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长代谢活动或其代谢产物，来提高原油采收率的综合性技术。微生物采油技术具有潜力大、成本低、施工简便、环境友好等优点，有望成为未来油田开发后期稳油控水、提高采收率的主力技术。据调查，我国适合微生物采油技术的地质储量约为68亿吨，占可开采储量的25%。在目前国际油价持续走低，石油开采面临降低成本的巨大压力下，微生物采油技术的研发具有重要的现实意义和应用价值。
利用微生物合成生物表面活性剂驱油是微生物采油技术的主要研究方向，生物表面活性剂产生菌在油藏中的稳定生长代谢是微生物采油技术成功实施的关键之一。目前研究报道的生物表面活性剂产生菌绝大多数为好氧菌，而油藏的缺氧环境使得应用好氧微生物驱油必须依靠空气注入才能维持其合成代谢活性，保证其驱油效率，然而注空气增加开采成本。如果微生物能在缺氧条件下合成表面活性剂，实现油藏原位驱油或可解决以上问题。目前国内外厌氧微生物驱油研究相对薄弱，菌种资源匮乏，厌氧条件下微生物的代谢活性较低，且存在环境中硫化氢对菌种的活性抑制等问题，使得厌氧微生物提高原油采收率技术一直没有获得很好的突破。
基于以上问题，沈阳应用生态研究所张颖研究员所带领的微生物生态与技术研究组，在国家高技术研究发展计划（863）项目（2013AA064402）和大庆油田有限责任公司合作项目的支持下，在厌氧微生物菌种资源开发、功能微生物基因改造与活性调控及提高原油采收率应用方面开展了一系列研究，获得了以下突破性进展，为厌氧微生物驱油技术应用奠定了基础。
（一）利用分子克隆技术，将铜绿假单胞菌中鼠李糖脂合成相关的基因操纵子rhlABRI导入到兼性厌氧反硝化细菌Pseudomonas stutzeri DQ1中，构建了能够在厌氧条件下产鼠李糖脂的基因工程菌P. stutzeri Rhl，在厌氧物理模拟岩心实验条件下原油采收率提高了9.8%（Zhao et al., 2015a）。此外，从新疆油田筛选到了一株在好氧和厌氧条件下均能产鼠李糖脂表面活性剂的野生型菌株P. aeruginosa SG，厌氧物模实验中采收率提高了7.2%（Zhao et al., 2015b）。为了进一步提高该野生型菌厌氧合成鼠李糖脂的效率，以肽聚糖相关脂蛋白编码基因oprL的组成型强启动子PoprL替换菌株P. aeruginosa SG中rhlAB基因的原始启动子，构建了融合基因Popr-rhlAB拷贝数增加的基因工程菌P. aeruginosa PoprAB，强化了菌株厌氧产鼠李糖脂的能力，使鼠李糖脂厌氧产量提高了60.2%，在厌氧物模实验中采收率进一步提高到9.2%（Zhao et al., 2015c）。这些筛选的野生型菌株和构建的高效基因工程菌，展现了良好的油藏原位驱油潜力，为厌氧微生物提高原油采收率技术应用提供了重要的菌种资源。
（二）油藏的厌氧环境导致硫酸盐还原菌（SRB）代谢产生H2S，不仅会导致油藏酸化以及管道腐蚀等，同时H2S也是微生物代谢活性的毒性物质。研究发现，高于10 mg/L 的S2-即可抑制厌氧产鼠李糖脂菌株的生长和鼠李糖脂的合成（Zhao et al., 2015d）。因此，油藏H2S的去除是利用厌氧微生物提高采收率技术应用必须解决的问题。研究组通过多功能菌系复配和多功能工程菌（同步抑制SRB、去除H2S和厌氧产鼠李糖脂）构建，有效降低了H2S的浓度，不仅解除了H2S对功能菌活性的抑制作用，也减少了硫酸盐还原菌造成的腐蚀等危害。研究表明：在低于30 mg/L S2-条件下，厌氧产鼠李糖脂菌株P. aeruginosa SG与反硝化硫氧化菌P. stutzeri DQ1的混菌培养体系仍然可以保持较好的鼠李糖脂厌氧生产能力（Zhao et al., 2015d）.在低于33.3 mg/L S2-条件下，多功能基因工程菌P. stutzeri Rhl可实现同步抑制硫酸盐还原菌的生长代谢，去除H2S和厌氧产鼠李糖脂表面活性剂（Zhao et al., 2016）。因此，无论是复合菌系还是多功能基因工程菌P. stutzeri Rhl，均可以在油田生产中发挥油藏原位产鼠李糖脂提高原油采收率和防治油藏硫酸盐还原菌危害的双重功能。
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 Ⅲ区, 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 Ⅲ区, 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 Ⅲ区, 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 Ⅲ区, 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. (SCIⅠ区, IF=4.917)
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