随着工业的高速发展，原油的需求量不断增加。继一次采油、二次采油之后，以气驱、化合物及热驱为代表的三次采油技术也得以广泛应用，但仍无法满足需要，微生物提高石油采收率技术应运而生。该技术主要利用微生物细胞自身的生理活性和降解原油过程中产生的代谢产物进行有效的驱油。代谢产物中的一类重要的双亲分子-生物乳化剂，具有乳化活性高、持续时间长、低毒、无污染、结构多样、环境耐受性强、乳浊液稳定、适用范围广等特点，是微生物提高石油采收率的主要贡献者之一。但是目前研究的生物乳化剂活性普遍较低，环境适应能力差，现场应用环节缺乏技术和工艺细节。本论文针对一株生物乳化剂产生菌Geobacillus sp.XS2进行室温常压等离子体诱变，大量筛选活性突变株并进行菌株和乳化剂性能分析，以实验室研究为基础，复配以乳化剂为主的微生物三元复合生物驱油剂，进行油田现场应用研究。主要结果如下:　　以生物乳化剂产生菌Geobacillus sp.XS2为研究对象，通过室温常压等离子体(ARTP)诱变，共筛选了1003株突变株，经过活性分析和筛选最终得到一株生长快，乳化活性高，遗传稳定的正向突变株，命名为XS2-450。该突变株培养24 h发酵液对液体石蜡乳化活性达到83％，比原始菌株(60％)提高了38.3％。所产乳化剂对多种烃类均有较强乳化活性，包括甲苯100％，二甲苯100％，正十六烷83％，液体石蜡83％。该乳化剂对温度(100℃)、pH(1-13)和盐度(0-30％，NaCl)具有很好的耐受性，综合活性高于出发菌株。　　结构分析表明，该乳化剂由多糖，蛋白和脂类组成。为了进一步研究其突变机理及乳化剂合成代谢通路，对出发株XS2进行全基因组测序，并以出发菌为参考对突变株进行了重测序。分析了乳化剂代谢相关功能基因，包括wee基因家族，galE，galU, ugd和wzy等。发现该菌株中存在与Emulsan合成相关的部分同源基因，但并非全部基因，推测在乳化剂合成过程中存在功能相似基因或其他合成通路。　　进一步对乳化剂在驱油方面应用进行了研究，分析了该突变株的物理模拟驱油效果，并得到了高达80.7％的驱油效率，高于出发菌株3.45％。进一步通过复配研发了以乳化剂为主的微生物复合驱油剂，将乳化剂复配糖脂和微生物营养盐组成复合微生物驱油剂，应用于长庆油田刘55-4油井。在单井吞吐实验中驱油效果显著，持续作用近一年，单井原油增产14倍，含水率降低70％以上，累计增产原油100 t以上，在微生物采油领域显示了重大的应用潜力和经济价值。