第1章　緒論

1.1　微生物采油概況

在世界范圍內(nèi)，常規(guī)采油只能采出地下原油的30%～40%。如何提高采收率，從地下采出更多原油，一直是許多國(guó)家不斷研究的課題。為了提高采收率，人們對(duì)三次采油技術(shù)越來(lái)越重視。然而采用強(qiáng)化水驅(qū)、化學(xué)藥劑和蒸汽吞吐等方式進(jìn)行三次采油，會(huì)導(dǎo)致采出原油化學(xué)成分復(fù)雜，平均含水率高等缺點(diǎn)，因此迫切需要一種新的開(kāi)采方式能有效地提高原油采收率，以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

石油聚集于儲(chǔ)層之后，其演化過(guò)程仍然在繼續(xù)。石油成分會(huì)隨著溫度、壓力、注入水以及細(xì)菌的作用而發(fā)生改變，其中微生物作用非常普遍。基于這種思想，1926年美國(guó)石油工程師Beckman提出使用微生物采油技術(shù)驅(qū)油。經(jīng)過(guò)80多年的發(fā)展，微生物清蠟和降低重油黏度、微生物選擇性封堵地層、微生物吞吐、微生物強(qiáng)化水驅(qū)等已成為一項(xiàng)成熟的提高采收率的技術(shù)。

微生物提高采油率（MEOR）技術(shù)是利用微生物代謝產(chǎn)生的聚合物、表面活性劑、氣體、有機(jī)酸及有機(jī)溶劑等進(jìn)行有效驅(qū)油的采油方法，是目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展非常迅速的一項(xiàng)提高原油采收率的技術(shù)，是生物工程技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)領(lǐng)域開(kāi)拓性的應(yīng)用。近年來(lái)國(guó)內(nèi)各油田都相繼開(kāi)展了微生物采油技術(shù)的研究，取得了一定的進(jìn)展。加快國(guó)內(nèi)微生物采油技術(shù)的研究，符合我國(guó)“穩(wěn)定東部，發(fā)展西部”的石油發(fā)展戰(zhàn)略。

1.1.1　國(guó)內(nèi)外研究概況

1.1.1.1　國(guó)外發(fā)展動(dòng)態(tài)

利用微生物開(kāi)采原油是一種具有100多年探索和礦場(chǎng)研究歷史的技術(shù)。早在1895年，Miyoshi就首先記載了微生物作用烴類的現(xiàn)象，1926年，Beckman最早提出了用微生物提高原油產(chǎn)量的想法，1946年Zobell獲得第一項(xiàng)微生物采油專利，到了20世紀(jì)50年代，美國(guó)、蘇聯(lián)及東歐國(guó)家相繼進(jìn)行了微生物采油的工業(yè)規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，多數(shù)取得了理想的效果。進(jìn)入20世紀(jì)70年代隨著世界石油危機(jī)的爆發(fā)，世界各國(guó)更加重視對(duì)微生物采油技術(shù)的研究和應(yīng)用步伐。20世紀(jì)90年代微生物采油技術(shù)在美國(guó)及蘇聯(lián)的礦場(chǎng)應(yīng)用標(biāo)志著工業(yè)化應(yīng)用階段的到來(lái)。近十幾年來(lái)，隨著生物工程技術(shù)和信息技術(shù)等高科技在世界范圍內(nèi)的迅速發(fā)展，加上人們對(duì)MEOR技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷深化，美、英、俄、德、奧等國(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。現(xiàn)在MEOR技術(shù)已經(jīng)在更多的國(guó)家的石油開(kāi)采中得到應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)許多大學(xué)和石油公司的實(shí)驗(yàn)室也加大了微生物采油技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)力度，取得了許多可喜的研究成果。隨著研究?jī)?nèi)容不斷加深，研究領(lǐng)域也不斷拓寬。

1.1.1.2　國(guó)內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)

我國(guó)對(duì)微生物采油技術(shù)研究較晚，1966年，新疆石油管理局開(kāi)始利用微生物進(jìn)行原油脫蠟技術(shù)的研究，被認(rèn)為是微生物技術(shù)研究的開(kāi)端。“七五”期間，MEOR被列為國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，主要開(kāi)展了以下工作：①微生物地下發(fā)酵提高采收率的研究；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。20世紀(jì)80年代，大慶油田率先進(jìn)行了兩口單井微生物吞吐礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果含水量下降，原油產(chǎn)量增加。“九五”期間，國(guó)內(nèi)油田MEOR應(yīng)用技術(shù)也已進(jìn)入工業(yè)性應(yīng)用階段。大慶、勝利、大港、河南等油田，大慶石油學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)、采油廠都已制定了攻關(guān)項(xiàng)目，并且正在密切合作付諸實(shí)施。大港油田建立了專門生產(chǎn)微生物菌液的工廠并率先進(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、勝利、新疆等油田也在開(kāi)展MEOR的室內(nèi)研究與應(yīng)用。

