① 石油微生物脫硫原理
用於脫硫的微生物及脫硫機理
已從煉油廠污水處理的活性污泥、煤焦油污染的或煤礦附近的土壤、溫泉、實驗室培養菌中篩選分離出一些可用於脫硫的微生物，其中大多數微生物對脫除無機硫及非雜環硫較有效，對雜環硫的脫除效果甚微. 少數可脫雜環中有機硫的微生物有兩種氧化方式: C-C鍵斷裂氧化和C-S鍵斷裂氧化. 在前一途徑中, DBT的一個芳香環被氧化降解, 雜環硫不從環中脫除, 而是生成水溶性3-羥基-2-醛基-苯噻吩除去, 導致烴燃燒值降低. 而在後一途徑中雜環硫被脫出但不引起芳香環碳骨架的斷裂, 這是一個較為理想的途徑，因此受到重視.
脫除無機硫的微生物主要是化能自養菌屬Thiobacillus sp.以及嗜熱硫化裂片菌屬Sulfolobus sp.中的一些菌. 這些菌氧化無機硫化物有間接作用和直接作用兩種作用機理. 間接作用機理為細菌氧化溶解Fe2+，生成的強氧化劑Fe3+再將硫化物氧化生成S0，然後Fe2+又被氧化，沉積在煤和石油中的硫再被Fe3+氧化生成水溶性硫酸鹽. 直接氧化的機理則為細菌直接與硫化物的含硫部位接觸, 在細菌生物膜內作用生成還原性谷光甘肽(GSH)的二硫衍生物GSSH，GSSH被一氧化酶氧化並水解成亞硫酸鹽，亞硫酸鹽又被氧化為硫酸鹽，生成的還原性輔酶被細胞色素氧化還原劑中的溶解氧再氧化. 細菌的直接作用著重於還原性硫的酶氧化. 這兩種途徑作用的產物都是水溶性的，因此，脫硫的同時也脫除了燃料中的金屬.
研究較多的脫有機硫菌有以有機硫化物(主要是DBT)作為碳源斷C-C鍵的Pseudomonas sp.和Brevibacterium sp.菌，還有以DBT作為唯一硫源的專一性斷CS鍵的Rhodococcus Strain, Sulfolobus Scidocaldarius., Desulfovibrio desulfuricans M6及Corynebacterium sp.菌\. 微生物脫有機硫有兩種途徑，由於中間產物和終產物的不同，C-S鍵專一斷裂途徑中又可能存在三個不同序列.
② 微生物採油的微生物採油機理
微生物採油是技術含量較高的一種提高採收率技術，不但包括微生物在油層中的生長、繁殖和代謝等生物化學過程，而且包括微生物菌體、微生物營養液、微生物代謝產物在油層中的運移，以及與岩石、油、氣、水的相互作用引起的岩石、油、氣、水物性的改變，深入研究作用機理顯得尤為重要。
武平倉等[6]對原油受實驗微生物作用生成的氣體進行研究，發現C6以下氣態烴的含量增加幅度達90%—100%；氣體中烴的總含量由28.090%增加到54.145%，增加幅度接近93%。同時有N2、CO2、H2生成。生成氣可改善原油在地層條件下的流動性，大量氣體在油藏中生成也會產生驅油效果。大港油田、青海油田重復試驗證明微生物作用後原油高碳烴密度減少，原油組成改變[7]。Statman 等[8]等對微生物作用前後油樣對比發現作用後油黏度變小。Onyekonwu等[9]對微生物作用前後的油樣進行對比分析，發現長鏈烴含量相對減少，短鏈烴或中鏈烴含量明顯增加，從而使原油結構中輕質組分含量增加.微生物能作用芳烴可以對芳環上的取代支鏈發生斷鏈作用.，膠質分子中取代基的平均分子鏈長也有變化。原油受微生物作用後生成大量的可帶羰基的化合物如酸、酯、酮等。這些有機物可以很好改變原油物性，使原油變得容易開采,從而提高產量.何正國等還進行了人造岩心驅替實驗，微生物在水驅後的岩心中活動，作用原油，可明顯觀察到有產氣現象出現，對收集到的生物氣進行氣相色譜成份分析得知，微生物作用原油能夠產生短鏈烷烴氣和二氧化碳等。氣體有利於產層壓力增加從而提高產量。在注微生物於含原油岩心培養72h後，對各岩心進行水驅，沒有注微生物的對照試驗岩心幾乎無油驅出；而注入微生物的岩心均有油驅出，採收率有明顯提高，且驅出的油粘度變小。對驅出液進行鏡檢，有大量球菌和桿菌存在。包木太[10]等對微生物代謝產物進行分析發現採油微生物代謝過程中除了產酸、生物表面活性劑和氣體等代謝產物外，還產生物聚合物和有機溶劑等，所有這些代謝產物都能在不同程度上以不同方式作用於地層原油，改善原油的性質,以利於原油的開采。
