作者：郝春雷,闻守斌,胡绍彬
出版社：石油工业出版社
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聚合物驱后油藏新型采油菌种的构建和应用试读：
前言
近年来，我国东部大多数油田尤其是大庆油田基本上都已进入高含水期，聚合物驱等三次采油技术已得到广泛应用。但是有很多学者认为，由于聚合物不能降低油水界面张力，其驱油作用是有限的，大量残余油仍留在油层内。而且，驱油用聚合物在聚合物驱结束后会残留在油藏中，特别是中—低渗透层。聚合物滞留在油藏中虽能在一定程度上改善流度比，但会阻断后续驱油剂与残余油的接触，进而影响其效果，给后续提高采收率的工作带来麻烦；而且还会使油层渗透率和孔隙度明显下降，降低产液量。为了提高聚合物驱后油藏采收率，目前常使用黏度更大的聚合物或凝胶等强化水驱和调剖技术。不过原聚合物仍会部分滞留在油藏低渗透层中，而新注入聚合物的滞留问题又会接踵而至。这样，当驱油效率不再提高时，将很难进一步提高采收率。
我国油田使用的驱油聚合物基本上均为聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称PAM）类聚合物，它在油藏中黏度大而且难以降解，目前很难找到能有效清除它的方法。不过，微生物能降解驱油用PAM，分解PAM成为自己的营养源。如能找到一种能高效降解聚合物的细菌，再辅以其他三次采油技术，就能充分利用微生物技术的优点，在一定程度上解决聚合物驱后油藏出现的问题。
根据对前人工作调研分析，本书试图开辟一条研究聚合物驱后油藏微生物驱油关键技术和理论的新途径，以解决现场实际问题为目标，以实验研究为主要途径，力争开发出一种适合于聚合物驱后油藏的菌种，为最终实现聚合物驱后微生物驱油技术产业化奠定基础。
本书主要包括如下内容：（1）简要介绍聚合物驱后油藏的一般特征、油藏常用驱油方法、微生物降解聚合物的特性等内容，并对目前已进行的聚合物驱后油田微生物驱油技术的优缺点加以分析。（2）从聚合物驱后油田产出水中筛选出4株能明显降解驱油用聚合物的细菌，检测各种环境因素、营养因素对细菌生物活性的影响，测定在最佳条件下聚合物降解菌种对聚合物黏度和相对分子质量的影响。（3）通过仪器分析聚合物侧链基团的变化同其相对分子质量变化的关系，推测微生物降解聚合物的生物化学机理。（4）对2株能够产生生物表面活性剂的常规驱油菌的营养条件、环境条件进行测定，并检测表面活性剂代谢菌对原油黏度、溶液表面张力等油、水指标的改变。（5）选取降解HPAM能力较强的细菌，以它和1株表面活性剂代谢菌为亲本，通过基因重组技术，构建出1株同时具有降解聚合物和产生表面活性剂的基因工程菌。（6）根据该菌株和其他微生物之间存在的拮抗、共生等关系对驱油菌种的组成进行进一步优化。通过物理模型方法研究菌种在多孔介质中生长、繁殖对提高采收率的作用。并初步确定菌种的最佳驱替方案，为现场应用提供指导。（7）将所构建的聚合物驱后油藏驱油菌种应用于大庆油田，分析所取得结果，证明该菌种的实际功效。
本书在撰写过程中得到了大庆石油学院各位老师的诸多帮助，在此向他们表示衷心感谢！由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请专家和读者批评指正。第一章 综述第一节 聚合物驱油后遗留的问题一、聚合物驱油技术目前的应用情况和机理
聚合物驱在美国开始于20世纪50年代末和60年代初期，1964年进行了现场试验。从70年代到1985年，美国共进行聚合物驱矿场试验183次，一般都取得了较好的经济效益。除美国之外，前苏联的奥尔良油田、阿尔兰油田，加拿大的Horsefly Lake油田、Rapdan油田，法国的Chatearenard油田，以及德国、阿曼等国都进行了聚合物驱工业化试验，原油采收率提高了6%～17%。在加拿大、德国及中［1］国，聚合物驱在提高采收率方法中占有明显的地位。
在中国，聚合物驱油技术得到了充分的发展。自1972年在大庆油田开展小井距的聚合物驱试验以来，在聚合物驱室内研究、数值模拟技术、注入工艺以及动态监测技术等方面进行了大量的研究和试验。目前，聚合物驱在中国的大庆、大港、河南、吉林、胜利等油田已进入工业化应用阶段。其中，大庆油田聚合物驱油自1996年进入工业化大规模生产以来，聚合物驱产量占全油田产量的比例逐年增大，截至2003年，聚合物驱油产量已占全油田总产量的25.5%，聚合物驱油［2，3］技术目前已成为大庆油田提高采收率的一项重要技术措施。
中国使用的驱油聚合物主要是聚丙烯酰胺（PAM）或部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），它们是线性共聚的高分子化合物，具有水溶［4］性。总的来说，聚合物进入油层后，将会产生两项重要作用：一是增加水相黏度；二是因聚合物的滞留引起油层渗透率下降。因此聚合物驱油提高石油采收率的基本原理可概括为两点：（1）在水溶剂中加入聚合物可增加驱替水的黏度，由此极大地降低油水流度比，以减缓水驱指进现象，改善油层横向及微观孔隙结构的非均质状况，缓解窜流、绕流等现象，增加驱替水的波及体积。（2）改善驱替水在垂向油层间的分配比，调整吸水剖面，增强低渗透层和正韵律沉积层内上层部位吸水能力，从而减缓水沿高渗透层窜进的现象，改善驱替水的波及体积。同时，因为聚合物溶液与原油之间的剪切力大于水与原油间的剪切力，所以聚合物溶液的前端对其后边及孔道边界处的残余油具有弹性的“拉、拽”作用。二、聚合物驱油技术的局限性与其限制性因素
聚合物驱是一项较成熟的三次采油技术，该技术可提高采收率8%～15%，但它存在以下问题：（1）聚合物溶液虽有调剖作用，但不能控制高渗透层（特别是特高渗透层）；（2）聚合物驱后恢复水驱时存在指进现象，油井产液的含水率上升快；（3）聚合物驱后地层残留着大量聚合物；（4）聚合物在地层中存在不可入孔隙体积（约5%～30%），减小了聚合物驱的波及体积；（5）聚合物驱不存在低油水界面张力所产生的洗油能力。1．聚合物驱油技术有可能无法提高采收率