1.1.2　MEOR技術(shù)原理

微生物采油技術(shù)原理一般認(rèn)為是兩大方面，即微生物本身的作用和微生物代謝產(chǎn)物的作用，這兩種作用的對(duì)象可以是原油，也可以是巖石，最終的目的是啟動(dòng)不能流動(dòng)的殘余油，同時(shí)，降低能流動(dòng)殘余油的黏度。

1.1.2.1　微生物本身的作用

（1）細(xì)菌細(xì)胞的作用：細(xì)菌在地層中生長(zhǎng)繁殖，其數(shù)量增加使地層水中顆粒增多，細(xì)胞體積的增加使顆粒粒徑增大，這樣當(dāng)細(xì)菌隨注水進(jìn)入高滲透地帶，可引起堵塞，從而起到堵水調(diào)剖作用。由于細(xì)菌在注水過(guò)程中不斷地生長(zhǎng)繁殖，因此這種堵塞不是在近井地帶，而是在油藏深處，這與一般的化學(xué)堵劑不同，細(xì)菌可實(shí)現(xiàn)地層深調(diào)剖。另外，細(xì)菌細(xì)胞有可能分散在原油中，并有可能阻止原油重質(zhì)組分析出或沉淀。

（2）細(xì)菌的代謝作用：細(xì)菌在油藏中可降解原油中大分子，使原油變稀而便于流動(dòng)，這種現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)到，有些現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道細(xì)菌可改善原油的性質(zhì)。作者認(rèn)為這種變化應(yīng)該是微小的，不足以改變?cè)驮谟筒刂械奈锢硇再|(zhì)，因?yàn)橐环矫嬖托再|(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，另一方面地層原油量巨大，很小的一部分變化不會(huì)影響其總體性質(zhì)的變化。

（3）微生物對(duì)原油的降解作用：原油是一種以含多種烴類為主的復(fù)雜混合物，主要由鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳烴及不同量值的含氮、硫和氧化合物組成。自然界有許多微生物能夠利用烴類作為唯一碳源和能源，而且這種利用能力主要依賴于烴類混合物中各化合物的性質(zhì)。基于這種理論，人們開(kāi)展了大量的研究工作，主要集中在原油烴類代謝的途徑、利用烴的微生物類群以及烴降解微生物的培養(yǎng)條件等方面。關(guān)于微生物降解烴類的代謝機(jī)制，目前普遍認(rèn)為是微生物通過(guò)氧化途徑對(duì)烴類進(jìn)行末端氧化生成的多種代謝產(chǎn)物，如酸、氣體、表面活性劑、生物聚合物等。目前已發(fā)現(xiàn)具有烴降解能力的菌屬超過(guò)20個(gè)，常提到的有假單胞菌屬、不動(dòng)桿菌屬、芽孢菌屬、弧菌屬、微球菌屬、節(jié)桿菌屬。

微生物通過(guò)在地下發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生分解酶，裂解原油重質(zhì)烴類和石蠟組分。重質(zhì)烴類裂解后，能降低原油黏度，從而改善原油在地層中的流動(dòng)性能，石蠟組分裂解后，可減少石蠟在井眼附近的沉積，降低地層原油的流動(dòng)阻力。

1.1.2.2　微生物代謝產(chǎn)物的作用

微生物的代謝產(chǎn)物有很多種，包括生物表面活性劑、小分子有機(jī)溶劑、生物氣體、酸性物質(zhì)等，各種代謝產(chǎn)物作用效果不同。

（1）表面活性物質(zhì)：微生物能產(chǎn)生表面活性物質(zhì)，即生物表面活性劑，生物表面活性劑是具有表面活性的兩親化合物，與化學(xué)合成的表面活性劑相似，它們除具有降低表面張力、乳化原油，降低黏度等特性外，還具有一般化學(xué)合成表面活性劑所不具備的特性，如無(wú)毒、可生物降解等特性，因而有利于環(huán)境保護(hù)。生物表面活性劑與化學(xué)合成表面活性劑相比更具優(yōu)越性，其反應(yīng)的產(chǎn)物均一，可引進(jìn)新類型的化學(xué)基團(tuán)，其中有些基團(tuán)是化學(xué)方法難以合成的。微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑包括許多不同的種類，如糖脂、脂肽、多糖、脂類復(fù)合物、磷脂、脂肪酸和中性脂等。

用生物表面活性劑配制的優(yōu)選表面活性劑體系可使油水界面張力（IFT）顯著下降。微生物產(chǎn)生表面活性劑的微觀模型研究表明，原油在孔隙介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)發(fā)生了乳化。此外，表面活性還通過(guò)改變地層巖石的潤(rùn)濕性來(lái)改變巖石對(duì)原油的黏附性，從而提高產(chǎn)油量。

