微生物来采油啦！

■ 王大锐

微生物提高原油采收率 (MEOR)是利用微生物的代谢作用及代谢产物作用于油藏残余油，改变原油/岩石/水界面性质，并改善原油的流动性，增加低渗透带的渗透率，是提高采收率的一项高新生物技术。在经历了传统的热驱、化学驱、气驱之后，微生物提高原油采收率的技术被称为第四种提高采收率方法，进入了人们的视野，并在实际应用中取得了较好的效果。

微生物驱油技术机理研究

微生物采油的机理和效果在于以下几个方面：微生物代谢产物，如微生物代谢产生气体（CH4、H2、CO2、N2）降低原油黏度、促进原油流动；产生低分子量有机酸和低分子量脂肪酸溶解碳酸岩，增大孔隙度，提高渗透率；代谢醇类物质、酮类物质等起到乳化剂的作用，溶解原油降低黏度，降解孔喉中大分子长链烃，参与稳定和减少界面张力促进乳化达到提高渗透性的目的；产生生物表面活性剂改变岩石的表面性质，如润湿角或改变原油黏度；以及产生生物大分子、生物质选择性堵塞高渗透地区孔隙、选择性和非选择性的添加作为增堵剂，改变原油黏度、油断电点以及脱硫等。

微生物堵调作用有两个方面：①细菌大量繁殖，在油藏多孔介质中，细菌个体增加会导致堵塞，因为细菌本身粒径为0.5～5·m；②有些细菌在油藏中可合成高分子多糖，起到深部堵调作用，无论是外源菌还是内源菌，只要条件合适，均可实现该机理的作用。依靠细菌细胞的堵调作用，一般要求油藏渗透率不宜太高，多数报道的油藏渗透均在0.5×10-3/m2以下。依靠微生物在油藏多孔介质中产生多糖进行封堵在我国吉林油田取得成功，所用的细菌可产生非水溶性纤维素多糖生物聚合物，现场应用时需要提供可溶性糖类作为营养。成功应用的一个关键因素是该油田油藏温度在30～40℃，正好是细菌生长代谢的最适温度。这个温度优势也带来杂菌污染的问题。微生物很难在高温条件下产生生物多糖，所以这个机理只合适于低温油藏（20～40℃），同时还必须提供糖类营养底物。

微生物产生的生物表面活性剂可分为四大类：糖脂类、磷脂类、脂蛋白或缩氨酸和聚合物类，由于具有水溶性好、无毒、安全、驱油效果好等特点，国内外在这方面开展了广泛的研究。这些研究可分为两个方面，即地面生产生物表面活性剂和地下原位产生生物表面活性剂。

多种微生物在代谢过程中能产生生物气，一般包括H2、CO2和CH4等，无论是什么气体，如果在油藏中产生必然有利于采油。这些气体均是微生物以碳水化合物为底物发酵生成的，气体的产量与驱油效果有直接关系。

微生物采油技术发展现状

早在1926年，美国石油工程师Beckman首次提出，微生物可以用来释放多孔介质中的原油。到了20世纪60—70年代，微生物采油技术在捷克斯洛伐克、匈牙利、波兰等欧洲国家得到重视和显著发展，这些研究集中在将混合厌氧菌或兼性厌氧菌注入油井，利用其生理特点及代谢产物作用于油层，提高采收率。20世纪70年代至今，众多的微生物采油研究在世界各国开展，前苏联、美国、澳大利亚、加拿大以及诸多欧洲国家纷纷开展相应的研究以及油田试验工作，如今微生物采油技术的焦点与注水驱油紧密相关。

捷克、波兰、匈牙利、罗马尼亚、荷兰、前苏联先后也开展了研究和试验。第一次高峰主要集中在上世纪50—60年代的东欧及前苏联，第二位高峰主要集中在80—90年代的美国，第三次高峰则主要集中在90年代以后的中国。第一次高峰期基本上没有基础研究，都是利用厌氧发酵类菌，配以糖类为主的培养基，依靠微生物产酸、产气影响储层；应用的工艺多为单井吞吐，少数为井组驱油；大部分试验有增油效果，但由于分析方法不同，试验之间常没有可比性。第二次高峰期主要是80—90年代美国能源部组织的研究，应该说，MEOR真正系统的研究应该是从这个时期开始的。内容涉及MEOR的油藏适应范围、耐高温菌的分离、微生物采油功能评价、不同微生物的生长、运动和运移规律等研究，同时开展了微生物防蜡、单井吞吐和微生物驱油现场试验。

