微生物材料提高原油采收率特别是油藏内源微生物提高原油采收率技术,因其成本低廉、安全环保、工艺简单而日益受到重视,它是提高油藏剩余油尤其是三次采油后残余油的经济有效途径。因此研究油藏微生物资源及其提高残余油采收率的应用潜力具有十分重要的意义。本论文首先研究不同温度和地质条件下典型油气藏内源微生物群落组成,然后研究分析微生物调驱过程中内源微生物群落结构组成的变化规律,探讨油藏微生物群落在微生物提高采收率方面的功能特征。采用色谱质谱连用技术和电喷雾傅里叶变换离子回旋共振质谱(ESI FT-ICR MS)技术表征微生物菌群对原油中饱和烃、芳香烃以及胶质沥青质等作用效果,在分子水平上探讨微生物菌群对原油中极性化合物尤其是含氮和含氧化合物的作用转化机制,最后评价了采油功能微生物对原油的乳化,降低粘度和降低油水界面张力的效果,从而进一步揭示采油功能微生物提高原油采收率的机理。主要研究内容及取得的成果如下：(1)对比分析了新疆低温普通稠油油藏注水井和采油井内源微生物菌群组成,结果表明,油井中优势菌群为未培养脱硫杆菌目(GQ354918占66.4%),注水井中优势菌群为未培养细菌克隆(AY327241占47%),油水井共有菌为未培养硫还原弯形菌属EU283459、氮还原弧菌NR027535、互营养菌属菌株AJ133795、未培养的互营养菌属菌株GU112190、弓形杆菌、未培养脱硫杆菌目GQ354918等六种。(2)聚合物驱后大庆中温油藏中的细菌大多数属于α变形菌纲(20.47%)、γ变形菌纲(23.81%)、6变形菌纲(32.21%)和未培养微生物(21.16%),与石油烃降解和产生物表活剂相关的假单胞菌(Pseudomonas)和不动杆菌(Acinetobacter),在文库中所占的比例分别是17.79%和6.02%。它们能降解石油烃、脱硫、脱氮和产生表面活性剂并降低稠油粘度等,是主要的采油功能菌。此外,假单胞菌还可以降解聚丙烯酰胺；(3)辽河高温高凝油油藏内源微生物菌群组成表明,其中一口井优势菌为Petrobacter sp. NFC7-F8(占34.8%),Alishewanella sp.620(占23.6%),Pseudomonas aeruginosa(占18%),另外一口井优势菌为Alishewanella jeotgalistrain MS1 (53.3%),此外两口井都含有嗜热的假单孢菌、不动杆菌、希瓦氏菌、脱氮菌、木质纤维素分解菌等,它们均具备产生生物表活剂和降解长链烃及重质烃菌功能；(4.)超高温凝析气藏微生物群落分析表明,水样中优势菌群为假单胞菌(Pseudomonas sp. AY486375占41%)、斯瓦尼氏菌(Shewanella sp. FM887036占22%)和肠杆菌(Enterobacter sp. GU086162占14%),两个油样中主要优势菌分别为绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa strain T1HM582426.1占67.82%)和弧菌(Vibrio sp. S1110 FJ457366.1占56.32%),其他菌群有产生生物表活剂和降解烃类的不动杆菌类、假单胞菌类、鞘氨醇杆菌类,并且同源性大多达到99%,这说明该高温储层中存在着强烈烃降解作用,具备开展微生物采油的潜力；(5)通过对不同温度(20-110℃)典型油气藏微生物群落分析表明,四种油气藏微生物群落组成差异很大,其中温度对微生物群落组成影响最大,另外油品性质和矿物成分等也造成微生物组成不同。研究结果还表明从低温到高温油气藏都存在有产生物表活剂菌和降解石油烃等采油功能菌,说明都具有开展微生物采油的应用潜力,从而拓宽了传统的微生物采油应用范围(20-80℃)。(6)大庆油田北二西油藏开展微生物调驱试验后,油藏中优势菌群发生了明显变化,激活3个月后可培养微生物比例占到80%以上,激活6个月后,产生物表活剂和降解多环芳香烃的采油功能菌群都占80%以上,说明油藏内源菌群被激活后,产生了大量微生物生长活性因子,激活了主要的采油功能微生物。(7)北二西油藏产多糖菌富集培养物分析表明,采用相同的激活体系,实验室激活的产多糖菌为短短芽孢杆菌(Brevibacillus agri)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),但实际原油储层中激活的主要微生物菌群为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas sp.)和不动杆菌属(Acinetobacter),说明由于油藏环境条件的巨大差异,导致了实验室与实际原油储层中激活的微生物菌群有很大差别,另外注入外源的肠杆菌不适合该油藏条件。(8)原油经内源微生物菌群降解后,其族组成分析表明饱和烃和沥青质含量增加,芳香烃和胶质含量下降,其中直链饱和烃中碳18以下的烃都被部分降解,尤其是更低碳链如碳12以下烃几乎全部被降解掉,而较高碳链烃相对含量稍有升高；芳香烃中含两个环的烷基萘的侧链很容易被降解,普遍含量下降,而三个环的菲等较难被降解；低分子量碱性含氮化合物也很容易被降解为低分子量含氮化合物,碱性含氮化合物如咔唑类的含量普遍降低。(9)新疆稠油经内源菌群和复合菌群降解后,其中的极性杂原子化合物组成发生了明显变化。一般较高分子量含一个氮化合物相对含量普遍降低,而较低分子量含一个氮化合物相对含量普遍升高,但主要降解的是含氮化合物的烷基侧链,而其含氮环状物质未能开环。稠油平均分子量(AW)由403D降低为382Da,其中的含氧化合物相对含量普遍升高。一般经氧化降解产生了一些酚类化合物和不同碳链羧酸化合物,碳数高于27的含氧类化合物相对含量下降,而碳数低于27的含氧类化合物相对含量普遍升高。这一结果表明含O杂原子的化合物的降解和转化主要是烷烃支链的降解,另外碳数为16的02杂原子非环状脂肪酸(分子式C15H31COOH)相对含量也明显增加。(10)从大庆和新疆油田分离筛选了4株产脂肽生物表活剂采油功能菌,它们作用原油使其粘度降低23-30%,油水界面张力降低至30mN/m,并且pH值均下降。所产生的生物表面活性剂和有机酸能使原油分散乳化,导致原油的界面性质发生变化,表面张力和界面张力降低,油水混合液粘度大幅度下降。同时它们还能改善原油与地层岩石矿物的作用,降低毛管力,增加原油流动性,从而提高原油采收率。