（2）有機(jī)溶劑：微生物還可產(chǎn)生類似于醇、醛或酮類物質(zhì)，這些物質(zhì)可溶解一些析出的原油組分。細(xì)菌產(chǎn)生的溶劑一般為低分子醇、酮，它們?cè)谖⑷榛凶鳛榈湫偷闹砻婊钚詣辉谝欢ǖ臈l件下，醇和酮還能降低表面張力和界面張力，促進(jìn)乳化，并有助于微乳液的穩(wěn)定。這類物質(zhì)在地層中可將不能流動(dòng)的殘余油洗下，進(jìn)入流動(dòng)狀態(tài)，可提高采收率。

（3）生物氣體：微生物在油藏中產(chǎn)生生物氣，主要有甲烷、二氧化碳、氮?dú)獾龋@些氣體都可在油藏中以混相或非混相形式存在。當(dāng)它們以混相存在時(shí)，氣體可溶于原油，降低原油黏度，使其易于流動(dòng)；如果以非混相存在，氣體以較大氣泡存在于油藏多孔介質(zhì)中，形成氣鎖，降低水相滲透性，并提高油相滲透性。因此氣體不論以哪種形式存在于油藏，都有利于采收率的提高。生物氣的產(chǎn)生還能增加毛管壓力，有利于殘余油驅(qū)出。

（4）有機(jī)酸性物質(zhì)：不少微生物還可產(chǎn)生有機(jī)酸，這對(duì)碳酸巖或碳酸鹽含量較高的油藏提高采收率十分有利，有機(jī)酸能夠溶解巖層中的部分碳酸鹽，增加巖層的滲透性，從而提高原油的流動(dòng)性。與化學(xué)酸化工藝不同，雖然微生物產(chǎn)生的是一些弱酸，但微生物是在進(jìn)入油藏后慢慢產(chǎn)生有機(jī)酸，因此其作用范圍比較大，而且位于油藏深部，并不局限于近井地帶，而化學(xué)法酸化很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

（5）巖石表面性質(zhì)的改變：油藏巖石表面潤(rùn)濕性在微生物作用后可由親油型轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水型，這樣有利于巖石表面殘余油的剝離。

1.1.2.3　微生物采油技術(shù)應(yīng)用工藝

微生物采油技術(shù)工藝可分為兩大類：一類是在工業(yè)化發(fā)酵罐中通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)一些生物制劑，如生物表面活性劑、生物多糖（如黃原膠），將這些產(chǎn)物分離或直接將發(fā)酵原液注入地層，實(shí)現(xiàn)微生物采油，這與化學(xué)采油工藝基本相同，只是注劑的來(lái)源不同：化學(xué)采油注入的是化學(xué)劑，而這里注入的是生物制劑，這類工藝通常稱為地面發(fā)酵法。另一類是將微生物活體直接注入地層，讓微生物在地層中生長(zhǎng)、代謝、繁殖，并作用于油藏，從而實(shí)現(xiàn)微生物采油，這類方法通常被稱為地下發(fā)酵法。目前的MEOR技術(shù)一般是指地下發(fā)酵法。MEOR技術(shù)應(yīng)用具有多種工藝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的目的及實(shí)施的過(guò)程不同，可分為以下幾種工藝。

（1）微生物單井吞吐：將經(jīng)過(guò)篩選的細(xì)菌或細(xì)菌組培養(yǎng)生產(chǎn)成菌液，通過(guò)油井注入油層，有時(shí)在注入時(shí)加入一定量的營(yíng)養(yǎng)，然后停止生產(chǎn)，并關(guān)井，讓微生物在地層生長(zhǎng)、作用于地層。一般這種工藝僅能處理到近井地帶，注入總量越大，處理范圍也就越大，可以起到提高近井油層滲透率的作用，也有能改善原油流動(dòng)性的報(bào)道。其效果表現(xiàn)在油井產(chǎn)量的增加。

委內(nèi)瑞拉石油公司選用阿拉斯加Microbial公司的Para-Bac微生物產(chǎn)品對(duì)重質(zhì)原油進(jìn)行MEOR作業(yè)。他們認(rèn)為，處理作業(yè)成功的關(guān)鍵是針對(duì)試驗(yàn)原油選擇合適的特殊微生物和進(jìn)行合理的作業(yè)設(shè)計(jì)。該公司應(yīng)用的微生物的功能為：①菌種能夠控制很寬分子量范圍的石蠟；②緩釋類型菌種通過(guò)多點(diǎn)螯合、形成箔膜和排除固相來(lái)保護(hù)井下和設(shè)備不被腐蝕。

（2）微生物處理油井：將經(jīng)過(guò)篩選的細(xì)菌或細(xì)菌組培養(yǎng)生產(chǎn)成菌液，注入油井油套環(huán)空間，一般在注入時(shí)不加營(yíng)養(yǎng)，關(guān)井或不關(guān)井，讓微生物在油井中生長(zhǎng)、作用，這種作用僅處理油井井筒，注入量很小，可以起到改善井筒工作狀況的作用，主要是起到清防蠟的作用，維護(hù)油井正常生產(chǎn)，延長(zhǎng)油井免修期，有時(shí)也有產(chǎn)量的增加。由于微生物清蠟降黏是通過(guò)細(xì)菌在井下的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此對(duì)井礦有些基本要求：①井溫及地層溫度低于80℃，最好在35～65℃；②一般選擇抽油機(jī)井，原油含蠟量大于3%；③地層水中氯化物的總量最好低于15%；④地層水pH值大于5；⑤含水大于10%，小于80%。

