微生物驱油技术的应用研究进展-石油圈

微生物驱油技术作为三次采油技术的核心技术之一，是利用微生物及其代谢产物作用于油层来提高原油采收率的。它能有效改善原油物性及油藏地层条件，提高渗透率，且具有成本低、见效快、应用范围广、安全性高和环境友好等优点。因而，该技术目前研究较多且已应用在国内外各大油田。笔者综述了微生物驱油技术的应用研究进展，阐述了微生物驱油原理与研究近况，概述了微生物驱油技术的应用，并对微生物驱油技术今后的应用发展提出了建议，以期为相关应用研究提供借鉴。

1微生物驱油技术的原理与研究近况

1.1微生物驱油原理

在世界石油开发范围内，经过一次、二次常规采油之后的总采收率只能达到地下原油含量的30％～40％，而遗留在地层的残余油高达60％～70％。如何提高原油采收率成为石油行业亟待解决的重大问题之一。多年来，经过众多专家与学者的大量研究实践，热驱、化学驱、气驱、微生物驱等提高采收率的技术先后产生，且应用效果显著。其中，自1926年Beckman提出“细菌能采油”的构想至今，经过80多年的发展，微生物强化水驱、微生物吞吐、微生物选择性封堵地层、微生物清蜡等已发展成一项较为成熟的提高采收率技术—微生物驱油技术（MEOR）。

微生物驱油技术是指将微生物及其营养源注入油藏地层中，一方面利用微生物自身直接作用，改善原油物性，提高原油流动性，另一方面，利用微生物代谢产生的有机酸、生物表面活性物质、聚合物等具有驱油作用的代谢产物，来提高原油采收率的一种技术。

1.2微生物驱油技术研究近况

（1）微生物驱油技术在国外的研究进展

20世纪70年代以来，加拿大、捷克、波兰等国陆续地开展了矿场试验，并取得了不错的效果。1988年，俄罗斯在Romashkinskoe油田开展了通过筛选特定的营养物和空气，将其与注水作业一起注入到油层中，来激活地层中的本源微生物以提高原油采收率的试验，分析产出的液体表明：微生物浓度比注前明显升高，原油采收率也有所提高。加拿大、英国、波兰、澳大利亚等国也都进行了相关的研究试验。

PegahSarafzadeh等人利用嗜热脂肪芽孢杆菌和阴沟肠杆菌产生的生物表面活性剂进行驱油实验，研究发现：油水界面张力在25分钟内从32.0mN/m下降到16.3mN/m；只含原油的培养基黏度为27.26cP，而原油与微生物混合的培养基中黏度为25.40cP。可见，应用微生物驱油技术能达到改善原油物性效果，不过黏度下降幅度较小，实验效果不够理想。

HamidehKhajepour等人在微生物驱油实验中，建立微观可视模型，通过测定油藏的相对渗透率，分析其润湿性变化，发现随着界面张力减小和油藏润湿性由亲油转为亲水的变化，残余油饱和度减小，原油采收率增加了24.5％。该实验中巧妙的设计了透明玻璃的微观模型，使油水两相流微观可视，从而检测润湿性的变化和残余油饱和度的减小，更为准确。

H.S.El-Sheshtawy等人从油藏里分离出地衣芽孢杆菌，并对其产生的生物表面活性剂利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行分析，以探究其提高原油采收率的能力。结果表明：乳化能力提高至96％，蒸馏水的表面张力从72mN/m下降到36mN/m，在该填砂模型中原油采收率提高16.6％。该实验利用FTIR技术对生物表面活性剂的化学结构进行了分析，更为深入细致地探讨了其在改善原油物性方面的作用，值得借鉴。

（2）微生物驱油技术在我国的研究近进展

90年代以来．我国大大加快了研究应用微生物驱油技术的步伐。新疆、扶余、大庆、胜利、大港、冀东、江汉、辽河等油田均进行了应用微生物驱油技术的试验[13]，大约进行了2000井次。2005年,中原油田在M42、M159等井组的29口井内，进行了12井次微生物驱油试验研究，其中有25口井明显见效。截至2005年6月，含水率下降了3.6％，日增油量达38.2t，累计增油量达7000t[14]。近几年来，我国加强国际间的技术合作，积极从国外引进先进的微生物采油技术，以期加快我国微生物采油技术发展的步伐。

