1、第七章 生物采油,在世界范围内，经过两次常规采油后的总采收率一般只能占地下原油的30%40%。遗留在地层的残余油仍然占60%70%。因此如何提高采收率，从地下采出更多原油，一直是世界上许多国家不断研究的课题。直到1926年Beekman提出细菌能采油，至今经过80多年的发展，微生物清蜡、降低重油黏度、微生物选择性封堵地层、微生物吞吐、微生物强化水驱等已成为一项成熟的提高采收率技术，并形成了继传统的热驱、化学驱、气驱之后的第四种提高采收率的方法微生物提高原油采收率技术（microbilial enhanced oil recover，MEOR）,7.1 微生物与石油勘探,常规石油勘探采取地震法、
2、地球物理法及地球化学法并用。在石油勘探中，地球地层结构的复杂性，常常使勘探结果的可靠性降低，甚至有时会造成一定比例的钻探及开采失误，既耗能又耗财。20世纪20年代以来，在石油勘探技术中有一项生物工程技术一直受到国内外石油公司的重视，即微生物勘探石油。近十几年来，微生物在石油工业上的应用发展迅速，并已经取得了一定的经济效益。,7.1.1 油气微生物勘探技术的发展历史,油气微生物勘探（microbial prospection for oil and gas，MPOG）技术作为一种新的地表油气勘探方法，是由地质微生物学家和地球化学家发展起来的。经过70多年的曲折发展，油气微生物勘探技术终于以其直接
3、、有效、多解性小且经济等优势日益受到全球油气勘探界的重视。油气微生物勘探技术的早期研究主要是由苏联的微生物学家完成的。但是20世纪50年代以来，在怀疑轻烃垂直运移理论的潮流中，苏联的MPOG技术受到了冷落。20世纪50年代晚期，美国地质微生物学家Hitzman博士为Phillips石油公司开发了一种油气微生物勘测技术（microbial oil survey technique，MOST）。,1956年以来，德国Wagner等（1998）独立地开发了一项新型的地表勘探技术MPOG，。我国从1955年开始，中国科学院菌种保藏委员会与石油工业部合作进行了气态烃氧化菌和油气田微生物学勘探法的研究。然
4、而，由于MPOG的理论基础在国内尚未为广大地质学家所完全接受，且微生物学家也没有建立起一整套高精度的、有效可行的实验方法，所以微生物勘探方法至今尚未在我国广泛应用。20世纪90年代以来，德国Wagner的Micropro实验室和美国Hitzman的GMT公司大大提高了MPOG技术的精确，并迅速扩展其应用范围。,地表土壤和沉积物中含有的不同浓度烃类气体来自地下油气藏。在喜氧条件下，烃氧化菌（HCO）可利用非常低浓度的烃。HCO在地表土壤、水或沉积物中普遍存在，但每克样品中的细菌浓度低，可利用的烃含量低限制了它的大量繁殖。因此，在地下有油气的构造上方可以检测到HCO的活性显著增大。油气微生物勘探的
5、理论基础是：油气藏向地表持续释放出轻烃气，烃氧化菌依赖其唯一能量来源轻烃气繁殖。这种微生物只要是在有持续轻烃气流的地方就可以利用极低的轻烃聚集，而且仅在含烃的构造之上，覆地表下富集。采用MPOG技术可以检测出这种微生物异常并进而预测地下油气藏的存在。,7.1.2 油气微生物勘探石油原理,7.1.2.2 油气微生物勘探的微生物学基础,细菌对不同营养源异常高的适应性及其广泛分布是微生物勘探的基础。与其他类型的细菌一样，烃氧化菌分布于全世界。只要有生命存在的地方，只要土壤中有痕量烃类的存在，就明显有这类专性细菌繁殖。这种专性有可能使细菌根据其自身的生物化学特性而呈现不同的群体分布。与微生物勘探相关的