微生物清防蠟技術(shù)與其他措施比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：①增加利潤(rùn)；②減少熱油處理作業(yè)的頻次和熱需求量，降低熱油處理的生產(chǎn)損失；③去掉石蠟結(jié)晶和無(wú)機(jī)垢（如硫化鐵等）的沉積物，減少管線結(jié)垢趨勢(shì)；④降低液壓抽機(jī)井油壓；⑤降低動(dòng)力水溫，人為使泵溫下降；⑥提高油品質(zhì)量；⑦減少計(jì)量器工作量和泵維修費(fèi)用。當(dāng)然，微生物清防蠟技術(shù)也有一些局限性，如細(xì)菌清蠟只局限在產(chǎn)水的泵抽油井，井底溫度不宜太高（一般不超過(guò)98℃），細(xì)菌降解高分子量烴而使油品性質(zhì)發(fā)生變化。另外有可能促使硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)，造成腐蝕。

（3）微生物增注：將經(jīng)過(guò)篩選的細(xì)菌或細(xì)菌組培養(yǎng)生產(chǎn)成菌液，注入水井并擠入地層，有時(shí)在注入時(shí)也加入一定量的營(yíng)養(yǎng)，然后停止注水，并關(guān)井，讓微生物在注水井近井地帶生長(zhǎng)、作用于油層。一般這種處理僅能處理到近井地帶，注入總量越大，處理范圍也就越大，可以起到提高注水井油層滲透率的作用，從而提高注水能力，降低注水壓力。

（4）微生物強(qiáng)化水驅(qū)：將經(jīng)過(guò)篩選的細(xì)菌或細(xì)菌組培養(yǎng)生產(chǎn)成菌液，由注水井注入地層，多數(shù)情況下加入大量的營(yíng)養(yǎng)，有的連續(xù)注入，有的階段性注入，注水正常進(jìn)行，無(wú)需關(guān)井，微生物隨注入水進(jìn)入地層，生長(zhǎng)、作用于油藏。這種處理由于注入量大，注入時(shí)間長(zhǎng)，因此處理油藏范圍大，可以作用于整個(gè)區(qū)塊地層，其效果表現(xiàn)在區(qū)塊綜合含水下降，產(chǎn)量上升，能起到真正提高采收率的作用。一般所說(shuō)的微生物驅(qū)油技術(shù)指的就是這種工藝。

美國(guó)RAM公司曾開(kāi)發(fā)出一種MEOR液體——wel-prep5用于增效水驅(qū)。該產(chǎn)品是一種含有選定的微生物、生物表面活性劑、營(yíng)養(yǎng)基和生物催化劑的液體制劑，是針對(duì)油藏剩余油的三次采油而開(kāi)發(fā)出的。制劑中厭氧利用烴類的生物，能夠在油層中存活，然后通過(guò)再處理而被周期性激活，于是在地下開(kāi)始并維持一個(gè)不斷形成有助于采油的生物化學(xué)劑的過(guò)程。

在依據(jù)提高水驅(qū)效率的MEOR礦場(chǎng)工藝中，最常用的微生物種類是芽孢桿菌和梭狀芽孢桿菌。這兩類微生物比其他種類更適合在油藏條件下存活，因它們產(chǎn)生芽孢，是細(xì)胞在惡劣環(huán)境下生存的耐久的靜止形式。梭狀芽孢桿菌產(chǎn)生表面活性劑、氣體、醇和溶劑，而某些芽孢桿菌則產(chǎn)生表面活性劑、酸和氣體。美國(guó)從1986年即開(kāi)展微生物增效水驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，位置為俄克拉荷馬州Nowata縣的Delaware-hilders油田。所設(shè)計(jì)的微生物體系是通過(guò)發(fā)酵糖蜜產(chǎn)生生物表面活性劑、氣體和酸來(lái)提高驅(qū)油效率，其目的是確立該法對(duì)一個(gè)處于生產(chǎn)中后期、正進(jìn)行注水油田的可行性。試驗(yàn)成功后（增產(chǎn)13%），1990年美國(guó)又進(jìn)行微生物強(qiáng)化水驅(qū)油擴(kuò)大試驗(yàn)，微生物只注一次，其后持續(xù)注營(yíng)養(yǎng)物糖蜜。試驗(yàn)3年內(nèi)產(chǎn)油量提高了19.6%。隨后，在美國(guó)的其他油田用混合菌種和其他營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)行了多種增效水驅(qū)試驗(yàn)。同時(shí)，羅馬尼亞和德國(guó)等也開(kāi)展了微生物驅(qū)油試驗(yàn)。

