甄選功能菌，讓三次采油高效又清潔

文／陳 曦

油藏采油功能菌愛吃什么？怎樣才能讓它們在地下茁壯成長……在過去的十幾年中，如何定向“投喂”這些“菌寶寶”讓南開大學生命科學學院副院長馬挺教授團隊操碎了心。

可別小看這些油藏采油功能菌，它們生長壯大后，可以“驅趕”出老油田留在地下的難以開采的原油。馬挺教授團隊據(jù)此研發(fā)的油藏微生物原位激活和調控驅油新技術，可直接利用營養(yǎng)刺激油藏采油功能菌的生長代謝，從而大幅度提高原油的采收率。目前該項新技術已經產業(yè)化推廣應用于勝利、新疆、大慶等6個油田，采收率提升近10%，新增產值9.2億元?！坝筒匚⑸锒ㄏ蛘{控大幅度提高原油采收率技術及應用”項目獲得2021年度天津市科學技術獎技術發(fā)明一等獎。

老油田六成以上原油開采利用難

油氣資源是國家能源安全的重要保障，油氣資源的清潔、高效、可持續(xù)開發(fā)是國家重大戰(zhàn)略和企業(yè)重大需求。

“我國已開發(fā)油田的采收率實際只有30%左右，也就是說有60%以上的原油未能得到開發(fā)利用?！瘪R挺介紹，第一次采油過程中，原油靠地層與地面的壓力差噴涌而出，然而原油在噴出的時候壓力就完全被釋放了，但此時只有5%左右原油被開采出來，因此接下來還需要二次采油甚至三次采油。

由于沒有了足夠的壓力，接下來的采油就需要進行“驅油”。二次采油最常用的技術是水驅采油，這種技術會向地層中注入水，使地層壓力升高，從而將地層中的原油驅替到附近的生產井內。水驅采油技術自20世紀50年代以來被廣泛使用，不過水和油并不互溶，水會朝著壓力低的地方流，并且會在地下沖出大的孔道。老油區(qū)進入高含水期后，較大的油水表面張力和油層孔隙毛細管力導致殘余原油難以開采。二次采油只會增加10%左右的采油量。

因此，絕大多數(shù)油田還需要進行三次采油，其中氣驅、熱驅、化學驅都是在三次采油中比較常用的驅油技術。

水驅過程會降低油層溫度，使原油中的石蠟、瀝青質等重質組分沉淀和富集在地層孔隙、管路和開采設備中，阻礙了原油流動。盡管利用化學溶劑、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，但是化學和熱力學驅油方法成本過高，不利于普及和推廣。

如何解決貧油層和即將采空油層水驅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，成為亟待解決的科學難題。

“定向投喂”讓采油功能菌“一枝獨秀”

微生物驅油技術的發(fā)展，為提高貧油層或即將采空油層開采效率低提供了可能。

“微生物代謝會產生生物表活劑、低分子溶劑、有機酸，降低油水界面張力，提高驅替毛管數(shù)和洗油效率；代謝產生氣體，使原油膨脹，提高地層的壓力從而達到氣驅的目的；通過降解原油中的重質組分，降低原油的黏度，改善流動性；細菌細胞及生物聚合物在地層中起到調堵的作用，擴大水驅波及體積。”馬挺表示，使用微生物驅油技術，可以有效提升三次采油技術的石油開采率。

微生物驅可分為外源微生物驅油和內源微生物驅油兩種方式。

“傳統(tǒng)的外源微生物驅是選擇合適的微生物菌種在地面發(fā)酵以后注入地層實現(xiàn)微生物驅油?！瘪R挺介紹，這種“趕著細菌去采油”的驅油模式發(fā)酵成本高、采油效果不穩(wěn)定，而且細菌在培植的過程中，會釋放出大量二氧化碳。

