能适应油层环境条件。首先,所选菌种能在油藏条件下生存、运移并能产生大量对驱油有利的代谢产物;其次,从经济角度出发,所选菌种能以原油为营养源。不同的生物工程目的所需的微生物代谢产物有所不同。ＭＥＯＲ菌种的选择可参考表1[26]。
目前菌种筛选主要向两方面发展[27],一是提高菌种耐温性,以适合更广的油藏范围;二是只提供部分无机营养物,希望以原油为碳源,降低注入营养物成本。还有的筛选希望得到耐矿化度的菌种。目前已报道的菌种最高可适应85～95℃的油藏条件,耐矿化度高达17ｇ/Ｌ[28],但此条件下活性如何尚无明确报道。大部分油田筛选和应用的菌种是烃类氧化菌系,可降解部分正构烷烃,对原油有一定降黏作用,适合30～60℃温度[29];也有些工艺不需要筛选菌种,如内源微生物驱油[30]和活性污泥驱油。微生物种类鉴定比较复杂,仅少数油田对其使用的微生物进行了属水平的鉴定和对环境的毒性鉴定。胜利油田初步建立了石油微生物菌种库以及菌种数据库,收录了100多株菌种的微生物学特征、性能参数和应用情况。 3.1.1微生物筛选方法和步骤
ＭＥＯＲ菌种既可以是好氧菌,也可以是厌氧菌。油藏处于缺氧状态,而在油藏处理过程中不能保持绝对无氧状态,故所用菌种最好为兼性厌氧菌。兼性厌氧菌的优势还在于可以在好氧条件下培养,以缩短培养时间。好氧代谢比厌氧代谢快,先进行好氧培养,后进行厌氧培养,可以加快筛选速度。另外,混合菌种可能具有协同作用,驱油效果优于单株菌。菌种的配伍性需通过模拟实验确定。
菌种筛选步骤如下:含菌样品 富集好氧培养 单株菌分离纯化 穿刺接种 富集厌氧培养 室内初步模拟实验 生化、代谢产物测试 物理模拟实验 确定菌种组合。
穿刺接种的目的在于初步判断菌种的需氧性,将好氧菌去除,以减轻下一步厌氧筛选的工作量。室内初步模拟实验就是模拟目的油藏的环境条件,检验试验菌能否在该油藏环境下生存
[31]。
3.1.2菌种性能评价
菌种性能评价对菌种进行性能评价的目的在于筛选有利于微生物采油的菌种。菌种性能研究菌种性能评价包括其生物学特征、代谢产物分析、稳定性及对油藏环境的适应性,混合菌还需要进行菌株复配实验[32]。一般用于评价的指标是:最大菌体浓度,表面张力降低幅度,培养液ｐＨ值及粘度的变化,产生气体的量及组成,原油组成变化等。已报道的有以下3类评价方法。
3.1.2.1分析原油被微生物发酵前后的变化
将微生物与原油共同培养后分离出原油,测试原油被发酵前后的变化,包括:①测试发酵前后的黏度、凝固点、含蜡量等物性变化。②用恩氏蒸馏法测试组分变化,发酵后轻馏分增加越多,说明微生物作用越好。③用色谱法分析正构烷烃组分变化,姥鲛烷/Ｃ17、植烷/Ｃ18比值反映原油流动性,发酵后其值上升说明原油流动性得到改善。不少实验通过测定主峰碳的变化[29，33]或咔唑类化合物的变化来确认原油降解程度[34]。④用色谱柱分离法分析各族组分相对含量变化,了解微生物对哪个族组分影响较大,多数实验证明对正构烷烃有明显影响,也有实验证明对胶质、沥青质有影响[35]。 3.1.2.2分析菌液的变化
在有原油存在的环境中培养微生物,测试菌液作用前后的酸度、界面张力变化以及产气量[36]。对代谢产物中生物表面活性剂的分析研究较多,包括影响 其产生的因素、对原油的作用效果以及其成分等[37],但停留在单项成分的定性或定量分析。 3.1.2.3岩心微生物驱油试验
应用人造岩心或天然岩心建立微生物驱油的Ｌａｚａｒ模型,一般试验过程是:岩心饱和水、饱和油后水驱,水驱到含水98%或100%时注入一定量配制好的菌液,放入恒温箱培养,测试
从模型中排出的液体和气体。另一种是高压驱油模型,岩心培养之前先加压,关闭岩心两端阀门在高压条件下培养一段时间,然后再水驱,测试采收率提高情况。岩心驱油试验还用于研究微生物驱的相对渗透率变化[38] 、微生物用量或微生物段塞与采收率的关系。由于条件限制,多数油田最常测试的是微生物作用前后原油黏度变化。
目前国内在菌种评价方面忽视室内实验条件与现场应用条件的不同,因此偏差较大。微生物本身和其代谢产物都受地层条件的影响,温度、压力、矿化度和岩性等因素的影响还存在一些未知的关系,需要通过室内实验了解各自影响程度。建立完整可靠的评价方法是今后菌种性能评价重点攻关的内容之一。 3．2油藏微生物生态问题