有很多学者认为，由于聚合物不能降低油水之间的界面张力，聚合物驱与常规水驱的最终残余油饱和度将是相同的。赵永胜等通过对现场试验结果的分析，发现如果没有时间限制，聚合物驱油井的最终驱油效率将和水驱油井相同，而驱油效率定义本身是无时限的，这便［5］证实了上述理论。因此，聚合物驱虽然在短期内表现为驱油效率显著提高，但从长期来看，其驱油作用是有限的，大量残余油仍滞留在油层内，聚合物驱后如何进一步提高采收率的课题便摆在了人们面前。［6］
王新海等认为，对于正韵律油层，聚合物驱有明显的提高采收率的作用。但对于反韵律油层，聚合物驱提高采收率的幅度比正韵律油层小，在某些不利的条件下，则可能不提高甚至降低采收率。2．聚合物驱油后的剩余油分布
经过研究与实践表明，聚合物驱后剩余油分布较水驱更为复杂、零散。在微观上，剩余油是以油滴或段塞形式存在于大孔道之间或一［7］些流动性不好的通道中，如果孔道亲油，则孔壁上也会有油膜。在宏观的水平方向上，剩余油主要分布于断层遮挡区域、井网不完善区域以及注水非主流线区域；在纵向上，剩余油主要分布在低渗透层，油层的非均质性越高，中—低渗透层相对含量越高，其剩余油饱和［8］度可达33%～52%。
根据大庆勘探开发研究院进行的聚合物驱后岩心中剩余油分布特征研究（见图1-1），从北一区断西取心井的资料分析认为聚合物驱剩余油以下列几种形式分布：①油层顶部存在剩余油；②岩性交互变化，油层发育较差部位存在剩余油；③层间干扰使水洗程度减弱存在剩余油。所以，聚合物驱后油层内仍存在可观的剩余油。3．聚合物驱后油藏的聚合物滞留［9，10］
聚合物在地层中的滞留是不可避免的。聚合物适量的滞留有利于降低水相渗透率，从而达到减小水油流度比的目的。但在驱油过程中，大分子聚合物在孔隙介质中的滞留，不仅会使聚合物损失增多，使聚合物增黏作用减弱，严重时会导致流度控制失败，而且会改［11］变孔隙结构，降低渗透率，损害地层。
聚合物在多孔介质中的滞留有三个主要机理：吸附滞留、机械捕集和水力滞留，其中最主要的是吸附滞留。
聚合物的吸附是高分子与矿物表面相互作用的结果，地下岩石的性质直接影响吸附。岩性对聚合物的吸附影响至少有两个：①矿物质的化学性质，直接影响高分子与矿物表面的相互作用；②比表面，研究表明黏土的比表面明显高于岩石。所以，岩石的成分和结构对吸附量影响的大小为：蒙脱石＞伊利石＞高岭石＞长石＞石英。除了岩石的物理、化学性质，聚合物的水解度对吸附也有明显的影响，其影响趋势是随水解度增高而下降。这种变化可解释为，一般油层岩石的表面带负电，水解度的增加使其分子的负电性增加，从而使其与岩石表面的斥力增大。另外水解度增加，使聚合物分子有效体积增大，从而使单位面积上吸附的分子数减少。图1-1 聚合物驱后剩余油的分布
机械捕集是大分子聚合物在小孔隙入口处的一种过滤作用。发生机械捕集的聚合物分子在水中无规则线团的半径虽小于喉道半径，但它们可以通过“架桥”而滞留在喉道外，滞留的结果会使聚合物浓度降低，同时堵塞小孔隙。这种滞留是可逆的，当聚合物浓度减小时，被捕集的大分子又会重新被溶解。
水力滞留是指聚合物因涡流作用而被捕集到多孔介质缝隙中去的作用，涡流作用是由于多孔介质孔道的不规则形状造成的。孔道形状越不规则，聚合物在孔道中流动方向改变次数越多，改变幅度越大，滞留量越大。当聚合物溶液被高速注入油层时，在井底附近将发生机械剪切降解，聚合物分子链被机械力撕裂断成小的链段，这既损失了聚合物，又使得水力滞留量增大，堵塞地层。4．聚合物对地层的堵塞
当聚合物注入储层后，储层中的易迁移颗粒被聚合物所束缚，变为不易迁移颗粒，这种聚合物溶液的吸附滞留使储层渗透率降低75%［12］～96%，导致地下流体流动阻力增大。相同岩心条件下，聚合物相对分子质量、浓度、注入速度越高，阻力系数越大；聚合物相对分子质量相同，储层渗透率降低，则阻力系数增大。聚合物溶液注入储层后，地下流体的流动阻力对聚合物驱油效果影响很大，研究表明：在一定的范围内，采收率随地下流体阻力系数的增加而提高，但阻力系数过大会严重影响聚合物驱采收率，这种影响对中、低渗透层尤为突出。第二节 聚合物驱后继续提高采收率的方法一、目前聚合物驱后油田应用的化学驱油技术
若在聚合物驱后立即恢复注水，因水的流度比聚合物溶液流度大，就会造成高流度流体驱替低流度流体的指进现象，降低注入水的［13］波及系数，最终使聚合物驱后的油井很快水淹，所以在聚合物驱结束后必须采取其他措施才能继续提高采收率。聚合物驱后提高采收率技术从工作原理上分主要有两大类，即：调剖技术和高效洗油技术，这些技术是具有四次采油性质的技术。1．调剖技术
胜利油田在聚合物驱后使用调剖技术方面的研究比较多。调剖技术有很多种，一是注入高相对分子质量、高浓度聚合物、交联聚合物或凝胶等对地层进行深部调剖，进一步提高水驱的波及系数。李爱芬等发现非均质的高、低渗双岩心组聚合物驱后，使用阳离子聚合物［14］HCP提高采收率的幅度远大于表面活性剂高效驱油。HCP为用环氧丙基三甲基氯化铵醚化的淀粉，驱油机理主要是：在孔道壁面吸附降低流经通道的渗透率，并且能与地下残留的聚合物HPAM形成絮状沉淀，从而扩大波及系数和洗油效率。胜利油田还开发了由聚丙烯酰3+［15］胺乳液、无机颗粒和Cr或酚醛树脂交联剂组成的凝胶复合体系。该体系适用于非均质性强的高渗透油藏的调驱，可调整吸水剖面，驱替出水驱不能波及到的低渗透油藏内的原油。
