微生物在油田开采中的神奇力量：生物表面活性剂的奥秘

一、油田开采的微生物力量
随着人类对能源需求的不断增长，石油资源的开采愈发显得重要。然而，石油开采过程中往往伴随着环境污染、成本高昂等问题。在这个背景下，微生物技术以其独特的绿色、高效特性，正逐渐在油田开采领域崭露头角。微生物作为一种天然存在的生物资源，可以通过代谢活动产生一系列具有特殊功能的生物化学物质，其中最为引人注目的就是生物表面活性剂；它能够乳化原油从而提高石油的采收率，降低成本并实现环境友好型开采。
二、微生物分泌的表面活性剂简述
微生物通过代谢活动产生的表面活性剂，如脂肽、糖脂等，是一种可降解的表面活性剂；它不仅具有增溶、乳化、润湿、发泡、分散、降低表面张力等表面活性剂所共有的性能，与其他通过化学合成或石油炼制法生产的表面活性剂相比，还具有无毒、可生物降解、生态安全以及高表面活性等优点，在石油领域具有广阔的应用前景。它们能够吸附在油水界面上，使残余油界面软化变形而能够在水动力携带作用下移动，孔隙内被堵塞的体积较大的油滴在界面张力下降后被拉成丝状，截断成为小油滴，最终在水驱动力作用下采出，从而提高原油采收效率。

图1 表面活性剂分子结构及其降低表面张力示意图
（图片来源：http://www.xianjichina.cn/news/gongsixinwen/173.html）
三、生物表面活性剂的功效
在油田开采过程中，注水开采是一种常见的开采方式。然而，当油田进入到注水开采的阶段，大量的石油会与水混合在一起，水面的张力相对较大，并不利于石油的开采。这一时期大量的原油会滞留在油层，如果想要将这些原油顺利开采出来，单凭加压是不够的；但应用表面活性剂可以很好地解决这个问题。

图2 微生物产生物表面活性剂驱油示意图
（图片来源：西北大学油田微生物实验室）
生物表面活性剂在提高采收率方面主要有以下几种功效：
1. 降低油水界面张力
生物表面活性剂能够有效降低油水界面的张力。这一效应使得原油与水之间的相互作用变得更加温和，从而减少了原油在地下岩石孔隙中的黏附现象。当原油被释放出来时，它可以更轻松地流动到井口，提高了采收率。这种降低界面张力的效应尤其在高粘度原油的开采中尤为重要，因为它们更容易受到黏附的影响。
2. 改善原油流动性
生物表面活性剂能够改善原油的流动性。在地下岩石孔隙中，原油往往会被岩石表面吸附或黏附，导致采收困难，通过添加表面活性剂，可以改变岩石表面与原油之间的相互作用，减少原油与岩石的粘附力，使得原油更容易地从孔隙中释放出来。这种改善流动性的效应使得原油的采收率得以提高，特别是对于高密度原油而言。
3. 减少油井堵塞
生物表面活性剂还能够减少油井的堵塞现象。在采油过程中，油井或管道往往会因为原油中的胶质、胶体或泥沙等杂质沉积而堵塞。添加生物表面活性剂可以改变这些杂质的表面性质，使其不易附着在井壁或管道表面上，从而减少堵塞的发生。这样使得油井的产量能够被保持在一个稳定的水平上，采收率也得以提高。
4. 提高水驱效率
在水驱采油过程中，生物表面活性剂可以提高水相与原油之间的相容性。这使得水更有效地驱替原油，并且减少了水与原油之间的分层现象。通过提高水驱效率，原油的采收率得以提高，而且在注水过程中所需的能量和成本也能够降低。
5. 降低表面污染和环境影响
一些生物表面活性剂具有环保性质，能够降低表面污染和对环境的不良影响。它们可以替代传统的化学物质，减少有害物质的释放和污染。这样一来，原油采收过程对环境的影响得以降低，符合可持续发展的要求，同时也保护了周围生态系统的健康。
结语
随着科学技术的不断进步和人们对环保意识的提高，微生物开采技术将在未来得到更广泛的应用和发展。科学家们将通过基因工程、代谢工程等手段对微生物进行改造和优化，使其产生更多具有优异性能的生物表面活性剂。这将进一步提高石油的采收率和开采效率，降低开采成本，实现更加环保、高效的油田开采。

作者简介：马艳玲，女，西北大学生命科学学院教授，中国微生物学会会员、陕西省微生物学会理事，长期从事环境微生物资源与利用领域的研究。