—、前言

1859年，美国人埃德温 · 德雷克在泰特斯维尔小镇上打出了找到石油的第一口井，从此，世界上出现了石油工业。百余年来，随着工业的发展，石油成了世界上最重要的能源和化学工业上最主要的原料。全世界每年产油20亿吨。使用石油的范围越来越广，加之科学家每年都发现石油的一些新用途。油田满足世界需要能维持多久？地下还有多少石油？这是很难准确答复的一个问题。可是油田采收终究会造成枯竭，这确是可以被肯定的必然规律。这是因为地球上的化石碳源（石油、天然气、煤）是有限和不可再生的。值得重视的是，百余年来机械采坤（包括最新手段用沉没泵采油）只能采出石油储量的30 ~ 40%。而油井中粘度太大，无法用油管泵出地面的重粘质油，以及油层非均质性影响而剩余的含油饱和度，却是一个大有潜力的采收对象，其储藏量为轻原油的5倍。

当用一次方法直接采油的油量逐渐下降时，接着就采用称为第二次的采油方法，即把液体泵入油藏，保持油藏压力或者直接驱油。

注水是通用的二次开采方法，一般是在产油井周围打注水井，把油从注水点驱向于产油井进行采收。

当一次采油和二次采油不能再有效生产，而产油量严重下降，或含水量很高，甚至成了低产枯竭井时，第三次采油提上了日程。

第三次采油，又有叫做强制采油、强化采油或活化采油。目前，实验开采方法不下177个项目。美国综合大量材料，论述提高采收率方法的有效性。分析117个现场试验中的应用效果，与设计方案进行比较。认为最有效的开采方法可分为三种：热法、化学驱和混相驱。

1. 热法：将热液（或蒸汽）注入油藏，目的是减少油藏中原油的粘度；促使原油流动。

2. 化学法：以专门的化学剂或化学剂混合物与注入水同时注入，提高注入水本身的驱替效率。

（1）胶束驱：注胶束液并注入胶束段塞，然后注水用移动带驱替。被认为是有发展前途的新方法。

（2）聚合物驱：作为缓冲流动控制带，效果较好，是与胶束段塞结合施用。

（3）表面活性剂驱：起洗涤剂作用，通过减少油水相的表面张力，把粘附到油层上的油脱离，然后注入水驱油到生产井。

3. 混相液法：与油接触时形成可混相的注入液。

二氧化碳驱：低浓度的二氧化碳可以破坏碳氢化合物，易溶于油，而且被溶解的原油体积增大，粘度降低，有助于油流动。

以上在177个强采项目中，目前只有上述三种方法中的四个项目正在实施。从现场试验采油来看，化学驱和混相驱虽然是提高采收率的有效途径，但是投资大。

微生物采油则正是通过提供的有关非细菌采油的内容观点而导致出有用的微生物方法。现场实验证明，除了热法（微生物是生命之物只生活于一定的温度范围）外，其它两种方法化学驱和混相驱中的聚合物、表面活性剂、二氧化碳等，微生物的代谢作用都可以利用碳水化合物而r生出来。最重要的是，微生物能解决重粘度油的问题。国外的细菌离析物H-13菌种，能将重质原油粘度降解95多以上。这就完全可以达到提高采收率的目的。

二、微生物采油的历史背景

微生物学最初在石油工艺学中仅仅是众多学科中不显眼的一个领域，现在已随着工业各种各样变化问题而加以应用。微生物学的应用源于巨大的石油工业的发展，已因其变化复杂成为科学尖端。

最初，在石油工业开采中既没有石油技术专家，微生物学家又不知道微生物活动与石油工艺之间的关系。他们是各自对另外的学科完全无知。微生物在石油工艺许多方面所起的作用是逐渐认识的。有例为证，迄至1930年还没把索金、陶桑等生物学家关于烃氧化菌的早期研究工作当一回事。俄国的地质学家莫吉列夫斯基只是想利用细菌的烃氧化作用作为勘探手段。在早期工作中，俄国微生物学家布特克维契起了促进作用。1940年，美国的石油地质学家注意了沉积石油来源，请求在海洋微生物学积累有基础知识的微生物学家佐贝尔给予关心和支持。于是，微生物学应用到石油工艺上逐渐为人们所重视。

许多研究表明，原油沉积体被认为是由在海洋沉积体中沉积的动植物遗体形成的，经过长时间的地质年代，在高温和缺少空气的条件下，经过细菌分解和化学变化形成现在发现的极其复杂的混合物。

开采中证实，粘度在采油中是非常重要的问题，因为粘度决定油流动的易难程度，粘度高于7厘泊时，将使采用常规方毕采油变成不可能。孔隙度和渗透率是含油层的两个特别主要的参数。

从上述中可以看出，在石油形成和二次运移的过程中，细菌的活动具有重要的意义 · 在寻找有可能影响油层中得到最高总采量的因子时，从二十年代起就开始注意起细菌的作用。从实践中证实，利用微生物提高油层来收率是可行的。