我國(guó)1998年吉林油田、長(zhǎng)慶油田、大港油田、勝利油田、大慶油田、克拉瑪依油田、青海油田、華北油田等相繼開(kāi)展了微生物驅(qū)油試驗(yàn)，并取得了良好的效果。其中以勝利油田、吉林油田試驗(yàn)規(guī)模最大，取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。

（5）微生物調(diào)堵：將經(jīng)過(guò)篩選的細(xì)菌或細(xì)菌組培養(yǎng)生產(chǎn)成菌液，通過(guò)注水井注入地層，通常加入大量的營(yíng)養(yǎng)，有的連續(xù)注入，有的階段性注入，注水正常進(jìn)行，無(wú)需關(guān)井，微生物隨注入水進(jìn)入地層生長(zhǎng)，通過(guò)細(xì)菌細(xì)胞的增加和細(xì)菌產(chǎn)生的多糖類代謝產(chǎn)物，堵塞油藏高滲區(qū)孔隙，阻止水流，改變?cè)瓉?lái)注入水的走向，擴(kuò)大注水波及體積，從而使常規(guī)水驅(qū)不能涉及的油藏部分發(fā)生水驅(qū)。其效果表現(xiàn)在區(qū)塊綜合含水下降，產(chǎn)量上升，能起到真正提高采收率的作用。

有報(bào)道認(rèn)為，巨大的巖石比表面會(huì)對(duì)注入的營(yíng)養(yǎng)液產(chǎn)生濃縮作用，使微生物在注入低濃度營(yíng)養(yǎng)液時(shí)也能生長(zhǎng)。同時(shí)，由于微生物在巖石表面附著與繁殖，形成一層生物膜，減小了油藏多孔介質(zhì)的孔隙尺寸，能降低營(yíng)養(yǎng)液和微生物流動(dòng)能力。

微生物調(diào)剖技術(shù)的關(guān)鍵取決于生物膜的形成，生物膜是細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的多層薄膜，它能吸附在固體顆粒的表面，其成分為生物聚合物和生物團(tuán)物質(zhì)。微生物調(diào)剖更適合于厚油層或高滲透油層的深度處理，它克服了聚合物凝膠、石英砂水泥封堵和選擇性封堵等常規(guī)做法的不足之處，即當(dāng)油層中有串流存在時(shí)，上述做法將失去它的作用效果。該工藝包括注入生產(chǎn)生物聚合物的細(xì)菌孢子和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)在油層巖石的孔隙中注入微生物和營(yíng)養(yǎng)物來(lái)降低厚油層產(chǎn)水部位的滲透率，以及在高滲透層帶形成有彈性的生物膜。

1995年，Islam研究了一種新型微生物封堵工藝，表明微生物和礦物封堵是對(duì)裂縫修補(bǔ)的一種有效方法。采用變形的細(xì)菌如Bacillus pasteurii（巴斯德桿菌屬），由細(xì)菌新陳代謝活動(dòng)引起的礦物沉淀和生物體堵塞了多孔介質(zhì)中的孔道，增強(qiáng)了裂縫中的封堵。這種細(xì)菌成因的膠結(jié)在數(shù)小時(shí)內(nèi)就能產(chǎn)生，可用于封堵產(chǎn)水區(qū)的裂縫，以防高產(chǎn)水。同樣，該技術(shù)還可用來(lái)固結(jié)非膠結(jié)裂縫中的砂巖。

（6）微生物酸化壓裂：篩選高產(chǎn)酸的細(xì)菌或細(xì)菌組與營(yíng)養(yǎng)液一起加入到壓裂液中，在壓裂過(guò)程中，隨著壓裂液進(jìn)入裂縫，由于細(xì)菌產(chǎn)生酸性物質(zhì)，可以溶解油藏巖石中碳酸鹽基質(zhì)成分，提高接觸區(qū)域的滲透率，從而提高油井產(chǎn)量。這種工藝一般適合于碳酸鹽油藏或含碳酸鹽量較高的油藏。

微生物酸化壓裂的優(yōu)點(diǎn)是造成侵蝕的裂縫面，同時(shí)提高了相鄰區(qū)域的滲透率。裂縫面侵蝕的程度和效果取決于三個(gè)方面：①在注入壓力下裂縫保持張開(kāi)的時(shí)間，該時(shí)間內(nèi)微生物產(chǎn)酸得以和巖石保持接觸；②注入流體中微生物酸產(chǎn)生的速率和數(shù)量；③油藏巖石的組分和非均質(zhì)程度。相鄰基巖滲透率增加的程度和效果受以下因素影響：①漏失到基巖中的深度；②細(xì)菌滲入基巖的深度；③漏失區(qū)域內(nèi)發(fā)生代謝所產(chǎn)生的數(shù)量；④基巖的地質(zhì)特征，即能增加的連通程度。

