真菌專門產(chǎn)生胞外過(guò)氧化物酶和漆酶，可以氧化大量芳香烴和其它難降解污染物，主要通過(guò)以下3種途徑來(lái)發(fā)揮作用:(1)高分子復(fù)雜化合物去芳構(gòu)化，提高化合物溶解度，同時(shí)微生物降低原油黏度，提高生物利用度；(2)硫雜原子的生物脫硫；(3)鎳(Ni)、釩(V)等重金屬的脫金屬化[30-33]。從原油或其衍生物浸漬的土壤、沉積物、流體、蒸氣或水中分離出一類嗜極烴類碎屑真菌，在極端條件(高鹽、高酸度或堿度、高濃度毒性污染物、重金屬和硫雜原子等)下可以較好地生長(zhǎng)，并且具有以烴類作為唯一碳源的強(qiáng)生長(zhǎng)能力。所以，嗜極烴類碎屑真菌在原油及其衍生物的降解/轉(zhuǎn)化中起著關(guān)鍵作用。

為了探究真菌酶在提高原油采收率方面的潛力，2016年，Zhang等[18]從原油污染土樣中分離出6株曲霉屬菌株，通過(guò)培養(yǎng)、提取菌株產(chǎn)生的酶類制成粗酶制劑，再與原油作用考察降解效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，酶制劑有效地降解了如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等不同的原油組分，并降低了原油黏度，同時(shí)還產(chǎn)生了氣體(CO2和H2)和有機(jī)酸鹽(草酸鹽和丙酸鹽)。此外，2017年，高卉等[32]采用真菌胞外酶的酶液和細(xì)菌發(fā)酵液交替驅(qū)油的雙重強(qiáng)化采油方法，取得了顯著效果，其原油采收率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)水驅(qū)的，其中，高細(xì)胞密度發(fā)酵液與真菌粗酶液交替驅(qū)油的累計(jì)原油采收率較水驅(qū)提高了518.7%，低細(xì)胞密度發(fā)酵液與真菌粗酶液交替驅(qū)油的累計(jì)原油采收率較水驅(qū)提高了814.2%?？梢?jiàn)，真菌胞外酶能起到提高原油采收率的作用，而且效果顯著，有待進(jìn)一步研究。

1.4.2 細(xì)菌酶降解原油長(zhǎng)鏈烴和多環(huán)芳烴

除了真菌酶具有降解原油的作用以外，細(xì)菌也能產(chǎn)降解酶，它們可以與自身所產(chǎn)的生物表面活性劑協(xié)同作用，達(dá)到較高的原油降解率。

2017年，Punniyakotti等[33]將枯草芽孢桿菌A1接種到無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基中，37 ℃振蕩培養(yǎng)7 d，然后將培養(yǎng)物與無(wú)菌原油混合再培養(yǎng)7 d。經(jīng)傅立葉變換紅外光譜(FTIR)分析和氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)定性分析，發(fā)現(xiàn)在菌株A1存在下，原油的生物降解率7 d達(dá)到了87%。GC-MS分析表明，菌株A1能完全降解C10～C14化合物，而C15～C19化合物降解了近97%，其它高分子化合物降解了約78%，表明菌株A1具有降解原油中不同鏈長(zhǎng)烷烴化合物的高能力。對(duì)所產(chǎn)表面活性劑和降解酶分別進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)菌株A1產(chǎn)的生物表面活性劑是脂肽，降解酶為烷烴羥化酶和乙醇脫氫酶。脂肽類表面活性劑具有較高的乳化活性，首先對(duì)原油中的烴類進(jìn)行有效的吸收，隨后再利用降解酶對(duì)原油大分子進(jìn)行降解，二者結(jié)合可以達(dá)到極好的原油降解效果。