除了直接注入调剖剂进行深部调剖外，还可使用地层残留聚合物的再利用技术，该技术主要利用地层残留聚合物封堵高渗透层，提高［16～19］水驱的波及系数。残留聚合物再利用技术包括絮凝技术和固定技术，其中絮凝技术主要是利用地下低质量浓度的聚合物，通过注入絮凝剂使残留聚合物聚集封堵大孔道。絮凝技术所用的絮凝剂为各种固体颗粒以使聚合物附着，主要有稳定化钠土、粉煤灰等。固定技术则是利用地下高质量浓度的聚合物，使用固定剂使其交联，固定技术所用的固定剂主要是多价金属离子（如醋酸铬与乳酸铬）或多官能团有机物（如酚醛树脂）。常用工艺流程为：先注入絮凝剂对这部分聚合物溶液再利用，形成絮凝体对高渗透层产生封堵；再注入固定剂溶液进入聚合物浓度较高的次高渗透层，通过交联形成交联体起到深部调剖和驱油作用，即“聚合物驱—水驱—絮凝—固定—水驱”。该方法提高采收率程度很高，并为后续深部调剖和活性水驱奠定了良好的基础。该方法在河南油田和孤岛油田矿场试验取得了很好效果。
此外，泡沫驱也可用于聚合物驱后油层的调剖，泡沫体系的阻力因子是聚合物的数倍以上，表观黏度大，具有较强的封堵调剖能力，［20］其注采压差明显高于同浓度聚合物溶液。实验证明，聚合物驱后单一聚合物的二次注入效果较差，经济风险大，而强化泡沫的多次注入效果良好，累计段塞达到1PV时提高采收率高达34%；在聚合物驱后残余油含量较低，并且剩余油分布不均匀性的条件下，仍然能够较大幅度地提高原油采收率，特别是对于低渗透层提高采收率的能力明显优于聚合物。2．高效洗油技术
高效洗油技术就是利用阴离子和非离子表面活性剂降低油水界面张力，将残余油从孔壁上“洗”下来，从而增加洗油效率。这既弥补了聚合物驱机理的不足，也弥补了聚合物不可入孔隙体积所损失的那［21，22］部分波及系数。王刚等发现超低界面张力的甜菜碱表面活性剂改变了油水界面条件和三相接触点的平衡条件，在驱替过程伴有润湿反转，可以驱替膜状类残余油、油柱状类残余油和亲油盲端中残余油。因为聚合物驱扩大了波及范围，所以表面活性剂体系驱替聚合物驱后残余油比驱替水驱后残余油均匀，波及范围大，且波及区域的洗油效率较高。不过，聚合物驱后用表面活性剂驱油仍然不能很好地控制油水流度比，波及效率不高，且少部分主流道区域中的残余油被“推进”到两侧边。所以，聚合物驱后单独使用表面活性剂驱目前大都是室内研究，现场实验中通常是将表面活性剂驱同聚合物、泡沫等方法相结合来进行。
大庆油田对聚合物驱后的表面活性剂复合驱研究较多。实验发现在聚合物驱之后交替注入0.60PV的天然气泡沫和0.30PV碱液+表面活性剂（AS）二元复合溶液。在变异系数为0.80和0.72的岩心采收率增幅分别为20.9%和17.5%，累积采收率分别为67.3%和71.4%。大庆油田在聚合物驱后三元复合驱技术方面比较成熟，主要进行过聚合物驱后采用碱/表面活性剂/聚合物（ASP）三元复合体系、碱/表面活性剂/交联聚合物三元复合体系（交联三元复合体系）、交联聚合物体系（胶态分散凝胶，CDG）段塞加三元复合体系段塞组合，以及低碱浓度的ASP三元复合驱等，它们都能进一步扩大波及体积，可以在一定［23～25］程度上进一步提高原油采收率13.5%～16.0%。
除大庆油田外，胜利油田选取了聚合物驱较为典型的孤岛中一区3Ng油藏开展了石油磺酸盐/聚合物二元复合驱油体系实验，结果表明优化的二元复合驱油体系与原油可达到超低界面张力状态，其吸附量小，热稳定性及驱油效果好，可提高采收率10.6%，优于单一聚合物［26］驱，且具有较好的调剖能力。
由上可知，目前进行的聚合物驱后油藏继续提高采收率研究，主要集中于继续使用聚合物或凝胶等强化水驱和调剖，或将表面活性剂和聚合物结合的二元、三元驱替。这些方法都能继续大幅度提高采收率，不过原聚合物仍会留在油藏低渗透层中，难以清除，而新注入聚合物的滞留问题又会接踵而至。这样，当驱油效率不再提高时，将很难再使用新的驱油方法进一步提高采收率。二、聚合物驱后解堵技术
目前油田针对聚合物驱后油井解堵的方法主要是应用化学解堵剂解堵，根据其原理主要分为两大类：一类是通过其强氧化性降解聚合物的碳链使其分子团变小；另一类是通过其电离属性使聚合物碳链彼此分开，或改变储层的性质，阻止聚合物对其的吸附。
聚合物的氧化降解是引起聚合物降解的因素，属于自由基反应，［27］可导致聚合物骨架断裂，使聚合物溶液黏度大幅度降低。在选择可降解聚合物的氧化剂时，二氧化氯因具有溶解硫化亚铁和解除细菌堵塞的性能，已被成功用于注水井解堵。室内实验结果表明，二氧化氯溶液与HPAM溶液混合，在作用3h后HPAM溶液的黏度下降80%；二氧化氯溶液与聚合物铬凝胶作用12h后，大部分凝胶解体，产生少［28］量的絮状沉淀。比如DOC-8聚合物解堵剂和新生态二氧化氯复合［29］解堵剂等都属于二氧化氯类解堵剂。除二氧化氯以外，常用氧化［30］剂还有过氧化钙、过硫酸钾等，复配破胶剂、JHW复合解堵剂和［31］HJS聚合物解堵剂等都属于这类不含二氧化氯的强氧化型解堵剂。上述各种氧化剂法见效快，效能高，但是作用半径通常较短，难以处理远井带的残留聚合物。
李君等研制了不含强氧化剂的JY21解堵剂。该剂由一种新型解堵主剂、少量弱氧化剂、酸性剂和络合剂组成。主剂是含有强电负性基团的有机物，分子中有机链部分与HPAM分子相互吸引，而含有强负电性的基团对HPAM的酰胺基和水解酰胺基具有强电斥性，这种分子间的相互吸引与排斥作用使HPAM分子不断地从聚合物胶团表面层剥离，使胶团尺寸不断变小，直至完全溶散。刘军等开发了一种防堵剂SC-3，它是由单分子有机双季铵盐、洗油剂（表面活性剂）、螯合剂组成的无色液体。其中单分子有机双季铵盐在岩层表面形成单分子沉积膜，改变储层表面的性质，降低聚合物与岩心表面间的吸引力，减少聚合物在地层中的吸附。SC-3处理的人造岩心在连续注入聚合物时，注入压力上升较慢且稳定值较低。
除了化学方法以外，河南油田在施工工艺上采用了高压射流解堵方法。高压射流在射孔井段上下移动，通过井下脉冲射流器在井下产生低频脉冲波，作用于近井地带，使沉积在地层孔隙内的机械杂质和堵塞物松动脱落，其脱落杂质悬浮在洗井液中被携带排出井筒。经解堵液的物理及化学作用溶解堵塞固体颗粒，使之分散于液体并增大孔隙喉道，提高油井产液量。第三节 聚合物驱后实施MEOR的可能性