目前主要用于酸化壓裂的細(xì)菌主要為發(fā)酵糖蜜的產(chǎn)酸菌，同時(shí)產(chǎn)氣和醇等。其代謝產(chǎn)物為：二氧化碳、氫氣、乙酸、乳酸、丙酸、丁酸、戊酸、丙酮、乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇等。1992年，德國(guó)Wagner博士研究了糖蜜發(fā)酵過(guò)程中檢測(cè)到的代謝物。

（7）內(nèi)源微生物驅(qū)油：經(jīng)過(guò)多年注水開(kāi)發(fā)后，在油藏內(nèi)部就有可能形成相對(duì)穩(wěn)定的微生物群落體系。相對(duì)于向地層中注入的微生物來(lái)說(shuō)，這些微生物是內(nèi)源微生物（indigenous miroorganisms）。油藏中內(nèi)源微生物的種類和數(shù)量可能并不多，主要是由于地層中營(yíng)養(yǎng)條件的限制，如果提供適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)，可激活這些內(nèi)源微生物，并在油藏中大量繁殖。內(nèi)源微生物驅(qū)油技術(shù)就是通過(guò)注入激活劑，刺激油藏內(nèi)部的有益微生物，使其在油藏中產(chǎn)生代謝作用和代謝產(chǎn)物，并與原油/巖石/水相互作用，從而提高水驅(qū)效率，達(dá)到提高油藏最終采收率的目的。通過(guò)對(duì)油層水中分離出的產(chǎn)乙酸鹽菌的純培養(yǎng)物的詳細(xì)研究表明，乙酸鹽菌在好氧作用和厭氧作用階段具有重要位置，起橋梁作用。一方面，在殘余油的好氧-厭氧分解過(guò)程中，產(chǎn)乙酸鹽菌可以使烴類的好氧氧化產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步降解，轉(zhuǎn)化為乙酸鹽、二氧化碳和氫氣；另一方面，該菌能夠?qū)崿F(xiàn)還原性的產(chǎn)乙酸鹽作用，從而使氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化形成乙酸鹽。

通過(guò)放射性同位素標(biāo)記研究，發(fā)現(xiàn)油層水中存在由H¹⁴C形成乙酸鹽的高速作用，其速度可達(dá)到每天4.6～70.2μg/L，并且獲得了活躍聚集的產(chǎn)乙酸鹽菌的培養(yǎng)物。在有機(jī)物分解最后階段，這些培養(yǎng)基物質(zhì)分別經(jīng)產(chǎn)甲烷菌和硫酸鹽還原菌作用而轉(zhuǎn)化成甲烷和硫化氫。因而，在本源微生物采油中，通過(guò)好氧菌-厭氧菌的鏈?zhǔn)较盗蟹磻?yīng)，產(chǎn)生大量甲烷氣體，起到了良好的驅(qū)油釋油效果。

（8）微生物固砂：將經(jīng)過(guò)篩選的細(xì)菌或細(xì)菌組培養(yǎng)生產(chǎn)成菌液，由注水井注入地層，通常加入大量的營(yíng)養(yǎng)，通過(guò)微生物代謝作用引起油藏中pH值升高，從而使地層水中的鈣鹽和鎂鹽在油藏中沉積下來(lái)，將砂體固定，防止在采油過(guò)程中出砂而影響生產(chǎn)。這種工藝主要用于出砂油藏，目前這方面技術(shù)僅處于研究階段。

相對(duì)于其他提高采收率技術(shù)而言，MEOR技術(shù)的工藝非常多，但其共同點(diǎn)是：都是利用微生物，通過(guò)微生物的活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝的目的，根據(jù)具體情況的需要，選擇不同的工藝，有時(shí)也可將微生物方法與其他提高石油采收率方法綜合使用。

一般將微生物單井吞吐認(rèn)為只是一種生產(chǎn)措施，而微生物驅(qū)油被列入三次采油范疇，國(guó)外有的學(xué)者稱之為四次采油。

1.1.3　微生物驅(qū)油的優(yōu)點(diǎn)及不足

相對(duì)于其他三次采油技術(shù)，微生物采油技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：①它對(duì)邊際生產(chǎn)油田具有經(jīng)濟(jì)吸引力，成本低，見(jiàn)效周期長(zhǎng)；②所需設(shè)備簡(jiǎn)單，采用傳統(tǒng)的注水地面設(shè)備即可達(dá)到施工要求；③微生物培養(yǎng)物注入液成本低廉且不受原油價(jià)格影響；④可用于各種類型的原油（如重質(zhì)油、輕質(zhì)油等）；⑤對(duì)地層傷害小，相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)環(huán)境污染小，并且可以在同一口井中多次使用；⑥微生物體積小，運(yùn)移能力強(qiáng)，能進(jìn)入其他工藝不能觸及的死角和裂縫。因此，MEOR是一項(xiàng)具有光明發(fā)展前景的三次采油技術(shù)。但是MEOR技術(shù)也有其局限性：①微生物在溫度較高、鹽度較大、重金屬離子含量較高的油藏條件下容易遭到破壞；②微生物產(chǎn)生的表面活性劑和生物聚合物有造成沉淀的危險(xiǎn)性；③培養(yǎng)微生物的條件不易把握；④微生物采油技術(shù)在冬季不易施工。