Nur等[34]分離了十多株嗜熱土桿菌，大多數(shù)菌株能完全降解長(zhǎng)鏈蠟C37～C40，并增加短鏈蠟C14～C18的比例，原油的降解與烷烴單加氧酶、醇脫氫酶、脂肪酶和酯酶等降解酶的產(chǎn)生有關(guān)。這些嗜熱菌具有相對(duì)較高的總乙醇脫氫酶、脂肪酶和酯酶活性，其中烷烴單加氧酶活性最高的菌株為嗜熱脂肪土桿菌。同時(shí)，Yusoff等[35]通過(guò)對(duì)10株嗜熱菌株的篩選，發(fā)現(xiàn)所有菌株均為烷烴羥化酶產(chǎn)生菌，其中7株同時(shí)產(chǎn)生脂肪酶。3株最佳菌株分別為地桿菌D4、地桿菌D7和地?zé)釁捬鯒U菌D9，均能降解原油中的烷烴、有毒多環(huán)芳烴等。另外，Sakshi等[36]報(bào)道假單胞菌所產(chǎn)的烷烴羥化酶可氧化降解多種烷烴和芳香烴化合物。

2 生物酶提高原油采收率的增效研究

2.1 生物表面活性劑增效生物酶活性

2020年，Janek等[37]首先對(duì)解脂耶氏酵母進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)(在28 ℃的搖床上以140 r·min-1孵育72 h)，再在罐式生物反應(yīng)器中發(fā)酵48 h，離心除去細(xì)胞獲取粗酶溶液，最后采用離子交換色譜法純化得到脂肪酶YlLip2，并用比色法測(cè)試YlLip2活性。分別采用7種濃度的2種環(huán)狀脂肽生物表面活性劑(Amphisin和Viscosinamide)與脂肪酶YlLip2作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0.15 mmol·L-1Amphisin和0.2 mmol·L-1Viscosinamide存在下，YlLip2酶活性分別提高了2倍和1.6倍，表明這兩種表面活性劑可以提高YlLip2的酶活性。這是由于，大多數(shù)脂肪酶在催化位點(diǎn)周圍都有一個(gè)非常疏水的區(qū)域，在與表面活性劑相互作用時(shí)，大的疏水區(qū)域被暴露出來(lái)，使脂肪酶對(duì)底物的活性更高，這也說(shuō)明脂肽生物表面活性劑能夠減弱脂肪酶蛋白內(nèi)的疏水相互作用，為底物與活性位點(diǎn)相互作用提供了有利環(huán)境。Morgan等[38-39]報(bào)道了蛋白酶協(xié)同生物表面活性劑能在低鹽度生物表面活性劑溶液中生成Winsor Ⅲ型微乳液，從而具有優(yōu)異的驅(qū)油性能。生物表面活性劑能使長(zhǎng)鏈?zhǔn)灍N和瀝青質(zhì)等分散溶解，從巖石礦物表面剝離下來(lái)，促進(jìn)生物酶等對(duì)其生物降解，因而在驅(qū)油應(yīng)用中取得了明顯效果。

