生物法在油田地面处理及地下开采系统中的应用

姜岩，张晓华，梁新元，张贤明

（重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400067）

生物法在油田地面处理及地下开采系统中的应用

姜岩，张晓华，梁新元，张贤明

（重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400067）

概述了生物技术在油田地面处理和地下开采系统中的发展现状和存在的问题，重点论述了在地面和地下两个生产系统中的热点研究方向。在地面处理系统中，生物技术已经涉足到多个研究领域，尤以生物修复、生物破乳、生物絮凝3个方面得到了广泛研究和一定应用，但受到技术成熟度、实际工况条件、处理成本等因素的限制，制约了其进一步的推广和应用。在地下开采系统中，生物技术涉猎范围很小。其中，微生物驱油技术历经几十年的发展，业已成为油田系统最具深远意义的前沿热点研究领域，部分成果已经得到了小规模的应用，但该技术难以实现受控，且极大地受到油藏特点的影响，限制了其推广；此外，近年来发展起来的油藏勘探技术成为一大亮点，利用地表微生物群落构成识别油藏的位置已经取得了一定成果。未来随着相关技术不断完善，解决与实际工况条件有机契合问题，将促使生物技术在油田生产中有更为广阔的发展前景。

生物技术；油田；微生物修复；生物破乳；生物絮凝；微生物驱油；微生物勘探

生物技术在油田生产领域一直处于边缘化地位［1-2］。近些年来，随着我国多数油田进入开采后期，从油藏开采到地面处理均暴露出越来越多的问题，单纯依靠理化方法解决这些问题已力不从心，因而促进了生物技术在油田中的发展［3］。在地面处理系统中，生物技术的研究已涉猎到很多领域，如土壤污染生物修复、原油生物破乳以及油田污水生物絮凝等；相比之下，在地下开采系统中，以提高采收率为油田生产首要任务的微生物驱油技术历经了几十年的发展，也已成为国内外研究焦点。除此之外，生物技术在地下开采系统中难有用武之地。直至近年来，利用生物技术探测油气资源的油藏生物勘探技术出现在人们的视野，该技术的出现有力说明了生物技术在油田庞大的生产系统中所蕴藏的巨大潜力。

本文从油田地面处理系统和地下开采系统两个层面剖析了生物技术在油田生产领域中的发展，重点论述了原油污染土壤生物修复、生物破乳和生物絮凝，以及微生物驱油和油藏生物勘探等热点研究领域。

1　生物技术在油田地面处理系统中的发展

生物技术在油田地面处理系统中已经得到了较为广泛的研究和应用。其中，原油污染土壤生物修复、生物破乳以及生物絮凝早已发展成为研究热点，并得到不同程度应用；此外，在近些年来，油田污水处理、油泥生物处理、污油生物处理、生物抑菌、有害微生物防控等也得到了一定的研究或应用。

1.1油田污染土壤微生物修复

油田作业每年造成数万吨土壤污染，部分石化区域土壤残油高达10000mg/kg，是临界值（200mg/kg）的50倍，致使土壤结构、功能以及生态系统遭到严重破坏［4-5］。微生物修复原油污染土壤已经应用到油田实践中［6］，并且，其热点研究态势在近二十年一直处于上升趋势。现已证实能够降解石油的微生物约占70个属，共200多种微生物。土壤污染微生物修复技术发展至今衍生出多种多样的修复手段，其中研究最为深入的是生物刺激法和外源微生物强化技术。

1.1.1生物刺激修复原油污染土壤

传统的原油污染土壤处置方法通常采用人工铲除表层油污后，将其回收至固废处理站进行集中处理，之后再对渗入地层的油污进行原位修复。这种方法的运输、处理成本均相对较高；并且，若采用理化法进行处理通常会带来二次污染，且修复效果不甚理想。利用生物法进行处理，针对不同区块的污染土壤在结构和污染物组成上的差异，采用通气、施肥、投加添加剂等针对性处理手段［7］，激活深层土壤中的微生物，充分且高效地将土壤中的石油烃组分作为碳源加以分解利用，可以达到修复深层土壤的目的（图1）。