1.1.3.1　MEOR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

微生物采油技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，并在目前呈快速發(fā)展的趨勢(shì)，其主要原因是該類技術(shù)具有如下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

（1）低成本：進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期的油田提高采收率都面臨著共同的問(wèn)題，即生產(chǎn)成本。目前提高采收率技術(shù)有物理方法和化學(xué)方法。物理方法主要是注氣驅(qū)和熱采。注氣驅(qū)需要將氣源和高壓注入設(shè)備，而熱采需要注入熱水或蒸氣，不僅需要高壓設(shè)備，更需要大量熱能；化學(xué)驅(qū)則需要注入大量化學(xué)劑，成本也比較高。相對(duì)而言，MEOR技術(shù)不僅不需要大型高壓注入設(shè)備，而且微生物菌液生產(chǎn)成本也比較低。

2002年美國(guó)能源部公布各種提高采收率技術(shù)的增油成本，其中蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)的每桶油生產(chǎn)成本增加3～6美元，火燒油層每桶油生產(chǎn)成本增加5～10美元，注CO₂和N₂以及煙道氣混相驅(qū)每桶油生產(chǎn)成本增加2～8美元，注聚合物驅(qū)每桶油生產(chǎn)成本增加5～10美元，注表面活性劑驅(qū)包括膠束聚合物驅(qū)、低張力水驅(qū)、微乳狀液驅(qū)，每桶油生產(chǎn)成本增加8～12美元，而MEOR的單井吞吐工藝，每桶油生產(chǎn)成本增加1～8美元。

（2）設(shè)備投資少：與一般的化學(xué)驅(qū)油相比，微生物采油現(xiàn)場(chǎng)注入工藝投資相對(duì)較少。目前化學(xué)驅(qū)主要是聚合物驅(qū)油技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)需要建立聚合物注入站，包括聚合物溶解部分和注入部分，有的區(qū)塊需要使用清水配制聚合物溶液，這樣還需要提供清水水源部分，地面整體建設(shè)投資巨大，而微生物驅(qū)油一般只需要對(duì)二次水驅(qū)的注水流程略加改造即可使用。

（3）不傷害地層：微生物驅(qū)油注入的主要是微生物菌液或微生物所需要的營(yíng)養(yǎng)，這些物質(zhì)不容易造成注水井附近的地層傷害。如果不需要進(jìn)行微生物驅(qū)時(shí)，只需要停止注入微生物或停注營(yíng)養(yǎng)物即可恢復(fù)地層的原來(lái)狀態(tài)，不會(huì)造成地層的長(zhǎng)期傷害，即使存在有微生物造成的地層堵塞，也可通過(guò)酸化法進(jìn)行有效的處理。

（4）原料來(lái)源廣泛：微生物菌液生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)或注入地層的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都是一些可溶解的糖類、蛋白質(zhì)及一些無(wú)機(jī)鹽，這些物質(zhì)來(lái)源廣泛，且均屬于可再生資源。

（5）適應(yīng)性廣：由于微生物具有多樣性，可適應(yīng)于各種油藏環(huán)境，因此對(duì)地層環(huán)境也具有較廣的適應(yīng)性。國(guó)外學(xué)者曾將微生物采油技術(shù)和蒸汽驅(qū)、火燒地層、CO₂驅(qū)、N₂驅(qū)、聚合物驅(qū)、堿驅(qū)等提高采收率技術(shù)進(jìn)行綜合比較（表1-1），認(rèn)為微生物采油技術(shù)具備更廣的油藏適應(yīng)范圍。

（6）不污染環(huán)境：MEOR技術(shù)所用的原料多數(shù)是可生物降解的，具無(wú)毒性，因此對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，屬綠色環(huán)保技術(shù)。

正因?yàn)镸EOR技術(shù)具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以美國(guó)在20世紀(jì)90年代將微生物采油技術(shù)列為繼“熱采、化學(xué)驅(qū)和氣驅(qū)”三類傳統(tǒng)的提高采收率方法之后的第四類主要提高采收率技術(shù)。

1.1.3.2　MEOR技術(shù)的局限性

微生物采油技術(shù)和其他任何一項(xiàng)提高采收率技術(shù)一樣，同樣也具有其局限性：一方面是因?yàn)橛筒胤N類很多，不同油藏環(huán)境及其開(kāi)采過(guò)程不同，有的油藏不適合該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用；另一方面是由于微生物自身的一些特點(diǎn)，決定了它與化學(xué)驅(qū)油劑存在很大的差別，在應(yīng)用時(shí)也受一些特殊的局限。

