這項(xiàng)成果登上了《自然》雜志

文／任厚毅

勝利油田在微生物采油基礎(chǔ)研究方面取得重大突破，首次發(fā)現(xiàn)一種新型產(chǎn)甲烷古菌。

三年前的某一天，勝利油田石油工程技術(shù)研究院微生物所專家林軍章從孤島油田帶回一瓶地下水采樣，里面含有各種微生物、古菌。這很平常，微生物所的科研人員經(jīng)常收集、培養(yǎng)、研究這些菌樣，從中發(fā)現(xiàn)一些有益于石油開采的細(xì)菌，加以培養(yǎng)放大，為微生物采油做貢獻(xiàn)。

“但是沒有想到，這里面竟然含有一種從未發(fā)現(xiàn)過(guò)的全新古菌，完全打破了傳統(tǒng)認(rèn)知，有望讓一些瀕臨枯竭的老油田起死回生?！绷周娬抡f(shuō)。這一最新研究成果，近日登上了世界著名的《自然》雜志。

最新發(fā)現(xiàn)

這種來(lái)自油藏的新型產(chǎn)甲烷古菌，可在厭氧環(huán)境下直接氧化原油中的長(zhǎng)鏈烷基烴產(chǎn)生甲烷，突破了產(chǎn)甲烷古菌只能利用簡(jiǎn)單化合物生長(zhǎng)的傳統(tǒng)認(rèn)知，拓展了對(duì)產(chǎn)甲烷古菌碳代謝功能的認(rèn)知。

“簡(jiǎn)單地說(shuō)，以前都是混合菌群，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的代謝分解才產(chǎn)生出甲烷。而這個(gè)菌，僅憑一己之力，在較短時(shí)間內(nèi)就能將長(zhǎng)鏈?zhǔn)头纸?，產(chǎn)生出甲烷，意義相當(dāng)重大?！绷周娬陆忉屨f(shuō)。

這一新發(fā)現(xiàn)揭示了古菌產(chǎn)生甲烷的全新途徑，打破了原油降解產(chǎn)甲烷需要多種微生物參與、調(diào)控難度大的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，為構(gòu)建高效氣化菌系及實(shí)現(xiàn)氣化技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用奠定了重要科學(xué)基礎(chǔ)。

“智慧科學(xué)迷”微博說(shuō)得更形象：宇宙中有沒有以核能為食的哥斯拉，到目前為止還不清楚。但有一種吃石油排甲烷的神秘微生物被我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了。該微生物結(jié)合了石油降解器和甲烷生成器的特性，可將石油分解為甲烷和二氧化碳。

這是一條以前完全未知的甲烷生成途徑，讓科學(xué)家對(duì)地下石油的開采有了全新的了解。未來(lái)幾年可以重點(diǎn)研究如何工業(yè)化，有望使未充分開發(fā)的油田重新被開發(fā)。

不一樣的新古菌

產(chǎn)甲烷古菌是一種獨(dú)特的厭氧微生物，對(duì)氧氣敏感，通常在空氣中暴露幾分鐘就會(huì)死亡。

之所以被稱為“古菌”，是因?yàn)檫@種獨(dú)特的生命早在35億年前就存在于地球上。它是地球上生命起源最早的一類原核微生物，也是全球大氣甲烷排放的主要貢獻(xiàn)者。

根據(jù)研究，這種古菌能通過(guò)乙酸發(fā)酵、二氧化碳還原、甲基裂解和氧甲基轉(zhuǎn)化四條途徑產(chǎn)生甲烷。最新成果研究則提出了古菌產(chǎn)生甲烷的第五條途徑。

1999年，德國(guó)科學(xué)家首次證實(shí)了石油烴降解產(chǎn)甲烷的生物學(xué)過(guò)程。10年后，加拿大科學(xué)家報(bào)道了油藏中石油烴降解產(chǎn)甲烷也是一種常見的生物過(guò)程：微生物可以“吃”掉石油烴，將這種碳?xì)溆袡C(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷。但是，這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程非常緩慢且十分復(fù)雜，涉及降解有機(jī)物和合成甲烷兩個(gè)截然不同的步驟。

“通常產(chǎn)甲烷古菌的生長(zhǎng)周期在一兩年以上，文獻(xiàn)報(bào)道的最長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間超過(guò)800天。也就是說(shuō)，在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，休兩年假回來(lái)都不晚。”林軍章說(shuō)，“但在培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，這次從孤島油田中取樣的菌液產(chǎn)氣速率非?？?，跟其他菌液很不一樣。”

林軍章敏銳地捕捉到了實(shí)驗(yàn)中的異樣，將樣品送到了長(zhǎng)期合作的農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所。

沼氣科學(xué)研究所一直從事厭氧微生物的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，對(duì)本次異常古菌高度重視。經(jīng)反復(fù)研究比對(duì)驗(yàn)證，神秘古菌浮出水面，并被逐步揭開面紗。