目前进行的聚合物驱后提高采收率和解堵技术的一个普遍问题就是，难以彻底清除油藏中的残留聚合物，它们一直是后续采油工作的隐患。而且，聚合物造成的环境污染问题可能会更加严重。如果能有一种环境友好并能有效清除油藏残留聚合物的方法，再辅以其他常规驱油方法，就会在最大程度上提高采收率。
国内外专家普遍认为利用微生物法可以提高聚合物驱后油藏的采收率。如果能证实微生物具有在油藏中降解驱油聚合物的能力，就可以找到一种在聚合物驱油后的油藏中通过生物手段处理地层滞留聚合物的方法，再结合常规MEOR最终达到提高采收率的目的。一、微生物驱油技术的种类
微生物提高原油采收率技术也可以称为微生物强化采油（MEOR, Microbial En-hanced Oil Recovery）技术，它是指利用微生物生产有用的代谢产品或者利用微生物能够分解碳氢化合物的性能，［32］从而提高原油采收率的技术。该项技术具有成本低、适应性强、作业简单、对产层无伤害等优势，经进一步研究、完善后可以用于进一步提高聚合物驱等化学驱后的油藏和枯竭油藏的采收率，这已经引起世界各国的普遍重视。
微生物驱油技术是生物技术在原油生产领域中的应用，对于高含水和接近枯竭的老油田更显示出其强大的生命力。根据微生物作用地点，微生物驱油技术可分为两类：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用化学剂进行驱油，称为微生物地上发酵提高采收率工艺，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收率，主要是利用微生物地下繁殖和利用油层中固有微生物的活力，称为微生物地下发酵提高采收率方法。通常说微生物驱油是指利用微生物地下发酵提高采收率的方法。
用于驱油的微生物可分为油层中固有的微生物（也称为“本源微生物”）和从外部注入的微生物两种。针对油藏中固有的微生物选择合适的营养物质后注入到地层，“激活”本源微生物，这种方法在前苏联研究的较多。针对油藏特征，筛选出适合的微生物菌种，经过培养和发酵后连同营养物一起注入到地层，它们可以在地面上培养到有充足的生物量后再注入地层中，从而能更快发挥作用，减少关井时间。这种方法在美国研究较多，我国目前的试验工作也集中在该领域。
按照作业方式，注入微生物和营养物的微生物提高采收率技术又可以分为微生物调剖、微生物单井处理法、微生物驱和微生物清蜡等几种。1．微生物驱
在水驱油藏中开展微生物强化水驱，可有效地提高水驱效率。将菌种和营养液混合而成的微生物处理液由注水井注入地层，处理液被注入水推进通过油层时，微生物代谢作用产生溶剂、表面活性剂、有机酸、气体并繁衍出新细菌，这些代谢产物通过物理、化学作用将岩石孔隙中的原油释放出来，使不能流动的原油以油水乳化液的形式被注入水驱向生产井，从而提高油井产量，延长油井寿命。2．微生物调剖
也就是微生物选择性封堵地层。把能产生生物聚合物的微生物注入地层，或向地层注入适当的营养液，使微生物在高渗透层内大量繁殖形成生物多糖，它们代谢过程中产生的生物聚合物成膜黏附在孔隙表面，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。3．微生物单井处理
将微生物、营养液、生物催化剂注入一口生产井内关井一段时间，关井数天到数周，使其在井筒周围及近井地带繁殖并与原油和地层作用，然后开井生产，经过一段时间的生产，当产量明显下降时，重复上述过程，周而复始。所以该方法亦称为“周期性处理”或“吞吐”法。4．微生物清蜡和降低重油黏度
微生物清蜡可以代替溶剂的使用和热油处理方法，细菌以蜡质脂肪烃为“食物”烃，使烃降解并产生溶剂或活性物质，对近井区域地层能起到很好的清洗作用。二、驱油微生物的特点
驱油微生物是油田开采中使用的以提高采收率为目的的微生物，仍然具有普通微生物的共性。此外，要达到提高采收率的要求，驱油微生物至少还应该具有以下特点。1．能够在油藏条件下旺盛地生长繁殖
微生物在油藏条件下存活、生长与繁殖是微生物提高采收率的前提条件，因此，所应用的微生物必须适应油藏的矿物岩性、油藏温度、地层压力和地层流体性质（包括原油性质和地层水的性质，如矿化度、pH值等）。2．代谢产物能够有利于提高原油采收率
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。微生物的活动及各产物的作用见表1-1。表1-1 驱油微生物的代谢产物及其作用3．能够与地层的原生菌配伍
微生物与其他种类微生物共同生活在一起时，呈现着各种不同的关系，主要有共生、互生和抗生三种作用。两种微生物生活在一起，双方互得其利的叫做共生；一种微生物发育了以后，造成了另一种微生物生长发育的条件良好，谓之互生；一种细菌生长后能产生一种产物，抑制或杀害其他微生物，称为抗生作用。MEOR要求在油藏中生活的本源菌至少不能对注入微生物产生抗生作用，即不能抑制注入菌种的生长。当然，如果注入菌反过来能抑制不利于提高原油采收率的本源菌则更好。
除了上述三个特点外，要充分发挥微生物驱油的潜力，还要求微生物能以原油烃作为其唯一碳源，最理想的是它能够选择性地利用原油中对黏度影响大的组分作为营养源；在油藏中生长繁殖过程中不容易变异，或变异以后的代谢产物仍然利于提高原油采收率；另外，所选微生物应无环境污染问题。三、微生物采油技术一般特点
微生物提高原油采收率技术以其成本低、适应性强、作业简单、对产层无伤害等优势，尤其是该技术经进一步研究、完善后可以用于进一步提高聚合物驱等化学驱后的油藏和枯竭油藏的采收率，已经引起世界各国的普遍重视。［33～
