第一章概述利用微生物提高原油采收率技术（Microbial Enhanced Oil Recovery 简称MEOR）是通过微生物产品或微生物的繁殖及其代谢产物对油藏作用来开采原油，是利用微生物提高原油采收率的各种技术的总称。

凡是与微生物有关的采油技术均属于MEOR。

因此，广义地讲，MEOR 包括地面发酵法（地面法）和微生物地下发酵法（油层法）两种。

地面法是利用微生物产品如生物聚合物和生物表面活性剂作为油田用化学剂进行驱油，又称生物工艺法，目前此技术已趋成熟；微生物地下发酵法是利用微生物繁殖作用及其代谢产物对油藏流体的作用提高采收率，狭义上通常说的微生物驱油是指微生物地下发酵法。

微生物地下发酵法根据利用的微生物的来源不同，又可分为本源微生物驱油和外源微生物驱油。

外源微生物驱油是在室内筛选出自然采油菌或采用生物基因工程合成培育出工程采油菌，经地面培养后注入油藏。

前苏联在这方面做了不少实验研究，我国微生物采油领域也多采用此方法。

本源微生物驱油是通过向地层中注入营养激活剂或在必要时注入一定量的空气，激活油藏中的已存在的有益微生物菌群，如石油烃降解菌、脱氮菌、产甲烷菌等，来达到提高采收率的目的。

本源微生物采油比外源微生物驱更能适应油藏环境，不需要菌种保藏和菌液生产。

微生物地下发酵法比注入人工合成的有机聚合物或凝胶更为有效，对油水分离和原油性质无影响，经济环保，设备简单，施工简便，控水增油效果好，有效期长，效益高。

微生物驱油技术与其它三次采油方法相比具有以下优点：(1)注入的微生物和培养基价格便宜，成本低，来源广，容易获得，便于应用，可以针对具体的油藏灵活调整微生物配方；(2)微生物具有自我复制功能，注入到油藏中的细菌通过生长、繁殖，可以在一个很长的时期内起作用；(3)几种机理同时起作用，效果显著，因此在现场试验中往往将具有不同功能的细菌一起注入地下，使它们共同起作用；(4)设备与注入工艺简单，与注水驱替注入方式类似，微生物驱油现场试验不需要大型地面设备，注入工艺也很简单，因此，施工非常方便，成本低廉；(5)不会对地层产生伤害、引起油和水质明显下降，也不会引起明显的结垢腐蚀或堵塞等问题；(6)微生物只在需要它的地方繁殖并产生代谢产物，针对性较强；(7)微生物体积小，运移能力强，能进入其它驱油工艺不能触及到的油层中的死角和裂缝；(8)产物可以降解，不污染环境；(9)可开采各种类型的原油，尤其对重质原油效果优异；(10)微生物在现场可产生大量的化学物质。