一般認為起驅油作用的是微生物產生的氣體和表面活性劑，還有產酸作用、對原油的降解作用[11~14]。微生物注入地層後，通過間隙水與臨近的油滴結合之後運移，微生物吸附於油滴邊界，將烴類分子轉化成有機溶劑、表面活性劑、酸、醇，和氣體。有機溶劑溶解於石油,降低其粘度，並通過溶解孔喉中重質長鏈烴類提高有效滲透率；表面活性劑可降低油與岩石和油與水的界面張力，提高驅油效率，改變岩石潤濕性,使岩石更加水濕；消除岩石孔壁油膜，提高油相流動能力；分散乳化原油，降低原油粘度。酸能夠降低油和孔喉中碳酸鹽含量，侵蝕石英和碳酸鹽表面以提高有效滲透率，並通過與碳酸鹽反應產生CO2降低石油粘度，引起油滴膨脹。氣體溶解於油，降低粘度，通過引起油滴膨脹起到物理驅油作用。微生物還產生兩種未知醇類，這些都是微生物在發酵原油過程中的代謝產物，它們有利於改善原油粘度，類似輕度酸化，增加岩石孔隙度，從而提高原油產量。新繁殖的細菌不斷產生並連續起作用，將以前不能流動的石油變成能流動的石油，從而提高了產量。勝利油田和大港油田都曾應用微觀模型研究驅油過程，分析微生物產生的表面活性劑對殘余油的增溶、乳化和互溶現象，提出孔隙膠束增溶、孔隙乳化、孔隙兩相界面互溶和孔隙隧滲流等機理[15]，但這些機理與化學表面活性劑驅油機理沒有太大本質區別。微生物直接驅油機理主要是：①產生的表面活性物質將水驅條件下不能流動的殘余油乳化，增加原油流動性。②改變岩石表面潤濕性，使油膜從岩石表面剝離，成為流動相。③生物氣溶於原油降低其黏度；原油在生物氣泡表面向前滑動而降低滲流阻力；大孔隙中的大氣泡對液流形成一定阻力，造成」賈敏效應「，具有一定「微觀調剖」作用[16]。概括起來，微生物採油的是通過是改變原油組成性質和改變原油的驅油環境，利用氣泡和微生物尺寸形成的微觀調剖作用，以及微生物附著在岩石表面生長形成生物沉積膜，有利於細菌在空隙中存活與延伸，擴大驅油麵積等因素達到提高採油增產目的的。
根據微生物採油作用機理不同，可以對微生物採油的礦場應用類型分為：微生物強化水驅，周期注微生物採油，微生物選擇性封堵地層，微生物清蠟和降低重油黏度等[17]。
從已知的採油機理可知微生物提高採油率是一種多用途的技術，應用該技術可以解決原油滲透率低、掃油效率低、流度比不利、氣錐進、水錐進、圈閉漬及結蠟結垢等問題， 具體到各種工藝，微生物採油的機理又有所不同，不同的工藝設計可以解決不同領域的問題，這給油田操作者提供了廣泛而多樣的選擇。值得一提的是[18]，不同菌種的代謝產物不盡相同，同一菌種代謝不同營養物的產物也不盡相同，故不同菌種的作用機理有所不同。同一菌種的作用機理往往不止一種。微生物提高原油採收率是多種因素協同作用的結果。目前，微生物提高原油採收率的機理還不十分清楚，還需進一步的研究探討。
③ 微生物對勘測石油有哪些應用
石油是重要的燃料，在國民經濟中起著極其重要的作用。石油都埋在地下很深的地方，為了開采它，人們還得先進行勘探，看它藏在哪塊地的下邊。勘探時需要打井鑽眼，把地下的土樣拿來化驗。這都需要大量的人力和物力。
隨著人們對微生物的了解，利用很簡單的培養微生物的方法也能找出石油的藏身之地。原來油田雖然在地下，但油層中有許多烴類物質由於擴散作用能滲透到地殼表面，這就露出了油田的蛛絲馬跡。
這些烴類是一些微生物的好食品，烴類越多它們繁殖越快。這時只要從地面找出這些微生物，經過人工培養並測定它們的數量就可以得知這塊地下有無油田。1957年國際上用微生物法勘探了16個地區，發現10個地區有油田礦藏。
④ 微生物採油的採油微生物和油藏選擇
菌種篩選是微生物採油技術的關鍵。篩選MEOR菌種所遵循的原則，是所選擇的微生物應能適應油層環境條件。首先，所選菌種能在油藏條件下生存、運移並能產生大量對驅油有利的代謝產物；其次，從經濟角度出發，所選菌種能以原油為營養源。不同的生物工程目的所需的微生物代謝產物有所不同。MEOR菌種的選擇可參考表1[26]。
目前菌種篩選主要向兩方面發展[27]，一是提高菌種耐溫性，以適合更廣的油藏范圍；二是只提供部分無機營養物,希望以原油為碳源，降低注入營養物成本。還有的篩選希望得到耐礦化度的菌種。目前已報道的菌種最高可適應85～95℃的油藏條件，耐礦化度高達17g/L[28]，但此條件下活性如何尚無明確報道。大部分油田篩選和應用的菌種是烴類氧化菌系，可降解部分正構烷烴，對原油有一定降黏作用，適合30～60℃溫度[29]；也有些工藝不需要篩選菌種，如內源微生物驅油[30]和活性污泥驅油。微生物種類鑒定比較復雜，僅少數油田對其使用的微生物進行了屬水平的鑒定和對環境的毒性鑒定。勝利油田初步建立了石油微生物菌種庫以及菌種資料庫，收錄了100多株菌種的微生物學特徵、性能參數和應用情況。 MEOR菌種既可以是好氧菌，也可以是厭氧菌。油藏處於缺氧狀態,而在油藏處理過程中不能保持絕對無氧狀態,故所用菌種最好為兼性厭氧菌。兼性厭氧菌的優勢還在於可以在好氧條件下培養，以縮短培養時間。好氧代謝比厭氧代謝快，先進行好氧培養，後進行厭氧培養，以加快篩選速度。另外，混合菌種可能具有協同作用，驅油效果優於單株菌。菌種的配伍性需通過模擬實驗確定。
菌種篩選步驟如下：含菌樣品 富集好氧培養 單株菌分離純化 穿刺接種 富集厭氧培養 室內初步模擬實驗 生化、代謝產物測試 物理模擬實驗 確定菌種組合。