微生物驱油机理比较复杂，就目前所知可归纳为如下几点35］：（1）微生物的生长代谢可以将原油中的重质组分分解为轻质组分，将大分子的烃类转化为低分子质量的烃，从而降低原油黏度，使其流动性能得到改善；2（2）微生物在油藏内代谢活动产生的CO等气体能增加油层内部的压力，增强原油的溶解能力，促进原来不连续原油区黏连成片，便于开采；（3）微生物的生长代谢能促使原油释放出低分子质量的醇、脂肪酸、糖脂、生物表面活性剂等，降低油水界面张力，改善原油的流动性能（见表1-1）；（4）微生物代谢产生的生物聚合物可以有选择地堵塞较高渗透率的条带，使驱替流体转向渗透率较小的部位，扩大波及体积；（5）微生物产生的酸性物质能溶解岩石，改善油层渗流；（6）微生物中的厌氧菌产生的溶剂性产物能溶解原油，降低油水界面张力；（7）微生物细胞能使储层表面润湿性反转，改变流动性能；（8）微生物附着在岩石表面生长形成生物沉积膜，有利于细菌在孔隙中存活与延伸，扩大驱油面积等等。［36］
微生物驱油技术与其他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，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，能进入其他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。四、聚合物驱后油藏微生物驱油的机理
如前所述，聚合物驱油后提高采收率所使用的常规化学方法主要有三大类：①进一步降低流度比和调整吸水剖面；②降低水油界面张力提高洗油效率；③降解清除近井地带的残留聚合物。目前所应用的MEOR技术可以完成上述三类化学作用：产生物为聚合物的微生物注入地层可用于调剖；生物表面活性剂代谢菌在油层中就地清洗残余油则更为常见。目前已有将生物酶用于聚合物驱油井解堵的报导。不过由于生物聚合物的强度和稳定性不如HPAM，同交联聚合物和凝胶的差距更大，所以将生物聚合物代谢菌用于聚合物驱后油藏的可行性不大。但微生物在位产生生物表面活性剂清洗残余油的效率依然很高，可用于聚合物驱后驱油。如果微生物能够高效降解油藏中HPAM，就不但可以降低因聚合物滞留引起的注入压力升高，还可以减轻油藏深处的残留聚合物所造成的负面影响。［37］
目前推测的聚合物驱后油藏MEOR主要机理有如下几种。1．降低注入压力
在聚合物驱过程中，聚合物会滞留在采出井附近，堵塞底层和射孔区，导致注入压力增大，随着聚合物的持续注入，压力会进一步升高。使用聚合物作用菌可以替代那些成本较高的化学解堵剂，将残留在底层和射孔区的、阻塞孔道的聚合物降解，就可在保持驱替流速不变的情况下，使注入压力大幅度下降。2．解封作用
残留在油藏的聚合物由于黏附性存在于岩石表面，在正常水驱的作用下无法随注入水一起流出，隔断了三次采油微生物或其他化学驱油剂与残余油的接触，影响采油效果。聚合物作用菌可降解黏附在孔壁表面的聚合物，消除其封闭作用，将被聚合物封闭的残余油释放出来。3．残余油剥离
在聚合物驱替过程中，原油因为聚合物的黏弹性而被“拉”出，而驱替液一旦形成稳定流体，这种作用就会大大减弱。微生物对残余油的剥离作用与微生物代谢活动有关，可通过降低油水界面张力、增大地层压力等方式将聚合物无法采出的残余油剥离，使采收率进一步提高。
在上述机理中，微生物对聚合物的降解性是关键，下面将探讨微生物对驱油用HPAM的降解能力。第四节 驱油聚合物生物降解性的研究进展一、聚合物的化学稳定性
油田常用的聚合物HPAM，是一种化学性质稳定的高分子聚合物，在正常条件下很难降解，能使其降解的因素主要有以下几种。1．强氧化还原反应
水中的溶解氧和过硫酸盐、过氧化物等强氧化剂会直接氧化聚合物碳链使其断裂，这是聚合物较为常见的氧化降解方式；如果溶液中同时存在强氧化、强还原性物质，所产生的氧化还原反应会进一步诱发一系列自由基反应，导致碳链断裂。2．光
自然光和紫外线的照射就能直接导致聚合物降解，这是因为C—C键的键能较低，容易受到电磁波的攻击而断裂。不过该反应速率较2慢，但是如加入TiO即可明显加快反应进程。3．剪切力
多项研究表明，聚合物在多孔介质中流动时会发生剪切降解。聚合物相对分子质量越大、浓度越大、在多孔介质的流动时间越长、流2+动速度越快，就越容易发生降解。此外，金属离子含量（尤其是Ca）的存在也会起到促进作用。4．高温32
聚合物在300℃以上时会发生明显降解，降解后生成NH和CO，不过如加入过渡金属离子会使其更稳定。
如上所述，聚合物发生降解所需的条件比较苛刻，往往需要较强的能量。在油藏环境中，使聚合物发生降解的主要因素是剪切力，以及人工投放的强氧化性解堵剂。但对于残留聚合物问题比较严重的聚合物驱后油藏来说，滞留在多孔介质中的聚合物分子很难再继续流动与孔道发生剪切作用；解堵剂则难以深入油藏深处。如果微生物可以在油藏环境中有效地降解聚合物，就将成为清除油层多孔介质中聚合物的理想手段。二、聚合物生物降解可行性初探
在聚合物驱后油藏实施MEOR的前提就是要确认驱油用聚合物是可生物降解的。以前人们只研究了生物聚合物（黄原胶等）的生物降解，而对于PAM则总认为是细菌的毒物而不会被其降解，因此对于PAM的生物降解，国内外的研究较少。L. Jeanine等研究了农业土壤中存在的固氮菌等微生物对PAM的降解作用，研究结果表明，PAM［38］能作为细菌的唯一氮源，但不是唯一的碳营养源。即使在相对分子质量小的情况下，其抗生物降解能力仍然很强，而且至今还没有发现能侵袭长度超过40个碳原子的PAM的运移系统或胞外酶。S. Junzo等研究了PAM经臭氧氧化降低相对分子质量后的生物降解性，结果表明经氧化的PAM仍然难于生物降解，并认为PAM对生物降解的抵抗性不仅因为其相对分子质量过高，而且因为分子结构中含有氨基［39］。E. Rachid等利用同位素标记的方法比较了经过紫外光氧化前后PAM的生物降解性，发现未经紫外光氧化处理的PAM的生物降解性只有0.6%～0.7%，经48h的紫外光处理以及6个星期的驯化后，PAM［40］的生物降解性得到一定提高。以上研究结果表明高相对分子质量PAM难于被微生物降解利用，但是这种可能性毕竟是存在的。三、驱油聚合物的生物降解现象
