提高原油采收率，是最重要的经济问题之一。由于生物技术在全世界范围内的迅速发展，大大提高了人们对提高原油采收率生物技术方法的兴趣。本文旨在讨论这一领域的最新成果。深入研究利用微生物提高原油采收率的方法始于80年代。几乎每年都举行关于这个问题的地区性学术会议或者国际学术会议，出版了大量的专题著作和文献汇编。

一、利用微生物多聚糖提高原油采收率

大部分多聚糖或者杂多糖，都是由Xanthomonas微生物制造的，所以通常称之为黄原胶或者生物胶。利用多聚糖 - 黄原胶之所以能提高驱油效果，是因为这种聚合物具有提高注水时注入的液体粘度的性能。与聚合物合成稠化剂（例如聚丙烯酰胺）相比，黄原胶具有以下主要优点：溶液高度稳定，被储层岩石及附的数量少，在比较低的浓度条件下粘度高。黄原胶溶液，对盐类作用、高温不大敏感，在很大的pH值范围内保持稳定，不怕机械性破坏和氧化分解，在注入过程中不变质，与高矿化水接触时不失效，主要是在经济上比较有利。

1972年，美国人第一次提出把微生物多聚糖用于采油。从此以后，国外研究出了几十种这样的方法，并组织了多聚糖生产。70年代，苏联叶利诺夫（H. П. Елиноь）等研究人员研究出了工业性制取微生物杂多糖的工艺，但是至今尚未安排好利用微生物工业生产这种聚合物。

为了提高原油采收率，可向注入水中加入50 ~ 2000 ppm浓度的生物聚合物，以使稠化水充满1 ~ 5%的油层孔隙体积，为了从局部枯竭的油田中采出原油，曾提出利用既不与丙酮酸盐化合又不与高矿化地层水中盐类相互作用的多聚糖 - 黄原胶。多聚糖 - 黄原胶能使溶液粘度增至1000 Pa·s。在加入表面活性剂之后，黄原胶溶液的驱油效果显著提高，在储集层条件下，表面活性剂可使溶液流动性增大近19倍。

全苏石油化工过程科学研究设计院试验研究了由不同生理的微生物类群制造的生物聚合物。提出利用适合于有高矿化水的油田的微生物制造的生物聚合物作为水的稠化剂。预计利用这种生物聚合物的经济效益为3000卢布/1吨注剂。

提出在第三开发阶段把含有蛋白质成分的生物聚合物用于采油。往模型（用饱和原油的砂子充填的玻璃管）中注入2%生物聚合物溶液，使驱油效果明显提高。该种生物聚合物的一个重要性质是，当pH值由7增至9.5 ~ 12时，其粘度逆转地急剧增高，并使磷酸盐发生絮凝作用。

由以上所述可见，利用发酵罐制取微生物多聚糖，分离出来，然后加入注入水中，这是利用微生物多聚糖提高原油采收率的基本方法。有关文献中指出，可以利用含有杂多糖 - 稠化剂的培养液向井中注入。同时，还完成了直接在油田产层中利用产微生物多聚糖细菌的试验工作。

二、利用微生物表面活性剂提高原油采收率

这方面的工作于70年代末开始进行，而到80年代则已经研究了各种不同的微生物表面活性剂，建立了生物表面活性剂的制取方法，查明了其成分及物理化学性质。和合成表面活性剂一样，微生物表面活性剂具有以下性能：能明显地降低表面张力（特别是油水界面相间张力），形成胶束溶液，使烃类乳化（有时可起破乳作用），改变岩石表面的增水性。微生物表面活性剂的优点是：易溶于地层水和注入水；在油水界面上，具有良好的表面活性；易于润湿含油岩石表面；能洗掉岩石表面上的油膜；具有很好的分散原油的能力；被储层固体表面吸附的数量少，微生物表面活性剂很强的驱油能力正是由于这些优点所造成的。据专家预测，微生物表面活性剂成本只有合成表面活性剂成本的30%。从生态学方面来看，前者比后者更纯净。

