—、前言
应用微生物提高石油采收率所普遍采用的技术，是对生产井实施周期性刺激处理。在单井的刺激处理中，由于井周地带的石蜡烃或沥青烃被清除，或者由于储层的一定范围内的残余油经处理而流动，故可提高产油量。单井处理，因只需对在用矿场设备进行小改小革，况且花费甚微，故可加以应用。可选用的方法是把微生物用于正在实施的水驱，从而提高石油采收率。尽管微生物强化水驱，在矿场上还尚未得到广泛试验，但为了验证其技术上的可行性，有些方案却仍在实施中。
在实验室内，曾表明微生物所产生的诸如表面活性剂、酸类、溶剂（醇和酮）和气体（主要是CO2）等，对促使原油在储层条件下的流动都会是有效的。微生物在孔隙介质中生长繁殖并产生聚合物，由于渗透率的改善，进而提高了扫油效率。
商业发酵曾被用来产生诸如聚合物和表面活性剂等化学产物，现已在强采技术中得到应用。黄原胶——一种由微生物产生的聚合物，可在采油中用于流度控制。利用微生物处理可产生的表面活性剂，因其化学产物的来源与石油价格无直接联系，而受到人们的青睐，石油磺酸盐类不易采用，而通常用得最多的则是合成表面活性剂，在地面产生强化采油的化学产物虽然很重要，但把微生物注入地层来提高石油采收率更应予以重视。
微生物采油，作为一种采油方法，它既有其优点，也存在着缺点。通常，微生物强采方法，多用于开采老油田的浅层砂岩储层。
二、微生物采油的机理
实验室研究已表明：微生物产物可改变原油的化学和物理性质，可选择性封堵高渗透层带，从而提高扫油效率，并且还可提高单井井口的注入压力。由于有些菌种会清除井周地带的悬浮有机残渣和石蜡族烃，故可显著提高石油产量、表1列出了目前在应用或打算应用于微生物强采技术中几种细菌的学名及其化学产物。
由微生物产生的表面活性剂，可降低油水界面张力和引起乳化作用。这些表面活性剂，有羧酸（脂肪酸）等阴离子表面活性剂和脂类。有些生物表面活性剂，可使重油粘度降低95％。地衣形杆菌，在厌氧条件下也可产生表面活性剂，现已被试验用于地层。
用微生物表面活性剂所配制的最佳表面活性剂系统，曾使油水界面张力降低到5×10-3达因/厘米（5×10-3mN/m）。具有产生表面活性剂的微生物之微观模型研究曾表明：原油的乳化作用可在孔隙介质的流动过程中出现。此外，表面活性剂还可通过改变油层岩石的润湿性，来改变岩石对油的相对渗透率，从而提高石油采收率。由微生物产生的溶剂，一般都是低分子量的醇类和酮类。这些化合物，通常都被用作配制乳化液的助剂。在一定条件下，醇类和酮类也可降低表面张力和界面张力，促使乳化作用，以及更能促使微乳化液稳定。
微生物也产生CO2，N2，H2和CH4等气体，这样就会增加油层压力、降低粘度，以及由于气体增溶作用所引起的单个油滴膨胀等，因而可提高石油采收率，在矿场条件下，CO2通常都是微生物的主要气体产物。在微生物矿场试验中所观察到的压力增加是很微小的。在室内试验中，采用10英寸（25厘米）岩芯，曾观察到压力增加60磅/英寸2（414 kPa）；但可观察到的压力增加都远远低于溶混性所需之压力。有时，尤其是用于重质原油，产生CO2可降低油的粘度，从而足以导致提高采油量。
微生物强化采油矿场试验最常用的微生物菌种是杆菌和梭状芽孢杆菌一类菌种；由于在油层中产生孢子，因此具有很大的生存潜力。这些孢子都是细胞的潜伏的抗性形态，故可在各种恶劣环境条件下生存下去。梭状芽孢杆菌产生表面活性剂、气体、醇类和溶剂，而杆菌则产生表面活性剂、酸类和某些气体。此外也有的杆菌产生聚合物。
在碳酸岩地层，或在具有含碳胶结物的砂岩岩层中，产生酸的微生物因可提高渗透率，故可提高石油采收率。虽然微生物通常所产生的有机酸都比强无机酸弱得多，但其水溶液的pH值却可降低2 ~ 3pH单位，而通常不低于4。