穿刺接種的目的在於初步判斷菌種的需氧性，將好氧菌去除，以減輕下一步厭氧篩選的工作量。室內初步模擬實驗就是模擬目的油藏的環境條件，檢驗試驗菌能否在該油藏環境下生存[31]。 菌種性能評價對菌種進行性能評價的目的在於篩選有利於微生物採油的菌種。菌種性能研究菌種性能評價包括其生物學特徵、代謝產物分析、穩定性及對油藏環境的適應性，混合菌還需要進行菌株復配實驗[32]。一般用於評價的指標是：最大菌體濃度，表面張力降低幅度，培養液pH值及粘度的變化，產生氣體的量及組成，原油組成變化等。已報道的有以下3類評價方法。
分析原油被微生物發酵前後的變化
將微生物與原油共同培養後分離出原油，測試原油被發酵前後的變化，包括：①測試發酵前後的黏度、凝固點、含蠟量等物性變化。②用恩氏蒸餾法測試組分變化，發酵後輕餾分增加越多，說明微生物作用越好。③用色譜法分析正構烷烴組分變化，姥鮫烷/C17、植烷/C18比值反映原油流動性，發酵後其值上升說明原油流動性得到改善。不少實驗通過測定主峰碳的變化[29，33]或咔唑類化合物的變化來確認原油降解程度。④用色譜柱分離法分析各族組分相對含量變化，了解微生物對哪個族組分影響較大，多數實驗證明對正構烷烴有明顯影響，也有實驗證明對膠質、瀝青質有影響。
分析菌液的變化
在有原油存在的環境中培養微生物，測試菌液作用前後的酸度、界面張力變化以及產氣量[36]。對代謝產物中生物表面活性劑的分析研究較多，包括影響 其產生的因素、對原油的作用效果以及其成分等[37]，但停留在單項成分的定性或定量分析。
岩心微生物驅油試驗
應用人造岩心或天然岩心建立微生物驅油的Lazar模型，一般試驗過程是：岩心飽和水、飽和油後水驅，水驅到含水98%或100%時注入一定量配製好的菌液，放入恆溫箱培養，測試從模型中排出的液體和氣體。另一種是高壓驅油模型，岩心培養之前先加壓，關閉岩心兩端閥門在高壓條件下培養一段時間,然後再水驅，測試採收率提高情況。岩心驅油試驗還用於研究微生物驅的相對滲透率變化[38] 、微生物用量或微生物段塞與採收率的關系。由於條件限制，多數油田最常測試的是微生物作用前後原油黏度變化。
目前國內在菌種評價方面忽視室內實驗條件與現場應用條件的不同,因此偏差較大。微生物本身和其代謝產物都受地層條件的影響，溫度、壓力、礦化度和岩性等因素的影響還存在一些未知的關系，需要通過室內實驗了解各自影響程度。建立完整可靠的評價方法是今後菌種性能評價重點攻關的內容之一。 微生物採油的方法及其優點微生物採油基本方法廣義地說主要包括兩大類：一類是利用微生物產品如生物聚合物和生物表面活性劑作為油田化學劑進行驅油，稱為微生物地上發酵提高採油率工藝,即生物工藝法，目前該技術在國內外已趨成熟；另一類是利勇微生物及其代謝產物提高採油率，主要是利用微生物地下發酵和利用油層中固有微生物的活動，稱為微生物地下發酵提高採收率方法 狹義地說微生物採油是指利用微生物地下發酵提高採收率方法。對與厚意種方法，油藏微生物生態問題長期注水開發油藏的地下應存在相對穩定的原地微生物生態系統。微生物採油過程中，注入的微生物與原地微生物能否兼容，注入的營養對原地微生物有什麼影響，這些問題還沒有認真研究。這些問題是微生物採油技術研究的重要組成部分，也可能成為該項技術發展的突破口。
3.2.1微生物採油的地層環境
各種EOR技術適用的油層條件有一定限制。MEOR也不例外,油層條件有一定限制。在此對現在的E
OR應用界限加以論述。
首先，油層岩質以砂岩或碳酸鹽岩為對象，它對微生物沒有影響[39]。以碳酸鹽岩為對象時，可以期待代謝所產生的酸性物質對碳酸鹽岩有溶解作用。還必須考慮粘土礦物等對菌體及營養物的吸附。MEOR微生物與營養源必須在岩石孔隙中移動，在油層中擴散。在pH與離子強度適當的條件下，粘土礦物使微生物在表面上吸附，阻礙微生物在孔隙中的移動和擴散。因此，採用目的油層的岩心，通過微生物滲透性測試進行探討是必要的。孔隙度與滲透率等因素對微生物的移動，增殖及代謝有影響。微生物的形態有球菌，桿菌，螺旋菌等，長0.5—10μm，寬0.5—2.0μm。細菌需要在目的油層中移動，一定程度的增殖空間是必要的，即某種程度的滲透率是必要的。據報道，細菌可在75×10-3μm2以下的岩心中運移，但通常適用下限為150×10-3μm2左右，在300×10-3μm2以上則更合適。
關於油層深度界限，其實是溫度及壓力界限，深度是受限制的[40]。微生物生長溫度上限，最近研究熱水礦場等所得到的超嗜熱菌為110℃，一般的好熱微生物為100℃左右。但是，適應超過70℃油層的事例，至今幾乎沒有報道。若以70℃為上限溫度，深度界限大約為8000英尺(2438.4m)。油藏中的地層水是微生物群體耐於生長和代謝的媒體，地層水的關鹽度，活度，pH以及地層水的溶解的物質對微生物群體的生長和代謝起著重要的作用，超過一定上限值而存在的有好鹽性、好酸性及好鹼性微生物，一般微生物難適應。以上所述的各種條件是目前水平下的限制,如果新發現特異功能微生物，有可能適應超過這些條件的更廣泛的油層[41]。
