這項成果登上了《自然》雜志

文／任厚毅

勝利油田在微生物采油基礎研究方面取得重大突破，首次發現一種新型產甲烷古菌。

三年前的某一天，勝利油田石油工程技術研究院微生物所專家林軍章從孤島油田帶回一瓶地下水采樣，里面含有各種微生物、古菌。這很平常，微生物所的科研人員經常收集、培養、研究這些菌樣，從中發現一些有益于石油開采的細菌，加以培養放大，為微生物采油做貢獻。

“但是沒有想到，這里面竟然含有一種從未發現過的全新古菌，完全打破了傳統認知，有望讓一些瀕臨枯竭的老油田起死回生。”林軍章說。這一最新研究成果，近日登上了世界著名的《自然》雜志。

最新發現

這種來自油藏的新型產甲烷古菌，可在厭氧環境下直接氧化原油中的長鏈烷基烴產生甲烷，突破了產甲烷古菌只能利用簡單化合物生長的傳統認知，拓展了對產甲烷古菌碳代謝功能的認知。

“簡單地說，以前都是混合菌群，經過較長時間的代謝分解才產生出甲烷。而這個菌，僅憑一己之力，在較短時間內就能將長鏈石油分解，產生出甲烷，意義相當重大。”林軍章解釋說。

這一新發現揭示了古菌產生甲烷的全新途徑，打破了原油降解產甲烷需要多種微生物參與、調控難度大的傳統認識，為構建高效氣化菌系及實現氣化技術工業化應用奠定了重要科學基礎。

“智慧科學迷”微博說得更形象：宇宙中有沒有以核能為食的哥斯拉，到目前為止還不清楚。但有一種吃石油排甲烷的神秘微生物被我國科學家發現了。該微生物結合了石油降解器和甲烷生成器的特性，可將石油分解為甲烷和二氧化碳。

這是一條以前完全未知的甲烷生成途徑，讓科學家對地下石油的開采有了全新的了解。未來幾年可以重點研究如何工業化，有望使未充分開發的油田重新被開發。

不一樣的新古菌

產甲烷古菌是一種獨特的厭氧微生物，對氧氣敏感，通常在空氣中暴露幾分鐘就會死亡。

之所以被稱為“古菌”，是因為這種獨特的生命早在35億年前就存在于地球上。它是地球上生命起源最早的一類原核微生物，也是全球大氣甲烷排放的主要貢獻者。

根據研究，這種古菌能通過乙酸發酵、二氧化碳還原、甲基裂解和氧甲基轉化四條途徑產生甲烷。最新成果研究則提出了古菌產生甲烷的第五條途徑。

1999年，德國科學家首次證實了石油烴降解產甲烷的生物學過程。10年后，加拿大科學家報道了油藏中石油烴降解產甲烷也是一種常見的生物過程：微生物可以“吃”掉石油烴，將這種碳氫有機物轉化為甲烷。但是，這樣的轉化過程非常緩慢且十分復雜，涉及降解有機物和合成甲烷兩個截然不同的步驟。

“通常產甲烷古菌的生長周期在一兩年以上，文獻報道的最長培養時間超過800天。也就是說，在做實驗的過程中，休兩年假回來都不晚。”林軍章說，“但在培養中發現，這次從孤島油田中取樣的菌液產氣速率非常快，跟其他菌液很不一樣。”

林軍章敏銳地捕捉到了實驗中的異樣，將樣品送到了長期合作的農業部沼氣科學研究所。

沼氣科學研究所一直從事厭氧微生物的基礎和應用研究，對本次異常古菌高度重視。經反復研究比對驗證，神秘古菌浮出水面，并被逐步揭開面紗。

有望形成油氣共采

傳統的原油開采技術，主要是應用水壓力或化學物質來驅動地下深層的原油運移。“利用物理和化學方法采油技術后，仍然有超過一半的原油殘留在地下，難以被開采利用。”中石化微生物采油重點實驗室勝利油田微生物采油首席專家汪衛東說。

基于這項新研究成果，有可能利用地下厭氧微生物的作用，把液態原油降解變成氣態甲烷，形成油氣共采，最終達到比較高效率的原油開采利用率。

“液體原油氣采，相當于在原來的基礎上提高至少20個百分點的采收率。”林軍章說。這將延長油藏的開發壽命，讓老油田復活。

農業部沼氣科學研究所所長王登山認為，這項成果是從“0”到“1”的基礎研究認知，是開創性的，為人們實施“地下沼氣工程”奠定了理論基礎。“地下的油不用抽出來，直接把油變成氣，讓氣體出來，進行甲烷收集。這相當于我們把沼氣池修在了幾千米深的地下油藏中，形成平方公里尺度的巨大地下沼氣池。”

基于該項成果的技術攻關一旦突破，對枯竭油藏進行油氣共采，增產的油氣總量將達到數億噸。這將為緩解我國油氣對外依存度，保障國家能源安全提供科學支撐。

推進微生物采油技術

“當然，要達到工業化應用水平還有很長的路要走，還需要從理論到試驗到應用方面的配合。”林軍章說。但基礎已經有了，因為勝利油田已經進行了多年微生物采油的基礎理論研究。

早在2007年，勝利油田就與沼氣科學研究所合作，從羅801區塊產出液中分離得到一株新的產甲烷菌。經鑒定為新屬，命名為“勝利嗜熱甲烷微球菌”，得到了國際菌種保藏中心的認證。這是我國科技工作者在產甲烷古菌研究領域中首次申報的新屬。

羅801區塊由于長期實施微生物驅油，地下微生物兵強馬壯、實力雄厚，有效控制著區塊含水緩慢上升，原油穩定增長。據統計，實施微生物驅油20多年以來，該區塊累計增油17萬噸以上，階段提高采收率5.93%。據了解，這是國際上迄今實施時間最長、效果最顯著的微生物驅油區塊。

這些年來，中石化微生物采油重點實驗室除了同沼氣科學研究所合作首次發現新產甲烷古菌外，在微生物嗜烴降黏機制、潤濕改性機制、菌群調控理論等方面取得了較大進展。與中國石油大學重質油國家重點實驗室合作，揭示了微生物降解膠質瀝青質分子機制；與中國科學院合作，明確了微生物界面潤濕改性機制；與南開大學合作，發現內源菌群演替變化的生態機制，形成了內源菌群定向激活調控技術。近三年發表文章30余篇，形成的研究成果處于國際領先水平。

基礎理論研究的突破，推動了微生物采油技術的快速發展，在油藏的適用范圍不斷提高。近三年，勝利油田的微生物采油技術覆蓋地質儲量由700萬噸提高到了2600萬噸，年增油量由4萬噸提高到18萬噸，預計“十四五”末將達到30萬噸以上。

全新古菌在勝利油田的實驗室里被發現。