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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2013年第11期
进入 21 世纪，全球经济一体化的加剧趋势越来
越明显，各个行业的竞争也日益激烈，尤其是石油
行业也面临着巨大的挑战。随着科学技术的不断发
展，以往的分层采油等采油工艺已经逐渐不能够满
足当今快速发展的科技水平，因此石油企业必须在
采油工艺技术上不断的创新，通过引进新工艺以及
新技术提高采油的效率以及降低采油成本，微生物
采油技术作为一种新型的采油工艺也已经发展了 70
余年，且愈来愈受到采油工作者的重视［1］。
微生物采油技术是利用微生物的活动及其代谢
收稿日期 ：2013-04-24
基金项目 ： 中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司重大科技项目（2012-HB-z231），中国食品发酵工业研究院科技发展基金（博士基
金）项目（2012KJFZ-BS-01）
作者简介 ：游靖，男，高级工程师，研究方向 ：三次采油 ；E-mail ：cyy_youjing@petrochina.com.cn
通讯作者 ：李青，女，工程师，研究方向 ：微生物采油 ；E-mail ：cyy_liqing@petrochina.com.cn
一株高效驱油菌株 HB-2 降解原油活性的研究
游靖1，2  李青2  刘洋3  吴刚2  王冠2  赖丰利2  李勇斌2  段丽莎2  曹艳花3
（1. 华东理工大学，上海 200237 ；2. 华北油田采油工程研究院，任丘 062552 ；3. 中国食品发酵工业研究院
中国工业微生物菌种保藏管理中心，北京 100027）
摘 要 ： 以原油为唯一碳源，从华北油田油井产出液中分离筛选得到一株高效降解原油菌株 HB-2，经本研究组前期的多相
分类鉴定，已将其确定为藤黄色单胞菌（Luteimonas）属中的一个新种华北藤黄色单胞菌（Luteimonas huabeiensis）。该菌与原油作用后，
降黏率达 47.3%，降低油水界面张力 38.7%，能代谢一定量的有机酸和表面活性剂，通过原油组分分析，使原油轻质组分增加，有
效地改善了原油的流动性，通过室内物模试验，提高采收率高达 15.4%。
关键词 ： 油井产出液 华北藤黄色单胞菌（Luteimonas huabeiensis） 乳化降黏 物模试验
Activities of an Oil Degrading Bacterial Strain HB-2
You Jing1，2 Li Qing2 Liu Yang3 Wu Gang2 Wang Guan2 Lai Fengli2
Li Yongbin2 Duan Lisha2 Cao Yanhua3
（1. East China University of Science and Technology，Shanghai 200237 ； 2. Petroleum Production Engineering Research Institute of Huabei
Oilfield Company，Renqiu 062552 ； 3. China Center of Industrial Culture Collection，China National Research Institute of Food and
Fermentation Industries，Beijing 100027）
Abstract:  An oil degrading strain HB-2 was isolated from the produced liquid of oil wells in Huabei Oilfield, which used crude oil as sole
carbon. The strain was identified as a new species of the genus Luteimonas by the method of polyphasic identification. Through the reaction with
crude oil, we find the viscosity-reducing rate is 47.3% and the oil-water interfacial tension decrease by 38.7%, in addition, the strain can also
produce organic acid and surfactant. According to analyzing components of crude oil, we find the strain can improve the fluidity of crude oil by
increasing light component of oil. According to the result of indoor model test, we can find the recovery ratio is increased by 15.4%.