以前一直認(rèn)為制約MEOR的應(yīng)用和發(fā)展主要因素是油藏的極端環(huán)境，多種極端因素限制微生物的生長(zhǎng)，尤其是油藏的高溫環(huán)境被認(rèn)為是主要的限制因素。然而近年來(lái)研究表明，即使是在油藏這種極端環(huán)境中，仍存在大量且多種多樣的微生物群落。既然在油藏中存在微生物，那么只要能控制好就可以加以利用。

由于MEOR技術(shù)應(yīng)用的主體是微生物，因此理論上一切影響生物生存的環(huán)境因素都或多或少地影響微生物的性質(zhì)，從而影響其應(yīng)用效果，油藏環(huán)境對(duì)微生物的主影響因素如下。

（1）巖石性質(zhì)：油藏的巖石是多孔介質(zhì)，我國(guó)主要是砂巖或碳酸巖，大慶油田以砂巖為主。對(duì)MEOR的影響主要是其滲透率和孔徑大小。要在一個(gè)油藏實(shí)施MEOR，其前提是微生物能夠進(jìn)入巖石，如果油藏滲透率和孔徑太小，微生物就無(wú)法進(jìn)入。細(xì)菌的大小一般在0.5～5μm，這就要求巖石孔徑要遠(yuǎn)大于這個(gè)值。一般認(rèn)為，可實(shí)施MEOR的油藏其滲透率最好大于50×10^-3μm²，孔隙度大于15%。也有報(bào)道認(rèn)為巖石孔隙大小同巖石滲透率呈正相關(guān)關(guān)系，微生物有效運(yùn)移的巖石滲透率的最低限值為（75～100）×10^-3μm²。

（2）地層水性質(zhì)：油藏中地層水一般都有一定的礦化度。不同區(qū)塊之間差異較大，有的油藏地層水達(dá)到飽和鹽水狀態(tài)，雖然在鹽湖中也能發(fā)現(xiàn)細(xì)菌，但這些細(xì)菌在油藏中不一定起到提高采收率的作用。除了總礦化度的影響外，地層水中各種離子的比例和一些重金屬離子濃度也是重要影響因素，在技術(shù)應(yīng)用時(shí)需要具體考慮。大慶油田的礦化度一般在4000～8000mg/L。

（3）原油性質(zhì)：油藏不同，原油性質(zhì)差異很大。研究認(rèn)為，原油性質(zhì)對(duì)微生物的影響不明顯，但原油在油藏中必須能夠流動(dòng)，一些高黏度稠油或特稠油也無(wú)法應(yīng)用MEOR技術(shù)。

（4）溫度：溫度對(duì)MEOR技術(shù)影響最大，雖然在自然界中存在極端微生物或嗜溫細(xì)菌，但MEOR技術(shù)要求的不僅是能在高溫下生存而且能大量生長(zhǎng)繁殖。地層的溫度與其深度有關(guān)，有些低溫油藏在30～50℃，也有高溫油藏在50～90℃，還有更高的溫度可達(dá)120℃以上，這種溫度條件無(wú)疑是極端溫度，影響MEOR技術(shù)的實(shí)施。大慶油田大部分油藏在40～50℃范圍，平均為45℃，少數(shù)高于60℃，因此比較適合MEOR的應(yīng)用。

（5）壓力：油藏壓力是不可避免的，只是不同油藏壓力大小不同，壓力對(duì)微生物的生長(zhǎng)肯定存在影響，但影響的程度目前仍不清楚。通常認(rèn)為在10MPa左右的靜水壓力下面，微生物的活動(dòng)受壓力影響不大。在進(jìn)行MEOR過(guò)程中，還是有必要考慮壓力的影響因素，太高的壓力也有可能成為主要限制因素。大慶油田靜水壓力一般在10MPa以下。

（6）pH：油藏的pH值一般接近中性，對(duì)微生物生長(zhǎng)不會(huì)產(chǎn)生直接影響。但pH值與氧化還原電位E_h有直接關(guān)系，pH值低時(shí)，E_h高；pH值高時(shí)，E_h低。各種微生物所要求的E_h值不一樣，一般好氧性微生物在E_h值為+0.1V以上時(shí)均可生長(zhǎng)，以E_h值為+0.3～+0.4V時(shí)最為適宜；厭氧性微生物只有在E_h值低于+0.1V時(shí)才能生長(zhǎng)。

由于微生物自身的特點(diǎn)和油藏的客觀條件，使MEOR技術(shù)和其他提高采收率技術(shù)一樣存在其局限性。美國(guó)曾在20世紀(jì)80年代對(duì)其本土油田進(jìn)行調(diào)查，認(rèn)為有27%的油藏適合于微生物采油技術(shù)（表1-1），這不是絕對(duì)的范圍，微生物學(xué)科的發(fā)展和新發(fā)現(xiàn)的微生物可能使其適合的油藏范圍不斷擴(kuò)大。