图1　生物刺激法修复油液污染土壤

生物刺激法已经在国内外得到广泛研究，其技术关键在于针对性地开发刺激土著微生物活力的方法。表1总结了采用不同处置方法的修复效果。对于原油污染场地多以投加氮、磷营养盐，通过调控污染土壤中碳、氮、磷营养平衡，有效刺激土著微生物的生长，缩短修复周期。甄丽莎等［8］即采用了这种方法对陕北黄土高原石油污染土壤进行了修复，除了投加氮、磷营养盐以外，还发现了钾盐对刺激土著微生物生长也起到了重要作用。此外，SARKAR［9］、AYOTAMUNO［10］、乔俊［11］、高闯［12］等很多研究或实践也都证实了投加适宜的营养物质可以有效提高石油烃降解率，收到良好的生物修复效果。当然，生物刺激法不仅局限于对氮、磷营养盐的筛选上，未来生物刺激手段将呈现出多样化趋势。EMBAR等［13］和GUO等［14］通过添加电子受体，利用动电学作用激活电子受体的方法显著提高了石油烃降解率，进而发现微生物在电子受体作用下与污染场地动电学产生叠加的降解效果，二者的协同作用成为技术上的一个契合点，这种刺激手段与激活受体方式而产生的协同作用也是生物刺激法在未来的发展趋势之一。总体来讲，生物刺激法虽具有成本低、操作简单等优势，且在目前已经发展成为一种研究与应用最为广泛的生物修复手段，但是，由于在石油污染场地中石油烃的组成复杂，单纯利用土著微生物难以实现对各组分的有效降解，限制了生物修复作用。

表1　不同生物刺激手段下的石油烃降解率

1.1.2外源微生物强化修复原油污染土壤

外源微生物强化修复技术是建立在生物刺激法基础之上，最初是针对污染场地中难降解组分的处理，通过向污染土壤中投加已经驯化的特异性降解菌或基因工程菌等的高效外源微生物，实现对特定组分的降解。随着该技术的快速发展，以提高石油烃降解率，协同土著微生物提高修复效率为目的的研究和应用越来越多［19］。当前，很多石油烃降解菌已经从原油污染场地中分离纯化，并已证实可以作为外源微生物对油污染土壤进行生物修复（表2）。张瑞玲等［20］利用分离自辽河油田的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtillus）和鞘氨醇杆菌（Sphingobacterium multivolum）分别开展原油污染土壤微生物修复实验，前者可使石油烃降解率提高到69.9%，后者可以提高到60.1%。LEE等［21］则从胜利油田中分离出6株高效石油烃降解菌，通过进一步比较各菌种降解不同石油烃的能力，最终得到一株红球菌EH831，该菌对石油烃的降解率可以达到46%～49%。

表2　外源微生物强化修复代表性研究成果

上述利用单一外源微生物强化修复的研究和实践很多。在此基础上，人们发现通过构建高效菌群可以更有效地提高石油烃降解率，收到更好的修复效果。INAM等［23］发现利用嗜麦芽寡养单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）、蜡状芽胞杆菌（B. cereus）、短小芽胞杆菌（B. pumilus）构建的混合菌群能使污染物降解率达到99.77%，远优于单一菌种的修复效果。国内的相关研究成果也很多。其中，BAO等［26］从胜利油田中分离得到了红球菌（Rhosococcus sp.）和蜡状芽孢杆菌（B. cereus sp.），并以此构建了混合菌群，发现在特定的降解周期内，可以使土壤的石油去除率提高到78%以上；此外，YU等［27］也发现利用分离自胜利油田的枯草芽孢杆菌和多食鞘氨醇杆菌（S. multivorum）进行联合强化修复，可以提高生物修复效率。可见，通过构建高效菌群强化修复或许会成为生物修复技术新的研究热点。

外源微生物强化修复独具优势，发展至今早已不局限于针对难降解污染物，而是希望从整体上提高生物修复效率。外源微生物在生物修复中所起的作用，一直是该领域的研究难点之一。多数研究都是建立在对照修复基础上，通过土壤含油率来评价外源微生物对于生物修复的贡献。由于外源微生物对于污染场地的适应性始终是一个敏感问题，采用诸如荧光标记等现代生物技术对外源微生物在污染场地中进行跟踪，可以更直观地掌握外源微生物的生长和代谢情况，更有助于针对性实施修复和评估外源微生物的作用。

1.2油水乳化液生物破乳

化学破乳剂在石化行业中广泛应用。它依靠化学表面活性作用破乳，对水质、油品、溶质、乳化形态及功能剂的依赖性较强，故应用范围窄，造成品种繁多、相互之间无法替代。随着油田开采工艺的发展，化学破乳剂的应用受到更大限制，会导致乳化层增厚甚至形成另一乳化液致使电场被破坏等问题，严重影响了原油的生产［28］。不仅如此，化学法破乳还会产生污染，危害环境及人体。化学法破乳的这些缺陷促使生物破乳得到广泛研究。AMIRABADI等［29］利用血平板法研究了类芽孢杆菌（Paenibacillus alvei ARN63）和假单胞菌（Pseudomonas sp.）的破乳特性，在生物作用18 h后，通过检测溶血圈直径及菌落直径的大小（前者0.372mm/0.154mm，后者0.486mm/0.211mm）证实了后者具有更强的破乳能力。MAŁGORZATA等［30］则进一步研究认为，生物破乳剂的结构与CO官能团密切相关，继而利用傅里叶红外光谱技术对8株菌的代谢产物进行了针对性研究，分别在1720cm-1和1770cm-1出现了很强的吸收峰，实现了对生物破乳剂的定量化检测。

