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(shù)領(lǐng)域也擁有巨大潛力。
微生物采油技術(shù)（MEOR）是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)。定向調(diào)控油藏內(nèi)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(qū)油產(chǎn)物是微生物采油取得成效的關(guān)鍵。然而，有關(guān)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(qū)油物質(zhì)的影響還缺乏系統(tǒng)研究，能否定向調(diào)控表面活性劑產(chǎn)生菌的油藏原位代謝活性，將是微生物采油技術(shù)取得突破的關(guān)鍵。
中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所微生物生態(tài)與技術(shù)學科組，在國家高技術(shù)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(diào)控油藏微生物厭氧產(chǎn)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(chǎn)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(qū)油實驗評價了功能菌的原位驅(qū)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(chǎn)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(chǎn)生表面活性劑；巖心物模評價結(jié)果表明菌株709可在一次水驅(qū)基礎(chǔ)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(qū)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(chǎn)表面活性劑菌種資源是微生物驅(qū)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(shù)解析大慶油藏微生物菌群多樣性，并從中篩選到了厭氧產(chǎn)表面活性劑的油藏本源銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）DQ3；在厭氧反應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(chǎn)生菌、產(chǎn)甲烷菌等驅(qū)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(qū)基礎(chǔ)上提高原油采收率5.22%。本研究證實了通過定向調(diào)控油藏厭氧產(chǎn)表面活性劑微生物發(fā)揮驅(qū)油作用的可行性，并解析了其內(nèi)在的驅(qū)油作用機制。
圖1. 強化油藏本源銅綠假單胞菌驅(qū)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(yīng)用微生物Top期刊Bioresource Technology上，趙峰為第一作者，張穎為通訊作者。
