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原油在世界经济发展对能源需求不断增加的进程中继续发挥着至关重要的作用。随着对低渗透油藏的不断开发,提高油藏采收率的难度要求开发一种替代的、经济有效的原油开采工艺。微生物采油技术被认为是一种经济、环保的三次采油技术。本论文采用高通量测序技术研究了低渗透油藏微生物群落结构的多样性及特征,采用宏基因组学从微观方面研究了微生物降解原油的机理,建立了以原油为唯一碳源的石油烃降解菌芽孢杆菌属的定向激活营养体系,并将这一成果应用于低渗透油藏矿场现场试验。主要的研究成果如下:（1）从低渗透油藏采出液中筛选得到2株高效石油烃降解菌（铜绿假单胞菌Pseudomonas,HF;枯草芽孢杆菌Bacillus,XH）,且这些功能菌均能在兼性厌氧条件下生长代谢产生大量的生物表面活性剂,能分别将培养基表面张力降至34.00m N/m和34.63 m N/m,其最优生长p H（6～9）、矿化度（10 g/L～50 g/L）、温度（30～40℃）,具有广泛的油藏环境适应性,最终选定兼性厌氧菌XH、HF作为后续研究的目标菌株。（2）研制了低渗透油藏石油烃降解菌芽孢杆菌属的定向激活营养体系。最佳配方为:原油为2 wt%;氮源Na NO3:（NH4）2SO4=2:1 0.8%;磷源KH2PO4:Na H2PO4=5:2 1.4%;酵母粉0.06%;微量元素1000:1（Zn SO4 0.3%,Ca Cl20.25%,Cu SO4 0.25%,Mg SO4·7H2O 0.15%）。同时实验发现激活后的功能菌对原油整体降解率为33.5%,正构烷烃的生物降解程度在53～75%之间,环烷烃的生物降解程度在67～75%之间;微生物群落优势菌属由Arcobacter经过6次营养体系不断刺激转接培养最终转变为Bacillus。（3）多次转接培养过程中对油滴粒径进行统计,油滴尺寸分布表明,大多数油滴的尺寸在2至15μm之间。在第一次转接培养后,粒径2～10μm的原油尺寸数量占比为69%,在第二次转接培养后,粒径2～10μm的原油尺寸数量占比为39%,在第三次至第六次转接后,粒径2～10μm的原油尺寸数量占比分别逐渐增大到52%、65%、75%和80%。油滴尺寸分布结果表明,细菌群落优势菌属的组成变化有利于原油乳化的变化。（4）生物降解前后原油中O1、N1O1、和N1O2类杂原子化合物的总丰度没有显著变化。生物降解后,杂原子类N1的丰度降低,相应的DBE的丰度也降低。相反,在生物降解后,由于生物降解过程中的氧化反应,O2类中的每一个DBE的总丰度和每一个DBE都增加。O2的分布可用于定性评价原油的生物降解程度。（5）石油烃降解功能菌宏基因组学研究,本研究采用Illumina PE150测序平台测序得到,石油烃降解微生物蛋白质主要集中六大分类单元,分别为C分类单元能量生产和转换,E分类单元氨基酸转运和代谢,G分类单元碳水化合物转运和代谢,K分类单元转录,P分类单元无机离子转运和代谢,S分类单元功能位置等,分别占5.03%、7.52%、5.78%、6.23%、6.33%、25.5%。新陈代谢中碳氢化合物的代谢基因数高达5625个,占新陈代谢的21.98%;氨基酸代谢基因数为4897个,占整个新陈代谢的19.13%。单加氧酶（alkm,EC:1.14.15.3）、醇脱氢酶（ADH,EC:1.1.1.1）、醛脱氢酶（ALDH,EC:1.2.1.3）在石油烃降解中很重要,在该石油烃降解菌中对应的基因编码数量分别为3、56及35个。综合以上酶、基因等,可能是该石油烃降解菌能够被无机盐离子激活且降解原油中碳氢化合物的原因。（6）玻璃微观刻蚀模型试验,考察了微生物、微生物复配槐糖脂生物表面活性剂、微生物复配二氧化硅纳米颗粒驱替后,原油的采收率、残油率及剩余原油的分布状态。微生物对剩余原油有分裂作用,可以将剩余原油分裂为小的、更容易驱替出孔道的小油滴,原油采收率接近91.4%;微生物复合槐糖脂表面活性剂进一步提高剩余原油的乳化现象,在微生物驱油的基础上进一步提高原油采收率2.6%;二氧化硅纳米颗粒不仅可以使原油剥离下来,而且进一步分裂原油为更小的油滴,使接近99%的原油驱替出来,较微生物驱大幅度提高原油采收率8.4%左右,在微生物复合槐糖脂驱油的基础上提高原油采收率5%左右。（7）新疆低渗透油藏克拉玛依油田二东区块开展了2注10采的微生物驱现场试验（石油烃降解菌+营养剂注入）。微生物驱现场试验10口采油井均有效果,其中T20248和T20371,T20427和T20421,双向受效井T20422和T20247增油效果尤其显著。T20248月产油由最初的14 t最高增加到276.8 t,T20371月产油量由最初的17 t最高增加到187.86 t,T20427月产油量由最初的47 t最高增加到224.12t,T20421月产油量由最初的48 t最高增加到179.27 t,双向受效井T20422月产油量由最初的34 t最高增加到119.21 t,T20247月产油量由最初的14 t最高增加到101.5 t。整个实验井组产油量5个月增加了1500 t左右（未扣除递减的15%）。