应用微生物土壤修复技术后的井场。 朱克民 摄

微生物技术研究进入分子层面。

电子显微镜下的微生物。

科研人员在观察微生物。 岳胜辉 摄

    4月26日，胜利油田石油工程技术研究院微生物所科研人员手拿摇瓶，正在实验室里做实验，研究枯草芽孢杆菌在不同温度、不同浓度尿素及不同培养基条件下能否产生矿物沉淀。此类实验已进行了上百组，微生物诱导矿物沉淀的可行性机理的神秘面纱正在被揭开。

    水驱和二氧化碳驱是两种重要的采油方式，也是目前油田补充地层能量和提高采收率的主要手段，但随着油藏不断开发，窜流问题日益严重，成为限制采收率的主要因素。如何有效封堵窜流通道实现堵调，成为目前油田开发重点关注的问题。

    两种封堵方式

    微生物封堵通过注入微生物或激活地层内源微生物，利用微生物菌体自身生长繁殖及代谢过程中产生的气体、生物聚合物和矿物沉淀形成生物膜的作用，调整吸水、注气剖面，达到堵调目的。近年来，科研人员对微生物堵调进行了大量的研究和实验，证明其存在封堵能力。

    研究表明，营养物质会优先流向高渗区域，刺激微生物产生封堵作用，从而将流（气）体转移到低渗透区域，因此提高石油采收率。微生物封堵目前有两种方式。

    一种是原位微生物封堵。地层中原本就生存着多种有代谢活性的微生物群落，而对于高温高盐油藏来说，外源菌可能不适合地层极端条件，因此最好直接注入营养物质，刺激“本土”微生物生长和代谢来进行微生物原位封堵。由于油藏中有多种代谢活跃的微生物菌群，所以必须考虑营养剂会不会刺激有害菌体活动，而且要避免微生物的酸化和腐蚀作用。

    另一种是注入外源菌封堵。如果要利用特定微生物代谢产生的化学品，如生物表面活性剂、多糖等来进行封堵，而储层中并不存在这种活性的功能菌，就需要注入外源菌。这种方式需要注意油藏原有微生物的稳态机制和新注入菌种生长之间的相互影响，同时还要考虑环境条件对新引入生物体的影响。

    三种菌体形态

    微生物究竟怎么实现封堵？在神秘的微观世界到底发生了什么？在显微镜下，可以看到微生物菌体的三种形态。

    一是利用微生物菌体富集达到封堵目的。微生物菌体可看成颗粒，当悬浮在液体中时，就容易进入高渗透带，特别是孢子和超微细菌，在多孔介质中，通过添加营养物质刺激其萌发或复苏，导致原位不断生长从而封堵住孔喉。有一种恶臭假单胞菌，它在饥饿时，细菌细胞体积会减小，这时就可以进入高渗透区了，在适当的位置再给它提供营养，就可以实现选择性堵调。

    二是利用微生物诱导矿物沉淀达到封堵目的。微生物诱导矿物沉淀是通过功能菌自身代谢产生的高分子物质及高pH值环境与无机离子相互作用产生矿物晶核，进而外延聚集成高强度矿物沉淀的过程，其中细菌诱导碳酸钙沉淀是最常见的方式。实验表明，利用微生物诱导，孔壁上分散遍布着许多球霰石和方解石晶体，有效地堵塞了孔隙空间。这种微生物介导的碳酸钙具有较高的黏结性和机械强度。此外，一种巴氏杆菌在高碱性或酸性条件下也具有较强的生物活性，并能耐受高盐度，也能实现选择性封堵高渗透储层。

    三是利用微生物产聚合物达到封堵目的。菌体在地下通过代谢产生生物聚合物，细胞通过这种胞外聚合物而黏结、聚集成大的生物体，从而堵塞孔隙和喉道。

    现场实验有效

    目前国外生物封堵研究，主要是将不断发展的生物技术嵌入油田技术研究，对微生物封堵的机理及方式进行深入梳理，以明确其适宜的油藏条件及激活体系，筛选适用于不同条件油藏的功能菌。另外，对拓宽原位微生物封堵应用范围也有研究，尤其是适应高温高盐油藏条件，寻求经济有效的激活剂，达到高效、经济、绿色环保的封堵目的，逐步增强现场应用效果。国外部分油田应用不同的微生物封堵调剖，封堵率最高达80%。

    我国在20世纪90年代开始微生物采油技术研究，其中包括微生物堵调技术。大庆、胜利和吉林等油区都已开展了相关的研究和现场实验。目前，业界认为可通过控制实现微生物选择性封堵，而且该项技术具有独特的优势，有望在高含水开发期及防二氧化碳气窜中发挥重要作用。

    例如，在单家寺油田单12块进行的内源微生物驱油实验证明，菌体能有效封堵储层孔隙和喉道，封堵率达到80%。在后续水驱中，渗透率基本保持稳定。胜利油田针对水驱油藏微生物诱导矿物沉淀也进行了大量研究，已充分认识其机理并分离出两株适宜中温油藏的功能菌，分别是黄单胞杆菌和产碱功能菌，前者可以产生大分子的胞外多糖，为生物矿物沉淀提供结晶位点，后者具有将蛋白质分解成氨基酸转化为胺类的能力，导致环境呈碱性，二者的适宜温度为50摄氏度。

    攻关任重道远

    虽然微生物封堵技术具有高效、经济、绿色环保等优点，目前国内已有部分成功的室内实验，但现场实验总体尚处于起步阶段，要将其作为一项成熟技术在现场进行规模化应用，还有许多问题需要解决。

    以胜利油田为例，我国大部分油田存在以下问题：一是水驱油藏微生物封堵机制和适应范围还不明确，不同水驱油藏孔喉差异大，不同菌体与孔喉匹配关系及菌体运移和封堵位置不明确，导致水驱油藏微生物封堵技术缺少调控依据；二是水驱油藏微生物诱导矿物沉淀缺少调控方式，研究发现水驱油藏某些微生物具有诱导矿物沉淀封堵高渗带的作用，但如何诱导该类菌体在油藏中进行封堵的调控机制和方式不明确；三是胜利油田二氧化碳驱油藏微生物激活封堵能力不明确，国外成功案例并不适合胜利油田高温二氧化碳驱油藏，其内源微生物种类及激活封堵能力还需要进行探索研究。

    油藏原位微生物封堵作用的研究尤为重要。内源微生物是地层中本身存在的“土著”微生物，能很好地适应地层环境，并能在激活剂作用下大量繁殖。利用其在油藏原位生长代谢，可产生矿物沉淀或形成菌体富集封堵，在油藏深部形成堵调，提高驱替效率，其工艺简单成本低，绿色环保，应用前景良好。

    胜利油田适合水驱微生物封堵的储量约为5.6亿吨，适合二氧化碳驱微生物封堵的储量约为1.2亿吨，以微生物封堵有效率80%来估算，能够提高采收率5个百分点以上，经济效益可观。目前，胜利油田石油工程技术研究院已立项“油藏微生物原位封堵提高驱替效率研究”展开攻关。

    本版文字由 任厚毅 江怡然 于丹丹 提供