随着当今世界经济的飞速发展和人口数量的快速增长,使得对各种自然资源的需求量日益增加,特别是以石油为代表的不可再生资源,而石油勘探开发的难度却越来越大。目前以注水为标志的二次采油已处于高含水期,采出液含水80%以上,但仍有占地质储量约2/3的原油留存于地层中,采收率较低。因此,如何进一步提高已开发油田的采收率日趋重要。微生物及空气均具有较好的驱油效果的新型提高采收率技术,具有广阔发展前景。然而,单独微生物驱存在代谢和波及面积不高的难题,单独空气驱存在不安全的隐患和气窜弊端,研究如何克服两种驱油方式的短板,充分发挥微生物驱与空气驱的协同驱油优势,具有重要的现实意义和理论价值。本文首先开展了氧对采油微生物代谢的影响研究,研究了微生物生长繁殖所需的营养和微生物新陈代谢的数学表达式以及微生物生长繁殖动力学模型,通过对实验菌株进行分离鉴定,研究了采油微生物基本特性。以微生物新陈代谢表达式为指导,研究了氧对采油微生物生长的影响,氧对采油微生物代谢产生气体的影响。以水中溶氧量为评价指标研究了不同初始溶氧条件下微生物生长规律,确定采油微生物的耗氧率。然后开展了氧对微生物提高采收率的增效作用机理研究,研究氧加速微生物改变岩石表面润湿性机理,氧对微生物改变油水界面张力效率影响机理,以岩石润湿性和油水界面张力改变为基础,研究氧对微生物改变岩石表面润湿性和粘附功的影响。研究氧提高微生物降解原油能力机理,以不同时间的泡沫稳定性研究微生物稳泡性能。其次开展了微生物与空气交替注入驱油效果实验研究。研究溶氧量对微生物从油砂中脱出原油效率影响,微生物注入参数,对提高采收率效果的影响。在变径变喉道毛细管模型上研究微生物与空气交替驱时空气的调剖机理。最后开展相对流动能力及氧浓度分布与数值模拟研究。在确定油层微生物耗氧率的基础上研究了微生物与空气交替驱时油藏氧浓度变化规律。以微生物与空气交替注入宏观驱油实验结果为基础,开展了微生物与空气交替驱数值模拟研究,进一步验证了微生物与空气交替注入提高采收率效果。研究结果表明,氧含量不足使微生物的生长繁殖速度受到限制,溶氧过高,细胞生物膜和重要生物大分子遭到破坏,微生物生长适宜溶氧浓度为4.5mg/L~5.5mg/L。稳定期和衰退期为油藏内主要耗氧,稳定及衰退期代谢耗氧率为耗氧曲线直线段斜率。微生物驱时,由于注入水中连续添加了足够的营养,衰退期减少的微生物数量会通过生长得以补充,稳定及衰退期微生物总耗氧率为代谢耗氧率与补充衰减的生长耗氧率之和。氧对微生物提高采收率效果有增效作用,增加水中溶氧含量,使微生物改变岩石表面润湿性、减小毛管阻力、降低剩余油在岩石表明的粘附功等的速度增加。适宜的溶氧条件下,微生物降解原油能力增强,脱油效率提高。氧对微生物稳泡性能有增效作用,溶氧量的增加有利于提高微生物泡沫的稳定性。变径变喉道毛细管分支模型中,注入空气后在大喉道出现气泡,产生了附加阻力,对微生物驱替液有调剖作用。微生物驱以及微生物与空气交替驱油均比单纯水驱提高采收率效果显著,其中微生物-空气-微生物-空气提高采收率效果最优。利用微生物驱实验的提高采收率值和水驱油相对渗透率曲线,可计算得微生物驱时的相对渗透率曲线。在保持注水强度为40 m~3/d不变的条件下,微生物耗氧到氧安全浓度的最小半径约为145m。在保持注空气强度为4000 m~3/d不变的条件下,微生物耗氧到氧安全浓度的最小半径在140 m左右。如再考虑原油的低温氧化耗氧,油藏内氧浓度更低,计算的安全半径更能保证安全。研究结果证明,微生物和空气驱具有协同作用,使采收率进一步提高。