徐豪飞等人根据NB油田原油黏度大、含水率上升快的特点，通过室内物理模拟实验，探究了微生物驱油技术在高含水期稠油油藏提高原油采收率的能力，发现微生物不仅能显著改善原油物性：油水界面张力下降31.48%，原油黏度下降26.35%，而且能够有效提高采收率：当含水率为98%时，注入0.6PV的微生物C体系，原油采收率增幅高达14.4%。该实验证明了微生物驱油技术应用于高含水稠油油藏的可行性，又鉴于高含水稠油油藏的广泛分布，相关研究有进一步深入的价值。

ChangjunZou等人从被石油污染的土壤样本中分离出不动杆菌，并对不动杆菌产生的生物表面活性剂进行了研究。他们发现该生物表面活性剂可使水的表面张力由65mN/m下降到35mN/m，使油水界面张力由45mN/m下降到15mN/m；且根据气相色谱分析法发现原油中的重质组分增加、轻质组分减少。该实验大大改善原油物性，为处理解决石油的环境污染问题，提供了有利的理论支撑，相关研究工作值得进一步深入扩展。

ZhiyongSong等人通过大规模的微生物驱油实验对营养物消耗和注入策略进行了动态的调查分析，得出如下结论：由细胞形成的生物膜黏附在多孔介质表面，可以促进岩石润湿性改变，从而提高残余油采收率，且随着被激发微生物数量的增加，上游的残余油饱和度与下游相比明显减小；调整注入策略后，残余油采收率提高11.9％。该实验分析了原油采收率、生物量、营养物消耗等因素之间的关系，确定出最优化的注入策略，为“如何应用微生物驱油技术”提供了一种新的技术思路。

2微生物驱油技术的应用现状

微生物驱油技术作为驱油体系具有创新性，将调剖和驱替集于一体，不仅能很好地应用于常规油田，甚至也在高含水或近枯竭的低渗透油田的应用中产生了显著的效果。应用微生物驱油技术提高原油采收率的优势，主要体现在以下三个方面：

（1）含水率下降，产油量增加

WangXingbiao等人在胜利油田探究了营养物注入对油藏内微生物群落结构及其多样性的影响。试验表明：注入营养物后，S12-4井的产出液中含水率从92%下降到80%，且该井的原油产量持续增加，从2.9T/d上升到6.2T/d。该实验以油藏的环境特征和微生物群落为依据，有针对性地设计“刺激方案”以驱油，为微生物驱油技术的定点试验提供了一种思路。

孙磉礅等人对在胜利油田7个区块进行了不同方式的微生物驱油试验后，发现各区块含水上升率明显下降，且见效持续时间长，以罗801块为例，其含水上升率连续8年控制在1.5％以内，累计增油12.28万吨。但该实验中物模试验没有模拟出复杂的油藏条件，影响了微生物驱油技术的现场应用效果。

ZhaoweiHou等人针对大庆朝阳沟低渗透油田中微生物吞吐和微生物驱的应用，进行了研究，发现实施微生物驱油后，10口油井中有7口见效明显，其产油量上升，含水率下降：试验区日产液由50.7t上升到68.3t，日产油由24.7t上升到40.8t，含水由46.8％下降到40.3％，累计增油达8000多吨。虽然该实验取得了一定的研究成果，笔者建议该实验适当地扩大在低渗透油田中的应用研究规模，会更有说服力。

KristaTown等人通过注入营养物选择性激发油层中微生物菌种的方法，在加拿大的萨斯喀彻温省南部地区的高含水油田成功应用了微生物驱油技术后，再回归生产，发现试验井含水率下降10％、石油产量一年内平均提高200％。笔者认为该试验极为成功，应用微生物驱油技术后含水率明显下降，产油量急剧上升，显示出微生物驱油技术在高含水油田中的巨大应用优势。总之，应用微生物驱油技术，可有效减缓油井含水上升趋势，降低含水率，提高原油产量。