微生物採油技術的選井條件目前在國內普遍使用的微生物菌液的適用條件為[42]：①油層溫度<120℃;②地層水氯離子含量<10×104mg/L；③有毒離子含量(砷，汞，鎳，硒)<0～15mg/L；④油層滲透率>50×10-3μm2；⑤原油密度<0.900g/cm3；⑥殘余油飽和度>25%；⑦油藏含水率>5%。
3.2.2營養
對於微生物的營養問題涉及兩個方面，一個是微生物在注入油井前培養對應的培養基的營養成分，另一個是在井裡所需要添加的營養物質。
培養基的篩選雖然在礦場應用中細菌是以原油為營養物質生存繁殖的，但是用於礦場的菌液是在室內用特殊的營養物質精心培養出來的，這些營養物質通常稱為培養基，主要由有機物質和微量元素混合而成，不同的細菌所需要的培養基不一定相同，用不同的培養基培養同一種細菌，其具備的功能也可能不同，甚至會相差很大。要使一種培養基既能夠同時滿足多種微生物繁殖的要求，又能夠使它們在較短的時間里繁殖達到最大密度和具有最強的活性，並且使它們完全保持所需要的使用功能，是一項難度很大的研究工作[43]。
微生物菌種在地下需要一定量的營養物以維持其生長、繁殖和代謝。營養物主要是碳源、氮源、磷源，其中碳源為地層原油，無須補給；其他營養成分需要添加。通過不同類型營養劑篩選實驗,選出由銨鹽、磷酸鹽和生長因子等組成，並用礦場注入污水配製的營養溶液。由於地層水或注入水中含有微生物生長所需微量元素，不需要補充。所以地層狀況決定了所需要添加的營養物質[44]。配伍、分散原油等實驗結果表明，所選營養液與地層水(或污水)配伍性良好，菌的生長能力與油的乳化性也較好。
對注入地層的微生物所需的營養物質應當是在地層條件下具有熱穩定性和化學穩定性的，而且不會與地層液體中的無機鹽發生反應而沉澱，以免阻塞地層。另外，在含黏土的地層中，營養液應不至於引起地層黏土膨脹和微粒運移。為避免發生這些問題，確保工程成功，應利用地層水樣和岩樣進行相關這方面的室內實驗。
3.2.3化學劑
油田開發的各個環節基本上都要使用化學劑,只是目的不同,使用的化學劑種類不同,如鑽井、修井、完井,壓裂、堵水、調剖、固砂過程使用的化學劑,生產過程中使用的緩蝕、防垢、除垢、殺菌劑等油田注入水常用處理劑,油田開發後期化學法提高採收率技術使用的大量驅油劑。這些化學劑視濃度的不同對微生物產生不同程度的影響。相對而言,用量較大的化學劑如注入水處理劑和三次採油驅油劑的影響可能更大。
化學劑對微生物的影響主要有兩方面。一是化學劑對微生物細胞結構的影響，一些具有表面活性的物質可直接破壞細胞結構，使微生物死亡。二是化學劑與微生物細胞中某些生化物質結合，使其喪失原有的生化性能，不能正常生長代謝，最終導致死亡。無論是哪一種影響，都與化學劑濃度密切相關。只有化學劑濃度超過一定范圍，才能對微生物產生影響。如目前油田注入污水處理多用陽離子季銨鹽類以及其與氧化劑的復配物，一般加葯量在9～10mg/L，當細菌數高於102個/mL時，葯劑加量須加大2～3倍[45]才能控制細菌的生長。在實施聚合物驅的區塊常出現高細菌腐蝕速率現象[46]，也是注入的驅油劑中聚丙烯醯胺和甲醛共同影響地層中細菌生長造成的。
當化學劑對微生物生長的抑製作用影響到微生物採油工藝的實施時，就必須消除這種抑製作用。要從根本上消除化學劑對微生物生長的抑製作用，必須從微生物菌種篩選及微生物育種著手。(1)在含有化學劑的地層水中，往往存在由於發生自發突變而能抵抗化學劑不利影響的微生物。可以從產出液中篩選這些微生物，經過二次篩選得到的採油用菌種既可以滿足微生物採油的需要又能抵抗化學劑的不利影響。(2)工業菌種的培育運用遺傳學原理和技術對某個用於特定生物技術目的的菌株進行多方位的改造,以增加新的性狀。通過微生物育種，可以獲得在不利化學劑存在條件下生長良好的採油菌種，從而消除化學劑對微生物採油的不利影響。用於工業菌種育種的方法主要有誘變和基因重組。
3.2.4本原微生物問題
長期注水開發油藏的地下應存在相對穩定的原地微生物生態系統。對原地微生物生態系統中可以劃分為兩類[47]，一類是不利於油藏開採的細菌群落,系指消耗存在於海水中或存在於地層水或含水層水中組成能源鏈的硫基化合物，而又消耗存在於地層中作為細菌食物的單碳化合物的細菌群落。細菌生長所排泄出的廢物，包括硫化氫在內，不但對人有毒害，而且還會使管材和地面油罐等設施遭受腐蝕。還有些有害的微生物在井筒周圍(泥漿濾餅和地層中)生長和繁殖得很快，以致使岩石孔隙遭受堵塞，從而降低滲透率；但另有一些微生物卻能使所添加的因增產增注後失效的化學試劑分解，而延長井筒的壽命。另一類是有利於採油的微生物—有益的細菌群落，由於在其生長繁殖過程中，能產生諸如溶劑、酸類、氣體、表面活性劑和生物聚合物等有效化合物，因而可提高石油採收率。這些細菌及其副產物也就在油層中起到了有效的作用。為此,石油微生物學家都在試圖尋找既能使不利於採油的細菌得到抑制而又能促使有利於採油的細菌得到生長和繁殖的方法。