现有研究表明，具有破乳活性的微生物多是从受石油污染的土壤、海泥、活性污泥以及水体等环境样品中筛选得到。表3概括了几种具有较高破乳活性的菌株［31］。这些菌株能够利用石油烃代谢产生糖脂、多糖、蛋白等生物活性成分，通过改变油水界面张力实现原油破乳；亦或通过对油-水界面的亲和力实现反向破乳，这对于油田污水的处理具有潜在应用价值。生物破乳技术因具有诸多优势而发展成为研究热点，但从当前的研究进展来看，该技术真正步入油田得以应用会受到实际工况条件的极大制约。毕毅等［32］在胜利油田研究了应用生物法破乳的可行性，发现具有破乳活力的菌株受到C、N、pH、温度、搅拌和通气速度、氧气传输速度以及加料方式和顺序等诸多条件的制约，在实际工况条件下，难以将这些外部因素优化到有利于产生有效破乳成分的水平，所以生物破乳效果受到很大抑制。显然，现有丰富的研究成果与生产工艺的契合将决定生物破乳法在原油破乳和油田污水处理中的应用或推广。

表3　高效生物破乳菌株

1.3生物絮凝处理油田回注水

油田生产产生大量废水，大部分经处理后用于回注，仅有部分外排。前者处理的重点在于控制悬浮固体的含量和粒径；后者则偏重除油。大量的回注水中含有驱油剂、表面活性剂、缓蚀剂和降黏剂等颗粒物助剂，需处理达标后再回注使用。利用生物法针对性絮凝污水中的杂质可以收到良好的处理效果。邹启贤等［33］利用所开发的生物絮凝剂Ⅺ开展了油田回注水中试试验研究，结果显示COD指标从初始的350mg/L下降至150mg/L以下，矿物油浓度也由初始的35mg/L控制在10mg/L以内，处理效果优于用于对照实验的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺；此外，试验过程中还发现该型生物絮凝剂适用于较为宽泛的酸碱环境，特别在pH 5～6范围内，生物絮凝效果更好。鉴于微生物菌群的多样性，其生物絮凝剂的功效也较为宽泛。PATHAK等［34］从印度阿萨姆邦的采油厂分离筛选出一种生物絮凝剂β-casein，在同其他3种化学絮凝剂进行对比研究时发现，β-casein对回注水中的Ni2+、Zn2+、Cd2+、Cu2+及Pb2+等金属离子也具有极强的絮凝能力，有效减少了水中重金属的含量。可见，生物絮凝技术在油田具有很大的发展潜力。

关于生物絮凝机制，一般认为水中的固体颗粒物在糖蛋白、黏多糖、纤维素和核酸等高分子代谢产物作用下，能够形成大颗粒絮凝体，沉降速度较快。中国石油大学［35］对生物絮凝剂的筛选方法进行研究，对比了传统筛选法、吡啶筛选法和DEHP筛选法的优势和不足，证实了利用吡啶筛选法能够获得更多的目的菌株，从而利用该法从含油废水、土壤和活性污泥中筛选出一株肠杆菌属菌株，并对其实施紫外诱变育种处理，获得的正变株对含油废水处理效果较好，形成的絮凝体体积大，沉降快。同生物法破乳相似，生物絮凝剂在油田污水处理方面虽具有一些突出优势，但在油田中的应用推广也受制于处理成本和工况条件。当前，生物絮凝剂菌株或细胞代谢活性成分的分离和纯化均需较高的成本，因此优化廉价有效的培养条件、提高菌体絮凝剂产量或絮凝功效，以及生物絮凝条件和实际工况的契合是决定该技术能否在油田大规模应用的关键所在。

微生物技术在地面处理系统中的应用与研究不单单局限于生物修复、生物破乳、生物絮凝等方面，在生物型抑菌剂的开发、油田外排污水处理、有害微生物防控等领域也逐渐被发掘。未来围绕着原油的处理加工，伴随着相关技术的进一步发展，生物法将渗透到油田地面生产系统的诸多环节，应用前景广阔。

2　生物法在地下开采系统中的应用

生物技术在油田地下开采系统中的研究与应用较少，不过利用微生物促进油藏开采早已成为研究热点，国内外诸多油田都对此技术的开发寄予厚望。除此之外，利用微生物技术进行油藏勘探是近年来的一个新兴研究方向。

2.1微生物驱油技术

自20世纪90年代初，微生物驱油（microbial enhanced oil recovery，MEOR）就被视为第三次采油技术。由于其成本低及具有复合采油的特点，世界各国纷纷投入研究并开展了现场试验，但随着对MEOR认知的深入，发现其复杂程度远远超出预期，研究进程一度放缓。近年来，现代化工业的发展对能源的需求迅速增长，而另一方面早期的很多油田已进入开采后期，含水量迅速提高，为提高采收率，实现可持续开发，MEOR技术再一次成为研究热点。在近十年里，相关研究一直处于快速增长趋势，其中不乏小规模实际应用的报道。