（2）原油物性改善

张相春等人对位于鄂尔多斯盆地延安组的低渗透油田中微生物驱油规律及其影响因素进行了应用研究，发现微生物代谢产生的以表面活性剂为主的活性物质能够有效降低原油黏度，降黏率高达30％以上；同时能够使原油中的重质组分减少，轻组分增加，同时从物理和化学性质上改善了原油物性。该实验表明在低渗透油田实施微生物驱油技术降黏率显著提高，原油物性也有效改善，笔者认为若能进一步细化影响因素分析，所得结论会更可靠。盖立学等人[26]在大庆油田低渗透油藏进行了微生物驱油应用试验后，发现3口油井中原油的平均黏度由94.3mPa?s下降到76.0mPa?s，凝固点由40℃下降到35.7℃，原油中蜡、胶质含量降低，含蜡量由12.4％下降到7.6％，油水界面张力由46.3mN/m降低到39.8mN/m。该实验针对大庆低渗透油田的开发特点，筛选出特定的菌种进行微生物驱油实验，达到了明显改善原油物性的效果，值得深入研究。Gaytán等人[27]以一个独立的方解石岩石系统模拟极端环境条件，利用两种分离自墨西哥油藏的嗜热本源菌株IMP-100和IMP-200进行驱油试验，借以探究本源微生物菌株提高原油采收率的能力。他们发现此两种菌株使原油的黏度从4473.5mPa?s分别降低到3130mPa?s、2300mPa?s，能够实现方解石岩石中重质原油的开采。该实验表明本源微生物较外源微生物有更强的适应力，能够在极端环境下代谢繁殖，且其产生的活性剂有机酸、二氧化碳等代谢物质可降低原油黏度、提高岩石的渗透率，从而提高原油的采收率，对重质油开采有很大的借鉴意义。

可见，应用微生物驱油技术，能够不同程度地降低黏度和油水界面张力等原油物性参数，有效改善原油物性，提高原油流动性，以提高原油采收率。

（3）残余油饱和度减小

应用微生物驱油技术时，微生物在代谢过程中产生以表面活性剂为主的活性物质，可有效降低油水界面张力，减小毛细管阻力，加快孔隙介质中的油滴在地层中的移动速度。同时，代谢产生的生物表面活性剂可使油藏岩石的润湿性逐步由亲油转成亲水，从而使黏附在岩石表面的油膜脱落并开始流动，油藏残余油饱和度降低，可一定程度地提高采收率。据刘志文等人的研究可知：在低渗透油田中，注入微生物前岩心残余油的饱和度主要分布在25％到35％之间，而注入微生物之后岩心残余油的饱和度主要分布在15％到25％之间。与注入微生物前相比，岩心残余油饱和度平均减少了9.2％。该实验在一定程度可减小了残余油饱和度，提高了原油采收率，但笔者认为该实验中样本采集地点缺乏研究的普遍意义，过于局限。

黄凡等人在胡尖山低渗透油田中进行了微生物驱油技术的应用研究，在胡字号井组残余油中注入微生物之后，残余油分布发生变化，油井见效情况反映驱替优势方向逐步转变到残余油富集区域，起到了有效动用富集残余油的效果。笔者认为，该实验综合考虑了微生物驱油技术在低渗透油田中应用的影响因素，合理地采用了“先调后驱，调驱结合”的技术思路，但缺乏有力的数据支撑。

AmaliaYunitaHalim等人利用孢子形成的地衣芽孢杆菌421在北海的白垩纪油藏进行了微生物驱油试验，研究结果表明：注入该种微生物后，残余油采收率在均质岩心提高1.0-2.3％，在非均质岩心提高了6.9～8.8％。该实验的创新之处在于利用“孢子形成菌”进行岩心驱替实验，该菌能够深入地渗透进白垩岩石，挤进孔隙喉道，增强了驱油效果。综上，应用微生物驱油技术，可有效减小残余油饱和度,提高原油采收率。

3结论

微生物驱油技术由于创新性的驱油体系以及成本低、适应范围广、环境友好、施工方便等优点，在油田应用中取得了显著的驱油效果：含水率下降和产油量增加、原油物性改善、残余油饱和度减小，使原油的采收率得到明显提高。但由于该技术本身具有限制因素，加之大多油田具有较差的地质条件和较大的开发难度，微生物驱油技术在油田应用中仍存在一些问题亟待解决。今后的应用研究应着重于以下几点：

（1）在油田应用微生物驱油技术时，可考虑将微生物驱油技术与压裂等措施结合起来应用，使得油藏微裂缝发育，有助于取得更好的驱油效果；
（2）继续深入微生物驱油技术在油田中应用的模拟研究，筛选确定出驱油菌种、营养物及代谢机制，增强微生物与岩石以及外源微生物与内源微生物的配伍性，提高应用微生物驱油技术的成功率；
（3）在油田应用微生物驱油技术时，加强对微生物的监测,在地层环境下,研究微生物的增殖性、二次原油回收试验和微生物代谢性能强化等，强化微生物驱油机制作用性能。

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