微生物採油過程中，注入的微生物與原地微生物能否兼容，注入的營養對原地微生物有什麼影響，這些問題還沒有認真研究。這些問題是微生物採油技術研究的重要組成部分，也可能成為該項技術發展的突破口。Yonebayashi[48]在進行境界試驗(Halo試驗)的同時，採用流體培養基的培養試驗到了如下3種結果。①B.subtilisRTC 4126與113菌，只出現競爭對手113菌落，被檢菌的增殖受到抑制。②E.CloacaeTU 7 A與113菌，雙方都出現菌落，但是沒有Halo形成，雙方互不影響。③B.licheniformisTRC 182A與118菌，被檢菌與競爭菌之間形成典型的境界，被檢菌抑制競爭菌。形成透明圈的主要原因，被認為是由於TRC182A所生成的表面活性劑造成了118菌的溶菌。在流體培養試驗結果的探討中，也得到了與境界試驗相同的3種類型。
由於本原微生物中本身存在有利於採油的菌種，所以如果利用好這些本原微生物，可以減少微生物菌體對油藏環境的不適應性和與本原微生物的不相容性。所以本原微生物採油技術成為一比較好的研究方向[49]。
由於微生物採油的地層環境對於微生物採油的這些影響，在進行微生物採油前應對油田進行調查。選擇礦場試驗油田時應了解油層溫度、滲透率、孔隙度、原油性質、儲層岩性、注水末期等因素的影響。選擇一定的注水井和生產井，採集油層水樣及注入水樣,對這些試樣中的微生物種類進行調查，同時採集注入裝置處理後的水進行同樣的分析作為參考並對存在於油層中的本源微生物進行調查。
值得一提的是，微生物的篩選與油藏微生物生態問題是密不可分的。一定的油藏微生物生態系統決定了微生物菌種的篩選，而已掌握微生物菌種的特性反過來決定了微生物採油的油井選擇。
⑤ 微生物如何凈化石油污染
石油是多種烴類組成的混合物，僅是一種的細菌不可能完全分解石油。現在科學家們將能降解石油的幾種基因，結合轉移到一株假單孢菌中，構建「超級微生物」，能夠降解掉多種原油成分。在油田、煉油廠、油輪和被石油污染了的海洋、陸地都可以用這種「超級微生物」去消除石油污染。展望21世紀，我們對治理石油污染充滿了信心。
⑥ 如何利用微生物勘探石油和提高採油量
微生物採油對低產、枯竭油田特別有吸引力，能提高採收率。
4
、不污染環境
微生物採油技術不污染環境，不損害油地層，可在同一油藏區或同一油井中反復使用。
（三）採油微生物的生物學特性
用於油田開採的微生物一般具有以下鮮明的生物學特徵：
1
、厭氧或兼性厭氧。在地層無氧條件下能生長繁殖並進行厭氧發酵，在地上有氧條件下也
能生長繁殖。
2
、在油層高溫、高壓、高鹽等極端環境下能生長繁殖並代謝。
3
、多數採油微生物能以烴類作碳源，能以貯油層
內的無機鹽作氮源或作營養元素。
4
、採油微生物必須與其注入油層的環境條件相配伍相適應，要在油層內能運移，能生長繁
殖，能產生有機酸、氣體、表面活性物質、生物聚合物、有機溶劑等多種代謝產物。能在
50°
以上的溫度及缺氧條件下生長的中度嗜鹽細菌，是微生物採油中最常用的菌種。
（四）微生物採油技術
微生物採油技術是指將篩選的微生物或微生物代謝產物注入油藏，
經微生物的代謝活動
和產生的代謝產物，
作用於原油，
改變原油的某些物理化學特性，
從而提高原油採收率的技
術。
根據實施過程與方法的不同，
微生物採油技術可分為地上微生物採油技術和地下微生物
採油技術。
1
、地上微生物採油技術
地上微生物採油技術是指在地上通過微生物發酵、生產微生物的某種代謝產物，如生物
多糖聚合物或生物表面活性劑，
然後將發酵產品注入油藏而提高原油採收率。
該技術的實質
是利用選育的優
良菌種在地上發酵生產採油制劑的技術。
目前，地上微生物採油技術主要是在地上發酵生產採油中廣泛應用微生物多糖和微生物
表面活性劑。
（
1
）微生物多糖
據研究，
有百種以上的微生物能產生結構、
性能各異的胞外多糖。
能產胞外多糖的主要
微生物類群是：明串珠菌屬、黃單胞菌屬、固氮菌屬和小核菌屬等。
採油工業中應用最廣泛的微生物多糖是：
腸膜明串珠菌或葡聚糖明串珠菌產生的右旋糖
酐葡聚糖、
普魯蘭出芽短梗霉產生的普魯蘭糖、
齊整小核菌或葡聚糖小核菌產生的小核菌葡
聚糖。採油中最具開發應用潛力的是野油菜黃單胞菌產生的胞外多糖黃原膠。
（
2
）微生物表面活性劑與乳化劑
以烴為碳源的微生物是生物表面活性劑的重要來源。
因為石油微生物必須分泌表面活性
劑，才能促使烴與水乳化。烴只有均勻地分散在水中，才能被石油微生物吸收利用。所以石