2.1.1微生物驱油技术的研究与应用

国外率先探索了利用微生物进行驱油的可行性。表4指出，美国俄克拉荷马Delaware-Childers油田［36］和North Blowhorn Creek油田［37］早在20世纪90年代就已经将MEOR技术投入试验性生产中。前者利用能够代谢产生高效表面活性成分的地衣芽孢杆菌进行驱油试验，结果表明试验油田的原油产量比对照油田提高了13%；后者则发现油藏中固有的本源微生物的代谢产物具有良好的驱油特性，继而尝试向油藏中注入KNO3、NaH2PO4以及糖蜜等营养剂，用以刺激本源微生物的代谢活性，结果使原油产量增加了7293t。继美国之后，北美的一些国家相继跟进。阿根廷的Piedras Coloradas油田和Vizacheres油田通过投加驱油微生物和营养剂，使原油产量得到提高［38］；秘鲁的Providencia油田［39］和Lobitos油田［40］在将驱油微生物注入到油藏3～6个月后，原油产量分别提高了36.4%和46.5%。特别值得关注的是加拿大，该国的Saskatchewan油田首先利用引进的营养剂投加技术使原油产量提高了225%，收到了巨大成效［41］。同中国一样，加拿大的部分油田也已进入到开采后期，一元、二元驱油技术已无法满足开采需要，大量的人财物已经集中在MEOR大规模试验上，正逐渐将该技术在国内油田推广。除了这些已经基本掌握MEOR技术的国家以外，其他很多国家也在进行积极探索。以墨西哥为例，CASTORENA-CORTES G等［42］利用油藏微生物制成混合菌株A7，该混合菌株在实验室模拟油藏条件下能够产生大量具有驱油作用的代谢产物；ROLDAN-CARRILLO等［43］则利用两株分离自油藏的菌种AF1和AF2构建了功能性菌群，该菌群在油藏温度为70℃、厌氧环境的现场试验中，收到了良好的驱油效果。MEOR技术率先在北美一些国家得到了蓬勃发展，当然这一技术的发展与各国油田的开采现状有直接关系。

表4　微生物驱油代表性研究

我国在MEOR技术的开发上起步较晚，相关研究略有滞后。不过，该技术在我国也得到高度关注，在大庆油田、胜利油田等已开展了专项研究。WANG等［44］在胜利油田罗801区块注入自主开发的营养剂刺激本土微生物生长，最终使原油产量提高了3.35%。这一成果虽不及国外的一些研究，但仍具有重要的现实意义。同年，乐建君等［45］报道了在大庆油田开展了微生物驱油实验，结合大庆油田的油藏条件，在通用营养剂中增加部分基础营养物质，最终采收率得到了较为显著的提高。可见，我国在MEOR技术的开发和应用上也取得了实质性进展，该技术的发展适合我国很多油田已步入开采后期的实际情况。事实上，随着MEOR技术在大范围内的开发和应用，也吸引了石油资源丰富的中东地区国家的关注。例如，伊朗已经逐步开发出具有较强驱油能力和环境适应性的工程菌株，并且从油藏的油水界面张力切入，对MEOR的机理进行了探索性研究［46］。

大量的研究成果证实，MEOR技术在提高油藏采收率方面，特别对于开采后期的油藏，蕴藏着极大的潜力。不过，MEOR也存在着突出的技术壁垒。无论是本源微生物还是外源微生物在油藏中难以实现受控，能否充分发挥代谢活性成分的驱油效率，是否存在着消极影响等问题都有待进一步研究；此外，该技术至少在实施细节上受到不同油藏、不同区块特点的影响，这就是为何很多国家在掌握MEOR核心技术后，在大规模推广上仍然需要开展针对性试验研究的原因。

2.1.2微生物驱油机理

国外早期的研究指出微生物驱油机理是由于微生物降解原油中的大分子，而对小分子没有影响，使原油黏度下降，但实际的油藏环境一般都是厌氧环境，原油的厌氧降解非常缓慢，难以在油藏条件下引起黏度下降［47］；后来发现，油藏中的微生物代谢产物组分复杂多样，能够起到溶解、乳化原油、降低原油黏度、改变岩石润湿性、改善岩层渗透率、增加地层压力和提高原油流动性等作用。驱油微生物的功能型代谢产物及其作用目前已基本探明，主要包括多糖、表面活性物质、生物气、酸性物质等（表5）。产生的多糖最终形成生物聚合物，能够在油藏多孔介质中起到堵调作用；表面活性物质能够降低原油表面张力，直接用于驱油；生物气在油藏中提高了压力，挤压滞留在孔道中的残余油；酸性物质能够溶解地层中的碳酸盐组分，能够提高油藏的渗透性（图2）。

表5　驱油微生物的代谢产物及其功效

当前，国内外对驱油机理的研究主要围绕着对一两种代谢产物的微观试验分析，如生物表面活性剂微观驱油机理、生物气微观驱油机理等。在未来的研究中，开展多组分代谢产物协同作用机制、代谢产物定性和定量化表征、建立微生物驱油模型等［49］，从多层面切入，都将促进对微生物驱油机制的深入认知。