虽然现在还很难从理论上阐明PAM的微生物降解机理，但很多事实证实了其存在的可能性。在聚合物驱油过程中，人们发现PAM从配制到注入地下这段过程黏度损失很大，除了机械降解、化学降解所引起的部分黏度损失外，生物降解也是一个重要因素。在地层中和联合站分离污水中已发现了能厌氧降解聚合物的微生物，它们或为地层原有，或由注入水携入。在地层条件适宜时，微生物厌氧降解是聚合物驱过程中的液体黏度在地层中损失的重要因素。C. Fang等人也发现PAM溶液置于油田环境28d后，会有近5%的PAM被生物降解［41］。
经研究证实很多种油田微生物能够分解、利用PAM。李蔚等人研究了多种油田微生物对深部调剖剂——胶态分散凝胶（CDG）体系的作用。结果表明，腐生菌、硫酸盐还原菌、铁细菌、乙酸菌等多种微生物都会在厌氧条件下对CDG体系成胶过程中及成胶后的黏度［42］产生影响，使体系黏度迅速下降。Farquhar等人研究了北海油田聚合物驱替采油中，所用PAM对试验所选硫酸盐还原菌、假单胞菌和芽孢杆菌等油田常见细菌生长的影响，发现PAM能引起上述微生［43］物的大量繁殖。而且在这些油田细菌中，硫酸盐还原菌对PAM黏度影响最大，在PAM体系中的生长能力也最强。四、硫酸盐还原菌和腐生菌对聚合物的降解特性
有很多学者对硫酸盐还原菌降解PAM的特性进行了进一步研究。黄峰等从吉林油田现场筛选出的硫酸盐还原菌，经驯化培养后，可在任何浓度不大于1000mg/L的驱油PAM或HPAM中生长繁殖并使其发生降解、黏度降低。研究表明，硫酸盐还原菌能以驱油聚合物为唯［44］一营养源进行生长。大庆油田曾对聚合物驱采出液进行分析，发5现其中硫酸盐还原菌菌量高达10个/mL，并证实细菌降解是聚合物黏度下降的重要原因。程林波等人对废水中PAM的生物降解特性进行了试验研究，并比较了它和光催化氧化等方法对PAM的处理效果，结果表明硫酸盐还原菌对PAM有着某种特殊的降解作用，水解工艺可以获得35%～45%的去除效率。硫酸盐还原菌的作用效果会受到PAM负荷的影响，过高的负荷会抑制硫酸盐还原菌对PAM的降解作［45］用。
硫酸盐还原菌能单独破坏PAM溶液中PAM的结构，这表明硫酸盐还原菌对PAM有着某种特殊的降解作用。硫酸盐还原菌能以PAM作为碳源，以硫酸根作为最终电子受体进行生长、繁殖，对PAM进行分解代谢，从而起到降解PAM的作用。
除了硫酸盐还原菌以外，黄峰等还研究了从中原油田现场取样的腐生菌（TGB）在碱—聚合物驱体系中的生长情况，研究结果表明，连续活化5次的TGB在1000mg/L的PAM中恒温培养7d可使溶液黏度损［46］失率达11.2%。初步认为其机理是在TGB的作用下，PAM的高分子链断裂发生生物降解所致，而且TGB能以聚合物为唯一营养源进行生长。五、土壤假单胞菌对聚合物的降解特性和机理研究
孙晓君等人还通过利用取自聚合物废水厂的活性污泥处理聚合物驱油田产出废水，研究了土壤微生物的PAM降解性。发现活性污泥在经过一个月的驯化后，能在有氧条件下明显降低废水中聚合物的黏［47］度和含量。试验后污泥中的优势菌为假单胞杆菌。
国外有些科学家还对某些土壤微生物的PAM降解特性进行了研究。Grula等人把PAM作为唯一碳源加入土壤微生物的加富培养基中，发现明显激发了几种土壤假单胞杆菌的生长，它们能以PAM为唯一14碳源进行生长繁殖。使用以C标记的PAM为唯一碳源制成培养基培养假单胞杆菌P. aeruyinosa时，检测到培养基中的放射性碳总量中有0.2%进入了细菌细胞膜。该菌在经驯化后能很明显地以PAM为营养源生长，但将其在蛋白胨培养基上传代几次后，菌株就会丧失对［48］PAM响应的特性。假单胞杆菌降解PAM的机理还不清楚，不过Takeshi和Obradors相继发现假单胞杆菌P. stutzeri能分泌一种聚合物降解酶，在细胞外水解聚乙二醇和聚羟基丁酸等PAM的类似物，并深入研究了其降解机制，这将为进一步研究PAM生物降解机理奠定
［49，50］基础。六、提高微生物降解聚合物性能的尝试
虽然微生物能够以聚合物为营养源生长并降解聚合物，但由于聚合物分子结构的原因使降解反应的效能很低。为了更有效地清除聚合物，就可以向聚合物—细菌体系中添加能促进细菌代谢水平的物质，以提高其性能。哈尔滨工业大学的研究发现，在以硫酸盐还原菌2424为降解菌株的聚合物水解槽中添加NaSO和KSO共1.2g，可在10d内将聚合物去除率提高35%～45%，而同期未添加硫酸根的好氧槽则无明显变化。佘跃惠等人从油田产出水中筛选到7株具有降解聚合物能力的细菌，将它们进行复合共同接种于含聚合物的培养基中，结果发现如果添加菌种更易于利用的酵母膏和液体石蜡，可将聚合物黏度降低90%左右。这可能是由于微生物的群落效应，在存在合适底物的时候，群落中的一些微生物会以这些底物为营养而生长，但其代谢产物或其代谢产生的某些酶会间接地与聚合物发生相互作用，从而导致聚合物的水解或断链，这些产物也可以被其他的微生物所利用，从而导致了聚合物的降解。七、聚合物生物降解机理推测
人们虽然对于硫酸盐还原菌和土壤假单胞菌等细菌的降解特性和影响因素进行了测定，但是国内外对于PAM的降解机理研究还非常少，目前普遍认为聚合物降解微生物会在营养匮乏时，迫于环境压力分泌某种降解酶分解聚合物，以其为碳源或氮源。但是其具体的生化机理实验研究还不多，降解酶的属性及其作用过程研究也未见报道。
近期的一些实验报道为聚合物生物降解研究提供了新思路。韩昌福等发现黄孢原毛平革菌（真菌）能明显降解PAM，并且降解能力［51］同其产生的锰过氧化物酶活性大致成正比。由于氧化还原反应能促使PAM发生降解，所以锰过氧化物酶降低了氧化还原反应活化能，使反应更易于发生的特性是其降解PAM的原因之一。虽然细菌很少产生胞外过氧化物酶，但是也可由此推测细菌会通过产生其他促进氧化还原反应的物质导致聚合物的降解。例如，油田用PAM常常有过氧化物物质残留，因此对二苯酚等还原性有机物能诱发氧化还原［52］反应，进而使PAM降解，所以细菌也有可能是通过代谢作用产生了还原性有机物，促进了氧化还原反应导致PAM降解。
