一株重烃降解菌的分离和生长特性及驱油性能评价

微生物采油技术的一个突出问题是稠油较难被微生物降解，这与其组分中胶质、沥青质含量相对较高有关。因此，筛选出能高效降解原油中重烃部分的菌株对提高稠油采收率具有重要的意义[1～4]。

作者以菲为碳源筛选重质烃降解菌，通过生长代谢实验优化其生长条件，并进行岩心模拟驱油实验以评价其驱油效果。

1 实验

1.1 菌株及培养基

菌株分离自新疆六中区稠油油井T6191的油水样品，富集培养液的碳源为浓度5 mg·mL-1的菲的乙醇溶液。

无机盐培养基(g·L-1):K2HPO41.0，NaH2PO41.0，MgSO4·7H2O 0.2，CaSO40.1，FeCl30.05，MnSO40.02，(NH4)2SO40.5，pH值7.0，121℃灭菌25 min。

1.2 菌种的富集分离及鉴定

用装有150 mL无机盐培养基的摇瓶接种2.5 g原油样品，在30℃、160 r·min-1下摇床培养48 h，然后接种于含有菲作碳源的无机盐培养基中进行富集培养，每轮富集培养7 d，共进行9轮次。之后将富集液进行平板涂布(所用培养基为添加2%琼脂的无机盐培养基，并喷涂有一层菲的乙醇溶液，待乙醇挥发完全即可进行涂布)。置于30℃恒温培养箱中培养12 h，观察菌的生长状况，挑取形态颜色有差异的菌转接入牛肉膏蛋白胨固体培养基中，进一步分离并做斜面和甘油管保存。

将分离得到的菌株进行革兰氏染色，并用显微镜观察，然后进行透射电镜分析。

1.3 菌株Z-3生长条件优化

用尤尼柯UV-2102C型紫外可见分光光度计测定菌株Z-3的OD值，绘制其生长曲线。测定菌株在不同矿化度、不同pH值的培养基以及不同温度下培养36 h的生长状况，以确定菌株Z-3的较佳生长条件。

1.4 降解菲及原油

通过对菲溶液及原油的降解以评价菌株Z-3降解性能。

对降解前后的菲和原油进行形态观察，用石油醚萃取微生物作用后原油，将萃取液置于35℃烘箱中使石油醚挥发完全，称量剩余油质量,计算降解率。

1.5 模拟驱油

使用模拟驱油装置检验菌株对原油的驱替效果，预测其在油藏环境中的表现[5,6]。岩心驱替装置如图1所示，所用岩心为人造岩心。

图1中手动增压泵可以提供高达40 MPa的压力，以模拟储层内高压环境。岩心在岩心夹持器内饱和原油，水驱后注入菌液，然后关闭夹持器两端，待微生物充分作用后开启，用水驱替，测量驱替出原油量，计算微生物所提高的采收率。

1.手动增压泵 2.岩心夹持器 3.压力表 4.六通阀 5.三通阀 6.中间容器 7.精密平流泵 8.注入液 9.量筒

2 结果与讨论

2.1 菌株的筛选结果

经富集分离共获得三株菌对菲具有较好的降解效果，经原油降解实验发现，菌株Z-3具有突出的效果，考虑到在油田应用的可能，选取Z-3作为进一步实验的菌种。

经平板分离观察，菌株Z-3显浅黄色，表面较为干燥。进行革兰氏染色和显微镜观察，Z-3为革兰氏阴性菌，短杆状。经FEI QUANTA 200型扫描电镜和JEM-1400型透射电镜[7]观察，Z-3为短杆状，长约1.2 μm，宽约0.55 μm，一端有极生单根鞭毛，表面较为粗糙(图2)。

考虑到储层处储集岩较低的渗透率，短杆菌在此环境下更易适应此地层岩石细微的孔隙结构，短杆状也增加了它的比表面积，使其更容易与原油作用而利用原油作为碳源和能量来源。

图2 菌株Z-3的扫描电镜(a)和透射电镜(b)照片(×50000)

