油藏位于地下深部，具有厭氧、高壓、高溫和高礦化度等環(huán)境特點，油藏環(huán)境中棲息的厭氧微生物，形成了獨特的微生物類群。作為地下生物圈的組成部分，油藏環(huán)境微生物獨特的物種多樣性與代謝功能多樣性，使其不僅在元素的生物地球化學循環(huán)過程中發(fā)揮重要作用，在生物技術領域也擁有巨大潛力。
微生物采油技術（MEOR）是利用微生物在油藏中的生長代謝活動或其代謝產物來提高原油采收率的綜合性技術。定向調控油藏內特定功能微生物類群的代謝活性、高效合成表面活性劑等驅油產物是微生物采油取得成效的關鍵。然而，有關油藏環(huán)境條件（厭氧、高壓、高礦化度等）對微生物合成表面活性劑等驅油物質的影響還缺乏系統(tǒng)研究，能否定向調控表面活性劑產生菌的油藏原位代謝活性，將是微生物采油技術取得突破的關鍵。
中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所微生物生態(tài)與技術學科組，在國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）、國家自然科學基金、企業(yè)橫向合作項目的支持下，在油藏厭氧功能微生物菌種資源開發(fā)和提高原油采收率方面開展了長期研究，近期在定向調控油藏微生物厭氧產表面活性劑提高采收率方面取得了新進展。
（一）以篩選自新疆油藏的表面活性劑產生菌Bacillusamyloliquefaciens 702和Pseudomonas aeruginosa 709為研究對象，比較研究了在好氧、厭氧、高壓、高礦化度等條件下功能菌代謝合成表面活性劑的活性，并通過巖心物模驅油實驗評價了功能菌的原位驅油潛力。研究發(fā)現(xiàn)，油藏本源菌702和709均能夠在好氧條件下高效合成生物表面活性劑，也都能夠在厭氧、高壓（10MPa）、高礦化度環(huán)境中生長代謝，但是氧氣的缺乏顯著削弱了其合成表面活性劑的能力；菌株709能夠在厭氧條件下的產生303mg/L的表面活性劑，而菌株702在厭氧條件下雖能生長但不能產生表面活性劑；巖心物模評價結果表明菌株709可在一次水驅基礎上提高采收率達7.15%，而菌株702提高的采收率僅為1.10%。本研究從表面活性劑原位合成角度，指出油藏缺氧環(huán)境影響微生物的功能活性，進而影響微生物驅油的效率；為保障油藏原位合成表面活性劑，優(yōu)化注氣工藝保障油藏中氧氣充足，或者開發(fā)厭氧高產表面活性劑菌種資源是微生物驅油見效的兩個突破點。
上述研究成果以“Biosurfactant production under diverse conditions by two kinds of biosurfactant-producing bacteria for microbial enhanced oil recovery”為題發(fā)表在石油工程Top期刊Journal of Petroleum Science and Engineering上，趙峰助理研究員為第一作者，張穎研究員為通訊作者。
（二）利用高通量測序技術解析大慶油藏微生物菌群多樣性，并從中篩選到了厭氧產表面活性劑的油藏本源銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）DQ3；在厭氧反應器中模擬研究了強化本源菌DQ3后的微生物菌群動態(tài)變化和表面活性劑合成代謝過程。研究發(fā)現(xiàn)，Pseudomonas為大慶油藏中具有表面活性劑合成潛力的主要優(yōu)勢菌屬；定向強化本源菌P.aeruginosaDQ3后，雖然改變了油藏微生物群落結構，但Pseudomonas仍為油藏的主要優(yōu)勢菌屬之一，并增加了石油烴降解菌、表面活性劑產生菌、產甲烷菌等驅油有益菌的豐度，降低了硫酸鹽還原菌和鐵細菌等有害菌的豐度；在油藏厭氧模擬體系中定向強化P.aeruginosa后，有效合成了表面活性劑，降低體系表面張力到33.8mN/m、原油乳化活性達EI24=58%，在厭氧條件下，強化本源P.aeruginosa可在一次水驅基礎上提高原油采收率5.22%。本研究證實了通過定向調控油藏厭氧產表面活性劑微生物發(fā)揮驅油作用的可行性，并解析了其內在的驅油作用機制。
圖1. 強化油藏本源銅綠假單胞菌驅油模式圖
圖2. 油藏模擬體系中微生物菌群動態(tài)變化
上述研究成果以“Bioaugmentation of oil reservoir indigenous Pseudomonas aeruginosa to enhance oil recovery through in-situ biosurfactant production without air injection”為題發(fā)表在生物工程與應用微生物Top期刊Bioresource Technology上，趙峰為第一作者，張穎為通訊作者。
