在提高石油采收率的三次采油技術(shù)中，除了上節(jié)所述的幾種方法以外，還有一種研究、采用較晚，但前景頗為看好的技術(shù)，就是微生物提高石油采收率技術(shù)。微生物在石油開(kāi)采中，要使用通過(guò)代謝生成的生物表面活性劑，從而提高石油采收率。因此，可以在某.種程度上認(rèn)為是生物表面活性劑提高了石油采收率。生物表面活性劑在其中的作用非常重要，通過(guò)篩選合適的采油微生物和改變生長(zhǎng)條件，可以產(chǎn)生各種生物表面活性劑，以滿足不同原油和不同地質(zhì)條件的要求。生物表面活性劑在石油開(kāi)采中的應(yīng)用已擴(kuò)展到成片油田。對(duì)地面法和地下法都進(jìn)行了多年的研究，并取得了很好的成果。

(1)生物表面活性劑應(yīng)用歷史及發(fā)展現(xiàn)狀在提高石油采收率研究過(guò)程中，利用微生物及其代謝產(chǎn)物并不是什么新設(shè)想。早在1895年，Miyoshi最早記載了微生物作用于烴類(lèi)的現(xiàn)象，1926年Bastin等人證實(shí)了在油層水中存在硫酸鹽還原菌等生理菌群的現(xiàn)象。同年Bakcmann報(bào)道了關(guān)于細(xì)菌對(duì)石油的作用，他提出在石油開(kāi)采中可利用細(xì)菌中的酶，首次提出細(xì)菌采油的設(shè)想。他認(rèn)為世界石油供應(yīng)有限，但公認(rèn)油井停止自噴后地下仍留下很大百分率的油。或許是由于黏性油對(duì)沙子的摩阻太大而阻止繼續(xù)流動(dòng)，那么有否可能，用接種產(chǎn)酶的培養(yǎng)介質(zhì)去接觸剩油，所產(chǎn)酶能否改變?cè)?SPAN lang=EN-US>.黏度和相對(duì)密度而引起重新流動(dòng)?自1926年以來(lái)，掌握了關(guān)于殘余油以及有關(guān)微生物方面的許多資料，但Backmann的基本想法仍然可行。他還建議處理瀝青和煤時(shí)，利用微生物活動(dòng)破除油／水乳化。只是由于種種原因，未能進(jìn)行實(shí)質(zhì)上的研究。

關(guān)于微生物在石油開(kāi)采中應(yīng)用的第一個(gè)重大的研究工作，是美國(guó)Zobell在20世紀(jì)40年代進(jìn)行的。這個(gè)工作與美國(guó)石油研究所的研究項(xiàng)目《關(guān)于細(xì)菌在石油成因中的作用》有關(guān)。l943年，Zobell第一個(gè)發(fā)現(xiàn)厭氧的、利用烴的硫酸鹽還原菌能從砂礫中釋放出石油，并首先申請(qǐng)了把細(xì)菌直接注入地下提高石油采收率的專(zhuān)利。1946年他提出一項(xiàng)專(zhuān)利，是關(guān)于含油層利用硫酸鹽還原菌處理，引起油層中化學(xué)變化和物理變化，從而提高原油產(chǎn)量的。在研究硫酸鹽還原菌從砂礫中釋放原油機(jī)理時(shí)，他就提出微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑是細(xì)菌驅(qū)油的主要機(jī)理之一。

1946年，Zobell提出了一套用厭氧硫酸鹽還原菌進(jìn)行二次采油的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案，次年，Back進(jìn)行了首次工業(yè)試驗(yàn)，又利用其他類(lèi)型細(xì)菌進(jìn)行了提高原油采收率的研究。1953年，Zobell提出了第二個(gè)專(zhuān)利，擴(kuò)大了適用石油釋放的細(xì)菌范圍。Zobell(1947a,b,c)研究通過(guò)細(xì)菌作用從砂中釋放原油的微生物，得出的結(jié)論是：有關(guān)細(xì)菌從含油層中提高采油量的實(shí)際應(yīng)用，可以說(shuō)都是有希望進(jìn)一步研究的領(lǐng)域。此后他又進(jìn)行了多方面研究，奠定了細(xì)菌采油的基礎(chǔ)。

Zobell的先導(dǎo)型工作對(duì)以后微生物用于石油開(kāi)采的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。阿普得格拉夫(Updegraff)、希茨曼(Hitaman)和前蘇聯(lián)的庫(kù)茲涅佐夫(Kuznetsov)等人，對(duì)硫酸還原菌、產(chǎn)芽孢細(xì)菌以及油層內(nèi)的原生微生物提高原油采收率做了大量的工作。阿普得格拉夫(Updegraff)和維恩(Wern)在1953年提出一項(xiàng)專(zhuān)利，將糖蜜加入油層中用作硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)底物。其他一些研究者積極地繼續(xù)進(jìn)行硫酸鹽還原菌用于提高原油采收率的研究。1954年美國(guó)在阿肯色州的聯(lián)合(Union)縣、莫比爾(Mobil)油田，成功地進(jìn)行了一次利用細(xì)菌大規(guī)模地下發(fā)酵提高石油采收率的實(shí)驗(yàn)。這是一次有文字記載以來(lái)當(dāng)時(shí)最好的試驗(yàn)之一。所用的微生物是丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌，是在油層內(nèi)用2％的甜菜糖蜜溶液培養(yǎng)的。處理后，石油產(chǎn)量增加了250％。l957年，捷克斯洛伐克的多斯塔列克(Dostalek)和斯普末(Spumy)把脫硫弧菌(Desulf0-vibrio)和假單胞菌連同糖蜜一起注入油層，原油產(chǎn)量得以提高。他們認(rèn)為，可能是細(xì)菌產(chǎn)生的表面活性物質(zhì)，改變了巖石一油一水三相系統(tǒng)的界面張力所致。

20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)、波蘭、羅馬尼亞、捷克斯洛伐克、匈牙利等國(guó)家進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，而美國(guó)等主要集中進(jìn)行室內(nèi)研究。正是由美國(guó)的C.E.Zobell和D.Voplegraff，前蘇聯(lián)的S.I.Kuznetsov和L.D.Shturn，捷克斯洛伐克的M.Dostalek和M.Spuruy，波蘭的J.Karaskiewicz，匈牙利的I.Jarnyi和M.Dienes，羅馬尼亞的l.Lazar等學(xué)者早期開(kāi)展的國(guó)際范圍的室內(nèi)研究和礦場(chǎng)試驗(yàn)開(kāi)拓性工作，奠定了細(xì)菌采油的基礎(chǔ)。

自20世紀(jì)40年代開(kāi)展研究以來(lái)，已有許多關(guān)于微生物提高原油采收率的專(zhuān)利和論文。但是，引起人們注意的是在20世紀(jì)60年代中的報(bào)道。當(dāng)時(shí)，原油充裕，油價(jià)太低，以致不能說(shuō)明任何一種三次采油方法使用是合算的。大多數(shù)石油微生物學(xué)家研究其他一些項(xiàng)目。但是，到了20世紀(jì)的70年代，情況起了變化，阿拉伯國(guó)家對(duì)西方實(shí)行了石油禁運(yùn)，導(dǎo)致油價(jià)上漲。能源短缺再次證實(shí)了人類(lèi)面臨的能源危機(jī)。地下剩余原油量有限，在已知油田中，留在地下的油比新發(fā)現(xiàn)的多。隨著油價(jià)的上漲，三次采油方法就較現(xiàn)實(shí)了，而發(fā)展這些方法的活動(dòng)也增加了，這重新引起人們對(duì)微生物用于油層內(nèi)提高采收率潛力的興趣，美國(guó)首先進(jìn)行了一系列的研究工作。設(shè)在俄克拉荷馬州Bartlesville的美國(guó)能源部能源研究中心，以支持大學(xué)的研究項(xiàng)目方式，開(kāi)始從事分離和篩選能提高原油采收率的細(xì)菌、生物表面活性劑在提高原油采收率方法中的應(yīng)用，利用生物表面活性劑降低原油黏度的方法，細(xì)菌在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律等課題的研究，大大強(qiáng)化了微生物采油的前進(jìn)步伐。l975年，在美國(guó)首先召開(kāi)了“微生物在石油開(kāi)采中的作用研討會(huì)”。l982年，在俄克拉荷馬州的埃弗頓召開(kāi)了有34個(gè)國(guó)家的科學(xué)家和工程技術(shù)人員參加的“世界微生物采油會(huì)議”，系統(tǒng)地交流了多年來(lái)的研究成果，并決定以后每?jī)赡暾匍_(kāi)一次國(guó)際會(huì)議。同時(shí)決定，l986年創(chuàng)辦《世界微生物采油雜志》。此后，又相繼出版了專(zhuān)著和發(fā)表了大量論文，有力地促進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。l986年4月，在得克薩斯州召開(kāi)了第三次國(guó)際微生物采油會(huì)議，詳細(xì)討論了將細(xì)菌注入地下的條件，評(píng)價(jià)了微生物采油的應(yīng)用效果和前景，推動(dòng)了礦場(chǎng)應(yīng)用的研究。前蘇聯(lián)科學(xué)家?guī)炱澞舴?SPAN lang=EN-US>(Kuznetsov)、伊萬(wàn)諾夫(Ivanov)、別盧阿耶夫(Belyaev)等，在微生物提高原油采收率領(lǐng)域中也作出了重要貢獻(xiàn)。

20世紀(jì)70年代后，石油工業(yè)開(kāi)始發(fā)展，微生物對(duì)石油的乳化機(jī)制引起關(guān)注。對(duì)提取的生物表面活性劑集中于結(jié)構(gòu)、性能、生物合成及調(diào)控的研究。1978年，Zajie和Panbehal綜述了微生物乳化劑的來(lái)源及特性，預(yù)測(cè)了它們的應(yīng)用潛力。1980年，Cooper和Zajie評(píng)述了生物表面活性劑的化學(xué)特性。l984年Zajie和Seffens闡述了生物表面活性劑的理化性能。最近幾年，國(guó)內(nèi)外研究微生物采油的大學(xué)越來(lái)越多，許多石油公司的實(shí)驗(yàn)室也在進(jìn)行微生物采油技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，取得了許多可喜的研究成果。l977～1982年，美國(guó)Pertrogen石油公司用微生物處理了24口井。其中18口井壓力增加了0.7～1.4MPa，有4口井雙倍增產(chǎn)長(zhǎng)達(dá)半年；12口井增產(chǎn)50％達(dá)3個(gè)月；有5口井生產(chǎn)水平在短期內(nèi)增加了6倍；所有的試驗(yàn)井增產(chǎn)42％以上。l987年，美國(guó)某生物工程公司在俄克拉荷馬州的Detaware Childers油田4口注水井口，注入微生物進(jìn)行區(qū)塊試驗(yàn)，結(jié)果表明，整個(gè)地區(qū)的原油增產(chǎn)幅度為l3％。A·A·Matz等人報(bào)道，他們?cè)诓煌貐^(qū)油田的七個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了MEOR試驗(yàn)，結(jié)果增產(chǎn)原油7萬(wàn)噸。

