目前我国微生物菌种研究的关键在于，要研发适用于不同类型油藏的激活剂。图为科研人员利用基因芯片分析油藏微生物菌群结构。 摄影/刘 铁

　　微生物驱是个精细调控的过程，很难找出一个统一的模式，每个区块都需要制定独特的实施方案。

　　特邀嘉宾(排名不分先后)

　　中国石化胜利油田工艺研究院微生物中心主任 曹嫣镔

　　中国石油华北油田采油工程研究院副院长 吴 刚

　　中国石化河南油田石油工程技术研究院高级工程师 郝春雷

　　中国石油辽河油田沈阳采油厂总地质师 张吉昌

　　中国石油辽河油田沈阳采油厂地质研究所工程师 程道伟

　　文/本刊实习记者 金慧慧

　　什么是绿色的采油方式?

　　答案是微生物采油。它利用微生物或其代谢产物提高原油产量和采收率，被定位为继热驱、化学驱和气驱之后的第四种提高采收率的方法。因为该技术是依靠微生物及其代谢物来实现增油的目的，所以具有绿色环保的天然优势。在环保形势日趋严峻的当下，它的应用恰逢其时。

　　然而，因为微生物本身的多变性和复杂性，它的发展和推广受到了一定的局限。在我国，微生物采油发展并不具规模。究竟是哪些因素增加了该技术发展的难度?各油田是如何处理解决这些难题的?该技术未来的发展前景如何?针对以上问题，中国石油石化杂志社记者采访了胜利油田、华北油田、辽河油田和河南油田的相关负责人。

　　多因素致其发展缓慢

　　中国石油石化：据了解，微生物采油技术已有近90年的历史，世界范围内大规模应用也有20年之久。我国在这方面的发展则较为缓慢，造成这种局面的原因是什么?

　　曹嫣镔：我们认为，影响微生物采油技术推广的因素主要有三个。一是微生物驱提高采收率的幅度较低。相比较而言，化学驱和热驱提高采收率的绝对值较大，热驱提高采收率幅度达到15%，化学驱10%，微生物驱一般只有5%到8%。二是微生物驱采油速度较低。化学驱和热驱投资回收周期短，见效期内增油幅度高。但不足之处在于化学驱和热驱有效期较短，一般4至5年就达到采收顶峰。微生物驱整体上表现为温和见效，有效期长，可持续时间达十几年之久。三是微生物驱的技术成熟度低。热驱规模化工业应用已有50多年，化学驱广泛应用已有近20年，而微生物驱受地层中微生物菌群变化等因素的影响，技术成熟度较弱。化学驱和热驱方案一旦确定就可以实施，虽然过程也需调整，但整个过程不会出现大的变化。微生物采油则需要在整个过程中进行动态监控，根据菌群分布状况和营养液运移情况的变化不断调整方案，实施过程更为复杂。

　　郝春雷：微生物采油技术标准化推广困难，是导致它发展缓慢的原因之一。化学手段中的聚合物、化学降黏以及化学剂的使用本身很清晰，同类情况可复制使用，所以可以大规模地推广实施。微生物驱的机理已明确，但针对性较差，不同油藏差别较大，每口井的具体情况各不相同，不能复制使用，需要进行一对一的实验，然后根据具体的情况采取相应的方法。

　　此外，微生物菌液供应困难也影响微生物采油技术发展。化学剂可根据需要随时购买，如果当时派不上用场可以留作以后再用，而市场上没有现成的适用菌种，应用时需提前委托厂家培养。又因为菌液最终效果同时受培养方法和菌种性能影响，所以厂家因担心责任不明晰，大都不愿意接受委托加工。如此一来就形成了卖方市场，菌种的价格随之提高。成本问题也成为制约微生物采油技术发展的原因。

　　中国石油石化：目前，微生物采油技术在油田的开采中所占的比重有多大?其优势和劣势分别是什么?

