石油开采中微生物的研究与应用

微生物采油技术是继热力驱、化学驱等方法之后利用微生物及其代谢产物提高石油采收率的一种技术。微生物采油技术具有成本低、施工方便、安全环保等特点，国内包括大庆油田在内的几个大型油田已开展的矿场试验中均取得了一定的效果，显示出较好的应用前景。微生物采油技术的开发和应用必须充分认知和解析油藏微生物群落的结构组成和功能特性，通过对油藏微生物群落进行定向调控以达到提高采收率的目的。微生物采油分子生物学技术是利用分子生物学技术解析油藏微生物的种群组成，确定油藏微生物菌群结构，从而指导微生物采油技术。微生物采油分子生物学技术主要包括聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE技术）、基因克隆文库技术、荧光原位杂交（FISH）技术、16S rDNA高通量测序技术、宏基因组测序技术、宏转录组测序技术和实时定量荧光PCR技术等。
本书以著者十多年来的学术研究成果为基础，主要介绍微生物采油分子生物学技术的研究意义、研究现状、在油藏开发中的实践应用及发展前景，并创新性地提出了许多新观点和新理论。本书共分五章，包括绪论、微生物采油分子生物学技术在水驱油藏中的应用、微生物采油分子生物学技术在聚驱后油藏中的应用、微生物采油分子生物学技术在复合驱后油藏中的应用、微生物在石油开采其他领域的应用。
撰写的分工如下：任国领负责撰写第一章、第二章及统稿；邵小强负责撰写第三章；胡敏负责撰写第四章；卞立红负责撰写第五章。
本书是一部关于石油开采中微生物的研究与应用的专著。著者从2005年开始进行系统研究，受到国家自然科学基金（31340063）、黑龙江省自然科学基金（C201227、QC2011C094和C201401、LH2020C070）、大庆油田有限责任公司科研项目（dq-2016-sc-ky-001和dq-2018-sc-ky-001）等基金资助。本书是在上述基金研究成果基础上编写而成的，并受到大庆师范学院学术著作基金资助。编写过程中得到大庆师范学院生物工程学院和科研处的大力支持以及大庆师范学院生物工程学院曲丽娜博士、王金龙博士、徐晶雪老师、郎亚军博士、张奕婷老师、殷亚杰博士、丁海燕博士、李玥博士等的帮助，在此深表感谢。
本书可供微生物学、分子生物学、油藏工程、环境科学与工程等学科专业的师生和科研工作者及其他相关专业人员参考。
由于著者水平有限，书中难免有不足之处，欢迎读者提出宝贵意见。

著者
2023年2月

本书主要介绍微生物采油技术类型及其机理、采油微生物分子生物学、微生物采油技术在水驱油藏中的应用、微生物采油技术在聚驱后油藏中的应用、微生物采油技术在复合驱后油藏中的应用，以及微生物在含聚污水处理中的应用、在油藏腐蚀中的作用与防腐中的应用、在含油污泥和含油废水处理中的应用、在油藏硫化氢产生中的作用和聚合物黏损中的作用等石油开采其他领域的应用等。
本书可供微生物学、分子生物学、油藏工程、环境科学与工程等学科专业的师生和科研工作者及其他相关专业人员参考。

第一章 绪论001
第一节　微生物与石油工业001
一、微生物与石油成因001
二、微生物与石油勘探002
三、微生物与石油开采004
四、微生物与石油集输010
五、微生物与石油炼化012
六、微生物与油田采出水处理013
第二节　微生物采油分子生物学技术及应用016
一、基因克隆文库技术017
二、PCR-DGGE技术018
三、荧光原位杂交技术019
四、16S rDNA高通量测序技术020
五、宏基因组高通量测序技术021
六、宏转录组测序技术024
七、实时荧光定量PCR技术025
八、单细胞测序技术026
九、应用028
参考文献030

第二章 微生物采油分子生物学技术在水驱油藏中的应用032
第一节　大庆油田采油十厂微生物采油试验033
一、注入水样品克隆文库分析035
二、采出液样品克隆文库分析037
三、结论 042
第二节　大庆油田采油七厂微生物采油试验044
一、步骤046
二、结果分析047
参考文献078

第三章 微生物采油分子生物学技术在聚驱后油藏中的应用080
第一节　聚驱后油藏微生物群落结构解析研究080
一、大庆油田聚驱后油藏南二区块微生物群落结构解析研究080
二、大庆油田采油四厂聚驱后油藏微生物群落结构解析研究082
第二节　聚驱后油藏内源微生物室内激活实验研究084
一、动态物理模拟实验084
二、室内微生物产气实验089
三、室内激活实验093
第三节　聚驱后油藏微生物调剖过程中微生物群落结构研究099
一、基因组的提取和16S rDNA的扩增100
二、DGGE电泳和分析101
第四节　聚驱后油藏内源微生物驱油过程中菌群演替规律研究102
一、大庆油田采油四厂内源微生物采油现场试验效果研究102
二、大庆油田采油二厂聚驱后油藏现场激活试验105
参考文献108

第四章 微生物采油分子生物学技术在复合驱后油藏中的应用110
第一节 复合驱后油藏内源微生物室内激活实验研究110
一、微生物群落结构变化规律111
二、微生物采油功能基因111
三、物种对采油功能基因贡献度分析113
四、采油功能相关代谢通路中功能基因表达丰度统计113
五、三元驱后内源微生物基因差异表达分析114
第二节 复合驱后油藏生化法处理采出污水技术研究116
一、实验基本操作流程116
二、实验方法及实验仪器设备117
三、 结果分析118
第三节 复合驱后油藏产甲烷实验分子生物学研究127
参考文献132

第五章 微生物在石油开采其他领域的应用134
第一节 微生物在含聚污水处理中的应用134
一、含聚污水的实验室处理136
二、含聚污水的处理工艺141
第二节 微生物在油藏腐蚀中的作用与防腐中的应用149
一、引起腐蚀的微生物种类150
二、微生物腐蚀机制研究概况154
三、SRB引起的腐蚀157
四、其他细菌引起的腐蚀.163
五、微生物在石油开采其他领域中的腐蚀作用164
六、腐蚀的防治178
第三节 微生物在含油污泥处理中的应用186
一、含油污泥的利用与处置方法187
二、含油污泥处理标准188
三、油气田含油污泥治理技术188
四、生物法处理含油污泥的实际应用192
五、联合处理技术在含油污泥处理中的应用195
第四节 微生物在含油废水处理中的应用200
一、微生物处理含油废水的机理202
二、单一菌处理及其应用现状205
三、含油污泥中石油烃类污染物好氧降解机理的研究进展206
四、混合菌处理及其应用现状209
五、获得高效降解菌的两个主要途径210
六、微生物降解含油废水的影响因素210
七、微生物在含油废水处理中的应用212
第五节 微生物在油藏硫化氢产生中的作用215
一、油气田开发生产中硫化氢的危害215
二、硫化氢产生的机理研究216
三、各油田硫化氢成因217
四、硫化氢治理技术221
五、同步脱硫反硝化在硫化氢治理中的应用225
六、反硝化细菌治理硫化氢技术的应用226
第六节 微生物在聚合物黏损中的作用227
一、腐生菌(TGB)对聚合物黏度的影响229
二、硫酸盐还原菌(SRB)对聚合物黏度的影响230
参考文献237