盡管大多數(shù)科學(xué)家當(dāng)時(shí)認(rèn)為，微生物提高原油采收率方面的應(yīng)用處于早期開(kāi)發(fā)階段，但已做過(guò)許多油田試驗(yàn)。Hitzman的文獻(xiàn)中，對(duì)所有油田試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了綜述(表1)。已報(bào)道的油田試驗(yàn)超過(guò)200個(gè)，大多數(shù)是在美國(guó)進(jìn)行的。而事實(shí)上，這些均是用“吞吐法”處理的枯竭井。

表1各國(guó)用微生物處理的油井?dāng)?shù)(Hitzman.1983)

20世紀(jì)80年代末90年代初。隨著生物工程和信息技術(shù)等高科技在世界范圍內(nèi)的迅速發(fā)展，加之人們對(duì)MEOR技術(shù)認(rèn)識(shí)的深化，美國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞、俄羅斯、波蘭、羅馬尼亞等國(guó)，在MEOR室內(nèi)研究及礦場(chǎng)試驗(yàn)方面取得了令人矚目的成果。其中，以美國(guó)國(guó)家石油和能源研究所(NIPER)、BAC公司(Micro-BAC International Inc.)、NPC公司(National Parakleen Company)等最具代表性。1991年，美國(guó)正式把微生物采油列為傳統(tǒng)的熱驅(qū)、化學(xué)驅(qū)、氣驅(qū)之后的第四類(lèi)提高石油采收率的方法。這表明繼前三’類(lèi)傳統(tǒng)提高采收率方法之后，微生物驅(qū)已成為油田現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性應(yīng)用的新方法。微生物采油技術(shù)在美國(guó)、前蘇聯(lián)的大規(guī)模礦場(chǎng)應(yīng)用，標(biāo)志著工業(yè)性應(yīng)用階段的到來(lái)。據(jù)第十三屆世界石油大會(huì)報(bào)道，1990年前蘇聯(lián)的微生物采油產(chǎn)量為3.18m³／d，而美國(guó)l992年的微生物采油產(chǎn)量3.18m³／d。據(jù)美國(guó)Micr0-BAC國(guó)際有限公司報(bào)道，全世界估計(jì)有2500～3000口油井用采油微生物產(chǎn)品處理過(guò)，大約50％的油井增加了采油量。

近數(shù)十年來(lái)，微生物采油取得了令人矚目的進(jìn)展，研究?jī)?nèi)容不斷加深。研究領(lǐng)域不斷拓寬。目前，已從室內(nèi)研究走向礦場(chǎng)試驗(yàn)井并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了良好的效果。微生物采油應(yīng)用技術(shù)在日臻完善之中，但微生物驅(qū)油機(jī)理方面的研究仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)和深入。

我國(guó)地下微生物及生物表面活性劑采油技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用較晚。國(guó)內(nèi)于l955年才開(kāi)始微生物勘探石油的研究。20世紀(jì)60年代中期，研究細(xì)菌代謝多聚糖類(lèi)增稠劑，典型菌株為元-A-144的假單胞桿菌，20世紀(jì)70年代，主要開(kāi)展生物表面活性劑方面的研究，篩選到了兩株菌48105g和4-13。“七五”期間，微生物三次采油被列為國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，主要內(nèi)容有：

①微生物地下發(fā)酵提高石油采收率研究；

②生物表面活性劑的研究；

③生物聚合物提高采收率的研究；

④注水油層微生物活動(dòng)規(guī)律及其控制的研究。

其間，在大慶油田東6J-22井進(jìn)行了吞吐試驗(yàn)，研制出了槐糖脂、鼠李糖脂、海藻糖脂、多糖脂等4種糖脂型生物表面活性劑體系。分離篩選出黃原膠生產(chǎn)菌種，其增黏性、耐溫性、抗鹽性和驅(qū)油效率等性能良好；研究了注水油層微生物在油層特定條件下生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律。

    20世紀(jì)80年代后期，中科院北京微生物研究所與大慶油田合作，開(kāi)展了微生物吞吐試驗(yàn)并取得了明顯效果。20世紀(jì)90年代初，吉林油田和中科院北京微生物研究所合作，進(jìn)行了35口井吞吐試驗(yàn)，增油360t。1994年，南開(kāi)大學(xué)進(jìn)行采油微生物的研究，從菌種中篩選與評(píng)價(jià)，建立起采油微生物篩選模型，并著手建立采油微生物菌種庫(kù)。其研制的采油微生物產(chǎn)品，在大港油田驅(qū)油試驗(yàn)中取得顯著增油效果。大慶油田篩選的野油菜黃單胞菌、地衣芽孢桿菌、銅綠色假單胞菌等，在低產(chǎn)油區(qū)進(jìn)行微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，兩年每口油井增油480t。并系統(tǒng)研究了單一生物表面活性劑、混合生物表面活性劑以及生物表面活性劑與化學(xué)合成表面活性劑復(fù)配體系。實(shí)驗(yàn)表明，單一生物表面活性劑可使原油界面張力降為0.4～0.6mN／m,海藻糖脂一堿二元體系可使原油界面張力降為0.3mN／m；海藻糖脂與石油磺酸鹽的復(fù)配體系呈明顯韻協(xié)同作用，低酸值的大慶原油界面張力達(dá)到0.006mN／m。用該體系驅(qū)油可提高殘余油采油率l5％，顯示了良好的應(yīng)用前景。

在MEOR技術(shù)方面，美國(guó)BCA公司、NPC公司于1993～1994年，在我國(guó)華北、新疆、大港、遼河、勝利等油田推廣使用微生物采油技術(shù)，先后對(duì)50余口井進(jìn)行試驗(yàn)，取得良好的效果。其中，在勝利油田進(jìn)行了17口井的試驗(yàn)，共增產(chǎn)石油1700t。

近年來(lái)，我國(guó)MEOR技術(shù)研究方面取得令人矚目的成果。中科院微生物所，山東大學(xué)對(duì)采油微生物開(kāi)展了大量研究，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，中科院有機(jī)所對(duì)生物表面活性劑驅(qū)油進(jìn)行了攻關(guān)。上海有機(jī)所的科技人員進(jìn)行了關(guān)于生物表面活性劑應(yīng)用于提高石油采收率的研究。他們是通過(guò)菌種選育，篩選出兩株高效產(chǎn)生BS的菌株。在實(shí)驗(yàn)室空氣提升式發(fā)酵缸及小型公式發(fā)酵缸中，對(duì)生物表面活性劑槐糖脂和鼠李糖脂的發(fā)酵生產(chǎn)工藝進(jìn)行了試驗(yàn)。最終使槐糖脂的產(chǎn)率達(dá)到809g／L，鼠李糖脂達(dá)到20g／L。并分別測(cè)定了這兩種BS及鼠李糖脂發(fā)酵液的成分。在實(shí)驗(yàn)室研究成功的基礎(chǔ)上，上海有機(jī)化學(xué)研究所的科研人員將以上技術(shù)提供給大慶油田，以進(jìn)行篩選，配方和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。經(jīng)大慶油田的研究部門(mén)進(jìn)行復(fù)配和驅(qū)油試驗(yàn)，這兩種糖類(lèi)BS實(shí)驗(yàn)室?guī)r心驅(qū)油效果較好，可提高石油采收率15％。顯示了鼠李糖脂等生物表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用和良好的工業(yè)應(yīng)用前景。在此期間，國(guó)內(nèi)油田MEOR應(yīng)用技術(shù)也已進(jìn)入到工業(yè)化應(yīng)用階段。大慶、勝利、大港、中原等油田，大慶石油學(xué)院的科研機(jī)構(gòu)都已制定了攻關(guān)項(xiàng)目，并正在密切合作付諸實(shí)施。大港油田建立了微生物菌液廠，并率先進(jìn)行了區(qū)塊的微生物驅(qū)礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)。目前，遼河油田、勝利油田、新疆油田也在開(kāi)展MEOR的室內(nèi)研究和應(yīng)用研究。

(2)生物表面活性劑提高石油采收率的方法將生物表面活性劑應(yīng)用于MEOR有兩種能被采用的方法，一種是利用微生物生產(chǎn)的生物制品(如生物聚合物和生物表面活性劑)作為油田化學(xué)品進(jìn)行驅(qū)油，即地面法MEOR，目前這類(lèi)技術(shù)在國(guó)外已趨于成熟；另一種是利用微生物及其代謝產(chǎn)物(主要是利用微生物地下發(fā)酵和利用油層固有微生物的活動(dòng))提高石油采收率。

①地面法MEOR(Extra Situm MEOR)  在地面上建立發(fā)酵反應(yīng)釜，為微生物提供必須營(yíng)養(yǎng)物，通過(guò)微生物的代謝作用，生物表面活性劑用生化法在地面培養(yǎng)產(chǎn)生，即進(jìn)行地面發(fā)酵。向地下注入微生物代謝產(chǎn)物生物表面活性劑等生物產(chǎn)品，生產(chǎn)場(chǎng)所與注入井位置無(wú)關(guān)，視需要與可能而定。生物表面活性劑經(jīng)生產(chǎn)、分離和純化以后，以和水驅(qū)一樣的常規(guī)手段將其注入油層，這就是地面法MEOR。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)酵在地面進(jìn)行，微生物生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)可不受地層條件的影響，只要選擇產(chǎn)生生物表面活性劑能力強(qiáng)的菌種和合適的生產(chǎn)條件，就可以得到驅(qū)油用的生物表面活性劑，完全不用考慮地層條件對(duì)微生物生長(zhǎng)、生物表面活性劑積累的影響，成功的可能性相當(dāng)大，國(guó)內(nèi)外不乏成功的例子。

德國(guó)的F.Wagner實(shí)驗(yàn)室將生產(chǎn)的生物表面活性劑海藻糖脂以50mg／L的濃度在北海油田進(jìn)行驅(qū)油試驗(yàn)，石油采收率提高了30％，比一般的化學(xué)合成的表面活性劑驅(qū)油效果提高了5倍，該實(shí)驗(yàn)室還申請(qǐng)了多項(xiàng)專(zhuān)利。美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)將地面法MEOR注入生物表面活性劑，與注入微生物細(xì)菌Lieheniformis JF-2(美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4522261)進(jìn)行了提高原油采收率的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種方法都能得到良好的效果。

我國(guó)大慶油田的研究人員也進(jìn)行了這方面的工作，取得了很好的效果。用海藻糖脂生物表面活性劑與其他化學(xué)合成表面活性劑(如烷基苯磺酸鹽類(lèi))復(fù)配進(jìn)行了驅(qū)油試驗(yàn)，可大大降低三元復(fù)合驅(qū)中表面活性劑的用量，經(jīng)篩選的配方可使油水界面張力達(dá)到10-3mN／m數(shù)量級(jí)，礦場(chǎng)試驗(yàn)采收率比水驅(qū)提高20％。在這種方法中，如果要想得到較純凈的生物表面活性劑，不往地層中注入微生物的培養(yǎng)基及其他代謝產(chǎn)物，則生物表面活性劑的生產(chǎn)成本就會(huì)比化學(xué)合成的表面活性劑高得多。經(jīng)過(guò)篩選的微生物在烴或糖類(lèi)基質(zhì)中生長(zhǎng)，生產(chǎn)生物表面活性劑，這需要高技術(shù)體系，需要輸入相當(dāng)大的能量和動(dòng)力進(jìn)行攪拌和通氣。當(dāng)然更多的費(fèi)用用于生物表面活性劑產(chǎn)品的分離和濃縮。