微生物采油的方法及其优点微生物采油基本方法广义地说主要包括两大类:一类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化学剂进行驱油,称为微生物地上发酵提高采油率工艺,即生物工艺法,目前该技术在国内外已趋成熟;另一类是利用微生物及其代谢产物提高采油率,主要是利用微生物地下发酵和利用油层中固有微生物的活动,称为微生物地下发酵提高采收率方法 狭义地说微生物采油是指利用微生物地下发酵提高采收率方法。对于后一种方法，油藏微生物生态问题长期注水开发油藏的地下应存在相对稳定的原地微生物生态系统。微生物采油过程中,注入的微生物与原地微生物能否兼容,注入的营养对原地微生物有什么影响,这些问题还没有认真研究。这些问题是微生物采油技术研究的重要组成部分,也可能成为该项技术发展的突破口。 3.2.1微生物采油的地层环境
各种ＥＯＲ技术适用的油层条件有一定限制。ＭＥＯＲ也不例外,油层条件有一定限制。在此对现在的ＭＥＯＲ应用界限加以论述。
首先,油层岩质以砂岩或碳酸盐岩为对象,它对微生物没有影响[39]。以碳酸盐岩为对象时,
可以期待代谢所产生的酸性物质对碳酸盐岩有溶解作用。还必须考虑粘土矿物等对菌体及营养物的吸附。ＭＥＯＲ微生物与营养源必须在岩石孔隙中移动,在油层中扩散。在ｐＨ与离子强度适当的条件下,粘土矿物使微生物在表面上吸附,阻碍微生物在孔隙中的移动和扩散。因此,采用目的油层的岩心,通过微生物渗透性测试进行探讨是必要的。孔隙度与渗透率等因素对微生物的移动,增殖及代谢有影响。微生物的形态有球菌,杆菌,螺旋菌等,长0.5—10μｍ,宽0.5—2.0μｍ。细菌需要在目的油层中移动,一定程度的增殖空间是必要的,即某种程度的渗透率是必要的。据报道,细菌可在75×10-3μｍ2以下的岩心中运移,但通常适用下限为150×10-3μｍ2左右,在300×10-3μｍ2以上则更合适。
关于油层深度界限,其实是温度及压力界限,深度是受限制的[40]。微生物生长温度上限,最近研究热水矿场等所得到的超嗜热菌为110℃,一般的好热微生物为100℃左右。但是,适应超过70℃油层的事例,至今几乎没有报道。若以70℃为上限温度,深度界限大约为8000英尺(2438.4ｍ)。油藏中的地层水是微生物群体耐于生长和代谢的媒体，地层水的关盐度，活度，ｐＨ以及地层水的溶解的物质对微生物群体的生长和代谢起着重要的作用,超过一定上限值而存在的有好盐性、好酸性及好碱性微生物,一般微生物难适应。以上所述的各种条件是目前水平下的限制,如果新发现特异功能微生物,有可能适应超过这些条件的更广泛的油层[41]。
微生物采油技术的选井条件目前在国内普遍使用的微生物菌液的适用条件为[42]:①油层温度<120℃;②地层水氯离子含量<10×104ｍｇ/Ｌ;③有毒离子含量(砷,汞,镍,硒)<0～15ｍｇ/Ｌ;④油层渗透率>50×10-3μｍ2;⑤原油密度<0.900ｇ/ｃｍ3;⑥残余油饱和度>25%;⑦油藏含水率>5%。 3.2.2营养
对于微生物的营养问题涉及两个方面，一个是微生物在注入油井前培养对应的培养基的营
养成分，另一个是在井里所需要添加的营养物质。
培养基的筛选虽然在矿场应用中细菌是以原油为营养物质生存繁殖的,但是用于矿场的菌液是在室内用特殊的营养物质精心培养出来的,这些营养物质通常称为培养基,主要由有机物质和微量元素混合而成,不同的细菌所需要的培养基不一定相同,用不同的培养基培养同一种细菌,其具备的功能也可能不同,甚至会相差很大。要使一种培养基既能够同时满足多种微生物繁殖的要求,又能够使它们在较短的时间里繁殖达到最大密度和具有最强的活性,并且使它们完全保持所需要的使用功能,是一项难度很大的研究工作[43]。
微生物菌种在地下需要一定量的营养物以维持其生长、繁殖和代谢。营养物主要是碳源、氮源、磷源,其中碳源为地层原油,无须补给;其他营养成分需要添加。通过不同类型营养剂筛选实验,选出由铵盐、磷酸盐和生长因子等组成,并用矿场注入污水配制的营养溶液。由于地层水或注入水中含有微生物生长所需微量元素,不需要补充。所以地层状况决定了所需要添加的营养物质[44]。配伍、分散原油等实验结果表明,所选营养液与地层水(或污水)配伍性良好,菌的生长能力与油的乳化性也较好。
对注入地层的微生物所需的营养物质应当是在地层条件下具有热稳定性和化学稳定性的，而且不会与地层液体中的无机盐发生反应而沉淀，以免阻塞地层。另外，在含黏土的地层中，营养液应不至于引起地层黏土膨胀和微粒运移。为避免发生这些问题，确保工程成功，应利用地层水样和岩样进行相关这方面的室内实验。 3.2.3化学剂
油田开发的各个环节基本上都要使用化学剂,只是目的不同,使用的化学剂种类不同,如钻井、修井、完井,压裂、堵水、调剖、固砂过程使用的化学剂,生产过程中使用的缓蚀、防垢、除垢、杀菌剂等油田注入水常用处理剂,油田开发后期化学法提高采收率技术使用的大量驱油剂。这些化学剂视浓度的不同对微生物产生不同程度的影响。相对而言,用量较大的化学剂