1的6年，别克曼首先提出了“在储油层利用微生物提高原油采收率”的设想。1943年，美国得克萨斯州立大学麦克特发表了《细菌对储油岩石渗透性的影响》。研究了Berea砂岩岩心细菌封堵的影响。涉及到由于细菌引起钻井封堵损害所产生的注入问题。佐贝尔在1940年已发现细菌可以从沉积物中释放油。并根据美国石油学会（1943 ~ 53）研究计划，提出了微生物有可能代替机械采油的初步研究。并于1946年12月与美国石油协会一起获得了把厌气细菌注入到油层的专利。佐贝尔的工作推动了这项研究的发展。在五十年代已有不少微生物学家和生物化学专家都发'展了这方面的研究工作。苏联的科技工作者库兹涅佐夫、安德耶夫斯基、西图蒙、盛约柯夫等积极完成了“油田水微生物群”的大范围试验，从而发展了地质微生物基础。上述试验工作，捷克斯洛伐克的多佐列克和斯普伦，波兰的卡斯开维兹，匈牙利的贾恩耶、戴恩斯、基什等对实验室和油田现场试验的各个技术方面作了补充。1954年，科特、尤普德拉夫、雅尔布诺等在美国摩贝尔油田进行了现场试验。与此同时，捷克斯洛伐克也进行了另一个现场试验。

在这个时期内、对细菌的各种技术、培养、处理和研究都在进行。但是，由于专利关系和仅仅是由于专利文献的公布而使试验受到约束。1960年，波兰、匈牙利和苏联进行了更多的现场试验。美国却因油价格降低的关系而对现场试验兴致衰减。八十年代以来，罗马尼亚和美国积极开展了现场试验工作。

从许多研究工作者的工作中看出，有些细菌在利用不同羟类时表现出很高的专异性。由于细菌在油层中的代谢作用，它们不仅能影响石油理化性质的变化，而且影响其微观力学，尤其是当有机物质存在时，在油层有利的水文化学和岩石物理条件下，细菌能够把岩石中的“顽固藏油”“活化”起来。

微生物的生物地球化学活动对提高油藏开发效果有着重要的意义。一方面，一些难溶解的盐在为水和细菌通道的渗透率最高的层次内再次沉淀下来；另一方面，由于微生物的代谢所产生的有机酸对渗透率差的层段内的石灰质夹杂物具有溶解能力，因而使原先不工作的一些分层投入工作，总的效果就是降低了各井乃至全油层的油水比。

试验已经肯定，利用微生物技术开采石油，即向废油井中注入某种微生物及其培养物，使其在井下产生表面活性剂和气体，使粘稠的石油能流动，而被抽出。

三、微生物采油现场实验

早在五十年代初，微生物采油就已在现场进行实验研究。多数是在东欧，特别是在捷克（1954）、荷兰（1956），以后波兰、匈牙利、罗马尼亚、苏联相继进行现场实验。美国是从1954年早期进入现场的。迄今，美国与欧洲国家用微生物培养物处理井取得成效，有完整资料公布的计224口井。

波兰   波兰在工业规模上研究了把不同生态菌种的细菌培养物注入到油井中的效果是令人兴奋而注目的。在不同的地质和地层条件下，对20口井的试验表明，细菌培养物可活化采油量达112 ~ 360%。同时可以提高毗邻油井的采气量和原油采收率。油井的活化伴随着石油粘度的降低和伴生水理化参数的改变。

所采用的菌种是从不同生态体系中分离出的嗜中温细菌培养物，它们属于节杆菌属、梭状芽孢杆菌属、分枝杆菌属、假单孢杆菌属和消化球菌。它们的特点是能够形成气体（氢、氮、二氧化碳和甲烷）和表面活性物质，以及转化烃类。用这些培养物进行了工艺规模的试验。

在选择用于注入细菌培养物的生产井时，预先仔细地研究了油藏的地质构造（注意到构造地质学、储油岩的类型）、岩石物性、油和水的化学成分以及温度和压力条件，这些是不同岩石 - 地层层位的特点。注意了井的良好技术状态以及井深不超过1500公尺。对于预定注入细菌培养物的井，选择了套管下到井底、良好射孔的井以及储油层顶部位于深度最小处的井。还注意到在井中没有任何对细菌有毒的，特别是抗腐蚀的化学化合物。

在Potok油矿油井进行试验看出，向地层注入细菌培养物75天后，反映出油产量提高，达到360%。在第二年，油产量的提高平均保持在260%的水平。在停止注气9个月后，仍然观察到采油量仍在提高。在这口井中得到增产油470吨，另一口740公尺深的井，每月产油3600公斤，产水2000公斤。在注入细菌培养物145天后，该井转入采油。转入采油以后4个月，采油量增加最多，为300%。4年内平均采油量增加到143%。转入采油10个月后，粘度降低最大，从12.22降到8.92厘沲。伴随石油的水为氯化钠型，中等矿化度，对储油层中细菌的发育有良好的影响。菌量的增加保持一年半左右，经过106天后，水的pH值从8.4降到7.0. 试验进行了4年。另一口处理井在前20年产油量呈不规则衰减后，石油产量急骤上升，增产石油360%。试验持续了9年半。

