先進的微生物驅油技術

石油資源在推動社會經濟發展的過程中具有重要作用。在經歷了自然開采、氣驅、熱驅、化學驅和水驅等第一次和第二次石油開采之后，各油藏原油開采率只有35%~50%，而殘余原油因較大的油水表面張力和油層孔隙毛細管力而難以開采。傳統的石油水驅開采在大港油田已被運用40 余年之久，在長期的水驅開采后，部分油井石油含水率高達95%以上，研究表明當石油含水率高于70%時，水驅開采模式就基本上不再適用。同時水驅過程會降低油層溫度，使原油中的石蠟、瀝青質等重質組分沉淀和富集在地層孔隙、管路和開采設備中，阻礙了原油流動。盡管利用化學溶劑、表面活性劑、石蠟抑制劑和熱流體等能在一定程度上緩解這一現狀，但是化學和熱力學法成本過高，不利于普遍推廣。如何解決貧油層和即將采空油層水驅開采過程中的瓶頸問題，提高原油采收率，最大限度利用不可再生資源，成為目前亟待解決的科學難題。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》已將復雜地質油氣資源勘探開發利用列入未來研究發展的重點領域和優先主題。我國低品位油氣資源儲量巨大，包括低滲透、稠油和高含水油藏。隨著石油勘探開發程度的延伸，低品位儲量所占的比例將越來越大，對能提高采收率的新技術的需求迫切。顯然，傳統的工藝技術已難以滿足低品位油田開發的需要。實現大規模低品位油氣資源的高效開發，必須探索新的技術突破口。

▲ 微生物水驅示意圖

Bera A, Mandal A J J o P E, and Technology P. Microemulsions: a novel approach to enhanced oil recovery:A review. J. Petrol. Explor. Prod. Technol, 2015, 5: 255-268.

微生物驅油技術的發展為解決貧油層或即將采空油層開采效率低的科學難題提供了可能。油藏微生物具有產表面活性劑、產氣和降解石蠟等功能，這些特性可降低原油黏度并增加原油流動性，有利于石油開采。

表 微生物代謝產物及其在微生物強化采油中的作用

研究石油水驅開采過程中的微生物群落結構特征，對于采取針對性的微生物驅油技術具有重要的指導意義。目前，基因文庫構建等分子生物學技術的發展，使人們對水驅油藏微生物群落具有了全新的認識，然而對水驅石油開采過程中的微生物群落結構研究，更側重于單純比較油藏各微生境中微生物群落結構的差異，而往往忽視了水驅干擾過程與油藏微生物響應之間的關系。油藏作為一個復雜的極端環境，必然為微生物多樣性提供了可能，同時也必會影響人們對水驅干擾過程下油藏微生物多樣性的準確認識。同位素示蹤技術的運用，為深入認識水驅石油開采過程中注入水對油藏各微生境的影響提供了重要的參考信息，彌補了采樣過程的隨機性和不確定性，為系統、準確地研究水驅過程中的微生物群落結構特征及其微生物學響應提供了可能。

▲同位素分餾技術在油藏微生物的苯代謝途徑中的應用

作者根據近年來已有的工作基礎， 結合國家國際科技合作專項（2010DFB23160）、國家自然科學基金國際（ 地區） 合作交流項目（40920134003）、中德合作科研項目（PPP）（留金歐〔2013〕6007）、德國羅伯特·博世基金會項目和國家自然科學基金重點項目（41430106）等資助項目以及以中國地質大學（北京）地質過程與礦產資源國家重點實驗室、北京科技大學國家環境與能源國際科技合作基地、南開大學、中國石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司、中國石油勘探開發研究院為依托，同時也依托美國耶魯大學地球科學系及生物圈研究所、德國亥姆霍茲環境研究中心（UFZ）和德國聯邦地球科學和自然資源研究所三家國際合作項目的合作單位的科研條件所取得的研究進展，并融合查閱到的國內外大量資料，歷經5 年終于完成了《油藏環境地微生物多樣性及微生物驅油機制》（姚俊等著. 北京：科學出版社，2019.4）一書的寫作。

本書以極端油藏環境地作為科學研究切入點，系統闡述了油藏復雜環境中微生物群落結構特征及微生物驅油機制。本文分享“第4 章 先進的微生物驅油技術”概要，闡明注氧本源微生物驅油技術和油藏甲烷轉化開采技術研究，拓展第三次采油技術的選擇面。

注氧本源微生物驅油技術

一般而言，原油油藏環境地均為厭氧狀態，有時，地層水的滲入會帶入微量氧氣，但油藏整體環境仍然以厭氧為主，其中的微生物過程是緩慢的。隨著注入水工藝的發展，由于注入水循環使用，且需要在注入前經過前處理，可能將溶解氧氣帶入油層之中，雖然帶入的氧氣有限，對深層的油藏環境地不能構成直接影響，但卻能在注入水井周圍形成一定范圍的好氧或微氧區域，促進這部分的原油快速降解，并產生多種多樣的代謝產物，其將隨注入水進入深層區域，從而促進整個油層的微生物過程。基于這個過程，注氧（或空氣）可以激活淺層油層的本源微生物作用，通過其代謝產物的深入傳遞，一方面利用代謝產物中的表面活性劑成分促進原油采收，另一方面為深層的微生物提供易于利用的營養來源，促進深層微生物的代謝，最終達到提高原油采收率的目的。

油藏甲烷轉化開采技術

深層的油藏環境地為缺氧環境，在缺氧環境下，油藏的本源微生物能夠對原油發生降解作用，并在一定條件下產出甲烷，這種產甲烷的過程在油田內部是有益的，尤其對于一些開采率持續下降的油田，它能提高油層中原油的流動性，增加油田的油氣產量等。基于該理論，一些學者提出了油藏的甲烷轉化開采技術，即利用油層自身的本源微生物的厭氧活動，將很難開采的原油轉化為甲烷，經過一定時間的轉化積累后，再以油層氣的形式開采出來。不過由于厭氧作用的時間較長，該技術周期比其他微生物采油技術應用時間更長，但另一方面，它是對難開采油藏采油技術的一次長遠意義上的挑戰，具有較高的長期戰略價值。

本書以大港港西區域的油藏本源微生物為研究對象，考察其在厭氧條件下對原油的降解作用及其產甲烷的情況，了解其產甲烷中的關鍵步驟——乙酸產甲烷的基本機制，以期為甲烷轉化開采技術的可行性提供論證基礎。

本文摘編自《油藏環境地微生物多樣性及微生物驅油機制》（姚俊等著. 北京：科學出版社，2019.4）一書“前言”“第4 章 先進的微生物驅油技術”，有刪減，標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-060824-6

責任編輯：霍志國

本書以極端油藏環境地作為科學研究切入點，系統闡述了油藏復雜環境中微生物群落結構特征及微生物驅油機制。全書分為4 章，內容涉及微生物驅油技術的發展背景、油藏微生物的作用方式和影響因素、分子生物學技術在微生物驅油中的應用、油氣同位素分析、原油的氣相色譜-質譜分析、原油的生物標志物分析、油藏環境地微生物多樣性分析、油藏功能微生物分子篩選、生物表面活性劑開發、注氧本源微生物驅油技術和油藏甲烷轉化技術研究等方面，豐富了微生物驅油技術理論，為解決貧油層或即將采空油層開采效率低的科學難題提供了新的思路。

本書可供地球科學、石油工業、環境科學、環境微生物學和有機化學等研究領域的學生和相關科研人員閱讀參考。

（本文編輯：劉四旦）