②地下法MEOR(In Situ MEOR)  把油層作為巨大的生物反應(yīng)器，利用分子生物學(xué)技術(shù)，將經(jīng)篩選的配伍性較好的、濃度相對(duì)較低的、能產(chǎn)生生物表面活性劑的采油微生物菌株注入到地下油層中，同時(shí)注入能維持微生物生長(zhǎng)、繁殖和代謝的合適的基質(zhì)及培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)液和生物催化劑，促使其在地下油層中流動(dòng)，利用微生物及其在層內(nèi)細(xì)胞一油界面上的代謝產(chǎn)物生物表面活性劑(主要利用微生物地下發(fā)酵和油層里固有微生物的活動(dòng))，采收油層中滯留的原油，提高石油采收率。這種使有代謝活力的細(xì)胞滲入油層，產(chǎn)生生物表面活性劑用于采油的方法，稱(chēng)為地下法MEOR。目前，地下法MEOR有兩種工藝：一種是將微生物及相關(guān)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由注水系統(tǒng)注入地層；另一種是通過(guò)分析地層中的微生物群落結(jié)構(gòu)，向地層中注入一定組成的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，激活地下某些微生物，使其生長(zhǎng)繁殖，發(fā)揮驅(qū)油作用，即內(nèi)源(本源)微生物驅(qū)油技術(shù)。

將上述微生物、基質(zhì)、培養(yǎng)液從單口井高壓泵入油層，關(guān)井?dāng)?shù)日或數(shù)周，以完成微生物在油層的培養(yǎng)，注入微生物遷移到井周?chē)slOm的儲(chǔ)油層生長(zhǎng)繁殖，并產(chǎn)生包括生物表面活性劑在內(nèi)的各種代謝產(chǎn)物。生物表面活性劑溶解原油中的蠟質(zhì)，清除孔隙堵塞、增加原油流動(dòng)性，提高產(chǎn)量。近30年來(lái)開(kāi)展的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用有以下幾類(lèi)：

a.單井吞吐法采油  為提高低產(chǎn)油井產(chǎn)量，在油井高壓注入采油微生物、關(guān)井，使微生物運(yùn)移到油井周?chē)膬?chǔ)油巖層，經(jīng)微生物的生命活動(dòng)，疏通被堵塞的油層孔隙通道，增加原油的流動(dòng)性，提高原油采收率。開(kāi)井后，采油微生物可被反排出來(lái)，故稱(chēng)“吞吐”法。為保持高產(chǎn)，需要不問(wèn)斷地周期注入采油微生物。

b.微生物驅(qū)油  采油微生物從注水井注入油層，運(yùn)移到儲(chǔ)油層深部，隨注水向油井移動(dòng)，微生物生長(zhǎng)繁殖，并產(chǎn)生生物表面活性劑及多種代謝產(chǎn)物。生物表面活性劑和代謝產(chǎn)物綜合作用于原油，降低黏度，增加原油流動(dòng)性，提高原油采收率。

c.激活油藏微生物群落驅(qū)油  油藏中存在著天然微生物，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貧乏使之?dāng)?shù)量很少。從注水井將營(yíng)養(yǎng)液注入油層，激活天然微生物，讓其生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生生物表面活性劑及多種代謝產(chǎn)物用于驅(qū)油。

d.微生物選擇性封堵  將形體較大的微生物菌種從注水井注入，運(yùn)移到大孔道儲(chǔ)油巖層部位，用生長(zhǎng)繁殖的細(xì)胞和表面黏稠物質(zhì)形成的生物膜封堵大孔道，防止注入水“指狀”流動(dòng)，提高原油采收率。

e.微生物壓裂液壓裂  將在厭氧條件下產(chǎn)生有機(jī)酸的微生物及營(yíng)養(yǎng)物，注入孔隙度甚小、滲透率較低的儲(chǔ)油層，在高壓下用有機(jī)酸溶解巖層形成縫隙，使原油流動(dòng)，提高原油采收率。

f.微生物油井清蠟原油中含蠟量較高，會(huì)析出蠟晶固著在井壁，堵塞孔隙通道，降低原油流動(dòng)性，降低原油產(chǎn)量。注入產(chǎn)生生物表面活性劑的采油微生物，用生物表面活性劑、生物乳化劑清洗井壁，溶解固形石蠟，提高原油采收率。

利用微生物地下發(fā)酵提高石油采收率，是微生物和三次采油中投資成本最低、效果最好、工藝最簡(jiǎn)單、適用范圍較廣的方法之一，甚至可以用于高鹽度、高溫、高壓的石油儲(chǔ)層。這是微生物采油發(fā)展的方向，見(jiàn)圖1。

圖1在油層中就地生長(zhǎng)的細(xì)菌的代謝物驅(qū)替原油示意圖

用微生物在地下油一水界面上連續(xù)產(chǎn)生表面活性劑，有利于提高石油采收率。微生物在地下生產(chǎn)生物表面活性劑的速度很快，生產(chǎn)量足以彌補(bǔ)由于吸附造成的損失，吸附損耗將不成為問(wèn)題。由于在地下法MEOR中，生物表面活性劑是在其最大效力的地方產(chǎn)生，因而其用量會(huì)比化學(xué)法的需有量要少。如果能探索出合適的條件，則微生物在被注入地下一段時(shí)間后，在離注入井很遠(yuǎn)地方也能產(chǎn)生生物表面活性劑。因此，地下法MEOR是將選定的微生物注入油層，促使其生長(zhǎng)。由于微生物的存在和活性，將使原油產(chǎn)量增加。

原則上說(shuō)，油田都有不同的規(guī)模、深度、油藏地質(zhì)條件和原油類(lèi)型。從技術(shù)角度出發(fā)，油田主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是海上油田，它們一般是規(guī)模大、井深、高溫的高產(chǎn)油田；另一類(lèi)是陸地油田，它們常常是規(guī)模小、井淺、低溫的低產(chǎn)油井。淺層陸地油田的產(chǎn)油歷史已有一個(gè)世紀(jì)了，而象北海及阿拉斯加這樣的深層高溫油田，開(kāi)采歷史較短，但現(xiàn)在就得考慮應(yīng)用三次采油技術(shù)。到目前為止，地下法MEOR都只在小而淺的陸地油井中進(jìn)行試驗(yàn)。之所以如此，顯然并不是因?yàn)榇祟?lèi)油田具有化學(xué)穩(wěn)定條件和微生物代謝的條件。主要是萬(wàn)一試驗(yàn)不成功，所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)較小。從一個(gè)幾近水淹的油田中，如果真能采收更多的油，這意味著油田采收率大幅度增加。.即使試驗(yàn)失敗，采收率不是增加而是降低，也不會(huì)使這種油田的預(yù)期產(chǎn)油期縮短很多，因?yàn)樗呀咏萁摺?SPAN lang=EN-US>

一些作者綜述了地下法MEOR現(xiàn)場(chǎng)采油的實(shí)驗(yàn)。這樣的試驗(yàn)已在美國(guó)、捷克斯洛伐克、羅馬尼亞、前蘇聯(lián)、匈牙利和波蘭等國(guó)進(jìn)行。Hitaman編纂了1954年以來(lái)，美國(guó)、前蘇聯(lián)和東歐由地下法MEOR處理的200多座油井的數(shù)據(jù)。這些油井原來(lái)一般產(chǎn)量為每日l59～318dm3(1～2桶)原油。在其綜述中，除列出了大量數(shù)據(jù)外，還記錄了總的變化情況。Lazar綜述了1971年以來(lái)羅馬尼亞進(jìn)行的地下法MEoR試驗(yàn)。他認(rèn)為只有當(dāng)?shù)貙拥奈锢怼⒒瘜W(xué)條件和注入菌種及營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基的生物性質(zhì)使得油層象一個(gè)大發(fā)酵罐一樣，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能認(rèn)為獲得成功。他列出了厭氧菌，主要是嗜溫菌處理油藏的基本參數(shù)；滲透率大于300mDarcy；溫度50～55℃，pH接近中性；驅(qū)替水中可溶性固體適量。目前，成功的微生物礦場(chǎng)試驗(yàn)都是采用能產(chǎn)生生物表面活性劑的菌種。1986年，NIPER公司在美國(guó)俄克拉荷馬州Delaware-Childers油田進(jìn)行了微生物強(qiáng)化水驅(qū)試驗(yàn)。試驗(yàn)進(jìn)行一年后，在20英畝。試驗(yàn)區(qū)里，原油增產(chǎn)13％。l990年6月到l995年5月，在同一地層進(jìn)行了更大規(guī)模的試驗(yàn)，380英畝。產(chǎn)油區(qū)一共處理l90口油井，原油產(chǎn)量增加19.6％。

有增產(chǎn)效果的一個(gè)實(shí)例是美國(guó)L.Jack Gross&Alatar公司在得克薩斯州的Burnett J礦區(qū)所做的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。Burneet J礦區(qū)有3口井，過(guò)去一直有種等到嚴(yán)重程度的結(jié)蠟，需起出抽油桿，用蒸汽清蠟。處理前，該礦區(qū)原油日產(chǎn)量為0.05m³。處理后，原油日產(chǎn)量增至0.25m³。氣和水的日產(chǎn)量保持不變，分別為36.8×104 m³和1.27m³。處理程序是先注入75.7L的煤油作為預(yù)沖洗液，隨后注入RAM生物化學(xué)公司生產(chǎn)的Welprep 5微生物處理劑，然后注入7.57L的鹽水(礦產(chǎn)水)。關(guān)井48～96h之后恢復(fù)生產(chǎn)。

美國(guó)Attamont-Bluebell油田于1988年3月進(jìn)行了微生物清蠟和重油降黏的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。用微生物處理后，原油密度由原來(lái)的0.8280降至0.8160；原油的黏度(38℃時(shí))由25mPa·s降至15mPa·S；傾點(diǎn)由36.7℃降至27℃；初始沸點(diǎn)由91℃降至47.8℃；殘?jiān)?SPAN lang=EN-US>(蠟)由60％降至48％；輕質(zhì)油采收率則由40％提升到52％。

J.E.ZAJIC實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)科羅拉多州Denver市郊l5口井的油田中，注入一種能產(chǎn)生表面活性劑和二氧化碳的微生物。微生物在油層中生長(zhǎng)、發(fā)育，結(jié)果日產(chǎn)量由原來(lái)的2.4m³增至7.2m³。

表2是微生物礦場(chǎng)試驗(yàn)成功的例子

表2國(guó)外的微生物采油技術(shù)礦場(chǎng)試驗(yàn)

地衣桿菌JF-2是現(xiàn)在研究最多的產(chǎn)生生物表面活性劑的菌種。Oklahoma大學(xué)Marah等人模擬地層條件證明了微生物產(chǎn)生生物表面活性劑對(duì)提高采收率的重要性，選擇了產(chǎn)生生物表面活性劑的乙酰丁醇梭狀芽飽桿菌和JF-2。機(jī)理模擬實(shí)驗(yàn)表明：梭狀芽孢桿菌的發(fā)酵液產(chǎn)生的氣體，不足以開(kāi)發(fā)殘余油；變種的不能產(chǎn)生生物表面活性劑的JF-2菌種，不能提高殘余油的采收率。這證明了生物表面活性劑的產(chǎn)生是微生物提高石油采收率的重要機(jī)理。試驗(yàn)的乙酰丁醇梭狀芽孢桿菌和JF-2在模擬地層條件下提高采收率21％和23％。得克薩斯大學(xué)的Linse用地衣桿菌JF-2這種很有效的產(chǎn)生生物表面活性劑的菌種，系統(tǒng)地調(diào)查了環(huán)境參數(shù)(溫度、pH、NaCl)對(duì)生物表面活性劑的產(chǎn)生、代謝產(chǎn)物和地衣桿菌生長(zhǎng)的影響，部分提純的生物表面活性劑有很高的界面活性，界面張力達(dá)到0.016mN／m。在5％NaCl，45℃，pH=7的條件下獲得了最佳的代謝產(chǎn)物。