2.2 菌株Z-3的生长曲线

菌株Z-3在温度30℃、170 r·min-1的摇床内培养，在600 nm处测定OD值，每12 h测一次，其生长曲线见图3。

图3 菌株Z-3的生长曲线

从图3可以看出，菌株Z-3在接种后不久即进入对数生长期，36 h左右进入平稳期。

2.3 菌株Z-3生长条件的优化

菌株Z-3在不同的培养条件(温度、pH值、 矿化度)下培养36 h，测定OD值，结果见表1。

表1 不同培养条件下菌株Z-3的OD值

由表1可以看出,菌株Z-3的较佳生长温度为25℃，随着温度的升高其菌浓明显降低，说明温度是影响菌株Z-3的一个重要因素。其较适生长温度与该油藏储层温度相符，说明此菌经过年代久远随地质条件的演化已成功适应该油藏环境，这也为其应用于油田提供了一定的保证。

由表1还可看出，菌株Z-3在微酸性环境中生长良好，这可能与原油中含有一定量酸性化合物有关，总体来说菌株Z-3的pH值适应范围很广，在pH值4.5～9.0范围内均可较好地生长。在pH值为6.0时，菌株Z-3生长最好。

由表1还可看出，菌株Z-3在较低矿化度下生长较好，因此菌株Z-3更适宜于低矿化度的油藏环境。

2.4 菲及原油的降解效果

菲经菌株Z-3降解后由原来乳白色的乳状液变得较澄清，并在实验结束后观察到死亡的菌体层状聚集，表明作为碳源的菲已基本耗尽。

接种菌株Z-3的原油样品培养3 d后乳化效果明显，在摇瓶内液面上形成均匀分散状态，原油的降解率达到40%。

2.5 模拟驱油效果

岩心模拟驱油实验平行进行两块岩心，结果见表2。岩心夹持器环压设定为8 MPa，基本上达到了中浅井地层压力。

表2 岩心模拟驱油实验结果

由表2可知，菌株Z-3能提高采收率12%～18%。

3 结论

从原油样品中分离得到的本源菌Z-3对重烃具有明显的降解效果，该菌生长速度很快，在36 h内即可进入生长平稳期。其生长对环境的要求并不苛刻，在较宽的pH值范围内均可生长，温度范围也较宽泛，尤其适用于低温油藏。菌株Z-3优化的生长条件为：生长温度25℃、矿化度5000×10-6、pH值6.0。驱油实验表明，该菌能提高采收率12%～18%，能快速降解原油，原油降解率达到40%，表明菌株Z-3在提高原油采收率、原油污染环境的生物修复方面具有良好的应用前景。

参考文献：

[1] Trejo-Hernández M R,Ortiz A,Okoh A I,et al.Biodegradation of heavy crude oil Maya using spent compost and sugar cane bagasse wastes[J].Chemosphere,2007,68(5):848-855.

[2] Premuzic E T,Lin M S， Bohenek M,et al.Bioconversion reactions in asphaltenes and heavy crude oils[J].Energy & Fuels,1999,13(2):297-304.

[3] Premuzic E T,Lin M S.Induced biochemical conversions of heavy crude oils[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,1999,22(1-3):171-180.

[4] 许良华，杨金水，佘跃惠,等.多环芳烃降解菌提高原油采收率研究[J].油气地质与采收率，2007,14(2):99-101.

[5] Kowalewski E,Rueslatten I,Boassen T,et al.Analyzing microbial improved oil recovery processes from core floods[J].IPTC 2005,IPTC10924.

[6] Perrin C L,Sorbie K S,Crawshaw J P,et al.Micro-PIV: A new technology for pore scale flow characterization in micromodels[J].SPE,2005,SPE94078.

[7] 于丽芳，杨志军，周永霞，等.扫描电镜和环境扫描电镜在地学领域的应用综述[J].中山大学研究生学刊(自然科学，医学版)，2008，29(1)：54～56.