利用模型进行了微生物表面活性剂驱油试验。如果在65 ~ 75°C温度条件下，利用合成表面活性剂（在该组试验中有聚氧化乙烯、油酸羟乙基酯、脂肪酸酯及经超声波处理过的浓度为500 mg/L的蔗糖），静置两小时以后，能从含有质量百分数为9.1%的沥青质原油的泥质砂模型中得到质量百分数为0.031 ~ 0.062的游离原油，那么在相同的条件下，利用微生物海藻糖类脂化合物水溶液时就能得到质量百分数为0.276的原油，即多3.5 ~ 8倍。再向沉淀物中加入海藻糖类脂化合物能够多得到质量百分数为0.32和0.135的原油。微生物培养液所起的作用相似。根据试验结果作出了这样的结论，即可以利用糖脂类溶液向砂岩油层中注入，以便在第二和第三开发阶段提高原油采收率。

苏联提出了利用表面活性糖脂类注水开发油层的方法，糖脂类水溶液可使其与油的界面相间张力降至0.1 mH/m以下，并保证利用岩心模型在实验室条件下使原油采收率达到80%。

我们最熟悉的微生物表面活性剂有乳化液，阴离子脂多糖（能与蛋白质结合），都是Acinetobacter微生物摄食原油、烃类、乙醇及棕榈酸盐等生长时生命活动的产物。在利用砂岩模型进行的试验中，浓度为0.1g/L的乳化液可使原油采收率由10 ~ 12%增至92%，在利用石灰岩模型进行的试验中，使原油采收率由14%增至80%。浓度为0.5 g/L的乳化液可从砂岩中驱出98%的原油。

人们想知道的是把微生物 - 微生物表面活性剂的制造者（特别是兼性厌氧菌之中的）注入油田而随后直接在油层中生产微生物表面活性剂的可能性。

有下列两种利用微生物表面活剂提高原油采收率的方法。

1. 利用发酵罐在需氧条件下生产微生物表面活性剂，随后将其注入井中（主要是在注水时）。在这种情况下，既可以利用经过分离提纯的胞外和胞内微生物表面活性剂，也可以利用经过最充分试验研究而又有前途的含有胞外微生物表面活性剂的培养液。

2. 把微生物——微生物表面活性剂的制造者（不需要在氧气中垮育的厌氧菌类群中生产胞外微生物表面活性剂的细菌）注入油田产层，随后微生物在产层中通过物质代谢生成微生物表面活性剂。为此必须保证该种微生物在油田中的发育条件。

三、直接的微生物处理油层方法

在所研究的微生物作用于油层的情况下兼有微生物的物理作用和生物化学作用。微生物细胞像微观小颗粒一样能够堵塞储集层中的孔隙。在储集层中有直径大于3 μm的孔隙存在的情况下，分布最广的硫酸盐还原细菌能穿过储集层。在油层中的孔隙直径比棒状微生物（杆菌）或者球状微生物（球菌）的直径大1倍的条件下，微生物即可在其中畅通无阻。因为储集层中大多数孔隙的孔径都小于1 μn，所以注微生物能降低储集层的渗透率。在注入含有（20 ~ 150）× 10⁶个微生物/1 ml的海水以后，储集层渗透率降低80%。在注入每1毫升含有10×10³个以上细菌的水的情况下，孔隙就会被明显地堵住。由于微生物对储层岩石孔隙具有堵塞作用，因而提高原油采收率的微生物方法适用于孔隙度大于15%、渗透率不低于（100 ~ 150）×10^-3 μm²的油田。

多次试验研究查明，微生物与原油相互作用生成有机酸（乙酸、丙酸、丁酸）和溶剂（醛、醇、丙酮及其它酮），甲烷，丙烷，CO₂，CO₂N₂，H₂（可能有H₂S），高分子烃和重胶质组分含量减少。结果原油粘度降低，各种石灰岩溶解，储集层孔隙度增高，层内压力上升，原油容易解吸，从而使储集层中驱油条件得到改善。

室内试验和矿场试验用的微生物，可取自计划利用微生物的那些油田井中，以及工业污水、炼油装置排放的废水、糖厂的残余水和沼气池发酵装置等之中，然后使微生物适应于该油田的条件（温度、矿化度、原油成分、储层岩石等），确定其对烃类的同化作用、对原油的代谢作用及生产特定物质的能力。接着利用该油田储集层模型试验研究微生物的驱油性能。