1981年美國(guó)因利用微生物技術(shù)多產(chǎn)原油2000萬(wàn)桶。價(jià)值達(dá)6億美元。

大慶油田東6-J22井和東5-J18井采用假單胞菌、野油菜黃單胞菌、地衣芽孢桿菌等菌種配伍后，單井注入關(guān)井。關(guān)井后井口壓力升高，表明注入微生物在油層中發(fā)生了代謝過(guò)程，產(chǎn)生了氣體，.提高了油層的壓力。開(kāi)井生產(chǎn)后，產(chǎn)出液中除了有較多注入微生物、有機(jī)酸外，產(chǎn)出液油水界面張力降低，表明產(chǎn)生了生物表面活性劑。

由先導(dǎo)性試驗(yàn)油田帶動(dòng)，在新疆、大港、勝利、冀東、遼河、江漢等油田也開(kāi)展了地下法MEOR采油技術(shù)的推廣應(yīng)用。礦場(chǎng)試驗(yàn)由單井向區(qū)塊整體發(fā)展；由淺層向中深層發(fā)展；由高滲井向中滲深井發(fā)展；由低溫井向高溫井(102℃)發(fā)展；由低含水井向高含水井發(fā)展(最高含水80％)；由原油正構(gòu)烷烴中長(zhǎng)鏈向特長(zhǎng)鏈(C₆₀)發(fā)展；由原油含較高揮發(fā)成分向含較低揮發(fā)成分(5％)發(fā)展。含蠟量最高51.4％，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量最高31.6％，試驗(yàn)井原油黏度多在9.33～9.87mPa·s，凝固點(diǎn)46～47℃以上，試驗(yàn)都得到了良好的結(jié)果。

我們已初步介紹了地下法和地面法這兩種MEOR技術(shù)。在它們相互之間進(jìn)行比較，上述這兩種方法各具有優(yōu)缺點(diǎn)。下面討論這兩種方法的利弊及應(yīng)用時(shí)可能遇到的問(wèn)題。

為了比較上述兩種方法的利弊，必須較為詳細(xì)地討論兩種技術(shù)在應(yīng)用時(shí)遇到的問(wèn)題。這兩種方法都基于同一原理，即降低儲(chǔ)油層中油一水界面張力。不同之處在于將生物表面活性劑引主儲(chǔ)油層的方式。地下法是在儲(chǔ)油巖層中就地生產(chǎn)所需要的生物表面活性劑，而地面法則將地面工廠已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的生物表面活性劑配成溶液注入地下。

從理論上看，地下法似乎相當(dāng)簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)遇到一系列問(wèn)題。該法需要將選好的菌種注入多孔巖層，使微生物在那里盡快生長(zhǎng)，以產(chǎn)生足夠多的生物表面活性劑提高石油采收率。從微生物學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，油層可以認(rèn)為是一個(gè)極端環(huán)境。油層的環(huán)境條件可能會(huì)對(duì)微生物的生物活性起限制作用。儲(chǔ)油層中限制微生物活性的環(huán)境因素可歸納為①物理因素：溫度、壓力；②化學(xué)因素：pH值、鹽濃度、重金屬；③生物學(xué)因素：與內(nèi)生群體生存競(jìng)爭(zhēng)、基質(zhì)來(lái)源和需求，厭氧條件。

地下法MEOR和地面法MEOR對(duì)生物表面活性劑生產(chǎn)速率的要求不同。地下法MEOR要求生物表面活性劑的生產(chǎn)速率較高，否則，掃過(guò)油層的水將帶走生產(chǎn)菌。如果生物表面活性劑的生產(chǎn)速率太低，在界面張力顯著降低之前，生物表面活性劑就會(huì)由于擴(kuò)散作用或地下水驅(qū)動(dòng)或生物降解而流失。經(jīng)濟(jì)性是考察任何一種方法可行性的重要指標(biāo)。與其他方法相比，地下法MEOR的一大優(yōu)點(diǎn)是成本低，它不需要復(fù)雜的設(shè)備和昂貴的原材料。基本設(shè)備是總?cè)萘繛?st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="l" SourceValue="5000" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">5000L的幾個(gè)橡皮袋、浸液加熱器和注入泵。這些設(shè)備在其他注入場(chǎng)地也可以使用。因此，進(jìn)行地下法MEOR的惟一重要的運(yùn)行成本是基質(zhì)(糖蜜、糖)，電力、勞力和后勤費(fèi)用。這項(xiàng)預(yù)算不包括可能需要重新鋪設(shè)管線和鉆注入井的費(fèi)用。

地面法MEOR較復(fù)雜，因而費(fèi)用也更高。需要在地面工廠中用各種基質(zhì)如酵母、糖類(lèi)或烴類(lèi)等，以好氣菌連續(xù)或間歇生產(chǎn)生物表面活性劑。然后通過(guò)加熱，調(diào)節(jié)pH值，用有機(jī)溶劑將生物表面活性劑從微生物細(xì)胞中分離出來(lái)。蒸發(fā)除去溶劑后，再將生物表面活性劑溶于水中，注入油層。這種生產(chǎn)方法需要大量投資和耗用大量能源，運(yùn)行成本也高。

與地面設(shè)備的情況相比，儲(chǔ)油層的條件更為苛刻，更難于控制，因而采用地下法還會(huì)遇到許多地面法中沒(méi)有的問(wèn)題。由于油層水中缺少游離氧，所以引入地下的微生物應(yīng)該是厭氧菌。因?yàn)楹茈y把握注入井內(nèi)的條件，也很難保證操作過(guò)程絕對(duì)缺氧，所以，用兼性厭氧菌可能比專(zhuān)性厭氧菌更為合適。在大多數(shù)情況下，還需要向油層中注入較易得到的碳源，還需要加入氮源和磷源。注入的基質(zhì)必須不含顆粒物，以防堵塞注入部位。還要求其易溶于油層水，經(jīng)濟(jì)合理。同時(shí)，在注入部位必須有較長(zhǎng)的適用期，以防備注入過(guò)程中由于意外的技術(shù)問(wèn)題造成時(shí)間上的拖延。從后勤角度考慮，基質(zhì)應(yīng)該是高濃縮形式，最好是固體形式，便于輸送。另外，基質(zhì)還應(yīng)與油層水相容并對(duì)孔壁吸附很少。用于地下法或地面法的注入流體的物理性質(zhì)完全不同。地面法只注人流體，而地下法需要注入固體(即細(xì)菌細(xì)胞)懸浮液，這可能會(huì)使注入井堵塞。

總的來(lái)說(shuō)，地下法MEOR和地面法MEOR各有所長(zhǎng)，但現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是研究和使用地下法。

(3)作用機(jī)理微生物在地下油層中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物范圍是相當(dāng)寬的。這取決于環(huán)境條件(壓力、溫度、鹽度、pH值和氧的存在)、維持細(xì)胞代謝的營(yíng)養(yǎng)物(氮、磷等)與石油相互作用的特種細(xì)菌。總的來(lái)說(shuō)，代謝產(chǎn)物可以是氣體(甲烷、氫、二氧化碳、硫化氫、氮?dú)?SPAN lang=EN-US>)、羧酸(甲酸、乙酸、戊酸)、溶劑(醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi))、聚合物(蛋白質(zhì)類(lèi)、多糖類(lèi))、生物表面活性劑以及其他許多從單體到十分復(fù)雜的大分子的化合物。就石油來(lái)說(shuō)，進(jìn)行微生物及其產(chǎn)物的研究是為了①開(kāi)發(fā)能提高二次采油和三次石油采收率的產(chǎn)物；②通過(guò)降低黏度和界面張力使重油流動(dòng)；③把細(xì)胞能注入石油儲(chǔ)集層，在層內(nèi)就地產(chǎn)生生物產(chǎn)物提高原油采收率；④研究油藏微生物生態(tài)學(xué)。

微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑，是集親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)于一身的兩親化合物。憎水基團(tuán)一般為脂肪酰基鏈；而親水基團(tuán)則有多種形式，如糖脂中的糖基、磷脂中含磷酸的部分以及氨基酸的羧酸部分。所以微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑以糖脂、磷脂、脂肽居多。

    微生物用于提高石油采收率的機(jī)理，經(jīng)多年研究得出的結(jié)果是將分離培養(yǎng)的微生物注入油層，使其在油層中生長(zhǎng)、繁殖、代謝，微生物本身及其代謝產(chǎn)物與原油作用，改變油、水、巖石的界面性質(zhì)，增加原油流動(dòng)性。從而提高采收率，具體機(jī)理是：

①微生物在發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生多種氣體，如甲烷、二氧化碳、氮?dú)狻錃獾龋@些氣體可增加油層壓力，降低原油黏度。

②微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生有機(jī)酸類(lèi)、醇類(lèi)、酮類(lèi)等有機(jī)溶劑，其中有機(jī)酸類(lèi)能使碳酸鹽地層溶蝕而增加基滲透性。醇類(lèi)、酮類(lèi)可降低表面張力和油水界面張力，促進(jìn)原油乳化。

③微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生生物聚合物，這些生物聚合物能調(diào)整注水油層的吸水剖面，控制流速比，改善地層滲透率。

④微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生分解酶，它能裂解重質(zhì)烴類(lèi)和石蠟組分。重質(zhì)烴類(lèi)裂解后，可以降低原油黏度，從而改善原油在地層中的流動(dòng)性能。石蠟組分裂解后，可減少石蠟在井口附近的沉積，降低地層原油的流動(dòng)阻力。

⑤微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生生物表面活性劑，它能降低油水界面張力并乳化原油，從而提高石油采收率。微生物可產(chǎn)生多種生物表面活性劑，生物表面活性劑除了能降低油水界面張力和乳化原油以外，還能通過(guò)改變油層巖石的濕潤(rùn)性來(lái)改變巖石對(duì)原油的相對(duì)滲透性。有些生物表面活性劑還能降低重油的黏度，所有這些作用都有利于提高石油采收率。

微生物代謝產(chǎn)物對(duì)油層作用如表3所示。

表3微生物代謝產(chǎn)物對(duì)油層的作用

我們主要討論生物表面活性劑對(duì)提高石油開(kāi)采率作用的機(jī)理。①降低油水界面的界面張力  當(dāng)生物表面活性劑注入驅(qū)替殘余油相時(shí)，兩相界面就要向其他孔道延伸。生物表面活性劑溶液與殘余油的滲流過(guò)程可分為毛管膠束、增溶、乳化和互溶幾個(gè)階段。這幾個(gè)階段不是孤立存在，而是相互依賴(lài)相互依存的。隨著液流的推進(jìn)，兩相界面自由能越來(lái)越小，界面張力不斷下降，驅(qū)替效率必然也越來(lái)越高。