油微生物是表面活性劑最豐富的基因庫。
假單胞菌屬、節桿菌屬、不動桿菌屬和棒桿菌屬等是產生生物表面活性劑
的主要微生
物類群。微生物產生的生物表面活性劑就其化學組成來分，主要可分為糖脂類和脂肽類
。
分子的極性端或是多羥基的糖類或是氨基酸類，
非極性端是長鏈脂肪酸的長鏈烴部分。
微生
物表面活性劑的粗製品或純品注入貯油岩層，
作用於油一岩石一水三相體系，
降低油水界面
張力，增強油水乳化，提高原油採收率。
2
、地下微生物採油技術
地下微生物採油（
MEOR
）技術是指將在地上模擬油藏條件篩選的微生物菌種與營養物
注入油藏，
微生物在油藏中運移，生長繁殖，
產生多種代謝產物，
作用於原油而提高原油采
收率；
或用生長繁殖的菌體細胞及代謝產物封堵貯油岩層大的孔道，
調整水驅油剖面；
或只
將營養物注入油藏，激活油藏內的原生微生物，靠其生命活動提高原油採收率。
根據單井增產措施的處理方法和提高原油採油率的要求，地下微生物採油可分為
6
類：
（
1
）單井周期注人微生物採油
為提高低產油井的原油日產量，
在油井高壓注入採油微生物，
關井，
使微生物運移到油
井周圍直徑
10m
左右的貯油岩層，經微生物的生命活動，疏通被堵塞的油層空隙通道，增
加原油的流動性，提高原油採收率。
為了保持高產，需要不間斷地、周期性地注入採油微生
物。
（
2
）微生物驅油
採油微生物從注水井注入油層，
微生物隨注水向油井貯油層深部移動，
同時進行生長繁
殖，並產生多種代謝產物。細胞和代謝產物綜合作用於原油，降低黏度，增加原油流動性，
提高原油採收率。
（
3
）激活油藏微生物群落驅油
油藏中存在著天然的微生物群落，
但由於營養物質貧乏，
數量很少。
從注水井將營養物
注入油層，激活天然微生物群落，讓其生長繁殖，產生多種代謝產物驅油。
（
4
）微生物選擇性封堵
將體形較大且產生表面黏稠物質的微生物菌種從注水井注入，
運移到大孔道或有溶洞的
貯油岩層部位，用生長繁殖的大菌體細胞和表面黏稠物質形成的生物膜封堵大孔道或溶洞，
防止注入水
「
指狀
」
流動，提高原油採收率。
（
5
）微生物壓裂液壓裂
將厭氧條件下大量產生有機酸的微生物及營養物注入空隙度甚小、滲透率很低的貯油
層，在高壓下用有機酸溶解岩層使之形成縫隙，有利於原油流動，提高原油採收率。
（
6
）微生物油井清蠟
原油中含蠟量較高，
會析出蠟晶固著在井壁，
堵塞貯油層通往井壁的空隙通道，
降低原
油流動性，
減少單井原油日產量。
注入產生表面活性劑或溶劑的採油微生物，
用其代謝產物
表面活性劑、乳化劑清洗井壁，溶解固形石蠟，提高原油採收率。
（五）微生物在石油污染中的生物修復作用
1
降解石油的微生物種類及分布
據目前的研究
,
能降解石油的微生物有
70
個屬
,
其中
28
個屬細菌
, 30
個屬絲狀真菌
, 12
個屬酵母
,
共
200
多種微生物。海洋中最主要的降解細菌有：無色桿菌屬
(Achromobacter)
、
不
動
桿
菌
屬
(Acinetobacter)
、
產
鹼
桿
菌
屬
(Alcaligenes)
等
;
真
菌
中
有
金
色
擔
子
菌
屬
(Aureobasidium)
、假絲酵母屬
(Candida)
等。石油降解菌通常生長在油水界面上
,
而不是油液
中。據丁美麗等
[5]
在膠州灣的實驗證明
,
膠州灣的石油降解菌在表層水體中的最高值可達
4.6×
102
個
/mL
。
石油降解菌數量僅與海水的石油污染情況有關。
石油降解微生物的種類和
數量對海洋中石油的降解有明顯的影響。
一般情況下
,
混合培養的微生物對石油的降解比純
培養的微生物快
,
但是崔俊華等在實驗中篩選出了
7
株高效原油降解菌。
2
石油降解菌的作用
（
1
）作為油污染的生物指示
以往大多數調查結果表明
,
在海洋中石油烴降解細菌的數量或種群與水域受到油類物
質污染的程度有密切關系
,
通常在被油污染的水域中
,
石油烴降解細菌的數量明顯地高於非
油污染的水域。
烴類降解菌數和異養細菌數的比值能在一定程度上反映水域受油污染的狀
況。
丁美麗等在膠州灣的工作以及史君賢等在浙江省海島海域的工作都證明了這一點。石
油污染可以誘導石油降解菌的增殖及生長
,
Atlas
報道在正常環境下降解菌一般只佔微生物
群落的
1%,
而當環境受到石油污染時
,
降解菌比例可提高到
10%
。說明石油污染可以使降
解菌發生富集
,
降解菌可以作為石油污染的生物指示。
（
2
）通過自身代謝作用降解石油
向水體中投加菌種凈化水體的技術是從清除海洋石油污染開始的。
實驗室研究表明
,
單
一菌劑除油率為
20%
～
50%,
而混合菌劑除油率可達
71.4%
。
丁明宇等
[8]
從青島近海海水中
分離、