微生物强化采油的另一种应用是使流体改变流动方向，因为许多菌种都能产生聚合物，所以曾有人假定：可把某些微生物用于地层，以优先封堵储层的高渗透层段，从而提高扫油效率。实验室内研究已证明：通过把培养基注入到可育的贝雷砂岩，就可在并列的岩芯试验中使渗透率改变和使流体改变流动方向。
三、微生物在孔隙介质中的迁移
在微生物强化采油应用中，微生物可穿过储层迁移，并产生促使原油流动的化学产物，这是至关重要的。培养基和微生物的相对迁移速率，对强化采油所需之注入决策可起到很大的作用。微生物的应用，有些情况是可想而知的。如果微生物在储层中迁移距离很远，那么就务必拟定确保微生物菌落摄取适当的培养液来维持代谢作用的注入决策。可将一种不太活动的菌落移植到井周地带，使之摄取所注入的培养液进行代谢作用，并生成可在储层蔓延的化学产物。
实验室和矿场试验结果均表明：某些微生物菌种可在适当条件下穿过储层岩石而迁移。通常都认为：微生物可穿过其渗透率大于100毫达西的砂岩而迁移。
在改善吸水剖面的处理中，利用微生物来封堵高渗透层段是理想的，业已证明产生聚合物、生物量和粘液的微生物可显著地降低岩芯的渗透率。在某些矿场试验中，也曾观察到对井的封堵。俄克拉何马大学的研究人员，曾利用一种简单的一维数理模型，描述了微生物的封堵过程，他们把这种模型用来研究在一定压差情况下，细胞的生长繁殖和滞留对降低孔隙介质渗透率之影响。Jang等利用了用来解释微生物通过所模拟的孔隙介质而迁移的一维模型。有关具体矿场条件下微生物的迁移和对微生物强采过程的模拟还需要补充资料。矿场试验结果，可为论证这些模型提供论据。
四、微生物强化采油矿场应用动向
微生物强化采油的矿场研究是在本世纪40年代后期开始的。
微生物强采技术在矿场应用中所取得的效果还难以弄清。用于周期性刺激处理的许多井都曾是接近枯竭的生产井，而且取自微生物采油矿场试验的资料也并不充分。在其微生物强采方案，以及产量反应都已经过充分论证的矿场试验却是寥寥无几。
五、微生物强化采油矿场方案的设计
微生物处理，像其他采油方法一样，仍需要运用有效的工程措施。用来设计微生物强化采油矿场试验方案并使之最优化的方法，仍有待于确定；实施微生物水驱过程，还需要采取某些必要的措施。
在拟定微生物处理措施时，弄清目的层的特征是至关重要的。微生物处理的目的，可减轻产层因渗透率变化而造成的串流等问题。诸如测井分析、压力瞬变测试、转子流量计测量和示踪剂研究等，均可有助于判断在所选定的储层中所出现的串流现象或高渗透性夹层。此外，化学示踪剂测试还可用来判断油层液流方向的特征。
岩层的矿物特征可通过岩芯分析来识别。岩石基质的孔隙中所存在的粘土矿物，由于附着作用和过滤作用，故可增强微生物的滞留作用，分布于岩石基质孔隙中的粘土矿物也可吸附由微生物产生的表面活性剂和溶剂，从而降低此方法的采收率。在碳酸盐岩层或含有碳质胶结物的砂岩层，注入产生酸的微生物就可提高渗透率。岩石矿物对微生物迁移的影响，虽然还很难以确定，但对弄清某些矿场应用中所观测到的封堵原因却是至关重要的。
对于微生物处理来说，油层务必满足某些最起码的要求（表2）。每个油层，其微生物群落并不尽相同，因此必须要对其采出的水和油有无土生土长的细菌进行检测，这些细菌对所注入的微生物采油系统可能起到副作用，也可能起到好作用。在孔隙介质中或在所注入的培养液中，如果有微生物存在，那么就会影响所注入的微生物系统的效果。有些微生物会增大，并且也会将所注入的微生物彻底根除掉，矿场试验中所应用的绝大部分微生物系统，原来都是从油层中分离出来的微生物，故可适应油层中的温度、压力和矿化度。