Key words:  Produced liquid of oil wells Luteimonas huabeiensis Emulsion visbreaking Indoor model test
产物强化采油的技术。相比其他提高采收率技术，
微生物采油具有成本低、作业简单、施工方便、环
境友好等优点，被称为“四次采油”技术［2］。微生
物采油分为地面法和油层法，地面法主要是在地上
分离得到菌种 ；油层法又分为外源微生物采油和内
源微生物采油，外源微生物采油主要是从自然界、
油井附近的土壤、炼油厂的渣油、油井产出液中等
分离富集得到的菌种 ；内源微生物采油是利用地层
中的微生物定期向油层中注入营养液激活部分内源
微生物［3］。
2013年第11期 171游靖等 ：一株高效驱油菌株 HB-2 降解原油活性的研究
本研究自华北油田油井产出液中筛选分离得到
一株高效降解原油菌株 HB-2，并对其降解原油活性
进行系统的研究，旨在为该菌用于油田开采石油的
工程实践提供重要的参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌株 菌株 HB-2，分离筛选自华北油田油
井产出液，分别保藏于华北油田采油工程研究院与
中国工业微生物菌种保藏管理中心（CICC）。本课
题组先前已将分离筛选得到的菌株 HB-2，经 16S
rDNA 克隆测序及其系统发育学分析、生理生化鉴定、
化学成分及遗传学分析，确定其为藤黄色单胞菌属
（Luteimonas sp.）中的一个新种，并命名为华北藤黄
色单胞菌（Luteimonas huabeiensis）。
1.1.2 原油和水样 原油和水样均采自位于河北任
丘的华北油田油井。
1.1.3 菌株筛选分离培养基 LB 培养基 ：蛋白胨
1%，氯化钠 1% 和酵母膏 0.5%。
HBM1 培养基 ：葡萄糖 0.6%，蛋白胨 0.1%，氯
化胺 0.1%，酵母膏 0.08%，磷酸氢二钾 0.02% 和磷
酸二氢钠 0.1%，pH7.0-7.5。
HBM2 培养基 ：葡萄糖 0.2%，硫酸铵 0.5%，氯
化钾 0.11%，氯化钠 0.11%，硫酸亚铁 0.0028%，磷
酸二氢钾 0.15%，磷酸氢二钾 0.15%，硫酸镁 0.05%，
酵母膏 0.05%，微量元素 0.5%，原油 2%，pH7.0-
7.5，硫酸锌 0.029%，氯化钙 0.024%，硫酸铜 0.025%
和硫酸镁 0.017%。
HBM3 培养基 ：葡萄糖 0.6%，硫酸铵 0.1%，酵
母膏 0.01%，K2HPO4 0.5%，KH2PO4 0.15%，MgSO4·
7H2O 0.02%，CaCl2·2H2O 0.01% 和三水合柠檬酸钠
0.05%，pH7.0-7.5。
HBM4 培养基：蔗糖 2%，蛋白胨 0.05%，酵母粉
0.05%， 尿 素 0.05%， 硫 酸 铵 0.05%， 磷 酸 二 氢 钾
0.5%，七水硫酸镁 0.02%，氯化钠 0.01%，pH7.0-7.5。
HBM1、HBM2、HBM3 及 HBM4 为华北油田采
油工程研究院自主研制的用于筛选降解原油菌种的
培养基，此配方首次公开发表。
1.2 方法
1.2.1 菌株分离与筛选 取油井产出液 10 mL 加入
已灭菌的 LB 培养基中，置于 37℃、160 r/min 恒温
摇床上培养 3-5 d，在平板上涂布后培养 24 h，挑单
菌落于加入 5% 以石油为唯一碳源富集培养基中进
行筛选，并通过平板划线分离得到纯菌。
1.2.2 菌株 HB-2 性能评价
1.2.2.1 菌株 HB-2 对原油的乳化分散作用 在 250
mL 锥形瓶加入 100 mL 用油井产出液配制的营养液
HBM1 和 5 g 原油，接种菌液 10 mL，棉塞封口，置
油藏温度 66℃，恒温油浴培养 4 d，与空白对照比较，
观察微生物作用原油后的乳化分散状态。
1.2.2.2 菌株 HB-2 对原油的降黏作用 250 mL 锥
形 瓶 中 分 别 加 入 30 g 原 油，30 mL 菌 液，30 mL
HBM1，密封，置油藏温度，培养 6 d 后，取出游离
水，将作用后的原油在离心机上脱水。取脱水原油
于 50℃测定黏度（仪器 ：HAKKMASS），同时作一
对照，计算降黏率。
1.2.2.3 菌株 HB-2 降低界面张力的作用 界面张力
的测定采用 TX-500C 全自动界表面张力仪。
1.2.2.4 菌株 HB-2 对原油的降解作用 菌株 HB-2
对原油的降解作用采用全烃气相色谱分析，在 250
mL 锥形瓶加入 100 mL HBM1 和 5 g 原油，接种菌液
10 mL，棉塞封口，置油藏温度，恒温油浴培养 7 d，
将游离沥出取残余油脱水后进行全烃气相色谱分析，
并设置空白对照试验。原油组分的气相色谱（GC）
全烃分析可以深入了解微生物作用前后原油组分的
变化，从而对微生物降解原油的效果及机理进行了
解。通过气相色谱分析微生物作用前后原油的组分
变化。气相色谱条件为 ：柱箱温度初温 40℃，升温
速率 2℃/min，温度达到 200℃后采用 6℃/min 的升
温速率并一直升温到 290℃，恒温至无峰为止。
1.2.3 室 内 物 模 试 验 （1） 岩 心 装 填 ：采 用 80、
120 和 200 目石英砂按照 5∶4∶1 比例混合分别装
填 5 根直径 2.5 cm，长度 50 cm 的岩心，装填完成后，