　　张吉昌：目前我们油田微生物采油技术所占的比重较小，没有作为规模推广，只是作为三次采油后续新推技术，解决油藏非均质较强、通过常规方式无法提高采收率的问题。它作为一种驱油的手段，成本低、投入少，但对它的认识较浅，副作用不明确。目前我们采用微生物吞吐的手段投入试验了6口井，只有4口井见效，阶段累增油1040吨。

　　吴刚：化学驱的平均有效期在一年半，目前微生物驱在采油中还处于辅助地位，技术优势在于可持续、可循环应用，并且可以用来解决化学驱不能解决的问题。它的增油效果目前难以量化评价，应该把微生物驱和化学驱相结合，在油田开发的不同阶段发挥各自的长处，共同为提高采收率服务。

　　郝春雷：目前，我们油田采用的是单井吞吐和微生物驱，增油效果不明显。国外也存在同样的问题，那就是跟其他技术相比，微生物驱的比重不大。国外的技术分类把微生物驱划入化学手段中，是化学类的一小块，即使在化学类中它的应用比重也不大。

　　曹嫣镔：我们目前有罗801和沾3两个区块在搞微生物采油技术，年产油量5万吨左右。我们油田的年总产量为2700万吨。相对来说，微生物采油技术所占的比例较低。总体上来说它是温和见效的，产量略有上升，含水略有下降或保持稳定。沾3区块含水明显下降，中心井井组含水最大下降20%，井组产油量翻一番，见效特征显著。

　　微生物采油技术的优势在于，首先它是一项绿色环保技术。传统化学驱的污水处理难度较大，微生物采油技术对整个油田的生产系统，包括地面脱水、采油污水合理利用起到了很好的作用。微生物采油技术利用地层中微生物本身的代谢活动达到提高采收率的目的，不会对整个系统和后续的处理过程带来不利的影响，有效地缓解了油田零排放的环保压力。

　　其次，微生物采油技术产出投入比高，经济效益较好。美国目前的微生物采油技术产出投入比大于5%，我们胜利油田成功的区块产出投入比也达到了这个比例。

　　再者，微生物采油技术一次性投入低。热采在蒸汽驱前要建专门的锅炉、拉管网、配备配套的工艺管柱，整个投资比较大。化学驱要建配聚站，聚合物的用量较大。而微生物驱只需在原有的注水井中注入营养液即可，整个地面流程不需要大的改变，前期工作和运营过程中的投入均较少。

　　至于微生物采油技术发展的劣势，和上文河南油田提到的延缓微生物采油技术发展速度的原因一样，我们认为微生物菌群的不稳定性和差异性成为该技术发展的劣势。这也是它的天然劣势。微生物驱是个精细调控的过程，很难找出一个统一的模式，每个区块都会有一个差异很大的实施方案。这就对编制方案的前期研究和每个区块实施过程中的动态监测提出了较高的要求。

　　四大关键需重视

　　中国石油石化：以上我们讨论的是微生物采油技术的宏观发展问题。具体到油藏状况，微生物采油技术对于油藏的适用性有没有要求?它的筛选标准是什么?

　　郝春雷：我们认为在油藏的选择中需要考虑油田的开发时间，开发到什么程度，到了什么阶段开始采用微生物驱，油田要根据实际情况做一个评估。目前我们得到的经验是油藏温度小于120℃，大于30℃，矿化度在15mg/L万以内，ph值在9.5到5之间，自然条件下一般酸度不超过这个范围，所以这个因素可以忽略不计。

　　曹嫣镔：对于油藏的适应性各个单位都有自己的要求，像美国的泰坦公司、杜邦公司都有各自的微生物驱油技术油藏筛选标准。胜利油田1995年开始着手研究微生物采油技术， 1999年成立微生物中心，至今我们摸索出了自己的一套筛选标准。这也是中石化微生物采油技术的油藏筛选标准，各项标准的具体参数是：油藏温度≤90℃、渗透率≥30×10-3μm2、地层水pH值6~8、地层水矿化度≤150000mg/L、50℃地面脱气原油黏度≤3000mP·s、含水率40%~95%。

　　程道伟：使用化学驱和热驱等三次采油技术后仍有30%原油无法开采出来，微生物采油技术可以用来弥补常规技术的不足。我们厂属于全国最大的高凝油生产基地。该油品最大的特征是含蜡量高、凝固点高，这个时候可以用微生物来降凝、降黏，增强地层中原油的流动性，达到驱油的目的。具体的话，我们认为油藏温度应该在20℃~80℃之间，一旦达到120℃以上微生物就无法存活，更别说活性了。我们辽河油田多砂岩区块，渗透率较高，这一点比较适合。黏度小于500mPa·s，沥青含量小于50%，石蜡含量大于5%。

　　中国石油石化：除油藏的筛选标准外，原料的选取也是微生物采油技术的关键环节，那微生物菌种的选择标准是如何界定的?菌种的培养存在哪些问题?

