石油資源在推動社會經(jīng)濟發(fā)展的過程中具有重要作用。在經(jīng)歷了自然開采、氣驅(qū)、熱驅(qū)、化學(xué)驅(qū)和水驅(qū)等第一次和第二次石油開采之后，各油藏原油開采率只有35%~50%，而殘余原油因較大的油水表面張力和油層孔隙毛細管力而難以開采。傳統(tǒng)的石油水驅(qū)開采在大港油田已被運用40 余年之久，在長期的水驅(qū)開采后，部分油井石油含水率高達95%以上，研究表明當石油含水率高于70%時，水驅(qū)開采模式就基本上不再適用。同時水驅(qū)過程會降低油層溫度，使原油中的石蠟、瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分沉淀和富集在地層孔隙、管路和開采設(shè)備中，阻礙了原油流動。盡管利用化學(xué)溶劑、表面活性劑、石蠟抑制劑和熱流體等能在一定程度上緩解這一現(xiàn)狀，但是化學(xué)和熱力學(xué)法成本過高，不利于普遍推廣。如何解決貧油層和即將采空油層水驅(qū)開采過程中的瓶頸問題，提高原油采收率，最大限度利用不可再生資源，成為目前亟待解決的科學(xué)難題?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》已將復(fù)雜地質(zhì)油氣資源勘探開發(fā)利用列入未來研究發(fā)展的重點領(lǐng)域和優(yōu)先主題。我國低品位油氣資源儲量巨大，包括低滲透、稠油和高含水油藏。隨著石油勘探開發(fā)程度的延伸，低品位儲量所占的比例將越來越大，對能提高采收率的新技術(shù)的需求迫切。顯然，傳統(tǒng)的工藝技術(shù)已難以滿足低品位油田開發(fā)的需要。實現(xiàn)大規(guī)模低品位油氣資源的高效開發(fā)，必須探索新的技術(shù)突破口。

▲ 微生物水驅(qū)示意圖

Bera A, Mandal A J J o P E, and Technology P. Microemulsions: a novel approach to enhanced oil recovery:A review. J. Petrol. Explor. Prod. Technol, 2015, 5: 255-268.

微生物驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展為解決貧油層或即將采空油層開采效率低的科學(xué)難題提供了可能。油藏微生物具有產(chǎn)表面活性劑、產(chǎn)氣和降解石蠟等功能，這些特性可降低原油黏度并增加原油流動性，有利于石油開采。

表 微生物代謝產(chǎn)物及其在微生物強化采油中的作用

研究石油水驅(qū)開采過程中的微生物群落結(jié)構(gòu)特征，對于采取針對性的微生物驅(qū)油技術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。目前，基因文庫構(gòu)建等分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人們對水驅(qū)油藏微生物群落具有了全新的認識，然而對水驅(qū)石油開采過程中的微生物群落結(jié)構(gòu)研究，更側(cè)重于單純比較油藏各微生境中微生物群落結(jié)構(gòu)的差異，而往往忽視了水驅(qū)干擾過程與油藏微生物響應(yīng)之間的關(guān)系。油藏作為一個復(fù)雜的極端環(huán)境，必然為微生物多樣性提供了可能，同時也必會影響人們對水驅(qū)干擾過程下油藏微生物多樣性的準確認識。同位素示蹤技術(shù)的運用，為深入認識水驅(qū)石油開采過程中注入水對油藏各微生境的影響提供了重要的參考信息，彌補了采樣過程的隨機性和不確定性，為系統(tǒng)、準確地研究水驅(qū)過程中的微生物群落結(jié)構(gòu)特征及其微生物學(xué)響應(yīng)提供了可能。

▲同位素分餾技術(shù)在油藏微生物的苯代謝途徑中的應(yīng)用

作者根據(jù)近年來已有的工作基礎(chǔ)， 結(jié)合國家國際科技合作專項（2010DFB23160）、國家自然科學(xué)基金國際（ 地區(qū)） 合作交流項目（40920134003）、中德合作科研項目（PPP）（留金歐〔2013〕6007）、德國羅伯特·博世基金會項目和國家自然科學(xué)基金重點項目（41430106）等資助項目以及以中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室、北京科技大學(xué)國家環(huán)境與能源國際科技合作基地、南開大學(xué)、中國石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司、中國石油勘探開發(fā)研究院為依托，同時也依托美國耶魯大學(xué)地球科學(xué)系及生物圈研究所、德國亥姆霍茲環(huán)境研究中心（UFZ）和德國聯(lián)邦地球科學(xué)和自然資源研究所三家國際合作項目的合作單位的科研條件所取得的研究進展，并融合查閱到的國內(nèi)外大量資料，歷經(jīng)5 年終于完成了《油藏環(huán)境地微生物多樣性及微生物驅(qū)油機制》（姚俊等著. 北京：科學(xué)出版社，2019.4）一書的寫作。