最近几年提出了利用微生物驱出油层中原油新的混合物。研究出了生物化工厂污水净化系统中活性软泥的应用方法，在这种活性软泥中含有好氧菌、厌氧菌、酵母、真菌类以及微生物生命活动所需要的有机质和矿物质。在注入活性软泥情况下，由于正在生长的微生物群有选择性地封堵高渗层段，因而油层注水波及效率提高。在巴什基尔石油工业联合公司油田所进行的工业性试验研究证明了这种调整注水井吸水剖面的可能性。

为了从严重水淹层中驱出多胶质高粘油，提出了利用湖泊软泥、猪粪和地层水的混合物。在微生物的影响下发生气化作用，原油粘度降低，原油流动性增强，原油采收率提高。在实验室条件下发现，同炼油厂污水净化装置中的活性软泥一起被注入油层的沼气池微生物具有很大的驱油作用。据认为，利用这种混合物可以对温度大约为60°C、3.4 ~ 4 km左右深处的油层进行细菌处理，建议向注水井和报废采油井中注入这种混合物。

已经研究出了一种衍生物处理油层方法，该方法包括下列两个阶段：第一阶段活化好氧菌，使原油氧化，生成CO₂和有机酸；第二阶段活化厌氧生成甲烷过程。在鞑靼油田矿场条件下验证了这种方法，我们认为，可以建议在利用边内注水的工业试验中采用上述方法。

通过把硝酸盐和磷酸盐同水一起注入的方式来活化油田中微生物群落，有可能成为生物工艺学方法之一，在这种情况下，微生物数量能在几周内逐渐增加几十倍，在微生物的作用下，原油组分发生变化，脂肪族（C₁₀ ~ C₁₉）烃含量减少，生成C₂₄ ~ C₂₅的化合物，C₁₆、 C₁₈、 C₂₀脂肪酸等。

为了在第二和第三开发阶段工业性地应用提高原油采收率生物工艺学方法，必须解决许多实际问题。其中最重要的一个问题是培养出微生物品系和具有优良的朝需要方向改变油层条件以及原油成分和性质的性能的微生物群落。以前进行的试验研究中所利用的大部分微生物，尽管它们已适应了油田条件，但是对原油成分和性质的影响却很小。大概自然界中几乎不存在能够摄食原油迅速生长和繁殖的微生物品系。要工业性应用，就要有耐热性能好、适应能力和摄食原油组分能力强、制造表面活性剂和多聚糖多、耐压抗盐性好的微生物新品系。利用化学和物理诱变剂、遗传工程和选择方法，使得我们能够在现有的微生物基础上逐渐地培育出来具有所需要性能的突变型和品系。可以认为下列微生物类群是有前途的：对原油组分进行同化作用的产甲烷细菌，使石油烃氧化的制造氧化酶细菌，分解石油烃并生成有机酸和其它溶剂的产酶菌，生产微生物表面活性剂和多聚糖细菌。很显然，在使完全适合于具体油田条件的相辅相成的几个微生物类群相互配合的情况下，可以大幅度提高原油采收率。

研究有利于微生物特异菌种生长及其很强活动力的油田条件保持方法，也是同样重要的一个课题。为此，必须进一步寻找将所需要的成分（首先是氮化物和磷化合物）注入油层的方法，缺少这两种化合物就会限制微生物在油田中生长。

在研究微生物处理油层方法时，必须深入分析油层条件和地下流体动力学过程，其理由是，不充分的分析是引起对过去几十年的试验结果误解的主要原因之一 。美国一些作者认为，有5 ~ 54%的油田适合于采用提高原油采收率的微生物方法。

综上所述，目前，利用通过地面发酵装置制取的微生物同化作用的产物，即微生物表面活性剂和多聚糖 - 稠化剂，是用生物技术方法提高原油采收率的现实而有前途的方向。可以预料，最近5年内将取得明显的实际效果。

［《石油业》1990，No. 1］