微生物驅油技術的應用研究進展

微生物驅油技術作為三次采油技術的核心技術之一，是利用微生物及其代謝產物作用于油層來提高原油采收率的。它能有效改善原油物性及油藏地層條件，提高滲透率，且具有成本低、見效快、應用范圍廣、安全性高和環境友好等優點。因而，該技術目前研究較多且已應用在國內外各大油田。筆者綜述了微生物驅油技術的應用研究進展，闡述了微生物驅油原理與研究近況，概述了微生物驅油技術的應用，并對微生物驅油技術今后的應用發展提出了建議，以期為相關應用研究提供借鑒。

1微生物驅油技術的原理與研究近況

1.1微生物驅油原理

在世界石油開發范圍內，經過一次、二次常規采油之后的總采收率只能達到地下原油含量的30％～40％，而遺留在地層的殘余油高達60％～70％。如何提高原油采收率成為石油行業亟待解決的重大問題之一。多年來，經過眾多專家與學者的大量研究實踐，熱驅、化學驅、氣驅、微生物驅等提高采收率的技術先后產生，且應用效果顯著。其中，自1926年Beckman提出“細菌能采油”的構想至今，經過80多年的發展，微生物強化水驅、微生物吞吐、微生物選擇性封堵地層、微生物清蠟等已發展成一項較為成熟的提高采收率技術—微生物驅油技術（MEOR）。

微生物驅油技術是指將微生物及其營養源注入油藏地層中，一方面利用微生物自身直接作用，改善原油物性，提高原油流動性，另一方面，利用微生物代謝產生的有機酸、生物表面活性物質、聚合物等具有驅油作用的代謝產物，來提高原油采收率的一種技術。

1.2微生物驅油技術研究近況

（1）微生物驅油技術在國外的研究進展

20世紀70年代以來，加拿大、捷克、波蘭等國陸續地開展了礦場試驗，并取得了不錯的效果。1988年，俄羅斯在Romashkinskoe油田開展了通過篩選特定的營養物和空氣，將其與注水作業一起注入到油層中，來激活地層中的本源微生物以提高原油采收率的試驗，分析產出的液體表明：微生物濃度比注前明顯升高，原油采收率也有所提高。加拿大、英國、波蘭、澳大利亞等國也都進行了相關的研究試驗。

PegahSarafzadeh等人利用嗜熱脂肪芽孢桿菌和陰溝腸桿菌產生的生物表面活性劑進行驅油實驗，研究發現：油水界面張力在25分鐘內從32.0mN/m下降到16.3mN/m；只含原油的培養基黏度為27.26cP，而原油與微生物混合的培養基中黏度為25.40cP?？梢?，應用微生物驅油技術能達到改善原油物性效果，不過黏度下降幅度較小，實驗效果不夠理想。

HamidehKhajepour等人在微生物驅油實驗中，建立微觀可視模型，通過測定油藏的相對滲透率，分析其潤濕性變化，發現隨著界面張力減小和油藏潤濕性由親油轉為親水的變化，殘余油飽和度減小，原油采收率增加了24.5％。該實驗中巧妙的設計了透明玻璃的微觀模型，使油水兩相流微觀可視，從而檢測潤濕性的變化和殘余油飽和度的減小，更為準確。

H.S.El-Sheshtawy等人從油藏里分離出地衣芽孢桿菌，并對其產生的生物表面活性劑利用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）進行分析，以探究其提高原油采收率的能力。結果表明：乳化能力提高至96％，蒸餾水的表面張力從72mN/m下降到36mN/m，在該填砂模型中原油采收率提高16.6％。該實驗利用FTIR技術對生物表面活性劑的化學結構進行了分析，更為深入細致地探討了其在改善原油物性方面的作用，值得借鑒。

（2）微生物驅油技術在我國的研究近進展

90年代以來．我國大大加快了研究應用微生物驅油技術的步伐。新疆、扶余、大慶、勝利、大港、冀東、江漢、遼河等油田均進行了應用微生物驅油技術的試驗[13]，大約進行了2000井次。2005年,中原油田在M42、M159等井組的29口井內，進行了12井次微生物驅油試驗研究，其中有25口井明顯見效。截至2005年6月，含水率下降了3.6％，日增油量達38.2t，累計增油量達7000t[14]。近幾年來，我國加強國際間的技術合作，積極從國外引進先進的微生物采油技術，以期加快我國微生物采油技術發展的步伐。