2.2 油藏本源菌產(chǎn)嗜熱酶

2016年，Lewin等[40]為了鑒定新型耐高溫酯酶，利用序列和功能篩選技術(shù)對(duì)來(lái)自挪威大陸架近海油藏的元基因組的綜合序列數(shù)據(jù)庫(kù)和克隆的Fosmid庫(kù)進(jìn)行篩選，通過(guò)功能方法發(fā)現(xiàn)一種新型酯酶，并進(jìn)行了更深層次的表征。在80 ℃下溫育長(zhǎng)達(dá)5 h后仍可檢測(cè)到高酶活性，在90 ℃下至少1 h是熱穩(wěn)定的，而且活性沒(méi)有明顯下降，在90 ℃下溫育更長(zhǎng)時(shí)間會(huì)降低酶活性，而100 ℃下溫育導(dǎo)致酶快速失活，表明該酶具有很高的熱穩(wěn)定性；而且，在短鏈酯類底物上具有最高的酯酶活性，對(duì)溶劑和金屬離子也具有耐受性。2018年，Aurepatipan等[41]以從泰國(guó)Fang盆地某油田采集的含油砂巖巖心作為研究對(duì)象，篩選出了3株顯示最高脂肪酶-酯酶活性的菌株(L3-1、L3-2和L4-4)，鑒定出L3-1、L3-2為地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)，L4-4為Paenibacilluscookii。通過(guò)測(cè)試粗酶制劑在pH值 9.5(脂肪酶-酯酶活性的最佳pH值)下的活性發(fā)現(xiàn)，脂肪酶-酯酶活性隨溫度升高而提高，其中L3-1、L3-2在80 ℃時(shí)達(dá)到了酶的最高活性水平(分別為377 U·mL-1和431 U·mL-1)，而L4-4則在70 ℃時(shí)達(dá)到最高活性水平(227 U·mL-1)。此外，還與已有的新型脂肪酶-酯酶分別在60 ℃、70 ℃和80 ℃下進(jìn)行了熱穩(wěn)定性對(duì)比，結(jié)果顯示，已有的新型脂肪酶-酯酶在70 ℃下僅0.5 h就喪失50%的活性，而在80 ℃下僅0.5 h就喪失80%以上的活性，而L3-1和L3-2的脂肪酶-酯酶在60 ℃下1 h時(shí)可以保留最高活性的70%，在4 h時(shí)保留最高活性的50%。而L4-4在60 ℃下1 h時(shí)，損失了超過(guò)70%的最高活性，并在較高溫度下立即被滅活。同樣，這3株菌在pH值 7.5(與油井的pH值接近)下也觀察到了較低但可接受的活性程度。綜合看來(lái)，地衣芽孢桿菌L3-1和L3-2的粗脂肪酶-酯酶似乎是最有前途的酶，它們?cè)谏a(chǎn)井的pH值范圍內(nèi)的高溫下顯示出可接受的酶活性。2019年，Curci等[42]對(duì)嗜熱細(xì)菌GeobacillusthermodenitrifcansNG80-2產(chǎn)生的一種新型嗜熱酯酶EstGtA3進(jìn)行了鑒定。結(jié)果顯示，EstGtA3的活性不需要輔助因子，在pH值7.0～8.5范圍內(nèi)具有活性，而且在60 ℃時(shí)具有最高酶活性，55 ℃孵育16 h時(shí)具有100%的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

在全球石油枯竭的嚴(yán)峻形勢(shì)下，生物酶驅(qū)油技術(shù)以自身環(huán)保、高效的優(yōu)勢(shì)引起了大眾的關(guān)注。通過(guò)對(duì)生物酶驅(qū)油技術(shù)的機(jī)理分析，發(fā)現(xiàn)酶在不同的油藏環(huán)境中的作用機(jī)理不同，在常規(guī)油藏中生物酶主要通過(guò)改變潤(rùn)濕性和降低界面張力驅(qū)油，而在致密油藏及頁(yè)巖地層等非常規(guī)油藏中則是通過(guò)滲吸作用及降解作用驅(qū)油。此外，不同類型的酶所發(fā)揮的作用也不同，真菌酶一般是利用自身的降解作用去降解原油大分子，從而提高原油采收率；細(xì)菌酶則是通過(guò)與自身產(chǎn)的生物表面活性劑的協(xié)同作用，對(duì)原油起到很好的降解作用。目前，生物酶驅(qū)油的實(shí)驗(yàn)研究主要集中在商品混合物酶(Greenzyme)、酯酶等酶類，這類酶確實(shí)具有很好的驅(qū)油效果，但關(guān)于其它酶類的驅(qū)油效果及驅(qū)油作用機(jī)理，還需要大量的實(shí)驗(yàn)去探究?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也表明，生物酶可以很好地投用到實(shí)際生產(chǎn)中，而且作用范圍廣，對(duì)提高原油采收率有廣泛的實(shí)用價(jià)值。生物酶驅(qū)油的發(fā)展歷史還不是很長(zhǎng)，大量的實(shí)驗(yàn)研究仍在繼續(xù)，更多的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也有待實(shí)施，生物酶驅(qū)油的潛能有待更大程度地挖掘。