值得注意的是：当在矿场上施注培养液或者含硫的水时，要确保土生土长的硫酸盐还原菌无论如何都不能因所注入的微生物而受到刺激或增大。硫酸盐还原菌能够产生H2S。
正如应用其他采油方法一样，实施微生物处理前，也需对储层的开采史及其特征加以研究。流体样品应进行收集，并对氮的含量和溶解固体总量做出分析。在与目的层相同的温度、压力和矿化度的情况下，务必在岩芯中对流体的兼容性做出测试。由这些测试结果还可以估计出石油采收率。若使用的是贝雷砂岩岩芯，那么就应尽量与目的层的渗透率相匹配。务必采用尽量能重塑地层性质的储层岩芯。化学示踪剂测试，对判断储层中的串流是必要的，这样方可拟定微生物配方，来提高扫油效率。
有关油层中反复喂养和反复注入微生物的效果并不甚清楚。据有些研究人员认为，在开始施注微生物后，增注培养液可提高石油采收率，但可注入的培养液的质量，却是令人担心的问题。据Grula称，糖蜜的成分，其差异颇大，对微生物的发育繁殖和活动都有影响；故矿场上务必要对所采用的培养液的兼容性进行检验。其纤维含量高的糖蜜，均会导致对注入井的堵寨。此外，还应对糖蜜进行分析，以检测对所注入的微生物可能有毒性的微量金属元素。而且还应使糖蜜的质量控制在矿场条件下得到保障。
对卓有成效的微生物采油矿场试验，还有其他一些指标还都在监测中，待得出结果后，方可作为补充。对井网外的井应进行监测，以确保不发生微生物的迁移，同时也要避免井周附近有其他微生物侵入。只有通过一贯地对微生物采油过程进行监测，才能做出可靠的评价，所注入的微生物，也可用作示踪剂，即它们选择性地与储层固有的细菌相区别。
六、微生物强化采油的经济效果
有关微生物采油方法的经济效果的资料，为数甚少。微生物系统的矿场试验，其所得结果又是变化无常。失败的，或成功的，目前均有报道。在接近枯竭的生产井中，曾观察到产油量大幅度增加的情况，但因初始产油量甚低，故产量增长幅度非常可观，在微生物处理中，应当把回收投资所需之时间，和保持产油量稳定增加之期限，都看作需要考虑的重要因素。由于有许多微生物处理都不具备适当的室内设计程序和监测条件，因此微生物矿场试验结果也就不尽一致。实验室内研究业已证明：测定所注入的微生物与油层中所固有的微生物、培养液、原油及岩石的相互作用，具有重要意义。
七、结论
微生物处理，即使在今天经济萧条的情况下，也仍不失是增产原油的经济方法。只需实施单井刺激，便可获得原油增产，这样不但回收投资较快，而且初期投资也较低廉；如果采用微生物水驱进行强采，则所能获得的最终石油采收率更高。注微生物和培养液，都不需更大的花费，而且在矿场上就可就地取材和便于管理。
微生物在水驱中的成功的矿场应用，需要正确的油藏描述，通常可通过测井和岩芯分析、示踪剂测试、各种测井方法、对所注入的微生物与实际油藏条件下储油岩和流体的兼容性所进行的室内和矿场上的测试，以及实施后的精心监测等来获得。单井的微生物处理，也同样需要对兼容性进行室内和矿场检测，和采取适当的补救措施。
微生物采油方法的进一步发展，需要微生物学家、石油和油藏工程师及地质师等各路专家通力协作。实施各种微生物强化采油方法的筛选标准需要加以改进。确立微生物采油机理和弄清所注入的流体与储油岩和盐水等复杂作用，还有待于进一步研究。为了弄清油藏条件下微生物的迁移，尤其是用于模拟微生物的油藏模拟装置，还需进行大力改进。此外，为了确立把微生物采油方案用于特定矿场的最优化程序，以及进而将室内研究结果推广应用于矿场等所采取的措施，还需要进行室内和矿场试验。取得与各种微生物采油方法效果密切相关的室内和矿场资料，将会使微生物采油技术前进一步，从而确立预测本方法效果的可为人所接受的标准。
[SPE Reservoir Engineering，1989年5月]