　　张吉昌：早期采用的菌种是从国外引进的，现在国内有很多公司从事微生物菌种的培植，我们直接从这些公司购买。他们先对油藏做一个评价，确定是否适用微生物采油技术，然后从油藏中取样带回实验室研究，匹配适用菌种。

　　曹嫣镔：我们油田采用的菌种大致分为两类，一类是外源微生物，一类是内源微生物。所谓外源微生物指的是从外界注入的微生物。我们前期先注入大量微生物菌液，待它们成为优势菌后就只注入营养液，保证它们的生长。这些外源菌也是从油藏中提取的，对生态环境没有影响，但缺点在于它们可能竞争不过内源菌。内源菌，是地层中生长的微生物菌种，因为是油藏中本身所有的，所以把握性更大，技术也相对比较成熟，我们优先选择内源菌。

　　目前，我们微生物菌种研究问题的关键在于，研发适用于不同类型油藏的激活剂，也就是营养液，最大程度激发功能菌的活性。胜利油田有一个菌种库，里面有200多株功能菌，有产表面活性剂的，也有厌氧条件下产气的。我们会根据油藏条件各选取一部分，然后通过室内评价实验考察这些菌种的分散乳化能力和产气率。根据油藏温度选择菌种，对于菌种的注入量、浓度，我们通过室内物模实验，依托数值模拟的方法对现场的实施方案进行优化。

　　郝春雷：关于菌种培养，微生物室内研究很清晰，如何生产表面活性剂等都是已知的了，但井下如何发挥作用没有通用方法，也就是现场应用不明确。以我们的经验来讲，油井生产情况的评估很重要。这是个前提条件，首先要寻找有潜力的油井，但评价标准尚不明确，要在实践中总结。

　　中国石油石化：各位都不约而同地提到了实验和应用的问题。据了解，目前国内在菌种评价方面出现了室内实验条件与现场应用条件偏差较大的问题，原因是什么，如何缩小这种差距?

　　曹嫣镔：偏差的原因在于研究对象是不断变化的生物。微生物不同于化学剂。它们是有生命的，处在不断的活动变化中，而且对环境的要求很严格，很多微生物脱离特定的油藏条件就无法生存，活性被大幅度抑制。室内模拟条件和油藏的真实条件有一定差异，导致无法完全模拟油藏条件下菌群的分布状况。但实验基本反映了油藏的一些规律，室内评价方法确定有潜力的区块，实际实施时也会出现比较好的效果。所以，我们认为室内实验对现场实施的评估、指导作用毋庸置疑，可以满足现场的需求。

　　当然，对于二者存在的差距，我们要尽量想办法缩小，努力构建一个接近真实油藏情况的菌群。尽可能模仿油藏的条件，包括温度、压力和水，在时间上做到当天取样当天实验，减少时间差对实验效果的影响。

　　吴刚：实验数据和现场效果的差距还是很大的。虽然室内研究的结果是可提高采收率15%到20%，但是实际应用效果还远达不到这个比例，油藏条件下菌群与原油、水作用机理更为复杂。目前多为定性结果，所以现场应用远远达不到实验时的评价结果。此外，地层条件下作用因素复杂，我们实验条件下能够模拟的因素只有一两个，实际上可能存在诸多未知因素。微生物采油技术是跨多专业的综合学科，技术发展仅仅处于初级阶段，需要进一步加强机理研究，实验的方法手段和效果评价也需不断细化，思维上也要有创新，在反复实践、反复认识中提升发展。

　　程道伟：刚才说到我们的菌种是从外面的公司购买的。这中间有一个运输问题，微生物菌种的变化很大，有些菌种在运输过程中可能发生变异，对时效性有严格的要求。我们能做的是在路线选择上缩短距离，选择离采油厂最近的站点，保证收到后立即投入使用，以缩小实验条件和现场应用之间的差距，寻求最佳的驱油效果。

　　中国石油石化：据了解，相对于化学驱和热驱，微生物采油技术存在配套措施不完善或一些客观的限制条件，请问各位所在油田是什么情况?