生物表面活性劑分子中有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，當(dāng)其達(dá)到臨界膠束濃度cmc時(shí)，其活性分子便會(huì)自發(fā)地形成膠束。膠束與增溶是不可分的，生物表面活性劑溶液與相對(duì)靜止的殘余油相接觸，其活性分子會(huì)自動(dòng)地遷移到相界面，使界面自由能△G^o_m值變小甚至為負(fù)值。其熱力學(xué)表達(dá)式為：

△G^o_m=△H^o_m一TAS^o_m

活性分子自發(fā)地聚結(jié)于界面，其親油基團(tuán)插入油相，親水基團(tuán)留在水相，形成圓柱形膠束。膠束的內(nèi)核提供了一個(gè)增溶油的環(huán)境，油增溶在圓柱形膠束的軸心，從球形膠束到圓柱形膠束的轉(zhuǎn)變，取決于生物表面活性劑的結(jié)構(gòu)、濃度和物理化學(xué)條件等。兩相界面的延伸越來(lái)越長(zhǎng)，圓柱形膠束的增長(zhǎng)是由于毛細(xì)管力和驅(qū)動(dòng)力使活性分子不斷向兩相界面補(bǔ)給能量，此能量與界面自由能△G^o_m相結(jié)合，并且一直遵守能量最低原則，使圓柱形膠束生長(zhǎng)延伸。

生物表面活性劑溶液與殘余油，在孔隙介質(zhì)滲流過(guò)程中的膠束增溶特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在兩相界面的變化。而界面變化一方面是由于活性分子受界面自由能的約束；另一方面界面又受液體在毛細(xì)管孔道中流速的約束。這兩種約束的總和形成了各種形式的微觀界面結(jié)構(gòu)。我們把水驅(qū)后的殘余油相作為相對(duì)不動(dòng)相。所以膠束液流動(dòng)相在油相中的滲流，可以作為單相液流來(lái)研究。根據(jù)毛細(xì)管滲流定律，單相流體在毛細(xì)管中的流速口可以用以下方程表示：

式中，△p為外力差；L為毛細(xì)管長(zhǎng)；r為毛細(xì)管半徑；µ為流動(dòng)黏度。

由此可見(jiàn)流速主要決定于毛細(xì)管半徑r和流動(dòng)黏度µ。假定流動(dòng)相的黏度肛是常量，這樣，在同一毛細(xì)管中可以認(rèn)為流速v與孔隙半徑r²成正比關(guān)系。

活性分子向界面自由能低的方向聚結(jié)，而界面又向流動(dòng)相流速可大的方向延伸。根據(jù)殘余油相在毛細(xì)管孔道中的位置不同，而形成上述幾種微觀界面結(jié)構(gòu)。生物表面活性劑進(jìn)入毛細(xì)管孔道后，在遇到多路液流匯集處或張力集中的彎道處，會(huì)產(chǎn)生乳化。增溶原油乳狀的膠束繼續(xù)向前推進(jìn)，遇到不動(dòng)的殘油油相后，形成互溶狀態(tài)，產(chǎn)生兩相界面消失的現(xiàn)象。這是因?yàn)槠鋬上嘟缑娴淖杂赡茏畹停浣缑鎻埩σ簿秃艿停箖上嘀饾u產(chǎn)生互溶。

如果殘余油要想穿過(guò)極微孔的隧道，那么根據(jù)毛細(xì)管力方程：

就必須使界面張力d更低。

我們可以看到，隨著界面自由能的下降，界面張力的降低，其驅(qū)替殘余油的能力逐步升高。

在水潤(rùn)濕油層中，大量的剩余油是以獨(dú)立液滴和油塊形式存在的。如一個(gè)孔隙長(zhǎng)0.4mm，兩端曲率分別為R_l=9×10^-3mm和R₂^-4×10^-2 mm的孔隙中殘留的一滴油，水油界面張力δ約為30mN／m，用Laplace方程可求出壓差△p

移動(dòng)這個(gè)油滴，使其通過(guò)這個(gè)孔隙所需壓差大約是l～3MPa。在實(shí)際礦場(chǎng)試驗(yàn)中，能達(dá)到的界限通常為20～30×10^-3MPa。為了得到采收率的大幅度提高，使微生物提高石油采收率的結(jié)果有實(shí)用意義，生物表面活性劑應(yīng)具有特殊的性能，能溶于地層水和注入水中，在油水界面具有很高的界面活性，使引入的生物表面活性劑達(dá)到低于10^-2mN／m的超低界面能力。在近年來(lái)使用的微生物中，產(chǎn)生的生物表面活性劑都可以達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。低界面張力的生物表面活性劑，在達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，與地層中的殘余油會(huì)產(chǎn)生增溶，乳化及互溶。這樣，就可以較為理想地把油驅(qū)出來(lái)。

②生物表面活性劑能乳化原油，降低黏度  能同化石油等液態(tài)烴的微生物的一個(gè)重要性能就是其產(chǎn)生的生物表面活性劑可以使油水乳化。現(xiàn)在普遍認(rèn)為，烴類(lèi)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的先決條件是，產(chǎn)生細(xì)胞表面結(jié)合的或胞外生物表面活性劑。這些生物表面活性劑有助于油在水相中乳化，產(chǎn)生的乳狀液可供細(xì)胞與基質(zhì)相接觸的表面積增大。

生物表面活性劑是一類(lèi)水溶性很好的表面活性劑，有較強(qiáng)的乳化能力，當(dāng)加入到井底稠油中時(shí)，分子中具有親油基團(tuán)和親水基團(tuán)的生物表面活性劑，因其具有很強(qiáng)的表面活性，在油水界面形成定向吸附層，此吸附層可以改變油水分子間相互作用和界面?zhèn)髻|(zhì)過(guò)程。生物表面活性劑在井底稠油中，借助于井底的溫度和壓力的變化，而產(chǎn)生攪拌作用，可使原油一團(tuán)一團(tuán)地分散到水中，形成了低黏度的o／w型乳狀液，與原油相比黏度有大幅下降。據(jù)報(bào)道，當(dāng)發(fā)酵產(chǎn)物與黏度為2500mPa·s的原油以l：1的比率相混合時(shí)，混合物的黏度僅在12～46mPa·S之間，黏度的下降必將降低阻力，有利于原油流動(dòng)，使原油順利開(kāi)采。由于乳化，孔隙界質(zhì)滲流速度小，在生物表面活性劑和殘油液流匯集處或彎藍(lán)處的張力和匯集力都很小。所以乳狀液珠(一般為0.1～1.0µm)并不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生聚并成為小油珠。這些小油珠又會(huì)被后面的生物表面活性劑再次增溶。因此，形成增溶一乳化一聚并一再增溶的過(guò)程。

當(dāng)原油通過(guò)油藏流向井筒時(shí)，高分子量餾分(例如石蠟和瀝青質(zhì))從原油中析出，形成在基巖上的沉積物和孔隙通道中的夾雜物。如果采油溫度接近或低于始凝點(diǎn)，這種沉積會(huì)變得特別嚴(yán)重。有機(jī)沉積物的形成能降低滲透率，改變相對(duì)滲透率并且限制流體流動(dòng)或堵塞孔隙通道。把特殊的微生物注入受損害的地層，微生物在地下產(chǎn)生微生物代謝產(chǎn)物。所產(chǎn)生的溶劑能直接溶解烴沉積物。除了使流體通道中的垢顆粒和其他夾雜物流動(dòng)外，生物表面活性

劑能溶解這類(lèi)沉積物。當(dāng)再次開(kāi)井時(shí)，近井地帶被溶解的沉積物與井內(nèi)流體一起流動(dòng)，并且隨著液流被清除出井筒。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這種方法最大優(yōu)點(diǎn)是，恢復(fù)生產(chǎn)后微生物繼續(xù)新陳代謝，并且產(chǎn)生微生物代謝產(chǎn)物，這就會(huì)使原油性質(zhì)發(fā)生變化。菌種的代謝作用把長(zhǎng)鏈?zhǔn)灥逆溈s短，使烴分布發(fā)生變化。微生物對(duì)原油的直接代謝作用，能夠降低黏度使?jié)櫇裥园l(fā)生變化，提高相對(duì)滲透率。

③改變油層一巖石界面的潤(rùn)濕性和巖石對(duì)原油的相對(duì)滲透性生物表面活性劑具有特殊的性能，在油水界面具有較高界面活性，能很好地潤(rùn)濕含油巖石的表面，洗掉巖石表面的油膜，使原油得以分散。油層巖石的滲透率是和任何一種采油方法有關(guān)的最重要的參數(shù)之一。生物活動(dòng)會(huì)影響油層的滲透率。首先是生物量累積，即由于生物的活動(dòng)，包括生物表面活性劑在內(nèi)的有機(jī)物薄膜可以累積在孔隙的空間內(nèi)。這些生物體還包括活的菌體，細(xì)胞碎屑和胞外代謝產(chǎn)物。細(xì)菌活動(dòng)造成滲透率的變化，可以影響油層流體的流速和流動(dòng)方向。生物活動(dòng)會(huì)通過(guò)生物表面活性劑及二氧化碳、有機(jī)酸的產(chǎn)生，增加碳酸巖儲(chǔ)層巖石的滲透率，以上有機(jī)物的共同作用可以參與溶解儲(chǔ)層巖石。

(4)菌種的選擇和營(yíng)養(yǎng)液的配制  為了能將生物表面活性劑用于提高石油采收率，微生物的選擇是至關(guān)重要的。可利用的微生物來(lái)源有以下幾種：①?gòu)淖匀唤绾Y選；②基因突變；③通過(guò)遺傳因素進(jìn)行改良；④油層中的微生物直接利用。科學(xué)工作者對(duì)數(shù)千種微生物作了分類(lèi)和檢驗(yàn)，確定它們所需的營(yíng)養(yǎng)酶、它們的代謝產(chǎn)物以及它們能忍受的環(huán)境條件的范圍。以環(huán)境忍受范圍來(lái)區(qū)分，細(xì)菌可分為4大類(lèi)，①好氧菌，只有在氧存在條件下生命才能繼續(xù)；②厭氧菌，在無(wú)氧條件下存在，其能量從氧化的分子的降解中獲得；③兼性菌，能存在于有氧或無(wú)氧環(huán)境中；④上述三類(lèi)中的嗜溫的(能在45℃溫度以下生存的)或嗜熱菌(能在45℃以上的持久溫度環(huán)境下生存的)種類(lèi)。在這幾大類(lèi)中，有些微生物是代謝產(chǎn)生氣體的(甲烷、氫、氮、二氧化碳)、聚合物的(多糖、蛋白質(zhì))及生物表面活性劑。

人們逐漸注意到某些種類(lèi)的微生物在地面條件下能很快繁殖，并產(chǎn)生明顯有利于提高原油采收率的代謝產(chǎn)物，但它們?cè)谏畹牡叵颅h(huán)境中可能不能存活。即使它們?cè)诘叵聴l件下生長(zhǎng)了，卻不會(huì)產(chǎn)生相同的代謝產(chǎn)物，這是由于受到了地下水的高含鹽量和高溫的有害影響。此外，已知有些微生物在高壓下形狀發(fā)生改變，可能引起代謝變化。   