篩選到
73
株細菌和
10
株真菌
,
並對其降解石油的能力進行了研究
,
結果表明
,
多
數菌具有明顯的降解石油的能力
,
其中
,
有
3
個菌株對石油的生物降解率分別高達
58.35%
、
62.75%
、
71.06%
。史君賢等
[9]
在浙江沿海海水中分離石油烴降解細菌
,
並實驗
證明降解菌對正烷烴有明顯的降解作用
,
混合菌株的降解率明顯高於單菌株的降解率。在
20
℃的條件下
,
經過
21d
後
,
絕大部分的正烷烴被降解
,
總的降解率為
94.93%,
其中細菌
的降解率為
75.67%,
理化降解率為
19.26%
。在實施接種的現場生物修復處理中
, 1990
年在
墨西哥灣和
1991
年在得克薩斯海岸都獲得了成功
,
現場觀察表明
,
在開放水體中添加降解
菌是有效的。
（
3
）合成生物表面活性劑
,
加速石油的降解
生物表面活性劑
(Biosurfactants,
簡稱
BS)
是細菌、
真菌和酵母在某一特定條件下
(
如合
適的碳源、
氮源、
有機營養物、
pH
值以及溫度
) ,
在其生長過程中分泌出的具有表面活
性的代謝產物。
生物表面活性劑可以強化生物修復
,
它能將烴類物質乳化
,
進而促進其降解
,
尤其適合處理海上溢油。
Chabrabarty
曾報道
,
由
Pscndomona
acruginosa
(
銅綠假單胞菌
)
生成的一種生物表面活性劑
(
海藻糖酯
)
由於能有效地將石油分散成水液滴
,
因而可促進石油
污染海岸的生物修復
,
大大提高了
Exxon
Valdez
原油泄漏造成的阿拉斯加污染區域石油烴
的降解速度。
（
4
）基因工程菌
基因工程菌是將不同細菌的降解基因進行重組
,
將分屬於不同細菌個體中的污染物代
謝途徑組合起來以構建具有特殊降解功能的超級降解菌
,
可以有效地提高微生物的降解能
力
,
從而提高生物修復效果。
通常石油降解菌只能降解某一種石油成分
,
並且由於石油的種類不同
,
所需降解菌也不
相同
,
天然環境中存在的石油降解菌不能高效地降解多種石油成分
,
使基因工程菌的出現成
為必然。同時
,
復雜的烴類化合物混合物的降解需要有混合菌株的參與
,
但不同菌株之間可
能會產生競爭或拮抗作用
,
從而對降解產生負面影響。使用基因工程菌可以避免此類問題。
目前
,
已有人在實驗室條件下獲得基因工程菌並在實驗室取得滿意的降解效果。
例如美
國的
Chakrabaty
等使用具有
CAM
、
OCT
、
XAL
和
NAH4
種降解質粒的
「
多質粒超級
菌
」
,
可以使海上浮油在幾個小時內降解
,
而在自然條件下這些浮油需要
1a
時間才能被降
解。這項技術取得了美國的專利權。但是考慮到在開放環境中使用基因工程菌的安全問題
,
目前基因工程菌的使用僅限於實驗室
,
尚不能大規模使用。
另外
,
目前在研製基因工程菌時
,
都採用給細胞增加某些遺傳缺陷的方法或是使用攜帶一段
「
自殺基因
」
,
使該工程菌。在非
指定底物或非指定環境中不易生存或發生降解作用。
3
微生物降解石油的方式
石油烴化合物可分為
4
類
:
飽和烴、
芳香族烴類化合物、樹脂及瀝青質。其中
,
短鏈
的飽和烴在溢油發生初期通過揮發等作用進入大氣
,
其他的石油烴中
,
飽和正烷烴最易降解
,
其次是分支烷烴
,
再次是低分子量芳香烴
,
多環芳烴很難降解
,
樹脂和瀝青質極難被降解。
直鏈烷烴的降解方式主要有
3
種
:
末端氧化、
亞末端氧化和氧化。
芳香烴在好氧條件
下先被轉化為兒茶酚或其衍生物
,
然後再進一步被降解。
高分子量多環芳烴降解菌報道很少
,
許多四環或多環高分子量多環芳烴的降解是以共代謝
(Cometabolism)
的方式進行的。但是共
代謝完全是間接或偶然的事件
,
並且風險較大
,
可能會產生比母體毒性更大的化學物質。
樹
脂和瀝青質極難被降解
,
但是有報道稱
,
有著復雜構造的樹脂和瀝青質也能受到某種程度的
分解
[14]
。
冷凱良等的實驗表明
,
微生物降解原油代謝產物主要是乙酸和棕櫚酸為主的脂肪酸與
鼠李糖形成的糖脂類表面活性劑。
4
石油降解菌的獲得
由於天然海洋環境中石油降解菌數量較少
,
一旦發生溢油
,
不能及時對石油進行降解
,
所以
在溢油發生後一般要向環境中添加石油降解菌以保證石油的高效降解
,
但是考慮到安全等
方面的問題
,
菌種不能盲目投加。
一般來說
,
可以把取自自然界的微生物
,
經人工培養後再
投入到污染環境中去治理污染。
具體到海洋石油降解菌的獲得
,
一般為
:
首先選擇油污染環
境
,
從中分離出適應性菌株
,
並將其中的石油降解菌富集培養
,
通過反復適應和馴化或遺傳
修飾進行進一步篩選
,
從而培養出高效降解的菌株