第二章微生物采油技术简介2.1微生物采油技术的种类按照作业方式，注入微生物和营养物的微生物采油方法又可以分为微生物调剖、微生物单井处理法和微生物水驱。

微生物水驱：将微生物发酵液和营养物随同注水过程一起注入到油层，使微生物在油层中生长繁殖。

代谢作用及产物通过物理化学作用将岩石表面粘附的原油和岩石孔隙中的原油释放出来，使原来不能流动的原油以油水乳状液的形式随水驱输送到采油井中，达至增产的目的。

微生物水驱能够通过注采井网的布局实现对整个油层的处理，有效地启动残余油，是三种方式中最重要的一种。

微生物调剖：将能够产生聚合物的微生物注入地层，代谢过程中产生的生物聚合物成膜粘附在孔隙表面，封堵高渗透带，提高波及效率;菌体自身也有堵塞孔隙的作用。

微生物单井处理：将微生物发酵液和营养物注入到油井内，关井一段时间，使其在井筒周围及近井地带发酵并与原油和地层作用，然后再开井生产，周而复始。

所以该方法亦称为“周期性处理”或“吞吐”法。

地层中存在有好氧菌、兼性菌及厌氧菌，注水井近井带为好氧区，以好氧菌为主；油层深部为厌氧区，以厌氧菌为主。

随着含氮、磷的营养液及氧气的注入，首先激活近井地带的好氧菌，好氧菌氧化剩余油产生有机酸、二氧化碳、生物表面活性剂等。

这些代谢产物由注入水推进到厌氧区，从而激活厌氧菌。

厌氧发酵菌产生有机酸、二氧化碳和氢气，厌氧产甲烷菌利用乙酸、甲酸或二氧化碳及氢气产生甲烷。

2.2微生物的特征一、微生物的共性微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，它们是一些个体微小、构造简单、杂居混生的低等生物。

总体上，微生物可以分为属于原核类的细菌、放线菌等，属于真核类的真菌、原生动物等和属于非细胞类的病毒、类病毒等三大类。

1、由于其体形都非常微小，因而微生物具有以下五大共性：（1）体积小，表面积大：微生物一般指体长0.lmm以下的任何生物。

一个典型的球菌的体积仅为1um3，而其面积与体积的比值却非常大。

这样一个小体积大面积的系统，是微生物与其他大型生物相区别的关键所在，也是赋予微生物五大共性的本质和基础。

（2）吸收多，转化快：微生物可以在很短的时间内分解它自重许多倍的物质，发酵乳糖菌能在lh内分解自重1000~10000倍的乳糖，产肮假丝酵母菌合成蛋白质的能力比食用牛强10万倍，微生物的这个特性为其高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，使微生物能够发挥“活的化工厂”的作用。

（3）生长旺，繁殖快：微生物的生长繁殖速度极高，目前研究最透彻的大肠杆菌(Escherichia)的细胞在合适生长条件下，每分裂1次的时间是12.5~20min，若按每20min分裂1次计算，每昼夜可分裂72次，后代数为4722366500万亿个。

事实上，由于客观条件的限制，细菌按指数分裂速度一般只能维持数小时，因而在液体培养基中细菌的浓度一般只能达到108~109cell/ml。

（4）适应性强，易变异：微生物有非常灵活的适应性，即使在恶劣的“极端环境”条件下，它们亦能存活。

适宜细菌生长的温度范围很宽，有很多细菌能在0℃的低温和120℃的高温生长繁殖;有些嗜盐菌能在饱和盐水中正常生活;耐酸、碱菌可以生长的酸、碱范围要比一般生物宽得多;厌氧或兼性厌氧菌在无氧或缺氧条件下能够正常生长繁殖。

由于微生物的个体一般都是单细胞、简单多细胞或非细胞的，通常都是单倍体，加之其繁殖快、数量多和与外界环境直接接触，所以会在很短时间内产生大量变异的后代。

（5）分布广，种类多：自然界中广泛地存在和活动着种类繁多的微生物。

就分布而言，微生物的传播几乎到了无孔不入的地步。

微生物只怕明火，地球上除了火山的中心区域外，从土壤圈、水圈、大气圈直至岩石圈，到处都有微生物的踪迹;土壤、河流、深海、盐湖、沙漠、油井、地层中等有大量与其相适应的微生物活动着。

就种类而言，微生物种类繁多首先反映在它们的种数多，到目前为止，人们己经认识的微生物大约只有10万种，至多不超过生活在自然界中微生物总数的10%;其次，微生物的生理代谢类型多，分解地球上储量最丰富的天然气、原油、纤维素等初级有机物的能力为微生物所专有;再者，代谢产物种类多，微生物究竟能产生多少种类的代谢产物，至今仍难统计。

2、微生物代谢产物及其作用代谢产物的类型和产量始终是微生物提高采收率最为重要的基础，虽然微生物的代谢产物十分复杂，但从提高采收率的角度，代谢产物的类型主要为:气体、酸、有机溶剂、生物表面活性剂、生物聚合物等。