　　曹嫣镔：我们的配套设施很简单，胜利油田成立了微生物中心，专门从事微生物采油技术的研究，研究成果直接应用到采油厂。微生物菌种和营养液的注入也不需要特殊的装备，可以在注水时一起注入，前期地面的调整工作比较小，不需要大的投入。

　　郝春雷：和胜利油田不同，我们使用的菌种是自己的，但施工用的菌液是委托外面的厂家加工的。因为我们没有生产基地。很多技术都存在一个问题，那就是技术服务和生产分离。我们和外面的公司一样，都是做技术服务的。我们所用的油井是由采油厂提供的，而不是根据需要去选择适用的油井，虽然采油厂提供的油井我们可以决定做或不做，也可以从中间选择条件较好的去做，但从研究应具备的前提条件来说，我们的自主选择是受限的。可供试验的油藏不足，制约了研究和应用工作的开展。

　　要借鉴更要创新

　　中国石油石化：与美国微生物驱油技术发展相比，我国还有较大的差距，有哪些经验是我们可以借鉴的?

　　曹嫣镔：美国的微生物采油技术已有四五十年的历史，现场应用区块和单元已经达到上百个，形成了相对完善的筛选标准和应用标准。胜利油田1995年才成立课题组，目前共开展了7个单元的微生物驱实验，完善的只有4个单元，起步晚、应用少，现场规律的总结和理解的深度和美国有差距。

　　如果说学习的话，首先，美国有专门的技术服务公司从事技术服务，研究机构和高校团队从事研究工作，基础研究扎实，能源局也给予资金支持。相比之下我们从事基础研究，尤其是从事石油微生物研究的人较少。再者，国家发展战略对此要有一个长远规划。热驱的柴油燃烧产生大量二氧化碳，化学驱采收液的后续处理比较棘手，现在的做法是强行回灌至地层中，高压回灌对地层水是否有污染尚不明确。在环保要求越来越高的情况下，不能单纯以提高采油速度和采收率幅度大小来衡量一项技术，要站在更高的视野上，把技术发展和国家战略调整相结合。

我国微生物采油技术研究仍处于初级阶段，需要继续加强机理研究，实验的方法和手段也需要不断细化。摄影/刘 铁

　　中国石油石化：今后我国微生物采油技术需要重点攻克的难题有哪些?需要在哪些方面进行自己的创新?

　　曹嫣镔：我们制定了一个短期发展规划，也是近7年的研究方向，主要围绕以下五个方面的问题展开。

　　一是石油微生物监测技术的提高。以前我们先对微生物进行培养，然后分析找出适用的菌种，由于分辨率低，油藏中95%的细菌无法通过这种方法培养起来，脱离了油藏的环境很多细菌无法生长。随着分子生物分析技术的发展，利用基因分析技术提取微生物的DNA，对油藏中细菌及其比例进行分析，准确掌握地层中菌群的分布状态。这样一来微生物的分辨速度提高了，费用降低了，基本上满足了现场需要。难点在于，菌群只分析到属，对于菌群在油藏环境中的作用，还需要把功能菌从菌群中有效地分离、提纯出来，研究它们的作用。

　　二是不同阶段微生物的作用机制、相互影响以及对提高采收率的贡献率的研究。功能菌所处位置分为三个阶段：好氧微生物区，靠近注水井;兼性微生物区，位于中间位置;厌氧微生物区，位于油藏深处直至采油井。需要进一步明晰三个阶段微生物代谢的规律，代谢产物对下个阶段微生物的代谢有什么影响，以及它们对提高采收率贡献的大小。

　　三是为了进一步提高微生物的适应性，研究具有调剖功能的营养液。这种营养液本身具有一定的黏度和封堵作用，是被微生物消耗的营养物质，在未被消耗完之前具有一定的调剖功能，可以用来提高微生物对非均质油藏的适应性。

　　四是开发数值模拟软件。依托国外商业软件CMG(油藏模拟系统软件)平台，通过建立微生物反应方程模式，呈现微生物的主要作用机理，推进微生物作用机理的深化研究。

　　五是外源菌本源化研究。上面提到本源菌是优先选择的对象，但不是所有油藏中的本源菌经过激活都能起主导作用，有些油藏中起不了作用的菌种，如硫酸盐还原菌、腐生菌占的比重较大，只能通过注入外源菌，让它们通过竞争占据主导作用。在共同作用的生物竞争环境中，外源菌如何成为优势菌种起主导作用，是今后需要攻克的一个难题。

