这项成果登上了《自然》杂志

2022-03-22任厚毅

中国石油石化 2022年4期

文／任厚毅

胜利油田在微生物采油基础研究方面取得重大突破，首次发现一种新型产甲烷古菌。

三年前的某一天，胜利油田石油工程技术研究院微生物所专家林军章从孤岛油田带回一瓶地下水采样，里面含有各种微生物、古菌。这很平常，微生物所的科研人员经常收集、培养、研究这些菌样，从中发现一些有益于石油开采的细菌，加以培养放大，为微生物采油做贡献。

“但是没有想到，这里面竟然含有一种从未发现过的全新古菌，完全打破了传统认知，有望让一些濒临枯竭的老油田起死回生。”林军章说。这一最新研究成果，近日登上了世界著名的《自然》杂志。

不一样的新古菌

产甲烷古菌是一种独特的厌氧微生物，对氧气敏感，通常在空气中暴露几分钟就会死亡。

之所以被称为“古菌”，是因为这种独特的生命早在35亿年前就存在于地球上。它是地球上生命起源最早的一类原核微生物，也是全球大气甲烷排放的主要贡献者。

根据研究，这种古菌能通过乙酸发酵、二氧化碳还原、甲基裂解和氧甲基转化四条途径产生甲烷。最新成果研究则提出了古菌产生甲烷的第五条途径。

1999年，德国科学家首次证实了石油烃降解产甲烷的生物学过程。10年后，加拿大科学家报道了油藏中石油烃降解产甲烷也是一种常见的生物过程：微生物可以“吃”掉石油烃，将这种碳氢有机物转化为甲烷。但是，这样的转化过程非常缓慢且十分复杂，涉及降解有机物和合成甲烷两个截然不同的步骤。

“通常产甲烷古菌的生长周期在一两年以上，文献报道的最长培养时间超过800天。也就是说，在做实验的过程中，休两年假回来都不晚。”林军章说，“但在培养中发现，这次从孤岛油田中取样的菌液产气速率非常快，跟其他菌液很不一样。”

林军章敏锐地捕捉到了实验中的异样，将样品送到了长期合作的农业部沼气科学研究所。

沼气科学研究所一直从事厌氧微生物的基础和应用研究，对本次异常古菌高度重视。经反复研究比对验证，神秘古菌浮出水面，并被逐步揭开面纱。

有望形成油气共采

传统的原油开采技术，主要是应用水压力或化学物质来驱动地下深层的原油运移。“利用物理和化学方法采油技术后，仍然有超过一半的原油残留在地下，难以被开采利用。”中石化微生物采油重点实验室胜利油田微生物采油首席专家汪卫东说。

基于这项新研究成果，有可能利用地下厌氧微生物的作用，把液态原油降解变成气态甲烷，形成油气共采，最终达到比较高效率的原油开采利用率。

“液体原油气采，相当于在原来的基础上提高至少20个百分点的采收率。”林军章说。这将延长油藏的开发寿命，让老油田复活。

农业部沼气科学研究所所长王登山认为，这项成果是从“0”到“1”的基础研究认知，是开创性的，为人们实施“地下沼气工程”奠定了理论基础。“地下的油不用抽出来，直接把油变成气，让气体出来，进行甲烷收集。这相当于我们把沼气池修在了几千米深的地下油藏中，形成平方公里尺度的巨大地下沼气池。”

基于该项成果的技术攻关一旦突破，对枯竭油藏进行油气共采，增产的油气总量将达到数亿吨。这将为缓解我国油气对外依存度，保障国家能源安全提供科学支撑。

推进微生物采油技术

“当然，要达到工业化应用水平还有很长的路要走，还需要从理论到试验到应用方面的配合。”林军章说。但基础已经有了，因为胜利油田已经进行了多年微生物采油的基础理论研究。

早在2007年，胜利油田就与沼气科学研究所合作，从罗801区块产出液中分离得到一株新的产甲烷菌。经鉴定为新属，命名为“胜利嗜热甲烷微球菌”，得到了国际菌种保藏中心的认证。这是我国科技工作者在产甲烷古菌研究领域中首次申报的新属。

罗801区块由于长期实施微生物驱油，地下微生物兵强马壮、实力雄厚，有效控制着区块含水缓慢上升，原油稳定增长。据统计，实施微生物驱油20多年以来，该区块累计增油17万吨以上，阶段提高采收率5.93%。据了解，这是国际上迄今实施时间最长、效果最显著的微生物驱油区块。

这些年来，中石化微生物采油重点实验室除了同沼气科学研究所合作首次发现新产甲烷古菌外，在微生物嗜烃降黏机制、润湿改性机制、菌群调控理论等方面取得了较大进展。与中国石油大学重质油国家重点实验室合作，揭示了微生物降解胶质沥青质分子机制；与中国科学院合作，明确了微生物界面润湿改性机制；与南开大学合作，发现内源菌群演替变化的生态机制，形成了内源菌群定向激活调控技术。近三年发表文章30余篇，形成的研究成果处于国际领先水平。

基础理论研究的突破，推动了微生物采油技术的快速发展，在油藏的适用范围不断提高。近三年，胜利油田的微生物采油技术覆盖地质储量由700万吨提高到了2600万吨，年增油量由4万吨提高到18万吨，预计“十四五”末将达到30万吨以上。