微生物在油田開(kāi)采中的神奇力量：生物表面活性劑的奧秘

一、油田開(kāi)采的微生物力量
隨著人類(lèi)對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，石油資源的開(kāi)采愈發(fā)顯得重要。然而，石油開(kāi)采過(guò)程中往往伴隨著環(huán)境污染、成本高昂等問(wèn)題。在這個(gè)背景下，微生物技術(shù)以其獨(dú)特的綠色、高效特性，正逐漸在油田開(kāi)采領(lǐng)域嶄露頭角。微生物作為一種天然存在的生物資源，可以通過(guò)代謝活動(dòng)產(chǎn)生一系列具有特殊功能的生物化學(xué)物質(zhì)，其中最為引人注目的就是生物表面活性劑；它能夠乳化原油從而提高石油的采收率，降低成本并實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型開(kāi)采。
二、微生物分泌的表面活性劑簡(jiǎn)述
微生物通過(guò)代謝活動(dòng)產(chǎn)生的表面活性劑，如脂肽、糖脂等，是一種可降解的表面活性劑；它不僅具有增溶、乳化、潤(rùn)濕、發(fā)泡、分散、降低表面張力等表面活性劑所共有的性能，與其他通過(guò)化學(xué)合成或石油煉制法生產(chǎn)的表面活性劑相比，還具有無(wú)毒、可生物降解、生態(tài)安全以及高表面活性等優(yōu)點(diǎn)，在石油領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。它們能夠吸附在油水界面上，使殘余油界面軟化變形而能夠在水動(dòng)力攜帶作用下移動(dòng)，孔隙內(nèi)被堵塞的體積較大的油滴在界面張力下降后被拉成絲狀，截?cái)喑蔀樾∮偷?，最終在水驅(qū)動(dòng)力作用下采出，從而提高原油采收效率。

圖1 表面活性劑分子結(jié)構(gòu)及其降低表面張力示意圖
（圖片來(lái)源：http://www.xianjichina.cn/news/gongsixinwen/173.html）
三、生物表面活性劑的功效
在油田開(kāi)采過(guò)程中，注水開(kāi)采是一種常見(jiàn)的開(kāi)采方式。然而，當(dāng)油田進(jìn)入到注水開(kāi)采的階段，大量的石油會(huì)與水混合在一起，水面的張力相對(duì)較大，并不利于石油的開(kāi)采。這一時(shí)期大量的原油會(huì)滯留在油層，如果想要將這些原油順利開(kāi)采出來(lái)，單憑加壓是不夠的；但應(yīng)用表面活性劑可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

圖2 微生物產(chǎn)生物表面活性劑驅(qū)油示意圖
（圖片來(lái)源：西北大學(xué)油田微生物實(shí)驗(yàn)室）
生物表面活性劑在提高采收率方面主要有以下幾種功效：
1. 降低油水界面張力
生物表面活性劑能夠有效降低油水界面的張力。這一效應(yīng)使得原油與水之間的相互作用變得更加溫和，從而減少了原油在地下巖石孔隙中的黏附現(xiàn)象。當(dāng)原油被釋放出來(lái)時(shí)，它可以更輕松地流動(dòng)到井口，提高了采收率。這種降低界面張力的效應(yīng)尤其在高粘度原油的開(kāi)采中尤為重要，因?yàn)樗鼈兏菀资艿金じ降挠绊憽?br /> 2. 改善原油流動(dòng)性
生物表面活性劑能夠改善原油的流動(dòng)性。在地下巖石孔隙中，原油往往會(huì)被巖石表面吸附或黏附，導(dǎo)致采收困難，通過(guò)添加表面活性劑，可以改變巖石表面與原油之間的相互作用，減少原油與巖石的粘附力，使得原油更容易地從孔隙中釋放出來(lái)。這種改善流動(dòng)性的效應(yīng)使得原油的采收率得以提高，特別是對(duì)于高密度原油而言。
3. 減少油井堵塞
生物表面活性劑還能夠減少油井的堵塞現(xiàn)象。在采油過(guò)程中，油井或管道往往會(huì)因?yàn)樵椭械哪z質(zhì)、膠體或泥沙等雜質(zhì)沉積而堵塞。添加生物表面活性劑可以改變這些雜質(zhì)的表面性質(zhì)，使其不易附著在井壁或管道表面上，從而減少堵塞的發(fā)生。這樣使得油井的產(chǎn)量能夠被保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平上，采收率也得以提高。
4. 提高水驅(qū)效率
在水驅(qū)采油過(guò)程中，生物表面活性劑可以提高水相與原油之間的相容性。這使得水更有效地驅(qū)替原油，并且減少了水與原油之間的分層現(xiàn)象。通過(guò)提高水驅(qū)效率，原油的采收率得以提高，而且在注水過(guò)程中所需的能量和成本也能夠降低。
5. 降低表面污染和環(huán)境影響
一些生物表面活性劑具有環(huán)保性質(zhì)，能夠降低表面污染和對(duì)環(huán)境的不良影響。它們可以替代傳統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)，減少有害物質(zhì)的釋放和污染。這樣一來(lái)，原油采收過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響得以降低，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，同時(shí)也保護(hù)了周?chē)鷳B(tài)系統(tǒng)的健康。
結(jié)語(yǔ)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的提高，微生物開(kāi)采技術(shù)將在未來(lái)得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。科學(xué)家們將通過(guò)基因工程、代謝工程等手段對(duì)微生物進(jìn)行改造和優(yōu)化，使其產(chǎn)生更多具有優(yōu)異性能的生物表面活性劑。這將進(jìn)一步提高石油的采收率和開(kāi)采效率，降低開(kāi)采成本，實(shí)現(xiàn)更加環(huán)保、高效的油田開(kāi)采。

作者簡(jiǎn)介：馬艷玲，女，西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授，中國(guó)微生物學(xué)會(huì)會(huì)員、陜西省微生物學(xué)會(huì)理事，長(zhǎng)期從事環(huán)境微生物資源與利用領(lǐng)域的研究。