中国的微生物采油研究开展于20世纪60年代，由中科院的微生物研究所承担研究任务，起步几乎与世界同步，但直到90年代以后才进入现场试验，“九五”、“十五”期间国家科技部均支持相关课题研究。对细菌代谢产生的多糖等增稠剂提高采收率、微生物地下发酵提高采收率以及生物表面活性剂、生物聚合物提高采收率等方面开展研究，并开展了微生物驱油矿场试验，取得了一定的成果。在近20年里，我国在微生物提高原油采收率领域研究相当活跃，在该领域的研究已能跻身世界领先水平。

目前，微生物清防蜡技术已经基本成熟，和常规的化学防蜡技术实施工艺相同，处理范围只限于油井井筒，只不过使用的是生物制剂。生物制剂对不同的原油具有一定的选择性，因此，实施前需要做微生物与原油性质的配伍性试验。微生物单井吞吐技术也基本成熟，和常规的酸化技术实施工艺相似，处理范围是油田近井地带，一般同时注入细菌和营养，需要关井三天到一周时间后恢复生产，适合中低渗透率油藏使用。上述两项技术在国外油田公司作为生产维护和增产措施已得到广泛应用。而微生物驱油技术目前仍在先导试验阶段，只有俄罗斯的内源微生物驱油技术达到工业化应用。截至2010年，国内的微生物驱油技术现场试验已超过24个区块，多数试验的驱油机理针对性不强，所以对有效和无效的试验结果不能合理的解释。由于微生物驱油技术处理的范围是整个油藏，是真正意义上的提高采收率技术，因此，一直倍受关注，国内外的研究一直在持续。

近20年来，全国共有11个油田开展过1739口油井微生物清防蜡试验和应用，其中胜利油田实施了1642口。有些油井实施多个轮次，维持生产多年，普遍显示降低油田负荷、减少蜡卡、热洗和作业次数。

微生物采油技术发展趋势

现代分子微生物分析手段加快了内源微生物的解析和认识，已开发的油藏几乎都存在丰富的内源微生物，这是内源微生物驱油的先决条件。内源微生物根据需要可用于驱油，也可用于调剖，理论上是成本最低的微生物驱油技术，也是目前研究的主要方向，国内学者认为针对枯竭油藏、地下液体流速很慢油藏，只需注入无机营养，同时注入适量的空气，让内源微生物利用地下残余油作为碳源，这种方式成本最低，大港油田曾与俄罗斯合作取得了成功；而针对整装区块、井网较完善、地下液体流速较快的油藏，微生物在地下停留时间较短，希望其快速发挥作用，需要适当补充碳水化合物，以促进微生物快速生长代谢。

特别值得注意的是，微生物采油技术诞生的70多年以来，人们一直关注的是微生物如何有效作用于油藏原油性能问题，国内外学者从未探讨过内源好氧或厌氧微生物与油藏储层矿物有何作用问题。事实上，油藏储层中含有多种黏土矿物，往往构成泥质岩和碎屑储集岩填隙物质的主要组分。其中常见的黏土矿物有蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石、蒙脱石/伊利石、伊利石/蒙脱石和绿泥石/蒙脱石不规则混层矿物等。人们重点关注的是，粘土矿物的存在和油气开发中遇到的各种油层损害密切相关。

这一崭新的发展方向，从当前利用微生物作用油藏原油研究，拓展到微生物作用油藏储层矿物研究，可为低渗油层储层缩膨与提高原油采收率开辟新的途径。更是在提高油藏储层渗透率工程中由防御型（防膨作用）转变为进攻型（缩膨作用）的体现，可为提高我国低渗油层原油采收率提供新的技术支撑。