2.2油藏生物勘探技术

我国油田经过五十多年的勘探开发，大多数勘探程度较高，易于发现的油藏均已被开发，剩余石油资源分散，且规模逐渐减小，导致常规勘探难度增大，增加勘探成本。由此衍生出油田微生物勘探（microbial prospecting of oil and gas，MPOG）技术应用于预测油藏，特别是地下深层油藏，可以确定地质构造的含油级别及分布，指明油藏位置，对于提高我国油田勘探和开发具有重要意义。

图2　微生物驱油机理示意图

MPOG技术起源于20世纪30年代，前苏联地质学家MOGILEWSKII发现了细菌的繁殖可以引起地表土壤中轻烃气发生季节性的变化，从而开创了利用微生物勘探石油的先例［50］。MPOG技术是基于：在油藏压力的驱动下，促使油藏中的轻烃气体连续不断的在垂直方向扩散，并迁移至地表，促进了土壤中能够以轻烃气为碳源的专性微生物的繁殖代谢，其结果造成在位于油藏上方的地表土壤中该微生物群落数量明显增加，继而可以作为特异性微生物指示油藏的存在和原油的分布［51］。早在1986年，RICE等［52］就利用该技术发现了一处地表轻烃异常的区块，通过进一步勘探发现了两个地下深度约1700m的含油圈。近年来，该技术得到了较快的发展。SAUNDERS等［53］发现土壤中的微生物出现异常，进而探明了德克萨斯州Leon郡埋藏深度为305m的Eileen Sullivan油田；KLUSMAN［54］和DANIEL［55］等也报道了利用MPOG技术发现多个零散油藏区块，经开发后证实79%以上的油井均可开采。国内在MPOG技术的研究也取得一定进展。长江大学地质微生物实验室［56］在我国大港油田地区通过对轻烃气检测异常的区块进行探测而发现储量丰富的油气资源；汪晓萌［57］对港西构造西端油藏进行MPOG方法实用运作，包括地质调查与样品采集、微生物实验技术、综合评价与远景预测，最终在60个控制点中识别出12个微生物异常区块，并确定8个含油圈富集区；袁志华等［58］将MPOG技术应用于滨北地区进行取样分析，发现该区域微生物出现异常，从而探明了该区域油气运移路径，并指出多处油气富集区。所有这些发现均建立在微生物对不同营养源异常高的适应性及广泛分布性的基础上。不过，当前尚无统一的油田指示微生物判定标准，未来针对不同油藏的形成和发育特点，建立油气资源指示微生物资源库，识别烃类微生物的指示特征，阐明高活性油气微生物群落多样性分布特点，可以为MPOG技术的发展提供强有力的理论和技术支撑。

生物法在油田地下开采系统中的研究和应用很少，除MEOR技术和MPOG技术两个方面外少见其他研究。不过，上述两项技术在国内外油田均已得到高度关注，虽不成熟但已得到一定应用，具有极大的发展前景。

3　结 语

微生物技术在油田生产中总体处于边缘化地位，除个别领域得到一定应用外，其他多数成果仍处于研究阶段。不过，随着油田生产工艺的深入发展，处理技术趋向复杂化，暴露出许多利用传统方法难以解决的新问题，将促进极具潜力的生物技术在油田的进一步发展。现有成果在油田中应用或推广受制的主要原因在于，难以解决成果的技术特点与生产工艺的配伍性问题，即便部分得以应用的成果也因自身不够完善以及受到实际工况条件的制约而限制了其进一步的大面积推广。随着这些技术不断地发展和完善，将促进更多的生物技术在油田中得以应用和推广。

［1］ 洪定一. 2012年我国石油化工行业进展及展望［J］. 化工进展，2013，32（3）：481-500.

［2］ 洪定一. 2013年我国石油化工行业进展回顾与展望［J］. 化工进展，2014，33（7）：1633-1658.

［3］ 姜岩，吴迪，任南琪，等. 生物技术在油田地面处理系统中的应用研究进展［J］. 化工进展，2009，28（9）：1489-1495.

［4］ 陈佳明，顾贵洲，李政，等. 胜利油田残余原油微生物气化研究［J］. 化学与生物工程，2015，32（1）：57-59.

［5］ XU K，TANG Y，REN C，et al. Diversity and abundance of n-alkane-degrading bacteria in the near-surface soils of a Chinese onshore oil and gas field［J］. Biogeosciences，2013，10（3）：2041-2048.

［6］ JIANG Y，REN N Q，CAI X，et al. Biodegradation of phenol and 4-chlorophenol by the mutant strain CTM 2［J］. Chinese Journal of Chemical Engineering，2008，16（5）：796-800.

［7］ 屠明明，王秋玉. 石油污染土壤的生物刺激和生物强化修复［J］. 中国生物工程杂志，2009，29（8）：129-134.