徐豪飛等人根據NB油田原油黏度大、含水率上升快的特點，通過室內物理模擬實驗，探究了微生物驅油技術在高含水期稠油油藏提高原油采收率的能力，發現微生物不僅能顯著改善原油物性：油水界面張力下降31.48%，原油黏度下降26.35%，而且能夠有效提高采收率：當含水率為98%時，注入0.6PV的微生物C體系，原油采收率增幅高達14.4%。該實驗證明了微生物驅油技術應用于高含水稠油油藏的可行性，又鑒于高含水稠油油藏的廣泛分布，相關研究有進一步深入的價值。

ChangjunZou等人從被石油污染的土壤樣本中分離出不動桿菌，并對不動桿菌產生的生物表面活性劑進行了研究。他們發現該生物表面活性劑可使水的表面張力由65mN/m下降到35mN/m，使油水界面張力由45mN/m下降到15mN/m；且根據氣相色譜分析法發現原油中的重質組分增加、輕質組分減少。該實驗大大改善原油物性，為處理解決石油的環境污染問題，提供了有利的理論支撐，相關研究工作值得進一步深入擴展。

ZhiyongSong等人通過大規模的微生物驅油實驗對營養物消耗和注入策略進行了動態的調查分析，得出如下結論：由細胞形成的生物膜黏附在多孔介質表面，可以促進巖石潤濕性改變，從而提高殘余油采收率，且隨著被激發微生物數量的增加，上游的殘余油飽和度與下游相比明顯減??；調整注入策略后，殘余油采收率提高11.9％。該實驗分析了原油采收率、生物量、營養物消耗等因素之間的關系，確定出最優化的注入策略，為“如何應用微生物驅油技術”提供了一種新的技術思路。

2微生物驅油技術的應用現狀

微生物驅油技術作為驅油體系具有創新性，將調剖和驅替集于一體，不僅能很好地應用于常規油田，甚至也在高含水或近枯竭的低滲透油田的應用中產生了顯著的效果。應用微生物驅油技術提高原油采收率的優勢，主要體現在以下三個方面：

（1）含水率下降，產油量增加

WangXingbiao等人在勝利油田探究了營養物注入對油藏內微生物群落結構及其多樣性的影響。試驗表明：注入營養物后，S12-4井的產出液中含水率從92%下降到80%，且該井的原油產量持續增加，從2.9T/d上升到6.2T/d。該實驗以油藏的環境特征和微生物群落為依據，有針對性地設計“刺激方案”以驅油，為微生物驅油技術的定點試驗提供了一種思路。

孫磉礅等人對在勝利油田7個區塊進行了不同方式的微生物驅油試驗后，發現各區塊含水上升率明顯下降，且見效持續時間長，以羅801塊為例，其含水上升率連續8年控制在1.5％以內，累計增油12.28萬噸。但該實驗中物模試驗沒有模擬出復雜的油藏條件，影響了微生物驅油技術的現場應用效果。

ZhaoweiHou等人針對大慶朝陽溝低滲透油田中微生物吞吐和微生物驅的應用，進行了研究，發現實施微生物驅油后，10口油井中有7口見效明顯，其產油量上升，含水率下降：試驗區日產液由50.7t上升到68.3t，日產油由24.7t上升到40.8t，含水由46.8％下降到40.3％，累計增油達8000多噸。雖然該實驗取得了一定的研究成果，筆者建議該實驗適當地擴大在低滲透油田中的應用研究規模，會更有說服力。

KristaTown等人通過注入營養物選擇性激發油層中微生物菌種的方法，在加拿大的薩斯喀徹溫省南部地區的高含水油田成功應用了微生物驅油技術后，再回歸生產，發現試驗井含水率下降10％、石油產量一年內平均提高200％。筆者認為該試驗極為成功，應用微生物驅油技術后含水率明顯下降，產油量急劇上升，顯示出微生物驅油技術在高含水油田中的巨大應用優勢?？傊?，應用微生物驅油技術，可有效減緩油井含水上升趨勢，降低含水率，提高原油產量。