从上述的例子可以认为，所介绍的并在工业规模实验中进行的微生物采油法，可以广泛地实际应用于石油工业。

捷克斯洛伐克  根据斯特莱克等人的现场试验报道，选择用来进行试验的枯竭低产井的油藏产环烷基石油，比重0.941、粘度100厘沲，每门井平均日产油0.4吨，产水6吨。以假单孢杆菌和脱硫细菌的混合培养物注入10口井。关井6个月。在一口井上，副产液体物中石油量从15%增加到50%，另一口井则从14%增加到36%，其余的井也均有变化。

匈牙利  曾在井深2，457米，储油层温度97℃，压力228大气压的井中做过试验。该井在试验前已停产2年。生产井离注入井1700米。试验中注入100升细菌培养物。关井3个月。所使用的培养物为混合污水淤泥培养物 - 去磺弧菌。随着细菌总数特别是去磺弧菌的增加，细菌扩展穿过地层。培养液也促进了本地微生物群落的增长，当油粘度从600降到300时，pH值也从9降到6。油产量增加了60%。

这是全世界现场处理中最深的一口井，也是最高温度97℃的热储油层。值得注意的是微生物处理很成功。

苏联  选择作工业性试验油藏是一个孤立的构造岩性型油藏。油藏储量不大，属阿列克辛层的CO砂岩层。特点是原油含硫、焦油、粘度等均高，由非均质砂岩层位组成。油藏几乎全部下覆有密度为1.18克/厘米³的高矿化度水，油田充分水浸，因而注水采收效果差。

试验井注入由需氧生物和厌氧生物，并与营养液含有泥炭生物质和泥炭水解物质成分有明显区别的淤泥混合组成物——称之为“土壤生物制剂”。试验结果，采收率从180吨/天增加到300吨/天（含水量稳定在60 ~ 65%）。试验初注水1300立方米/天，回收油300吨/天；至第五年仅注水700立方米/天，回收油300吨/天。在这两种情况下，所产生的总流体含量为800 ~ 900立方米/天。

试验结论：虽然由于注水而使试验结果含糊不清，但却观测到注入淡水和微生物生长相一致。在阿尔兰油田，采收率是66%，比同类油田没有用微生物处理的高12 ~ 18%。

罗马尼亚   迄至1982年，罗马尼亚用微生物处理了9口井做试验。接种井分三种类型：（1）仍然在产油（低产枯竭井，0.2 ~ 1吨/天），（2）仅产水，（3）用作注水。（1）和（2）类井按匈牙利程序处理，（3）类井按美国专利：3340930方法处理。适于在油藏中繁殖的细菌群体的主要来源一直是经微生物处理的油层水和制糖厂的发酵浮渣。使用培养物用得自加富培养的混合细菌群系。认为这些细菌具有代谢作用性能。

试验结果：在实验室条件下，细菌代谢作用在集流管引起释放油19.5 ~ 48.8%。而在油田现场，同样的细菌代谢作用产生增加油流量，从一些井来看，提高到200%，并持续五年。Baicoi油矿的一口井所增加的油产量为2093吨，Vata油矿的井增加1，024吨。

美国   已大量进行了178口井的微生物采油试验。这些井大部分是日产油10桶以下（平均2桶/曰）的枯竭低产井。几乎没有井口压力。在早期五十年代所做的试验即已发现，细菌能穿过低渗透性地层。在压裂液中能增加采油量。八十年代，美国曾对各式各样，全是枯竭井进行了150口井作了试验。这些井用混合培养物与可发酵的碳水化合物水溶液一起注入。所用培养物为芽孢杆菌和梭菌混合培养物。在细菌正常代谢作用下没有使用碳氢化合物。试验结论：报道中所处理的井数和取得的成果给人深刻印象。

在美国大陆中部所处理的24口井中，有4口井双倍增产在6个月以上；12口井增产50%，3个月；有5个井位生产水平在短时间内增加了6倍（系最近试验），该试验现在仍然在监测中。其余所有的试验井全部增产42%以上，这个水平已是很高的了。

美国认为，试验结果的变化取决于处理方法和井类型。如果井型和储油层条件选择恰当，油产量预计可平均增加350%，可增加回收油层中现存油量的20 ~ 30%。这就完全可以实现解决提高采收率的问题。

四、结束语

地球上的化石碳源是有限和不可再生的。一个油田的开采年限也就是30年左右。怎样利用可再生的碳源（即生物质）为能源和石化工业提供各种基础原料，即利用生物技术开采石油，完全可以解决油藏中重质油的采收问题。微生物采油的最大特点是，设备简单，投资少，经济实效，工艺不复杂，易于掌握，是在第三次采油中前景远大的重要途径。我国石油资源蕴藏丰富，但仍然有被采光的日子。开发微生物采油新工艺，让废油井重新获得新生，使我国石油工业走向世界前列。

具有重要作用。因此，研究与开发微生物采油新工艺当为我国有关科研部门一项重要而又紧迫的课题。