［8］ 甄丽莎，谷洁，胡婷，等. 黄土高原石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征［J］. 生态学报，2015，35（17）：5703-5710.

［9］ SARKAR D，FERGUSON M，DATTA R，et al. Bioremediation of petroleum hydrocarbons in contaminated soils： comparison of biosolids addition，carbon supplementation，and monitored natural attenuation［J］. Environmental Pollution，2005，136（1）：187-195.

［10］ AYOTAMUNO M J，KOGBARA R B，OGAJI S O T，et al. Bioremediation of a crude-oil polluted agricultural soil at Port Harcourt，Nigeria［J］. Applied Energy，2006，83（11）：1249-1257.

［11］ 乔俊，陈威，张承东. 添加不同营养助剂对石油污染土壤生物修复的影响［J］. 环境化学，2010，29（1）：6-11.

［12］ 高闯，张全. 生物刺激与生物强化联合修复柴油污染土壤［J］. 化工环保，2015，32（2）：142-146.

［13］ EMBAR K，FORGACS C，SIVAN A. The role of indigenous bacterial and fungal soil populations in the biodegradation of crude oil in a desert soil［J］. Biodegradation，2006，17（4）：369-377.

［14］ GUO S H，FAN R J，LI T T，et al. Synergistic effects of bioremediation and electrokinetics in the remediation of petroleum-contaminated soil［J］. Chemosphere，2014，109（8）：226-233.

［15］ 张秀霞，滕芝，吴佳东，等. 激活剂对石油污染土壤修复的强化作用及修复条件的优化［J］. 石油学报（石油加工），2013，29（2）：353-358.

［16］ 牛明芬，韩晓日，郭书海，等. 生物表面活性剂在石油污染土壤生物预制床修复中的应用研究［J］. 土壤通报，2005，36（5）：712-715.

［17］ WU Y C，LUO Y M，ZOU D X，et al. Bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons contaminated soil with Monilinia sp.：degradation and microbial community analysis［J］. Biodegradation，2008，19（2）：247-257.

［18］ XU R，OBBARD J P. Effect of nutrient amendments on indigenous hydrocarbon biodegradation in oil contaminated beach sediments［J］. Journal Environ Quality，2003，32（4）：1234-1243.

［19］ 黄海平，Larter S. 对残余油进行生物气化以延长油田开发寿命［J］.石油实验地质，2010，32（5）：496-503.

［20］ 张瑞玲，李鑫钢，黄国强，等. 固体微生物菌剂现场修复油田污染土壤的应用研究初探［J］. 上海环境科学，2009，28（3）：97-100.

［21］ LEE E H，KIM J，CHO K S，et al. Degradation of hexane and other recalcitrant hydrocarbons by a novel isolate，Rhodococcus sp. EH831［J］. Environmental Science and Pollution Research，2010，17（1）：64-77.

［22］ 陈立，张发旺，刘少玉，等. 中原油田石油污染土壤原位生物修复技术实验研究［J］. 环境工程学报，2011，5（10）：2385-2390.

［23］ INAM A L，MUNEER A Q，ASIF R K，et al. Biodegradation of petrochemical hydrocarbons using an efficient bacterial consortium：A2457［J］. Arabian Journal for Science and Engineering，2015，9（5）：1-10.

［24］ JIANG B，ZHOU Z C，DONG Y，et al. Biodegradation of benzene，toluene，ethylbenzene，and o-，m-，and p-xylenes by the newly isolated bacterium Comamonas sp. JB［J］. Applied Biochemistry and Biotechnology，2015，176（6）：1700-1708.

［25］ MA X K，DING N，ERIC C P. Bioaugmentation of soil contaminated with high-level crude oil through inoculation with mixed cultures including Acremonium sp.［J］. Biodegradation，2015，26（3）：259-269.

［26］ BAO M T，CHEN Q G，GONG Y J，et al. Removal efficiency of heavy oil by free and immobilised microorganisms on laboratory-scale［J］. Canadian Journal of Chemical Engineering，2013，91（1）：1-8.

［27］ YU Y，ZHANG W，CHEN G H，et al. Preparation of petroleum-degrading bacterial agent and its application in remediation of contaminated soil in Shengli Oil Field，China［J］. Environmental Science and Pollution Research，2014，21（13）：7929-7937.

［28］ 姜佳丽，苟社全，达建文，等. 原油破乳研究进展［J］. 化工进展，2009，28（2）：214-221.

［29］ AMIRABADI S S，JAHANMIRI A，RAHIMPOUR M R，et al. Investigation of Paenibacillus alvei ARN63 ability for biodemulsifier production：medium optimization to break heavy crude oilemulsion［J］. Colloids and Surfaces B：Biointerfaces，2013，109（9）：244-252.

［30］ MAŁGORZATA D，JERZY D. Formation and stabilization of emulsion with A1，A2and B β-casein genetic variants［J］. European Food Research and Technology，2007，226（1）：147-152.

