微生物提高原油采收率（Microbial enhanced oil recovery, MEOR）是指利用微生物在油藏中的生長代謝活動或其代謝產(chǎn)物，來提高原油采收率的綜合性技術(shù)。微生物采油技術(shù)具有潛力大、成本低、施工68億噸，占可開采儲量的25%。在目前國際油價持續(xù)走低，石油開采面臨降低成本的巨大壓力下，微生物采油技術(shù)的研發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。
微生物提高原油采收率（Microbial enhanced oil recovery, MEOR）是指利用微生物在油藏中的生長代謝活動或其代謝產(chǎn)物，來提高原油采收率的綜合性技術(shù)。微生物采油技術(shù)具有潛力大、成本低、施工簡便、環(huán)境友好等優(yōu)點，有望成為未來油田開發(fā)后期穩(wěn)油控水、提高采收率的主力技術(shù)。據(jù)調(diào)查，我國適合微生物采油技術(shù)的地質(zhì)儲量約為68億噸，占可開采儲量的25%。在目前國際油價持續(xù)走低，石油開采面臨降低成本的巨大壓力下，微生物采油技術(shù)的研發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。
利用微生物合成生物表面活性劑驅(qū)油是微生物采油技術(shù)的主要研究方向，生物表面活性劑產(chǎn)生菌在油藏中的穩(wěn)定生長代謝是微生物采油技術(shù)成功實施的關鍵之一。目前研究報道的生物表面活性劑產(chǎn)生菌絕大多數(shù)為好氧菌，而油藏的缺氧環(huán)境使得應用好氧微生物驅(qū)油必須依靠空氣注入才能維持其合成代謝活性，保證其驅(qū)油效率。而注氣存在成本高、安全系數(shù)低、作用時間和距離不確定等問題，如果微生物能在厭氧條件下合成表面活性劑，實現(xiàn)油藏原位驅(qū)油或可解決以上問題。目前國內(nèi)外厭氧微生物驅(qū)油研究相對薄弱，菌種資源匱乏，厭氧條件下微生物的代謝活性較低，且存在環(huán)境中硫化氫對菌種的活性抑制等問題，使得厭氧微生物提高原油采收率技術(shù)一直沒有獲得很好的突破。
基于以上問題，沈陽應用生態(tài)研究所張穎研究員所帶領的微生物生態(tài)與技術(shù)研究組，在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863）項目（2013AA064402）和大慶油田有限責任公司合作項目的支持下，在厭氧微生物菌種資源開發(fā)、功能微生物基因改造與活性調(diào)控及提高原油采收率應用方面開展了一系列研究，獲得了以下突破性進展，為厭氧微生物驅(qū)油技術(shù)應用奠定了基礎。
（一）利用分子克隆技術(shù)，將銅綠假單胞菌中鼠李糖脂合成相關的基因操縱子rhlABRI導入到兼性厭氧反硝化細菌Pseudomonas stutzeri DQ1中，構(gòu)建了能夠在厭氧條件下產(chǎn)鼠李糖脂的基因工程菌P. stutzeri Rhl，在厭氧物理模擬巖心實驗條件下原油采收率提高了9.8%（Zhao et al., 2015a）。此外，從新疆油田篩選到了一株在好氧和厭氧條件下均能產(chǎn)鼠李糖脂表面活性劑的野生型菌株P. aeruginosa SG，厭氧物模實驗中采收率提高了7.2%（Zhao et al., 2015b）。為了進一步提高該野生型菌厭氧合成鼠李糖脂的效率，以肽聚糖相關脂蛋白編碼基因oprL的組成型強啟動子PoprL替換菌株P. aeruginosa SG中rhlAB基因的原始啟動子，構(gòu)建了融合基因Popr-rhlAB拷貝數(shù)增加的基因工程菌P. aeruginosa PoprAB，強化了菌株厭氧產(chǎn)鼠李糖脂的能力，使鼠李糖脂厭氧產(chǎn)量提高了60.2%，在厭氧物模實驗中采收率進一步提高到9.2%（Zhao et al., 2015c）。這些篩選的野生型菌株和構(gòu)建的高效基因工程菌，展現(xiàn)了良好的油藏原位驅(qū)油潛力，為厭氧微生物提高原油采收率技術(shù)應用提供了重要的菌種資源。