“我們采用內源微生物驅油方式，直接刺激油藏本源微生物的原位生長代謝而提高采收率，相當于‘發(fā)動’細菌去采油，不僅消除了地面發(fā)酵帶來的碳排放，還可以發(fā)揮本源菌適應性強的特點，進一步降低成本?！瘪R挺說。

然而，由于油藏環(huán)境特殊、多樣，微生物群落復雜、未知，如何準確識別和定向激活采油功能菌，是該技術的核心及難點。

從2008年開始，科研團隊就開始對油藏采油功能菌進行識別篩選和定量檢測?！白畛跤捎诩夹g有限，所用方法十分繁瑣，往往識別一個菌都需要1個月的時間?！瘪R挺回憶說，后來團隊通過分子生態(tài)學、宏基因組學和微生物網(wǎng)絡分析技術，將這個時間縮短至1周。“用這項技術，我們揭示了完整的油藏微生物代謝網(wǎng)絡圖，明確了能產生表面活性劑的嗜烴菌是核心功能菌，解決了對油藏功能菌認識不清的問題。”

然而團隊很快發(fā)現(xiàn)，“萬里挑一”選出來的嗜烴菌種類多樣，90%不可培養(yǎng)。如何才能“優(yōu)中選優(yōu)”？

“我們發(fā)明了接頭引物多重聚合酶鏈式反應（PCR）技術和聚乙炔囊泡顯色技術，實現(xiàn)了對不同種屬的嗜烴菌及其代謝產物的一次性準確定量，保障了功能菌的快速識別和動態(tài)監(jiān)控?！瘪R挺說。

目標選定，下一步就需要“定向投喂”，以保證功能菌能在眾菌群中“一枝獨秀”。

“針對功能菌激活效率低的問題，我們通過分析功能菌營養(yǎng)需求，研發(fā)了系列定向激活劑，使其濃度快速提高了3個數(shù)量級。為了能讓功能菌保持生長優(yōu)勢度，我們又發(fā)明了有機、無機營養(yǎng)交替調控技術，形成了核心專利群，使嗜烴功能菌占比從5%提高到40%，保障了微生物采油技術的高效性和經濟性?！瘪R挺介紹。

為了讓這項技術應用更加廣泛，科研團隊針對非均質油藏，研發(fā)了激活劑稠化技術，地下生物場的作用范圍擴大了60%；針對低滲透油藏、中高滲透油藏和稠油油藏，建立了4項個性化采油技術，保障了現(xiàn)場效果的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

目前全國90%的油田都適合應用油藏微生物定向調控這項技術。

打造能源綠色開發(fā)示范區(qū)

從2018年開始，項目開始陸續(xù)應用于勝利、新疆、大慶等6個油田。

和實驗室相比，油田地下情況更為復雜。為了讓這項技術走出實驗室，真正應用于生產中，從研發(fā)開始，馬挺就帶領團隊奔波于各大油田，經常在大戈壁上一蹲就是一個多月。

“在使用中，我們也密切關注著各項數(shù)據(jù)的反饋，同時根據(jù)實際情況，團隊研制出幾十種采油新裝備、檢測試劑盒?！瘪R挺說。

功夫不負有心人，截至2020年12月，該項目共計增油26萬噸，采收率提升10%，而且目前增油效果還在持續(xù)。

“我們的目標是把油田打造成一個能源綠色開發(fā)的示范區(qū)?！瘪R挺說。

“微生物會在地下產生二氧化碳，二氧化碳可以轉化為甲烷，甲烷作為清潔燃料可以被周圍居民利用。我們通過技術研發(fā)，把玉米秸稈、煉過油的豆渣等農業(yè)廢棄物加工成功能菌的‘口糧’，實現(xiàn)了資源化再利用?！瘪R挺說，團隊還正在研發(fā)通過微生物對水驅采油后的水進行清潔處理技術。

一幅嶄新的生態(tài)環(huán)保綠色油田藍圖正在徐徐打開……

（文章來源：《科技日報》）