注入的采油微生物必須具備如下的基本特征：

①厭氧或兼性厭氧。在地層無(wú)氧條件下能生長(zhǎng)繁殖并進(jìn)行厭氧發(fā)酵，在地上有氧條件下也能生長(zhǎng)繁殖。

②能降低原油的重質(zhì)組分，使原油的密度、黏度、含蠟量、含膠量降低。

③在油層高溫、高壓、高鹽等極端環(huán)境下，能生長(zhǎng)繁殖并代謝。

④采油微生物能以烴類(lèi)作碳源，能以油層內(nèi)的無(wú)機(jī)鹽作氮源或作營(yíng)養(yǎng)元素。

⑤采油微生物必須與其注入油層的環(huán)境條件相適應(yīng)，能在油層內(nèi)運(yùn)移，生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生有機(jī)酸、氣體、表面活性物質(zhì)、有機(jī)溶劑等多種代謝產(chǎn)物。

⑥其發(fā)酵液能使油水發(fā)生乳化，分散原油和蠟。

能在50℃以上的溫度及缺氧條件下生長(zhǎng)的中度嗜鹽細(xì)菌，是用于微生物采油的最有力的競(jìng)爭(zhēng)者。

對(duì)深層油藏進(jìn)行地下法MEOR試驗(yàn)時(shí)，要求微生物能在這些油田的極端環(huán)境條件下生長(zhǎng)，還要使原油具有流動(dòng)性并且儲(chǔ)油層無(wú)堵塞現(xiàn)象。近年來(lái)，對(duì)處于極端環(huán)境下的微生物的研究工作進(jìn)展很快，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些新菌種，它們能夠在原先認(rèn)為微生物不能存活的條件下存活。這些新菌種常常具有特殊的代謝途徑，或者以某種方式生存。在實(shí)驗(yàn)室中，確實(shí)培養(yǎng)出了能在80～110℃下生長(zhǎng)的極端耐熱厭氧微生物。這些微生物均屬古細(xì)菌(archaebacteria)，它們利用硫、氫、二氧化碳進(jìn)行甲醇合成(methanogenesis)而自養(yǎng)生長(zhǎng)，或在有些情況下通過(guò)厭氧發(fā)酵生長(zhǎng)。

在實(shí)驗(yàn)室篩選試驗(yàn)中，選擇熱的“油質(zhì)”環(huán)境，可以選育出一些厭氧嗜熱菌。要求這些菌能用葡萄糖發(fā)酵，能使原油具有流動(dòng)性。微生物要能耐壓、耐中等含鹽量。與溫度相比，壓力對(duì)菌種的生長(zhǎng)條件影響較小。實(shí)驗(yàn)觀察到壓力大于20MPa會(huì)抑制微生物生長(zhǎng)，但選育出的某些菌種，在壓力為40MPa時(shí)仍具有代謝能力。

    在地下法MEOR中，壓力對(duì)細(xì)菌形態(tài)的影響更為嚴(yán)重。常壓下形狀為短桿狀的菌株，在壓力的影響下可能變成橢球狀或長(zhǎng)絲狀。用于地下法MEOR現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最有效的微生物，通常是從高濃度有機(jī)廢水和厭氧油質(zhì)環(huán)境中得到的混合菌種。高濃度有機(jī)廢水包括家庭或工業(yè)下水道淤泥，厭氧消解裝置的淤泥、食品廢水以及湖底淤泥。所謂微生物的油質(zhì)環(huán)境，包括污染的地層水，從井底采得的鉆井泥漿，生產(chǎn)凈化水工廠的淤泥，來(lái)自油砂分離器的淤泥，管道和儲(chǔ)罐淤泥等。從糖廠發(fā)酵浮渣，或從準(zhǔn)備使用MEOR的油田收集到的地層水中，能得到有效的微生物。在模擬油層條件的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，適于好氧生長(zhǎng)的混合菌體，比單離的菌株或單離菌株混合體能更有效地驅(qū)油。

當(dāng)?shù)叵路?SPAN lang=EN-US>MEOR用于深層高溫油井時(shí)，從自然界中分離出來(lái)的微生物很少能完全滿足這些要求。這就促使人們考慮通過(guò)遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)生產(chǎn)特定的微生物。而隨著對(duì)MEOR機(jī)制了解的不斷深化，對(duì)改進(jìn)用于地下MEOR的微生物的要求也越來(lái)越清楚。在MEOR過(guò)程中，當(dāng)環(huán)境條件改變?cè)斐捎筒厣鷳B(tài)環(huán)境改變時(shí)，混合微生物可能更為有效也更容易恢復(fù)活性。

地下發(fā)酵法中常用的菌種如表4所示。不同的微生物適應(yīng)地層中各種條件的能力及生產(chǎn)的代謝產(chǎn)物不相同。另外，不同的生物工程目的所需的微生物代謝產(chǎn)物也有所不同。因此，根據(jù)地層條件和生物工程目的合理選擇菌種，是工程獲得成功的關(guān)鍵。在地層條件中首要考慮的是地層溫度，不同微生物耐溫能力不同。表4列出微生物生長(zhǎng)的溫度范圍。

表4常用于MEOR的微生物及其代謝產(chǎn)物

①是在MEOR技術(shù)中用的最為廣泛的微生物。

②為準(zhǔn)備用于MEOR技術(shù)中的微生物。

表5微生物生長(zhǎng)的溫度范圍

從表4可以看出，用于MEOR的微生物可以是好氧菌、厭氧菌，也可以是兼性厭氧菌。在MEOR的過(guò)程中，可以單獨(dú)使用某一菌種，但為了發(fā)揮微生物的協(xié)同作用，更多的是使用配伍性較好的混合菌種。在選擇的過(guò)程中應(yīng)遵循的原則就是微生物必須適應(yīng)油藏的環(huán)境條件。表4中列舉了幾種常用的微生物菌種，而實(shí)際上，世界各國(guó)在MEOR應(yīng)用過(guò)程中使用的菌種不止這些。菌種生長(zhǎng)在水不溶的物質(zhì)中，如石油烴、聚苯乙烯、橄欖油、煤油、甲苯、凡士林、二甲苯，并以它們?yōu)槭澄镌础Ｌ岣卟墒章实纳锉砻婊钚詣鄶?shù)是從被原油污染的土壤、海水、地表廢水中分離出來(lái)的。這些微生物能有效地降解脂肪烴和芳香族的烴類(lèi)化合物，它們利用這些化合物，在微生物細(xì)胞和烴接觸的界面上產(chǎn)生生物表面活性劑。

其他需要考慮的地層條件有礦化度、滲透率、pH值和地層水化學(xué)組分等。只要做一項(xiàng)有關(guān)地層流體和所用的微生物的之間的配伍性試驗(yàn)，就可以檢驗(yàn)出微生物是否能適應(yīng)上述地層條件，從而可以大體上預(yù)測(cè)出應(yīng)用這種微生物能否得到增產(chǎn)效果。這種配伍性試驗(yàn)可在室內(nèi)進(jìn)行。方法是將幾種微生物配方分別在模擬地層流體中進(jìn)行培養(yǎng)，對(duì)微生物的生長(zhǎng)情況和代謝產(chǎn)物的生成情況進(jìn)行測(cè)試，以便確定最佳條件。用這種方法確定的標(biāo)準(zhǔn)，可用來(lái)為具體的油藏條件選擇出專(zhuān)用的微生物配方。一般的微生物活動(dòng)的環(huán)境條件范圍列于表6。

表6微生物活動(dòng)的環(huán)境條件范圍

    圖2是篩選MEOR所用微生物菌種的步驟。

第一步是現(xiàn)場(chǎng)取樣。油藏原油、水中分離菌種。從一個(gè)油藏分離的微生物再用于該油藏。

第二步是厭氧富集。從現(xiàn)場(chǎng)采油、水樣品裝入加壓厭氧的菌管、富集裝置中，進(jìn)行厭氧培養(yǎng)。

第三步是微生物篩選。將厭氧培養(yǎng)物置于要進(jìn)行微生物處理的油藏條件(如溫度、壓力、礦化度)下，通過(guò)產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，對(duì)油進(jìn)行分散實(shí)驗(yàn)和降黏試驗(yàn)。從中篩選適于油藏的微生物菌種。

圖2  用于MEoR微生物的篩選步驟

第四步是驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)。用微型填砂柱做巖芯模型，飽和原油，模擬油藏高溫、高壓、高礦化度條件，用篩選的微生物菌種作室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步做放大巖芯模擬實(shí)驗(yàn)，根據(jù)驅(qū)油效果確定微生物菌種。

在做驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)篩選的菌種做驅(qū)油機(jī)理的研究。將篩選的菌種做原油降黏實(shí)驗(yàn)。細(xì)菌作用原油后，一是黏度降低，二是表面張力降低。經(jīng)離心分離和過(guò)濾，對(duì)細(xì)菌培養(yǎng)液用氯仿甲醇(2：1)萃取，對(duì)得到的生物表面活性劑進(jìn)行定量、定性分析。做菌種產(chǎn)酸、產(chǎn)氣定性定量分析。經(jīng)性能評(píng)價(jià)，進(jìn)一步確定MEOR現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的微生物菌種。據(jù)研究者發(fā)現(xiàn)，在模擬淺層低溫條件的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，好氧生長(zhǎng)的混合菌種驅(qū)油效果更好。驅(qū)油效果好的天然混合菌種主要包括如下菌屬：假單胞菌屬(Pseudomonas)、埃希氏桿菌屬(Escherichia)、節(jié)桿菌屬(Arthrobactor)、分枝桿菌屬(Mycobaterium)、微球菌屬(Micrococcus)、產(chǎn)朊球菌(Pept0—COCCUS)、芽孢桿菌屬(Bacillus)和梭狀芽孢桿菌屬(Clostridium)等。當(dāng)?shù)叵路?SPAN lang=EN-US>MEOR用于深層高溫油井時(shí)，從自然界分離的微生物很少能滿足全部需要。促使人們構(gòu)建特殊的微生物菌種。

微生物提高采油收率(MEOR)是石油微生物科學(xué)中發(fā)展最快、.最活躍的一個(gè)分支。微生物采油技術(shù)以顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益為石油開(kāi)采界所關(guān)注。在采油微生物研究初期，主要側(cè)重于菌種的篩選、性能評(píng)價(jià)、室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)、礦場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)與提高原油采收率機(jī)理的研究。近年來(lái)，微生物采油技術(shù)在廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，其深入研究主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是微生物采油技術(shù)與礦場(chǎng)工程學(xué)的綜合深入研究，二是石油微生物菌種的生物學(xué)特性的研究。為給微生物采油技術(shù)提供優(yōu)良的菌種，采油微生物菌種的基礎(chǔ)研究非常活躍，主要有以下方面：

①采油微生物生理學(xué)研究  主要研究采油微生物以烴為碳源，模擬儲(chǔ)油層極端環(huán)境和條件，在培養(yǎng)過(guò)程中生長(zhǎng)、產(chǎn)有機(jī)酸、產(chǎn)氣、產(chǎn)生物表面活性劑、產(chǎn)有機(jī)溶劑、產(chǎn)生物聚合的情況。經(jīng)代謝產(chǎn)物分析，確定代謝產(chǎn)物與提高原油采收率的相關(guān)性，從而闡明微生物采油機(jī)理。

②石油微生物遺傳學(xué)研究  烴降解微生物遺傳學(xué)是研究的重點(diǎn)。由于烴降解基因常常在質(zhì)粒上，且成簇聚集，所以，烴降解質(zhì)粒的分子生物學(xué)研究仍是目前研究的重點(diǎn)。烴降解基因工程菌株構(gòu)建仍是研究者們的努力方向，構(gòu)建的基因工程菌株主要是用于微生物采油。