本書以極端油藏環(huán)境地作為科學(xué)研究切入點，系統(tǒng)闡述了油藏復(fù)雜環(huán)境中微生物群落結(jié)構(gòu)特征及微生物驅(qū)油機制。本文分享“第4 章 先進的微生物驅(qū)油技術(shù)”概要，闡明注氧本源微生物驅(qū)油技術(shù)和油藏甲烷轉(zhuǎn)化開采技術(shù)研究，拓展第三次采油技術(shù)的選擇面。

注氧本源微生物驅(qū)油技術(shù)

一般而言，原油油藏環(huán)境地均為厭氧狀態(tài)，有時，地層水的滲入會帶入微量氧氣，但油藏整體環(huán)境仍然以厭氧為主，其中的微生物過程是緩慢的。隨著注入水工藝的發(fā)展，由于注入水循環(huán)使用，且需要在注入前經(jīng)過前處理，可能將溶解氧氣帶入油層之中，雖然帶入的氧氣有限，對深層的油藏環(huán)境地不能構(gòu)成直接影響，但卻能在注入水井周圍形成一定范圍的好氧或微氧區(qū)域，促進這部分的原油快速降解，并產(chǎn)生多種多樣的代謝產(chǎn)物，其將隨注入水進入深層區(qū)域，從而促進整個油層的微生物過程?；谶@個過程，注氧（或空氣）可以激活淺層油層的本源微生物作用，通過其代謝產(chǎn)物的深入傳遞，一方面利用代謝產(chǎn)物中的表面活性劑成分促進原油采收，另一方面為深層的微生物提供易于利用的營養(yǎng)來源，促進深層微生物的代謝，最終達到提高原油采收率的目的。

油藏甲烷轉(zhuǎn)化開采技術(shù)

深層的油藏環(huán)境地為缺氧環(huán)境，在缺氧環(huán)境下，油藏的本源微生物能夠?qū)υ桶l(fā)生降解作用，并在一定條件下產(chǎn)出甲烷，這種產(chǎn)甲烷的過程在油田內(nèi)部是有益的，尤其對于一些開采率持續(xù)下降的油田，它能提高油層中原油的流動性，增加油田的油氣產(chǎn)量等?；谠摾碚?，一些學(xué)者提出了油藏的甲烷轉(zhuǎn)化開采技術(shù)，即利用油層自身的本源微生物的厭氧活動，將很難開采的原油轉(zhuǎn)化為甲烷，經(jīng)過一定時間的轉(zhuǎn)化積累后，再以油層氣的形式開采出來。不過由于厭氧作用的時間較長，該技術(shù)周期比其他微生物采油技術(shù)應(yīng)用時間更長，但另一方面，它是對難開采油藏采油技術(shù)的一次長遠意義上的挑戰(zhàn)，具有較高的長期戰(zhàn)略價值。

本書以大港港西區(qū)域的油藏本源微生物為研究對象，考察其在厭氧條件下對原油的降解作用及其產(chǎn)甲烷的情況，了解其產(chǎn)甲烷中的關(guān)鍵步驟——乙酸產(chǎn)甲烷的基本機制，以期為甲烷轉(zhuǎn)化開采技術(shù)的可行性提供論證基礎(chǔ)。

本文摘編自《油藏環(huán)境地微生物多樣性及微生物驅(qū)油機制》（姚俊等著. 北京：科學(xué)出版社，2019.4）一書“前言”“第4 章 先進的微生物驅(qū)油技術(shù)”，有刪減，標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-060824-6

責(zé)任編輯：霍志國

本書以極端油藏環(huán)境地作為科學(xué)研究切入點，系統(tǒng)闡述了油藏復(fù)雜環(huán)境中微生物群落結(jié)構(gòu)特征及微生物驅(qū)油機制。全書分為4 章，內(nèi)容涉及微生物驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展背景、油藏微生物的作用方式和影響因素、分子生物學(xué)技術(shù)在微生物驅(qū)油中的應(yīng)用、油氣同位素分析、原油的氣相色譜-質(zhì)譜分析、原油的生物標志物分析、油藏環(huán)境地微生物多樣性分析、油藏功能微生物分子篩選、生物表面活性劑開發(fā)、注氧本源微生物驅(qū)油技術(shù)和油藏甲烷轉(zhuǎn)化技術(shù)研究等方面，豐富了微生物驅(qū)油技術(shù)理論，為解決貧油層或即將采空油層開采效率低的科學(xué)難題提供了新的思路。

本書可供地球科學(xué)、石油工業(yè)、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)和有機化學(xué)等研究領(lǐng)域的學(xué)生和相關(guān)科研人員閱讀參考。

（本文編輯：劉四旦）