表2.1驱油微生物的代谢产物及其作用二、微生物的形态特征对不同种群的微生物形态通过显微镜进行观察，烃降解菌如图4.1，形状为杆菌、球菌。

发酵菌如图4.2所示，大部分为长的链杆菌。

图2.1 烃降解菌（放大100倍）图2.2 发酵菌（100倍）腐生菌如图4.3所示，有弧形杆菌，有链杆菌。

硫酸盐还原菌形态如图4.4所示，为短链杆菌。

图2.3 腐生菌（100倍）图2.4 硫酸盐还原菌形态（100倍）产甲烷菌如图4.5、图4.6 所示，以H2+CO2为培养基的产甲烷菌为短杆菌，而以乙酸盐为培养基的产甲烷菌为长链杆菌。

其中有少量的短杆菌。

图2.5 产甲烷菌（100倍）图2.6 产甲烷菌（100倍）以H2+CO2为培养基以乙酸盐为培养基三、微生物的生长特征（1）微生物菌种的生长过程细菌的生长过程可分为四个时期，迟滞期（调整期）、对数生长期（生长旺盛期）、稳定期（平衡期）和死亡期（衰退期）。

①迟滞期，细胞的个体的重量增加，体积增大，但是活菌数没有增加。

②对数生长期是指当细菌在经过了适应性的变化后，生长繁殖速度会迅速的增大，经过一个短暂的加速的过渡阶段，很快达到最大值，这一时期，菌体的每一次的分裂的世代的时间最短且恒定。

③稳定期，在稳定期内，菌体的世代时间加长且不恒定，活菌数的增加和死菌数的增加接近平衡。

④死亡期，稳定期后，细菌的死亡率逐渐的增加，死亡的菌体超过了新生的菌体数，活菌逐渐减少。

（2）几种典型的细菌生长曲线微生物的生长与产物的生成有密切的关系，因此生长曲线对发酵的控制很重要。

在适当的培养条件下，把一定数量的细菌接种到合适的液体培养基内，定时取样测定活菌的数量，以活菌数的对数为纵坐标，以时间为横坐标，可绘出一条反映单细胞微生物群体生长规律的曲线，即生长曲线。

1）某组混合菌生长曲线 11010010001000010000010000001000000010000000010000000000306090120150180培养时间（h）菌数（个/m l ）图2.7 微生物生长曲线2）纯化后某单株菌生长曲线 1101001000100001000001000000100000001000000001000000000081624324048566472培养时间（h）菌数（个/m l ）图2.8菌微生物生长曲线3）某复合菌生长曲线1101001000100001000001000000100000001000000001000000000100000000000123456789培养时间（d）菌数（个/m l）图2.9 SF67复合菌生长曲线2.3影响微生物生长代谢的油藏条件微生物的生长繁殖需要一定的环境条件，利用MEOR 时必需选择适宜的油层条件。

这些条件主要包括地层矿物的组成及性质，岩石的孔隙度和渗透率、地层温度、地层压力和埋藏深度、矿化度、原油性质、残余油饱和度等，这些因素都会影响微生物在地层下的运移，存活及代谢，从而影响微生物提高原油采收率效果。

l ）地层矿物的组成及性质石英、碳酸盐类矿物对微生物的活动不会带来危害，对于微生物的生长，在环境条件改变后能够溶解于水的高价金属离子矿物则是有害物质。

粘土矿物由于其表面的电荷特征及水中的矿化度改变时会膨胀，对微生物的流动产生阻碍。

尤其是蒙脱石粘土有很高的阳离子交换容量，遇水容易水化膨胀和分散，分散后颗粒的表平面显负电，端面显正电，与菌体发生静电吸引，对微生物活动的影响更大。

巨大的岩石比表面积会对注入的营养液产生浓缩作用，使微生物在注入低浓度营养液时也能生长;同时由于微生物体在岩石表面上的吸附和寄生，形成一层生物膜，减少了孔隙尺寸，降低了营养液、微生物体的流动能力。