［31］ NADARAJAH N，SINGH A，WARD O P. De-emulsification of petroleum oil emulsion by a mixed bacterial culture［J］. Process Biochemistry，2002，37（10）： 1135-1141.

［32］ 毕毅，周海刚，唐永安. 原油生物破乳剂与化学破乳剂的对比评价分析［J］. 中国科技信息，2005（13）：57-57.

［33］ 邹启贤，夏元东，陆正禹，等. 生物絮凝处理油田外排废水试验研究［J］. 工业水处理，2002，22（12）：19-20.

［34］ PATHAK M，DEVI A，BHATTACHARYYA K G，et al. Production of a non-cytotoxic bioflocculant by a bacterium utilizing a petroleum hydrocarbon source and its application in heavy metal removal［J］. RSC Advances，2015，5（81）：66037-66046.

［35］ 李兴存，张忠智. 微生物絮凝剂的研究进展［J］. 中国石油大学学报（自然科学版），2002，26（4）：123-125.

［36］ BRYANTR S R，THOMAS E B，DENNIS D M，et al. Microbial-enhanced waterflooding：mink unit project［R］. America：SPE Reservoir Engineering，1990： 9-13［2016-04-06］. http：//www.osti.gov/servlets/purl/7181221. DOI： 10.2118/17341-PA.

［37］ BROWN L R，LEWIS R，BYRNES M L，et al. The utilization of the microflora indigenous to and present in oil-bearing formations to selectively plug the more porous zones thereby increasing oil recovery during waterflooding［C］//America： Hughes Eastern Corporation Mtel Centre South Building，1997：45-48［2016-04-06］. http：//www.osti.gov/servlets/purl/8243/. DOI：10.2172/8243.

［38］ MAURE M A，DIETRICH F L，DIAZ V A，et al. Microbial enhanced oil recovery pilot test in Piedras Coloradas field，Argentina［R］. Argentina： Latin American and Caribbean Petroleum Engineering Conference，1999：154-156［2016-04-06］. https：//www.onepetro.org/. DOI：10.2118/53715-MS.

［39］ STRAPPA L A，LUCIA De J P，MAURE M A，et al. A novel and successful MEOR pilot project in a strong water-drive reservoir Vizcacheras field，Argentina［R］. Argentina： SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery，2004：34-35［2016-03-06］. http：//www.onepetro.org/mslib/servlet/onepetropreview？id=00089456 &soc=SPE. DOI：10.2118/89456-MS.

［40］ MAURE A，SALDANA A A，JUAREZ A R. Biotechnology application to EOR in Talara off-shore oil fields，Northwest Peru［R］. Peru： SPE Latin American and Caribbean Petroleum Engineering Conference，2005：112-114［2016-03-06］. http：//www.onepetro.org/ mslib/onepetropreview？id=3009876&soc. DOI：10.3009833.

［41］ TOWN K，HUSKY E，SHEEHY A，et al. MEOR success in Southern Saskatchewan［R］. Saskatchewan： SPE Annual Technical Conference and Exhibition，2009：773-781［2016-03-06］. http：//www.onepetro. org/mslib/servlet/onepetropreview？id=SPE-124319-PA&soc=SPE. DOI：10.2118/124319-PA

［42］ CASTORENA-CORTES G，ROLDAN-CARRILLO T，REYES-AVILA J，et al. Coreflood assay using extremophile microorganisms for recovery of heavy oil in Mexican oil fields［J］. Journal of Bioscience and Bioengineering，2012，114（4）：440-445.

［43］ ROLDAN-CARRILLO T，CASTORENA-CORTES G，REYES-AVILA J，et al. Effect of porous media types on oil recovery by indigenous microorganisms from a Mexican oil field［J］. Journal of Chemical Technology and Biotechnology，2013，88（6）：1023-1029.

［44］ WANG W D，LI J Z，GENG X L，et al. MEOR field test at block Luo801 of Shengli oil field in China［J］. Petroleum Science and Technology，2014，32（6）：673-679.

［45］ 乐建君，刘芳，张继元，等. 聚合物驱后油藏激活内源微生物驱油现场试验［J］. 石油学报，2014，35（1）：99-106.

［46］ RABIEI A，SHARIFINIK M，NIAZI A，et al. Core flooding tests to investigate the effects of IFT reduction and wettability alteration on oil recovery during MEOR process in an Iranian oil reservoir［J］. Applied Microbiology and Biotechnology，2013，97（13）：5979-5991.

［47］ ADHITYA I，SUGAI Y，SASAKI K. Estimation of the potential of an oil-viscosity-reducing bacteria，Petrotoga sp. isolated from an oilfield for MEOR［C］//Japan：International Petroleum Technology Conference. 2009：1321-1324［2016-01-28］. http：//www.onepetro.org/ mslib/servlet/onepetropreview？id=IPTC-13861-MS&soc=IPTC. DOI：10.2523/13861-MS.