③嗜熱菌、耐溫菌的研究  深部?jī)?chǔ)油層80℃以上的高溫，使采油微生物菌種轉(zhuǎn)向嗜熱菌和耐高溫菌。其應(yīng)用研究，主要研究這兩種菌的篩選方法、培養(yǎng)方法和保存方法。

④石油微生物酶的研究  石油微生物之所以能利用烴類(lèi)為碳源，是因?yàn)槭臀⑸镉袃蓚€(gè)生物學(xué)特性。一是能產(chǎn)生表面活性物質(zhì)，使菌體細(xì)胞與烴類(lèi)分子充分接觸；二是產(chǎn)生烴降解酶，將復(fù)雜的難以進(jìn)入細(xì)胞的烴類(lèi)分子，降解為簡(jiǎn)單的能進(jìn)入細(xì)胞的烴類(lèi)分子。

⑤石油微生物的分類(lèi)鑒定  采油微生物多是極端環(huán)境微生物，大部分是真菌，而嗜熱菌卻為古細(xì)菌。古細(xì)菌的細(xì)胞膜脂類(lèi)、細(xì)胞壁成分以及生態(tài)環(huán)境皆不同于真細(xì)菌。古細(xì)菌的研究方法與真細(xì)菌不同。

采油微生物研究在生理學(xué)、遺傳學(xué)、高黏采油機(jī)理等方面取得了進(jìn)展，下面分別加以介紹。

①采油微生物生理學(xué)研究的進(jìn)展  生理學(xué)研究進(jìn)展集中在兩個(gè)方面，一是代謝產(chǎn)物的分析，二是模擬儲(chǔ)油層條件如溫度、pH、礦化度、重金屬、壓力等對(duì)菌體生長(zhǎng)及代謝產(chǎn)物的影響。采油微生物代謝產(chǎn)物的分析研究，主要是指在模擬儲(chǔ)油條件下產(chǎn)酸、產(chǎn)氣、產(chǎn)生物表面活性劑的研究。這些研究與微生物采油機(jī)理密切相關(guān)。

石油生物產(chǎn)生生物表面活性劑是其共有的生物學(xué)特性，所以，石油微生物是生物表面活性劑天然的基因庫(kù)。表面活性劑可形成油一水乳化，所以普遍認(rèn)為采油微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑，是降低原油黏度、提高原油流動(dòng)性、提高原油采收率的主要因素。因此，生物表面活性劑是采油微生物代謝產(chǎn)物中主要的研究對(duì)象。石油微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑，是集親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)于一身的兩親化合物。憎水基團(tuán)為脂肪酰基鏈，而極性親水基團(tuán)則有多種形式，如糖脂中的糖基、磷脂中的含磷酸部分或氨基酸的羧基部分。所以，石油微生物產(chǎn)生的生物表面活性物質(zhì)以糖脂、磷脂、脂肽居多。

石油微生物以各種基質(zhì)特別是以烴為基質(zhì)時(shí)，大量產(chǎn)生生物表面活性劑。烴誘導(dǎo)石油微生物產(chǎn)生物表面活性劑有兩方面的原因，一是當(dāng)生物表面活性劑為胞外產(chǎn)物時(shí)，利于烴類(lèi)物質(zhì)乳化；二是當(dāng)表面活性物質(zhì)為胞壁結(jié)合型時(shí)，利于烴類(lèi)透過(guò)細(xì)胞膜外的空間。不同的微生物雖然產(chǎn)生不同的生物表面活性劑，但其生物合成有相同的調(diào)控規(guī)律。烴類(lèi)物質(zhì)誘導(dǎo)生物表面活性劑合成，而糖有時(shí)則抑制其合成。例如銅綠色假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)以正構(gòu)烷烴為碳源時(shí)，合成鼠李糖脂，以葡萄糖或乙醇為碳源時(shí)則不合成鼠李糖脂。假絲酵母(Candida)只能以正構(gòu)烷烴或甘油三酯為碳源產(chǎn)生甘露糖赤蘚糖醇酯，而碳水化合物則抑制其合成。在生物表面活性劑合成中，葡萄糖和其初級(jí)代謝產(chǎn)物可抑制其合成。

生物表面活性物質(zhì)有多種提取方法，采用什么提取方法，要視生物表面活性劑的性質(zhì)是水溶性還是非水溶性、是陰離子型還是非離子型、是胞壁結(jié)合型還是胞外型而定。不同類(lèi)型產(chǎn)物有相應(yīng)的分離提取方法。除經(jīng)典的提取方法外，最近還有隨程提取方法，這是一種連續(xù)的方法。生物表面活性劑的結(jié)構(gòu)分析方法已日趨成熟。為了鑒定糖脂的結(jié)構(gòu)，在酯鍵和0-配糖鍵的鑒定中，可用TLC以及糖、脂特異性鑒定試劑對(duì)其鑒定。然后控制條件下進(jìn)行水解，分別鑒定糖基和脂肪酸結(jié)構(gòu)。生物表面活性劑的評(píng)價(jià)方法已有很多，但常用的方法仍舊是表面能力的測(cè)定。cmc值是通用的表面性效能尺度。cmc值越大，則表面活性越高。

總之，采油微生物生理學(xué)方面的研究，以產(chǎn)酸、產(chǎn)氣、產(chǎn)表面活性物質(zhì)為主要研究?jī)?nèi)容，并以此為依據(jù)闡述微生物采油機(jī)理。

②石油微生物遺傳學(xué)研究的進(jìn)展  石油微生物遺傳學(xué)研究進(jìn)展主要是建立了細(xì)菌以烷烴、萘和水楊酸、甲苯和二甲苯三類(lèi)典型烴類(lèi)物質(zhì)生長(zhǎng)的遺傳學(xué)模型。研究證明，位于質(zhì)粒上的解烴基因常聚集成簇，形成操縱子型控制單位，多數(shù)受正作用因子調(diào)節(jié)，已經(jīng)證明這些基因簇多數(shù)具有廣泛的同源性。對(duì)烴降解途徑的遺傳組織和調(diào)節(jié)機(jī)理的了解，加速了對(duì)解烴菌遺傳工程的研究和應(yīng)用。有關(guān)萘代謝的生物化學(xué)和酶學(xué)知識(shí)非常豐富，在此基礎(chǔ)上，以萘為代表的雙環(huán)芳烴降解的遺傳學(xué)研究取得了重大進(jìn)展。烴降解遺傳系統(tǒng)中，烴降解質(zhì)粒分子生物學(xué)研究仍是熱點(diǎn)。對(duì)烴降解途徑的遺傳結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)理的了解，加速了對(duì)解烴菌遺傳工程的研究和應(yīng)用。

③高黏油采油機(jī)理的研究現(xiàn)狀  目前多數(shù)MER0現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，皆是在含蠟量高的輕質(zhì)油中進(jìn)行，而膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量最高的高黏油微生物采油，尚缺乏足夠的資料。顯然，原油黏度越高，通過(guò)微生物生命活動(dòng)降黏增加其流動(dòng)性也越困難。近年來(lái)，高黏油MEOR現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)雖有成功的報(bào)道，但數(shù)量很少。微生物對(duì)高黏原油降黏作用的機(jī)理認(rèn)為如下：一是微生物把高黏油中的瀝青烯和樹(shù)脂酸高分子降解為低分子化合物，降低了高黏油的分子量；二是以.黏油為碳源的微生物產(chǎn)生生物表面活性劑，將高黏油乳化成水包油型乳狀液，降低高黏油的黏度，一般生物表面活性劑可使高黏油降低黏度40％；三是微生物產(chǎn)生的CO₂等氣體，使高黏油黏度降低，產(chǎn)油量增加。目前，高黏油微生物采油技術(shù)報(bào)道極少，高膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量也給高黏油的微生物開(kāi)采帶來(lái)不少困難。因此，篩選高黏油優(yōu)良菌種，進(jìn)行高黏油MEOR礦場(chǎng)試驗(yàn)，探討高黏油微生物采油機(jī)理，是目前急需解決的一項(xiàng)處理技術(shù)難題。

在微生物提高采油效率中，需要對(duì)注入地層的微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通常叫培養(yǎng)基。營(yíng)養(yǎng)液的配制主要根據(jù)選用的菌種、地層條件和工程的目的來(lái)確定。菌種不同，所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也不一樣。微生物一般都需要含磷化合物(各種有機(jī)和無(wú)機(jī)磷酸鹽)，含氮化合物(如氯化銨、硝酸鉀等以及氨基酸、肽等有機(jī)氮)、含碳化合物(如脂肪、蛋白質(zhì)、簡(jiǎn)單和復(fù)雜的碳水化合物)、硫、各種微量金屬元素(如鎂、鐵、鈣等)、氫等。地層中可能缺乏這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中的一種或幾種，營(yíng)養(yǎng)液的組分主要包括地層中缺乏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。通過(guò)原子吸收光譜法、離子層析法、電感耦合等離子體等技術(shù)，對(duì)從地層中取得的巖心試樣進(jìn)行分析，就可以確定地層中缺乏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而確定營(yíng)養(yǎng)液的組分。所選用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)當(dāng)是在地層條件下具有熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的，不會(huì)與地層中的無(wú)機(jī)鹽發(fā)生反應(yīng)而形成沉淀，以免堵塞地層。另外，在含黏土的地層中，營(yíng)養(yǎng)液應(yīng)不會(huì)引起地層黏土膨脹和微粒運(yùn)動(dòng)。為避免發(fā)生這些問(wèn)題，確保工程成功，應(yīng)利用地層水樣和巖樣先進(jìn)行有關(guān)這方面的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

    發(fā)酵液中有效成分的高低則依賴(lài)于生長(zhǎng)條件，如碳源、氮源、pH值、溫度以及氧與金屬離子的混合物，而且在培養(yǎng)基中，水不溶物質(zhì)、氮源和離子濃度限制產(chǎn)生生物表面活性劑。M.E.Singer用H-13細(xì)菌，以正構(gòu)烷烴、芳香烴和原油為碳源生長(zhǎng)，產(chǎn)生一種乙二醇酯生物表面活性劑，它存在于細(xì)胞外和細(xì)胞質(zhì)中，降低原油的黏度達(dá)95％，可從原來(lái)的6.51Pa·s減到l.45Pa·S，并形成穩(wěn)定的水包油乳狀液，并發(fā)現(xiàn)在正烷烴中生長(zhǎng)的效果最好。

世界各國(guó)用于驅(qū)油的微生物菌種及注入營(yíng)養(yǎng)物見(jiàn)表7。

表7MEOR現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)采用的微生物菌種及注入的營(yíng)養(yǎng)物

    (5)生物表面活性劑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、不足和今后展望  和其他提高石油采收率方法比較，微生物產(chǎn)生生物表面活性劑的采油技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：

①施工成本低。該項(xiàng)技術(shù)所需要的設(shè)備少，利用傳統(tǒng)的注水地面設(shè)備即可達(dá)到施工要求，一般不需要增添井場(chǎng)設(shè)備，尤其有些微生物可以將石油作為主要營(yíng)養(yǎng)源，這更有利于降低生產(chǎn)成本；