（二）油藏的厭氧環(huán)境導致硫酸鹽還原菌（SRB）代謝產(chǎn)生H2S，不僅會導致油藏酸化以及管道腐蝕等，同時H2S也是微生物代謝活性的毒性物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，高于10 mg/L 的S2-即可抑制厭氧產(chǎn)鼠李糖脂菌株的生長和鼠李糖脂的合成（Zhao et al., 2015d）。因此，油藏H2S的去除是利用厭氧微生物提高采收率技術(shù)應用必須解決的問題。研究組通過多功能菌系復配和多功能工程菌（同步抑制SRB、去除H2S和厭氧產(chǎn)鼠李糖脂）構(gòu)建，有效降低了H2S的濃度，不僅解除了H2S對功能菌活性的抑制作用，也減少了硫酸鹽還原菌造成的腐蝕等危害。研究表明：在低于30 mg/L S2-條件下，厭氧產(chǎn)鼠李糖脂菌株P. aeruginosa SG與反硝化硫氧化菌P. stutzeri DQ1的混菌培養(yǎng)體系仍然可以保持較好的鼠李糖脂厭氧生產(chǎn)能力（Zhao et al., 2015d）.在低于33.3 mg/L S2-條件下，多功能基因工程菌P. stutzeri Rhl可實現(xiàn)同步抑制硫酸鹽還原菌的生長代謝，去除H2S和厭氧產(chǎn)鼠李糖脂表面活性劑（Zhao et al., 2016）。因此，無論是復合菌系還是多功能基因工程菌P. stutzeri Rhl，均可以在油田生產(chǎn)中發(fā)揮油藏原位產(chǎn)鼠李糖脂提高原油采收率和防治油藏硫酸鹽還原菌危害的雙重功能。
1. Feng Zhao, Rongjiu Shi, Jinyi Zhao, Guoqiao Li, XiaoxuBai, Siqin Han, Ying Zhang* (2015a). Heterologous production of Pseudomonas aeruginosa rhamnolipid under anaerobic conditions for microbial enhanced oil recovery. Journal of Applied Microbiology, 118: 379-389. (SCI 區(qū), IF=2.156)
2. Feng Zhao, Jie Zhang, Rongjiu Shi, Siqin Han, Fang Ma, Ying Zhang* (2015b). Production of biosurfactant by a Pseudomonas aeruginosa isolate and its applicability to in situ microbial enhanced oil recovery under anoxic conditions. RSC advances, 45: 36044-36050. (SCI 區(qū), IF=3.289)
3. Feng Zhao, Qingfeng Cui, Siqin Han, Hanping Dong, Jie Zhang, Fang Ma, Ying Zhang* (2015c). Enhanced rhamnolipid production of Pseudomonas aeruginosa SG by increasing copy number of rhlAB genes with modified promoter. RSC Advances, 86: 70546-70522. (SCI 區(qū), IF=3.289)
4. Feng Zhao, Fang Ma, Rongjiu Shi, Jie Zhang, Siqin Han, Ying Zhang* (2015d). Production of rhamnolipids by Pseudomonas aeruginosa is inhibited by H2S but resumes in a co-culture with P. stutzeri: applications for microbial enhanced oil recovery. Biotechnology Letters, 37: 1803-1808.(SCI 區(qū), IF=1.639)
5. Feng Zhao, Jidong Zhou, Fang Ma, Rongjiu Shi, Siqin Han, Jie Zhang, Ying Zhang* (2016). Simultaneous inhibition of sulfate-reducing bacteria, removal of H2S and production of rhamnolipid by recombinant Pseudomonas stutzeri Rhl: Applications for microbial enhanced oil recovery. Bioresource Technology, 207: 24-30. (SCI 區(qū), IF=4.917)