以上试验结果表明，高相对分子质量的PAM或HPAM在特定情况下是可以被自然界存在的微生物降解的。这样，就有可能利用微生物清除油藏中的残留PAM或HPAM，进而提高采收率，同时，聚合物驱后油藏中分布广泛而含量巨大的残余油也为MEOR的实施提供了空间。由此判断聚合物驱后油藏实施MEOR是可行的。第五节 MEOR研究的新进展
目前微生物降解聚合物的研究多数都是在地面的有氧环境中进行的，并且只是发现了降解聚合物生物现象，它是否可用于采油还有待进一步研究。将聚合物降解菌用于驱油的研究工作目前还非常少，还有很多技术难题需要克服。如选用适当、先进的微生物采油技术，就可以提高聚合物驱后油藏MEOR的可能性。目前在常规MEOR中应用的较为先进的技术主要有：分子生物学技术、生物示踪剂技术、可视化技术、基因工程技术，以及数学模型设计等。一、引入分子生物技术
在微生物驱油技术研究中，为了准确分析和客观评价MEOR现场试验效果，要求对注入的目的菌的浓度、纯度、产出液中目的菌株浓度、其他菌的种类、浓度有精确的了解。传统的研究方法不能满足MEOR跟踪检测要求，而应用分子生物学中的聚合酶链式反应（PCR）基因检测技术可以了解目的菌的生长繁殖状态，在多孔介质中的扩散、运移状况，地层流体及地层本源菌对目的菌的影响等，区［53］分目的菌和本源菌，监控注入微生物的功能。［54］
PCR原理可简述为3个典型过程：一是高温下模板DNA双链分开变性；二是降温使引物与模板互补产生退火；三是在70℃左右的酶催化延伸过程。3个过程反复进行多次，每经一次循环扩增，DNA片段增加一倍。DNA中有一段特异序列部分16S rRNA，不同菌种具有不同的16S rRNA结构，只要分析其特异序列结构即可区分是［55］哪一菌种。微生物驱油用的菌种PCR鉴别分类技术，首先以平板培养为手段，按照菌落特征将试样中生存的微生物群分别记数。然后对MEOR菌体细胞中的16S rRNA基因进行扩增，并进行酶切多样性分析，通过制备DNA模板，对DNA特异序列片段进行PCR聚合酶链式反应；再加入不同的限制性内切酶处理，断裂的16S rRNA基因片段［56］经琼脂凝胶电泳检出，显示具有特异性的RFLP酶切类型。最后结合平板记数，进行菌种判断，得出MEOR菌种检测结果。［57］
在分子生物技术领域，DNA芯片技术是一种高通量的核酸分析方法，已经成为研究海量序列信息的重要分析工具之一。它的原理是：将目的DNA分子作为探针，按照一定的排列方式，同时固定到特定的介质上，研究人员称之为微点阵（Microarray）。这种技术使得众多基因的同时检测成为可能。从而可研究微生物基因表达谱、基因组等。
目前，在石油工业的微生物驱油技术领域，科研人员已经将PCR与DNA芯片技术相结合，对微生物驱油菌种的油藏适应性、地下运移能力、增殖和增采能力进行准确可靠的认证，对油田地层中存在的微生物群落进行详细调查，并以此对具有微生物驱油作用的细菌加以利用，对有害菌进行有效的防治。进而深入研究微生物的驱油增产机理，为油田生产部门调整各项技术工艺、优化方案设计和把握试验进程提供可靠依据。二、在基因水平上改造菌种
微生物提高原油采收率的真正成功或突破的关键在于“超级菌”［58］的组建，因此构建目的基因，培养较强竞争力的基因工程菌（Gene Engineering Microbe，简称GEM），是现代微生物驱油技术的主要目标之一。利用基因工程，有针对性地培养有利菌株，拓宽微生物驱油的菌种资源。［59］
基因工程是分子水平的杂交技术。一般程序为：选择具有专一性的工具酶；选择具有安全性和能稳定遗传，且具选择性标记和限制酶切点、相对分子质量小、利用外源基因表达的载体；制备和克隆目的基因；DNA体外重组，外源DNA在寄主中表达。通过基因工程，可以得到改善特性的微生物，这些改善包括一种菌种利用底物的范围加宽、新产品的合成以及由于代谢途径阻断而积累的特殊中间代谢产物，或通过增强特种酶类的合成提高产率。这些微生物在地层内大量繁殖，从而扩大其有利作用，增强处理效果。在微生物提高原油采收率方面，基因工程为微生物驱油菌株资源提供了可持续发展的良好前景。为了提取野油菜黄单胞菌生物合成黄原胶的基因（xps）, ［60］Harding等人构建了野油菜黄单胞菌DNA的基因文库。查明其DNA的一个13.5kb区域至少含有5个互补基因簇，其中12.4kb插入片段上有4个基因与黄原胶合成有关，克隆有这些基因的突变体可使黄原胶产率增加10%，黄原胶侧链的丙酮酸化程度大约增加45%。［61］Pollock等克隆了12个野油菜黄单胞菌编码的、与黄原胶组装、丙酮酸化、聚合及分泌相关的基因，转入鞘单胞菌（Sphingomonas）中，使该重组菌可以合成黄原胶。它们不仅可以利用葡萄糖质培养基，还能利用含有乳糖的培养基且无需大量供氧，这使乳酪加工厂排放的富含乳糖的廉价废乳清可用作生产黄原胶的原料。
除了基因工程外，还可以通过原生质融合等技术改变微生物的遗［62］传特性，并提高其适应环境和改良原油性质的能力。该技术的主［63，64］要过程为：先选取两个微生物亲本，去掉细胞壁制成原生质体，以化学或物理的方法促使细胞融合得到融合细胞，即融合子，最［65，66］后利用融合子同亲本细胞的差异将其检出。融合子同时具有两个亲本的性状，人们可以根据需要，从诸多融合子中筛选出那些符合自己需要的细胞作为菌种。目前，国内外的学者已通过原生质体融［67］合技术构建出很多已得到应用的、高效的菌种。南开大学黄英等应用原生质体融合技术对地衣芽孢杆菌X3和芽孢杆菌N2进行融合，获得了能以烃为碳源、适应高温且产高表面活性物质的融合株N21，融合株对原油的降解率、对黏度和凝固点的降低都明显优于亲本。石［68］油大学宋绍富等将一株可在72℃、30%NaCl条件下生长的芽孢杆菌I，和另一株可在30℃代谢水不溶性多糖聚合物的肠内杆菌JD 进行原生质体融合，得到了融合子FH917，其代谢多糖的温度由30℃提高到45℃，盐度由3%NaCl提高到10%NaCl。