［48］ YUE P，DU Z P，CHEN X F，et al. Critical parameters of horizontal well influenced by semi-permeable barrier in bottom water reservoir［J］. Journal of Central South University，2015，22（4）：1448-1455.

［49］ SEN R. Biotechnology in petroleum recovery：the microbial EOR［J］. Progress in Energy and Combustion Science，2008，34（6）：714-724.

［50］ WANG L L，MA F，QU Y Y，et al. Characterization of a compound bioflocculant produced by mixed culture of Rhizobium radiobacter F2 and Bacillus sphaeicus F6［J］. World Journal of Microbiology and Biotechnology，2011，27（11）：2559-2565.

［51］ MIQUELETTO P B，ANDREOTE F D，DIAS A C，et al. Cultivation-independent methods applied to the microbial prospection of oil and gas in soil from a sedimentary basin in Brazil［J］. Amb Express，2011，1（1）：35-35.

［52］ RICE W C，MILLER L K. Baculovirus transcription in the presence of inhibitors and in nonpermissive Drosophila cells［J］. Virus Research，1986，6（2）：155-172.

［53］ SAUNDERS D F，BURAON K R，THOMPSON C K. Model for hydrocarbon microseepage and related near-surface alterations［J］. AAPG Bulletin，1999，83（1）：170-185.

［54］ KLUSMAN R W，LEOPOLD M E，LEROY M P . Seasonal variation in methane fluxes from sedimentary basins to the atmosphere：results from chamber measurements and modeling of transport from deep sources［J］. Journal of Geophysical Research Atmospheres，2000，105（D20）：24661-24670.

［55］ DANIEL C，HITZMAN M W，HITZMAN D O，et al. Advances in hydrocarbon microseepage detection： MOST and SSG and their applications［C］. 中国：海洋地质、矿产资源与环境学术研讨会论文摘要集. 2006：1221-1230［2016-02-26］. http：//xueshu.baidu.com/s？wd=paperuri%3A%28ec05589d500305754d7ea719d3eca68d%29&fi lter=sc_long_sign&tn=SE_xueshusource_2kduw22v&sc_vurl=http% 3A%2F%2Fcpfd.cnki.com.cn%2FArticle%2FCPFDTOTAL-ZGDJ20 0611001053.htm&ie=utf-8&sc_us=5819123001883233342. DOI：12. 2422/134458.

［56］ 袁志华，汪晓萌. 利用微生物勘探技术预测港西旺32井区有利油气富集区［J］. 长江大学学报（自然科学版理工旬刊），2012，9（2）：5-8.

［57］ 汪晓萌. 港西构造西端油气微生物勘探研究［D］. 荆州：长江大学，2012：13-14.

［58］ 袁志华，田军，孙宏亮. 石油微生物勘探技术在滨北地区的应用［J］.长江大学学报（自然科学版：理工旬刊），2010，7（3）：245-247.

Biotechnological application to ground processing and underground mining in oil field

JIANG Yan，ZHANG Xiaohua，LIANG Xinyuan，ZHANG Xianming
（Engineering Research Center for Waste Oil Recovery Technology and Equipment of Ministry of Education，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China）

In this paper，biotreatments applied to ground processing and underground mining in oilfield were summarized and discussed mainly on as the present development situation and existing problems. In ground processing system，biological technology is involved in many research areas，such as bioremediation，biological demulsification，and biofloculation. It has been extensively researched，but moderately applied. However，further promotion and application are severely hindered due to the constraints of the technology maturity，the actual working conditions and treatment costs. In underground mining system，the application scope of biological technology is comparatively narrow，and microbial enhanced oil recovery（MEOR）has become the most profound forefront research area in oilfield during decades of development. Some achievements have been applied on small scale，yet this technology would be greatly influenced by different characteristics of reservoirs. Hence，it is of great difficulty to apply MEOR in the controlled environment，which would be the restraint from its popularization. Besides，microbial prospecting of oil and gas（MPOG），a recently-developed microbiological exploration technology to identify the location of the reservoir based on the surfacecomposition of microbial community，has already achieved some results. With the future improvement of the related technologies and the solutions to the actual working condition problems，biological technology is bound to be developed more broadly in oilfield production.

biotechnology；oil field；bioremediation；biological demulsification；biofloculation；microbial enhanced oil recovery；microbial prospecting of oil and gas

X 592；X 172

A

1000-6613（2016）11-3383-09

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.11.001

2016-03-24；修改稿日期：2016-07-05。

国家自然科学基金（21376285）、重庆市科学基金（CSTC2013jcyjA20014）、教育部平台科技资助项目（FYKF201506）、重庆市应用技术开发重点项目（cstc2014yykfB90002）及重庆市教委科技资助重点项目（KJZH14210）。

及联系人：姜岩（1971—），男，博士，教授，主要从事环境生物技术研究。E-mail jiangyan@ctbu.edu.cn。