有望形成油氣共采

傳統(tǒng)的原油開采技術(shù)，主要是應(yīng)用水壓力或化學(xué)物質(zhì)來(lái)驅(qū)動(dòng)地下深層的原油運(yùn)移?！袄梦锢砗突瘜W(xué)方法采油技術(shù)后，仍然有超過(guò)一半的原油殘留在地下，難以被開采利用?！敝惺⑸锊捎椭攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室勝利油田微生物采油首席專家汪衛(wèi)東說(shuō)。

基于這項(xiàng)新研究成果，有可能利用地下厭氧微生物的作用，把液態(tài)原油降解變成氣態(tài)甲烷，形成油氣共采，最終達(dá)到比較高效率的原油開采利用率。

“液體原油氣采，相當(dāng)于在原來(lái)的基礎(chǔ)上提高至少20個(gè)百分點(diǎn)的采收率。”林軍章說(shuō)。這將延長(zhǎng)油藏的開發(fā)壽命，讓老油田復(fù)活。

農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所所長(zhǎng)王登山認(rèn)為，這項(xiàng)成果是從“0”到“1”的基礎(chǔ)研究認(rèn)知，是開創(chuàng)性的，為人們實(shí)施“地下沼氣工程”奠定了理論基礎(chǔ)?！暗叵碌挠筒挥贸槌鰜?lái)，直接把油變成氣，讓氣體出來(lái)，進(jìn)行甲烷收集。這相當(dāng)于我們把沼氣池修在了幾千米深的地下油藏中，形成平方公里尺度的巨大地下沼氣池?！?/p>

基于該項(xiàng)成果的技術(shù)攻關(guān)一旦突破，對(duì)枯竭油藏進(jìn)行油氣共采，增產(chǎn)的油氣總量將達(dá)到數(shù)億噸。這將為緩解我國(guó)油氣對(duì)外依存度，保障國(guó)家能源安全提供科學(xué)支撐。

推進(jìn)微生物采油技術(shù)

“當(dāng)然，要達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平還有很長(zhǎng)的路要走，還需要從理論到試驗(yàn)到應(yīng)用方面的配合?！绷周娬抡f(shuō)。但基礎(chǔ)已經(jīng)有了，因?yàn)閯倮吞镆呀?jīng)進(jìn)行了多年微生物采油的基礎(chǔ)理論研究。

早在2007年，勝利油田就與沼氣科學(xué)研究所合作，從羅801區(qū)塊產(chǎn)出液中分離得到一株新的產(chǎn)甲烷菌。經(jīng)鑒定為新屬，命名為“勝利嗜熱甲烷微球菌”，得到了國(guó)際菌種保藏中心的認(rèn)證。這是我國(guó)科技工作者在產(chǎn)甲烷古菌研究領(lǐng)域中首次申報(bào)的新屬。

羅801區(qū)塊由于長(zhǎng)期實(shí)施微生物驅(qū)油，地下微生物兵強(qiáng)馬壯、實(shí)力雄厚，有效控制著區(qū)塊含水緩慢上升，原油穩(wěn)定增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)施微生物驅(qū)油20多年以來(lái)，該區(qū)塊累計(jì)增油17萬(wàn)噸以上，階段提高采收率5.93%。據(jù)了解，這是國(guó)際上迄今實(shí)施時(shí)間最長(zhǎng)、效果最顯著的微生物驅(qū)油區(qū)塊。

這些年來(lái)，中石化微生物采油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室除了同沼氣科學(xué)研究所合作首次發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)甲烷古菌外，在微生物嗜烴降黏機(jī)制、潤(rùn)濕改性機(jī)制、菌群調(diào)控理論等方面取得了較大進(jìn)展。與中國(guó)石油大學(xué)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，揭示了微生物降解膠質(zhì)瀝青質(zhì)分子機(jī)制；與中國(guó)科學(xué)院合作，明確了微生物界面潤(rùn)濕改性機(jī)制；與南開大學(xué)合作，發(fā)現(xiàn)內(nèi)源菌群演替變化的生態(tài)機(jī)制，形成了內(nèi)源菌群定向激活調(diào)控技術(shù)。近三年發(fā)表文章30余篇，形成的研究成果處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

基礎(chǔ)理論研究的突破，推動(dòng)了微生物采油技術(shù)的快速發(fā)展，在油藏的適用范圍不斷提高。近三年，勝利油田的微生物采油技術(shù)覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量由700萬(wàn)噸提高到了2600萬(wàn)噸，年增油量由4萬(wàn)噸提高到18萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)“十四五”末將達(dá)到30萬(wàn)噸以上。

全新古菌在勝利油田的實(shí)驗(yàn)室里被發(fā)現(xiàn)。