（2）原油物性改善

張相春等人對位于鄂爾多斯盆地延安組的低滲透油田中微生物驅油規律及其影響因素進行了應用研究，發現微生物代謝產生的以表面活性劑為主的活性物質能夠有效降低原油黏度，降黏率高達30％以上；同時能夠使原油中的重質組分減少，輕組分增加，同時從物理和化學性質上改善了原油物性。該實驗表明在低滲透油田實施微生物驅油技術降黏率顯著提高，原油物性也有效改善，筆者認為若能進一步細化影響因素分析，所得結論會更可靠。蓋立學等人[26]在大慶油田低滲透油藏進行了微生物驅油應用試驗后，發現3口油井中原油的平均黏度由94.3mPa?s下降到76.0mPa?s，凝固點由40℃下降到35.7℃，原油中蠟、膠質含量降低，含蠟量由12.4％下降到7.6％，油水界面張力由46.3mN/m降低到39.8mN/m。該實驗針對大慶低滲透油田的開發特點，篩選出特定的菌種進行微生物驅油實驗，達到了明顯改善原油物性的效果，值得深入研究。Gaytán等人[27]以一個獨立的方解石巖石系統模擬極端環境條件，利用兩種分離自墨西哥油藏的嗜熱本源菌株IMP-100和IMP-200進行驅油試驗，借以探究本源微生物菌株提高原油采收率的能力。他們發現此兩種菌株使原油的黏度從4473.5mPa?s分別降低到3130mPa?s、2300mPa?s，能夠實現方解石巖石中重質原油的開采。該實驗表明本源微生物較外源微生物有更強的適應力，能夠在極端環境下代謝繁殖，且其產生的活性劑有機酸、二氧化碳等代謝物質可降低原油黏度、提高巖石的滲透率，從而提高原油的采收率，對重質油開采有很大的借鑒意義。

可見，應用微生物驅油技術，能夠不同程度地降低黏度和油水界面張力等原油物性參數，有效改善原油物性，提高原油流動性，以提高原油采收率。

（3）殘余油飽和度減小

應用微生物驅油技術時，微生物在代謝過程中產生以表面活性劑為主的活性物質，可有效降低油水界面張力，減小毛細管阻力，加快孔隙介質中的油滴在地層中的移動速度。同時，代謝產生的生物表面活性劑可使油藏巖石的潤濕性逐步由親油轉成親水，從而使黏附在巖石表面的油膜脫落并開始流動，油藏殘余油飽和度降低，可一定程度地提高采收率。據劉志文等人的研究可知：在低滲透油田中，注入微生物前巖心殘余油的飽和度主要分布在25％到35％之間，而注入微生物之后巖心殘余油的飽和度主要分布在15％到25％之間。與注入微生物前相比，巖心殘余油飽和度平均減少了9.2％。該實驗在一定程度可減小了殘余油飽和度，提高了原油采收率，但筆者認為該實驗中樣本采集地點缺乏研究的普遍意義，過于局限。

黃凡等人在胡尖山低滲透油田中進行了微生物驅油技術的應用研究，在胡字號井組殘余油中注入微生物之后，殘余油分布發生變化，油井見效情況反映驅替優勢方向逐步轉變到殘余油富集區域，起到了有效動用富集殘余油的效果。筆者認為，該實驗綜合考慮了微生物驅油技術在低滲透油田中應用的影響因素，合理地采用了“先調后驅，調驅結合”的技術思路，但缺乏有力的數據支撐。

AmaliaYunitaHalim等人利用孢子形成的地衣芽孢桿菌421在北海的白堊紀油藏進行了微生物驅油試驗，研究結果表明：注入該種微生物后，殘余油采收率在均質巖心提高1.0-2.3％，在非均質巖心提高了6.9～8.8％。該實驗的創新之處在于利用“孢子形成菌”進行巖心驅替實驗，該菌能夠深入地滲透進白堊巖石，擠進孔隙喉道，增強了驅油效果。綜上，應用微生物驅油技術，可有效減小殘余油飽和度,提高原油采收率。

3結論

微生物驅油技術由于創新性的驅油體系以及成本低、適應范圍廣、環境友好、施工方便等優點，在油田應用中取得了顯著的驅油效果：含水率下降和產油量增加、原油物性改善、殘余油飽和度減小，使原油的采收率得到明顯提高。但由于該技術本身具有限制因素，加之大多油田具有較差的地質條件和較大的開發難度，微生物驅油技術在油田應用中仍存在一些問題亟待解決。今后的應用研究應著重于以下幾點：

（1）在油田應用微生物驅油技術時，可考慮將微生物驅油技術與壓裂等措施結合起來應用，使得油藏微裂縫發育，有助于取得更好的驅油效果；
（2）繼續深入微生物驅油技術在油田中應用的模擬研究，篩選確定出驅油菌種、營養物及代謝機制，增強微生物與巖石以及外源微生物與內源微生物的配伍性，提高應用微生物驅油技術的成功率；
（3）在油田應用微生物驅油技術時，加強對微生物的監測,在地層環境下,研究微生物的增殖性、二次原油回收試驗和微生物代謝性能強化等，強化微生物驅油機制作用性能。

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