　　吴刚：对于微生物菌种的研究有待加强。上世纪80年代我们从国外引进菌种，直接投入应用，依靠应用效果做简单评价，行就用，不行就不用，不了解作用的深层次机理。现在我们开始深化技术研究，在了解应用效果的基础上，依托油田环境自主开展菌种的研究。

　　2013年我们把自主筛选的12株菌种拿去做权威鉴定，结果发现3株在我国石油领域是首次应用的，其中一株在世界范围内是首次发现。这也增加了我们研究的动力。但限于研究的力度，我们的菌种应用范围较窄，种属较少，菌群库还亟待丰富。

　　微生物驱油技术的机理还存在一些问题需要量化。目前研究定性认为微生物对原油有降解作用，微生物可以产酸、产脂、产气。微生物驱油是一个缓慢、复杂的过程，中间代谢产物和附着物较多，开始时选用的菌群和降解后的菌群有可能已经发生变化，需要模拟还原整个实验过程，以最终确定目标微生物的功能性，而这些都缺乏量化评价标准。

　　郝春雷：刚才在介绍配套设施时说到我们的现状是技术服务和生产分离，生产单位只负责生产，科研单位只负责科研，并非由油田总公司统一协调。采油厂可以自主选择技术服务单位，既可以选择外部单位也可以选择我们内部单位。采油厂在选择时看重的是成本和结果，外部公司按有效油井收费，没效果就不收费，这一点对采油厂的吸引力很大。而外部公司可以为很多采油厂服务，这个做不好了可以选择下一个采油厂。我们作为内部技术服务公司，失败一次就会对下次的工作造成影响，再去找采油厂会有一定的困难。

　　室内研究方面的话，目前国内主要存在两个问题。一是缺少量化，就是微生物机理方面的研究大都只有现象描述，缺少量化研究，这样就难以对微生物的效果进行准确预测;二是对油藏环境的模拟还不到位，就是还不能准确地在室内模拟出油藏温度和压力，氧含量、重金属、岩层吸附等因素对微生物的影响，不能真实地还原出微生物发生作用的状态。现场实施方面的问题，就是还没有一个明确的微生物技术适用油井、区块条件的标准。目前的微生物油藏适用标准主要是考虑到油藏环境对微生物活性的影响，但很少考虑微生物对油井生产状况的要求，即在不影响微生物活性的前提下，什么生产情况的油井或区块能最大程度的发挥微生物的作用效果。上述问题如能解决，将会大大提高微生物技术的应用效果。

　　张吉昌：我们油田除了上面提到的运输问题外，还有一个就是微生物菌种代谢会产生堵塞物质，堵塞地层。如硫酸盐还原菌，在缺氧的环境下被还原，生成硫化氢，硫化氢和地层中的铁离子发生化学反应，形成硫酸亚铁黑色沉淀，对微生物有副作用。这个问题可以经过酸化进行处理，但只能解决近井地带的问题。

　　中国石油石化：展望未来，微生物采油技术的发展前景如何?

　　程道伟：前景乐观。微生物采油技术投入低、工艺简单、对配套设施要求不高，是枯竭式油田再开采的良好选择。它的原料微生物族谱庞大，可供选择的菌种也相对较多。该技术具有去蜡、降黏、降解和改善重油等功能，而且和化学驱、热驱的高投入相比，产出投入比较高，经济效益高。另外，它可以解决石油行业普遍存在的污染问题。

　　郝春雷：目前它很难超过正处于稳健发展阶段的化学驱，只有化学手段难以突破时才会转向微生物驱。可以将它与化学手段结合，利用生物手段生产化学剂。随着环保要求的提高，化学手段管理越来越严格，水处理成本也很高，微生物驱可以作为一项储备技术持续研究，不能等到用时临时抱佛脚。

在微生物驱收效最显著的沾3-13井，注入微生物前日产油一度跌至到2.9吨/天，经过二个阶段的注入微生物驱油，日产油能力达到14.4吨/天。 摄影/刘 铁

　　责任编辑：侯瑞宁