,
將其進一步繁殖後投加至受污染環境中
或分類保存。
根據微生物與石油的作用機制
,
選擇高效降解微生物的標准包括：
( 1)
對石油有較高的耐性。
( 2)
對海洋環境的適應性較強。
( 3)
對石油的降解效率高
,
專一性強。
( 4)
不影響海洋環境中原有的生物多樣性。
雖然微生物修復主要是依靠微生物的降解能力降解污染物
,
但是微生物對污染物的分
解、轉化也是需要條件的
,
所以除了投加高效降解菌之外
,
還要為這些降解菌創造必要的生
存、
降解條件。這樣才能有效地進行石油污染修復。
5
影響微生物降解石油污染物的因素
微生物在降解石油污染物的過程會受到營養元素、表面活性劑、
O
2
通量、溫度、
pH
值
等外界因素的影響。其中
,
營養元素對降解率的影響較大，尤其是
N
、
P
元素。
何良菊等專門
對石油烴微生物降解的營養平衡進行了研究，
表明氮、
磷營養物質的缺乏直接限制了石油烴
的微生物降解
,
但添加過量反而有抑製作用
,
因而存在一個經濟合理的添加量及添加比例，實
驗表明氮磷比在
5
∶
1~6
∶
1
比較適宜，
,
無機氮源比有機氮源好，硝酸鹽形式的氮比銨態的
氮更合適。而國內有其他研究卻更傾向於氮磷比為
1
：
1
，且最佳氮源為氯化銨，最佳磷源
為磷酸氫二鉀和磷酸二氫鉀。兩種研究得出的結果不一致。
表面活性劑是影響降解效率的又一重要因素。表面活性劑對石油烴具有一定的增溶和
分散作用，
從而對石油降解菌的降解效率有重要作用，
而有研究則指出表面活性劑對微生物
存在一定毒害作用。
劉慶新等通過研究，
表明表面活性劑的加量多少對石油烴降解菌的影響
比較復雜：
加少量的表面活性劑會促進石油烴降解菌的生長，
但隨著表面活性劑加量的增加
,
菌量反而減少，證實了上述論斷。
在自然環境中，大多數的石油烴類是在好氧條件下被降解的，但是微生物對石油烴的
降解在有氧及缺氧兩種情況下都會進行，
最近有研究表明厭氧降解對飽和烴及芳香烴有著極
為重要的作用。
能降解石油的微生物有嗜冷菌、嗜熱菌和嗜中溫菌，因此在溫度低於
0
℃和在
70
℃左
右的環境中均有能降解石油的微生物，大多數石油降解菌屬嗜中溫菌，最適溫度在
30
℃上
下，溫度過高過低都會對降解效率產生抑制。
普遍認為石油降解菌是產酸菌，且適宜生長於中鹼性環境中。劉慶新等研究得最佳
pH
值為
8.0
，而其文章中也指出與一般認為的
7.0
不符。而
Stapleton
[20]
等發現在
pH 2.0
的一處
土樣中，萘和甲苯仍然被降解為
CO
2
和
H
2
O
。
6
生物降解石油烴污染物的應用
利用生物降解石油烴類污染物最早見於
20
世紀
80
年代末美國在
Exxon
Vadez
油輪
石油泄露的生物修復項目中，
該項目在短時間內清除了污染，
治理了環境，
是生物修復成功
應用的開端，同時也開創了生物修復在治理海洋污染中的應用。
20
世紀
90
年代以來，生物
修復技術在石油污染治理方面逐漸成為核心，
取得了理論突破和重要成果。
國內學者也做了
大量工作，但主要為石油污染土壤和地下水的生物修復研究
[38]
，對海洋石油污染的生物修
復研究相對較少，
而且研究工作也大多停留在實驗室模擬實驗的水平上。
閆毓霞利用土著微
生物對勝利油田含油污泥進行修復實驗；黃廷林等
[40]
對黃土地區石油污染土壤進行了室內
模擬生物修復研究。
石油降解菌在實際應用中存在著很多問題，集中表現在投加高效石油降解菌來處理污
染時：投加菌面臨與土著微生物的競爭作用；投加菌需要適應新的生長環境；
投加菌要經
受環境污染物的毒性影響。這些壓力使接種的外源微生物的存活率很低或者活性較弱
,
限制
了它的實際應用。
7
展望
石油降解菌降解石油烴類污染物具有物理、化學方法所不具備的優點，它高效、經濟、
安全、
無二次污染，
在機械裝置無法清除的薄油層而且化學葯劑被限制使用時，
生物法處理
溢油的優越性便更加顯著，
具有廣闊的研究及應用前景。
目前國內外對石油降解菌的研究呈
現出一定特點：
(1)
對一般性降解菌研究多，對極端環境下的石油降解微生物研究少，尤其是對低溫、
耐鹽的石油降解菌。中國北方的大部分濕地，鹽鹼程度比較高，常年氣溫（尤其冬季）氣溫
較低，
而無論是來源海上還是來源於石油化工的污染都比較嚴重。
在這種條件下的石油降解
菌研究具有很廣闊的前景。
(2)
對石油降解菌的研究多而應用少。
對石油降解菌的所有研究到最終肯定要歸結到實
際應用中去，
目前國內很多學者都對石油降解菌的單純研究感興趣，
同時出現了大量的重復
研究。國外已有成功應用先例，證明石油降解菌可以用來修復實際污染，國內仍止步不前，
難於踏出實際應用的第一步。
隨著大量學者的不斷研究，對石油降解菌的認識肯定會不斷深化，其應用也會逐漸成熟