基因重组技术的应用范围是很广泛的，目前任何涉及微生物的领域几乎都有应用该技术对微生物进行改造的报道。所以，对聚合物驱后油藏采油微生物进行基因改造的研究虽然没有先例，但它在理论上、技术上是可行的。三、引入示踪剂技术
示踪剂技术用于注水油田的开发已有多年的历史，最初只是用来定性了解地下流体运动状况。20世纪70年代末，D. Yuen和M. ［69］Abbaszadeh先后提出了用示踪剂资料解释油藏的非均质性，以指导油田的合理开发。目前主要用于研究水淹油层的剩余油饱和度，在微生物驱油技术上也开始应用。［70］
1994年，L. R. Brown等为了了解微生物从注入井运移到生产井所需的时间，进行了示踪剂研究。他们用氚水作示踪剂，验证了微生物对整个油藏或区块的作用，并使该油田产量递减延缓，延长了经济开采极限。2003年，在阿根廷的La Ventana油田，在用微生物技术优化注水的现场测试项目中，应用氖进行的互补示踪剂可以证明最初用流线模拟得出的井间连通性及分配因子。而微生物驱油方法采油前后生产井的分相流动特性也与使用特有的二维和流线模拟器得出的理论预测相关。这说明示踪剂和模拟对更好地了解微生物驱油机理有很大帮助。四、引入可视化技术
可视化技术是研究提高采收率机理的一种重要方法。国外用于研究微生物提高采收率机理的可视化方法有透明玻璃微观模型、计算机［71］层析成像、核磁共振成像等。例如：用玻璃珠透明模型研究固体颗粒表面生物膜的形成及菌体对孔隙的堵塞方式，用核磁共振研究微生物对岩心的调剖效果等。可视化技术的特点在于：一是具有可视性，可直接观察微生物驱油及各种提高采收率驱替剂驱油的过程，验证驱油机理；二是具有仿真性，可以模拟油藏天然岩心的孔隙结构特征，实现几何形态和驱替过程的仿真。
1996年，胜利油田微生物采油研究中心与中国石油大学合作，［72］进行了微生物驱油微观模拟实验，除观察到微生物大量产气外，还观察到微生物作用后的残余油乳化现象、润湿反转和油膜在油气界［73］面的滑移等。大庆油田进行微生物驱油微观模拟实验，观察到剩余油油滴在岩心模型中的运动，真实地反映微生物驱油的动态情况。水驱后的残余油以各种形状存在于多孔介质中，细菌注入到模型后，在恒温过程中，细菌吸附在油水接触的界面上并就地产生代谢产物，剥落油膜，对残余油进行了分解、乳化。进行二次水驱时，水驱的波及范围扩大，残余油以油滴的形式从大孔隙中拉出来，在随着注入水流动的过程中，遇到不动的残余油时，油滴并聚，形成油驱动油的现［74］象。大港油田冯庆贤等利用微观仿真透明模型进行了微生物驱油机理研究。同时利用摄像机摄取驱替过程中流动状态画面。观察到原油发生不同程度的乳化现象，形成油珠大小不等的乳状液，以及油珠在孔隙中被拉伸、变形、渗流等现象。五、数学模型的新突破
在20世纪80年代末，就已经建立了微生物驱油的数学模型并开［75］［76］展了相应的数值模拟研究，较为典型的有Islam，Zhang和［77］Chang等模型。Zhang模型比Islam模型的进步在于可描述微生物在地层中的活动，其局限性在于一维模型难以模拟现场，而三维三相五组分Chang模型较具有代表性，能描述微生物和营养物在地层中的生物行为，却不能描述油藏的增产机理。
在借鉴国内外模型的基础上，国内的石油工程师对微生物驱油的［78］数学模型进行了改进和提高，雷光伦等根据微生物的生长动力学原理，建立了微生物的生长、基质消耗和代谢产物生成方程。在考虑菌种、基质、产物扩散和吸附的基础上，用物质平衡方法建立了菌体、基质和产物的运移方程。以多孔介质的毛细管模型为基础，建立了由于微生物吸附引起的孔隙度和渗透率变化方程。考虑到微生物作用对流体性质的影响，建立了油、水黏度和油、气、水毛细管力方程。根据原油模型建立了三维三相、多组分基质与产物的微生物驱油数学模型。计算结果表明，所建模型能较好地计算出微生物生长曲线、代谢曲线、基质消耗曲线和微生物运移浓度曲线，与实验值有较好的一致［79］性。最近，谷建伟等又推出了一套改进的三维两相多组分微生物驱油数学模型，包括油、水两相的连续性方程以及描述微生物、营养物、各种产物的对流扩散、吸附、生长、死亡、消耗等行为方程。利用这个模型可确定实际现场动态，优化现场施工参数，预测增产效果。第六节 聚合物驱后MEOR的应用研究情况
虽然在理论上已经证明了在聚合物驱后油藏实施MEOR的可能性，而且近年来国内外MEOR的研究水平也有较大提高，国外在20世纪80年代就已经研究开发出了黄原胶驱后进一步提高采收率所用的菌种，不过目前还没有关于HPAM驱后油藏应用微生物采油的试验报道，国内也很少见。一、采油微生物降解驱油用聚合物的室内实验
李蔚等人从油田采出水中分离到一株菌，被鉴定为假单胞菌属PD-1菌株。该菌能够在含原油、PAM的水环境中生长，并对原油和［80］PAM具有降解作用。化学分析表明，在细菌的降解下，原油物性发生改变，部分分解为丙酸、烯酸、十六烷酸；PAM结构受到破坏，黏度下降，相对分子质量降低。廖广志、石梅等从油藏环境筛选［81］出了5株以聚合物和原油为营养源的菌种。实验证实该菌种作用后聚合物相对分子质量和黏度下降，分子结构发生变化，并且能改善原油物性。物理模拟驱油实验结果表明，聚合物驱后单独微生物驱可提高采收率5%。
此两项研究所用菌种均为从油藏中筛选到的、能同时降解聚合物和原油的微生物，即能清除油藏聚合物，又能改善原油物性。不过目前来看，自然界中存在的微生物在油藏环境中降解聚合物的效率普遍不高，所以它们在现场应用的效果尚需进一步验证。
山东大学对从胜利油田筛选到的驱油菌种用于聚合物驱后油田的驱油能力进行了室内实验，取得了较好效果，而且也筛选到两株聚合物降解菌。但其用于聚合物驱后驱油试验的菌种为表面活性剂产生菌，得到的聚合物降解菌也没有做具体的性能测定。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]