②施工工藝簡(jiǎn)單，操作方便，可針對(duì)油藏的具體條件靈活調(diào)整配方；

③對(duì)低產(chǎn)油藏、枯竭油藏而言，這種采油技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上具有吸引力，而且增產(chǎn)效果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；   

④微生物采油技術(shù)適用于開(kāi)采各種類(lèi)型的原油(重質(zhì)、輕質(zhì)、中等密度的原油以及含蠟多的原油)；

⑤可直接利用生物能量，可以節(jié)約能源，微生物營(yíng)養(yǎng)物注入液成本低廉，且不受原油價(jià)格的影響；

⑥生物表面活性劑有較好的生物降解性，對(duì)人、環(huán)境、油井均無(wú)害，不污染環(huán)境，該技術(shù)屬環(huán)境技術(shù)，不損害地層，可在同一口井中反復(fù)使用。

研究表明，生物表面活性劑的驅(qū)油效率，比人工合成表面活性劑的驅(qū)油效率要高3.5～8倍。而價(jià)格僅為人工合成表面活性劑的30％。利用微生物表面活性劑驅(qū)油，能大幅度提高驅(qū)油效率，降低殘余油飽和度。室內(nèi)試驗(yàn)采收率甚至可以達(dá)90％，是一次徹底的真正的“三次采油技術(shù)”。所以，不管從效果上還是從經(jīng)濟(jì)上，應(yīng)用生物表面活性劑比采用人工合成表面活性劑更合算，更能發(fā)揮作用。

    然而，微生物生成生物表面活性劑提高石油采收率技術(shù)也有其不足之處，尤其是地下法MEOR可能會(huì)產(chǎn)生以下不利影響：①油層會(huì)被生物體堵塞，或因其他不利影響，使原油采收效率甚至比不用地下法MEOR法時(shí)更低；②采得的原油品質(zhì)下降。地下法MEOR的另一個(gè)缺點(diǎn)是由于不能使用氯或有機(jī)殺菌劑處理，在長(zhǎng)期采用地下法MEOR時(shí)，大量的水會(huì)帶人霉菌、酵母菌、藻類(lèi)、放線菌、硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌等微生物。這些微生物迅速增殖并產(chǎn)生黏液和沉淀，造成地層的堵塞。微生物進(jìn)入地層后還將發(fā)生以下變化：

第一，大多數(shù)微生物因不能適應(yīng)地層中的高溫、高壓、厭氧環(huán)境，這類(lèi)微生物很快喪失生命活性變成死細(xì)胞物質(zhì)，死的微生物細(xì)胞只相當(dāng)于微粒在多孔介質(zhì)中運(yùn)移。微生物細(xì)胞在多孔介質(zhì)中是否造成堵塞，與多孔介質(zhì)喉徑的大小和微粒直徑有關(guān)。微生物堵塞程度還與細(xì)胞密度、細(xì)胞形狀、注入速度等因素有關(guān)。細(xì)菌細(xì)胞與其他顆粒的區(qū)別是它可以變形，通過(guò)更小的喉道。

第二，微生物進(jìn)入地層后很快發(fā)生生理變化，由細(xì)胞體形成芽孢，多數(shù)耐熱芽孢桿菌都具備這個(gè)特性。芽孢具有抵抗諸如高溫等惡劣環(huán)境的性能，代謝活性極低，不生長(zhǎng)，不繁殖。微生物進(jìn)入地層后也不可避免地會(huì)發(fā)生稀釋、吸附和變性，從而產(chǎn)生一系列問(wèn)題。

第三，微生物進(jìn)入地層后，不久就適應(yīng)了地層環(huán)境，并利用地層環(huán)境中一切可能利用的條件進(jìn)行生長(zhǎng)代謝甚至繁殖。但由于微生物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在地層中含量極少，要依靠注入水不斷從地面帶入營(yíng)養(yǎng)維持生存，這也是注水井近井地帶易堵塞的原因。在地層中形成堵塞的微生物，主要是生長(zhǎng)、吸附在巖石表面的細(xì)菌，這種細(xì)菌產(chǎn)生多糖胞外黏液，黏液將許多主要細(xì)菌吸附在一起形成生物膜。

目前，大部分礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)只限于溫度不超過(guò)71℃，礦化度不超過(guò)10％的油層；某些重金屬離子污染營(yíng)養(yǎng)物后，會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用；微生物在高溫、高礦化度和高重金屬離子的條件下容易受到破壞，微生物生成的生物表面活性劑會(huì)有發(fā)生沉淀的危險(xiǎn)性。.由于地層條件對(duì)微生物生長(zhǎng)不利，同一種微生物不能適用于所有的油藏，也不是所有油藏都適合于用微生物采油(如溫度太高、礦化度太高的油藏)。目前需要進(jìn)行充分的室內(nèi)配伍性實(shí)驗(yàn)及適當(dāng)?shù)墓に囋O(shè)計(jì)，MEOR的機(jī)理尚未完全探明；對(duì)待定油層的最佳微生物應(yīng)用工藝尚在建立之中；礦場(chǎng)應(yīng)用的篩選標(biāo)準(zhǔn)(臨界條件)還有待于改進(jìn)；可有效預(yù)測(cè)礦場(chǎng)動(dòng)態(tài)的油藏模擬軟件尚未開(kāi)發(fā)。

在目前常用的三次采油技術(shù)中，熱力驅(qū)、氣驅(qū)和化學(xué)驅(qū)等技術(shù)都存在各自的不足。在改善現(xiàn)有技術(shù)的同時(shí)，要研究新的三次采油技術(shù)。隨著石油工業(yè)發(fā)展的需要和微生物學(xué)的迅速發(fā)展，微生物生成生物表面活性劑提高石油采收效率必將日益受到重視，并成為和熱力驅(qū)、氣驅(qū)和化學(xué)驅(qū)相并列的三次采油技術(shù)。我們認(rèn)為，微生物提高石油采收率技術(shù)在研究和發(fā)展過(guò)程中應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)以下趨勢(shì)。

①由于微生物提高石油采收率技術(shù)的綜合性、復(fù)雜性和多學(xué)科交叉性，其研究將會(huì)出現(xiàn)微生物學(xué)家、石油地質(zhì)學(xué)家、石油工程專(zhuān)家和有機(jī)地球化學(xué)家的聯(lián)合攻關(guān)。甚至還要聯(lián)合經(jīng)濟(jì)學(xué)家。首先的工作是，進(jìn)一步強(qiáng)化微生物作用下水一原油一巖石相互作用及其規(guī)律的研究，以弄清微生物及其代謝生成的生物表面活性劑在地下的規(guī)律。其次，要加大研究重油的微生物采油技術(shù)、微生物提高石油采收率的經(jīng)濟(jì)性研究等。總之，要使微生物提高石油采收率技術(shù)的新菌種、新方法、新工藝、新理論不斷涌現(xiàn)。

②篩選產(chǎn)生生物表面活性劑的菌種進(jìn)行地面發(fā)酵  以前研究生物表面活性劑多是利用微生物的地下發(fā)酵，注入微生物后還要注入營(yíng)養(yǎng)成分和氧氣，促使菌種在地下生長(zhǎng)以便產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，這對(duì)菌種的要求很高。首先要適應(yīng)油層的環(huán)境，還要產(chǎn)生生物表面活性劑。由于油層條件的限制，如果保證不了菌種在油層環(huán)境下生長(zhǎng)，產(chǎn)生的表面活性劑的量就會(huì)減少，甚至不能產(chǎn)生。如果改為地面發(fā)酵，只要篩選到能夠產(chǎn)生提高石油采收率的生物表面活性劑的菌種，找到合適的生產(chǎn)條件，就可以獲得生物表面活性劑用于石油開(kāi)采。

③生成的生物表面活性劑的微生物驅(qū)和化學(xué)驅(qū)結(jié)合是一項(xiàng)帶有方向性的技術(shù)。這些技術(shù)基于某些微生物可以利用原油產(chǎn)生羧酸，中和油水界面的堿，這樣可以在油一水一巖石界面形成活性物質(zhì)，導(dǎo)致油水相界面張力的降低。原油中酸含量的增加將加大堿驅(qū)的中和能力，從而可以提高化學(xué)驅(qū)的結(jié)果。反之，有些微生物產(chǎn)生生物表面活性劑，則可以進(jìn)一步降低界面張力和化學(xué)劑的用量。已有這方面研究的報(bào)道。D.B.Evanas和A.K.StepP等人初步做了這方面的工作，證明了其可行性。他們測(cè)定了幾組微生物處理過(guò)和未處理的原油和堿一表面活性劑的混合物的界面張力。發(fā)現(xiàn)微生物作用后，原油的酸值比對(duì)照樣品有略微的增加，和堿一表面活性劑的二元體系的界面張力卻比對(duì)照樣品降低1至2個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)為了評(píng)價(jià)微生物氧化烴類(lèi)增強(qiáng)堿驅(qū)效果，進(jìn)行了巖心驅(qū)油試驗(yàn)，共做了三組試驗(yàn)，一組單獨(dú)的化學(xué)劑驅(qū)，一組是微生物驅(qū)，一組是微生物一化學(xué)驅(qū)，結(jié)果微生物一化學(xué)驅(qū)比其他兩組提高的采收率值都高。篩選產(chǎn)酸和產(chǎn)表面活性劑的菌種，利用微生物一化學(xué)驅(qū)結(jié)合的方法可以明顯見(jiàn)效，可促進(jìn)生物表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用，減少礦場(chǎng)試驗(yàn)的投資。

在我國(guó)也進(jìn)行了微生物驅(qū)和化學(xué)驅(qū)(主要是堿驅(qū)和表面活性劑驅(qū))的結(jié)合應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)。在大慶油田的油層(原油、水質(zhì)和溫度)條件下，進(jìn)行了假單胞桿菌(Pseudomonas sp.)在含正構(gòu)烷烴培養(yǎng)基中生成鼠李糖脂(RH)生物表面活性劑提高石油采收率的研究。發(fā)現(xiàn)單獨(dú)的鼠李糖脂使大慶原油的界面張力不能達(dá)到10^-3mN／m數(shù)量級(jí)超低值，在NaOH存在的條件下，油水界面張力只能達(dá)到10^-1mN／m；而鼠李糖脂發(fā)酵液與含石油磺酸鹽PSD-2與B-100及NaOH—NaC0₃堿水復(fù)配，有明顯的協(xié)同作用，與原油的界面張力可達(dá)到l0^-3mN／m或10^-4mN／m數(shù)量級(jí)的超低值。同時(shí)在含石油磺酸鹽一堿水的體系中，加入鼠李糖脂生物表面活性劑的發(fā)酵液之后，可使石油磺酸鹽的最大吸附量降低30％，大幅度降低價(jià)格昂貴的石油磺酸鹽的用量。所選鼠李糖脂一石油磺酸鹽一堿的驅(qū)油配方也有較高的驅(qū)油效果，可提高石油采收率18％以上。另有鼠李糖脂發(fā)酵液和0P類(lèi)非離子表面活性劑復(fù)配驅(qū)油體系的報(bào)道，其配方為0.6％(質(zhì)量)發(fā)酵液+0.4％(體積)OP5+1.0％(質(zhì)量)NaOH。該體系45℃下與大慶脫氣原油的界面張力小于5×10^-2mN／m，驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明，在水驅(qū)原油效率58.65％基礎(chǔ)上，可再提高驅(qū)油效率l6％。