6、细菌有两类：烃氧化菌和甲烷氧化菌。甲烷氧化菌不仅仅是烃氧化菌群体，而且是一个专门利用C1化合物的细菌群体，它们不能消耗糖（葡萄糖）或短链烃。因此，甲烷氧化菌与包括所有利用甲醇、甲醛和一些其他C1化合物的细菌以及酵母菌构成甲基类营养有机体的细菌种。,甲烷新陈代谢的过程是由Leadbetter和Forster（1958）提出来的。微生物的甲烷氧化作用首先是通过甲烷加氧化酶的作用活化甲烷，在有氧存在的条件下生成甲醇，进一步氧化可生成甲醛。甲醛可直接被同化产生生物质或被氧化成CO2并产生能量。由于这种细菌的高度专属性，可以将甲烷氧化菌从其他细菌中分离出来并将加以分析。对这些高度专一化细菌的成功鉴别对土
7、样中存在甲烷具有一定指示作用。,另一类微生物群体利用短链烃（C2C8）作为能量来源。以这些短链烃生长的微生物不能够代谢甲烷。但短链烃乙烷、丙烷、丁烷可以被大量的细菌利用。在该过程中，可利用此类,烃的细菌种类的数量随烷烃链长增加而线性增加。烷烃的降解先通过单氧酶对烷烃进行末端氧化，再通过氧化进一步降解为乙酰辅酶A，它是大量生化反应的前提物质。对不需任何适应期即可将长度为28个碳原子的正构烷烃氧化的细菌进行检测，可以表明在研究的土样中存在过短链烃，进而指示地下油的聚集。在以这种方式检测短链烃和甲烷的地区，依据信号的强度，可以推断含大量短链烃的热成因气藏或具有气顶的油藏。,7.1.3 油气微生物勘探
8、石油应用,7.1.4 油气微生物勘探（MPOG）的发展趋势,近十年MPOG实践说明，将地表微生物异常与地质和地震资料相结合可以为油气勘探者提供一套更加准确地预测地下油气藏的新技术体系。随着微生物勘探实践经验的积累、分析技术的完善，MPOG可望在以下几个方面取得突破：（1）可查明与构造圈闭形态不一致的油气分布，对那些宏观受构造控制，但储集空间极不规则的油气藏，可大量提高勘探成功率；（2）可发现更多的非构造圈闭油气藏，并使老油气区出现新的勘探高潮；,（3）有可能从定性描述发展到定量计算，为估算资源量和储量提供有效的依据和参数。同时，油气微生物勘探技术正作为油藏表征的新工具从勘探领域延伸到开发领域。
9、在国外，MPOG已经成为一种独立的勘探技术进入油气勘探技术体系中。可以预测，国内进行的MPOG的勘探成果及经验，将对21世纪我国石油勘探技术的进展产生积极影响。,7.2 本源微生物采油技术,微生物提高原油采收率技术（microbial enhananced oil recovery,MEOR）是利用微生物在油藏中的有益活动、微,生物代谢作用及代谢产物作用于油藏残余油，并对原油-岩石-水界面性质的作用，改善原油的流动性，增加低渗透带的渗透率，提高采收率的一项高新生物技术。该项技术的关键是注入的微生物菌种能否在地层条件下生长繁殖和代谢产物能否有效地改善原油的流动性质及液固界面性质。与其他提高采收率
10、技术相比，该技术具有适用范围广、操作简便、投资少、见效快、无污染地层和环境等优点，是一项很有发展潜力的提高采收率技术。,7.2.1 本源微生物采油机理,本源微生物是指长期栖息于油层中并以烃为唯一碳源生长的微生物。,本源微生物采油技术是通过向油层补气通气的方法和注入适宜的营养液的营养控制技术，使油层中的本源微生物（油层内本源细菌）活性骤增（激活），从而提高油层本源细菌的地球化学活动，增加甲烷和CO2的产量，有效地改善驱油效率的采油技术。其研究范围主要包括：（1）油层内本源细菌菌群群落的分布状况；（2）油层条件下细菌的生理学；（3）水驱后油层中存在诸多种群的微生物，特别是烃氧化菌、发酵糖蜜产气产酸菌、产甲烷和乙酸菌等，都有益于提高石油采收率。本源微生物群落在地下的激活过程可以分为两个阶段。第一阶段是好氧发酵阶段；第二个阶段是厌氧发酵阶段。,7.2.2 本源微生物采油技术设计与方法,7.3 微生物系统的特性与选择,7.3.1 油藏本源细菌的生态特性,7.3.2 油藏本源细菌的应用潜力,7.3.3 微生物系统特性实例,7.4 异源微生物采油技术,7.4.1 异源微生物采油方法,7.4.2 MEOR技术在油井处理中的应用,