抽真空并饱和地层水，再测定岩心孔隙度及渗透
率，设定的岩心参数（表 1）。渗透率和孔隙度的测
定 ：采用机械装填完毕后对岩心管抽真空 6 h，同时
向岩心饱和地层水。最后根据进入岩心管中地层水
的总体积及进出口的压差来计算孔隙度和渗透率 Q，
其计算公式分别为 ：Φ=PV/VT×100%，Q=K·60A/
μwL·Δp，K=μwL/60A·k ；（2）饱和宝力格混合原
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第11期172
油，并将岩心置于 50℃恒温箱中老化处理 5 d ；（3）
出口设置背压阀，岩心加压至 10 mPa 并全程保持。
用地层水一次水驱，待岩心出口含水率达 98% 时停
止水驱 ；（4）分别注入 1 PV，2% 的菌株 HB-2 液，
封闭两端并放入 50℃恒温箱中发酵培养 3-5 d，然
后进行水驱，试验温度 50℃，流速 0.2 mL/min，待
出口端含水率达到 100% 时停止试验，计算原油采
收率。
表 1 试验岩心参数
岩心号 孔隙体积（mL）孔隙度（%）渗透率（μm2）原油饱和度（%）
空白 69.1 21.0 0.485 80.2
HB-2 68.4 20.5 0.468 79.5

2 结果
2.1 菌株HB-2对原油的乳化降黏作用
分离出的菌株 HB-2 对原油的乳化作用（图 1）
显示，与空白对照相比，HB-2 能够在以原油为碳源
的营养液中生长，并且将原油完全乳化分散，油液
形成细小的油珠和油末 ；形成油水混相。
定量的有机酸和一定量的表面活性剂物质，说明微
生物产生的有机酸（小分子酸）和表面活性剂或醇
类能够降低界面张力，使油水乳化，这与前面的乳
化分散降黏试验结果一致。
表 2 菌株 HB-2 各项指标的测定结果
样品编号
界面张力
（mN/m）
界面张力
降低值（%）
产酸量（乙酸）
（mg/L）
表面活性
剂（g/L）
空白 76.6 / / /
HB-2 46.9 38.7 45.9 1.8
2.3 菌株HB-2对原油的降解作用
气相色谱分析结果（图 3）表明，在菌株 HB-2
作用一周后，其对原油有较好的降解作用。
从图 4 中不同长度的烷烃相对含量分布可以看
出，菌株 HB-2 与原油作用后，原油的轻质组分增加，
重质组分减少，原油中的高碳物质显著降解，有利
于降解长链烃，原油品质得到了改善，从而达到降
低原油黏度的目的。
菌 株 HB-2 作 用 前 后 原 油 相 对 组 分 变 化（ 表
3） 显 示， 菌 株 HB-2 的 姥 鲛 烷 /C17、 植 烷 /C18 有
所降低，正构烷烃和异构烷烃相对于重质组分也
有所增加，说明菌株 HB-2 优先利用正构烷烃。从
（C21+C22）/（C28+C29）比值看，HB-2 作用后的值有
所增加，表明该菌降解高分子量正构烷烃的速度要
大于低分子量的正构烷烃，其他菌种作用后的比值
均成降低趋势，说明其优先降解低分子量的烷烃。
因此，在菌种筛选过程中尽量筛选能够优先降解原
油重质组分的菌株，这样更有利于提高原油采收率。
一般情况下，低分子量的正构烷烃能够优先被微生
物利用，因此微生物作用后的原油大部分都是轻质
组分减少而重质组分相对含量增加。
图 1 菌株 HB-2 种对原油的乳化分散作用
同时进行原油黏度的测定，降黏结果（图 2）
显示，菌株 HB-2 与原油作用后原油黏度有明显下降，
降黏率达 47.3%。乳化效果和降黏效果显示，HB-2
菌株能够明显改善原油的流动性。
2.2 菌株HB-2代谢表面活性剂
将乳化分散的发酵液进一步进行界面张力的测
定和有机酸的测定及表面活性的测定（表面活性剂
产量是通过将发酵液离心除菌后再计算沉淀物、有
机溶剂萃取及冷冻干燥后的质量）。结果（表 2）显
示，菌株 HB-2 界面张力降低了 38.7%，同时产生一
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
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オⲭ HB-2
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图 2 菌株 HB-2 与原油作用后的黏度变化
2013年第11期 173游靖等 ：一株高效驱油菌株 HB-2 降解原油活性的研究
2.4 物模试验效果
注入菌株 HB-2 的岩心与不注入菌的岩心空白
对照（图 5）显示，注入菌株 HB-2 岩心的采收率高
于空白对照 15.4%，说明在一次水驱之后，还有部
分残余油，利用微生物采油可提高剩余油的采收率。
min0 10 20 30 40 50
pA
50
100
150
200
250
300
350
FID1 A, (W2012-LQ\CYY-0005.D)
2
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45 ֌⭘ਾ
min0 10 20 30 40 50 60
pA
50
100
150
200
250
300
FID1 A, (W2012-LQ\CYY-0007.D) ֌⭘ࡽ
图 3 菌株 HB-2 作用前后原油组分分析
0
1
2
3
4
C10 C12 C14 C16 C18 C20 C22 C24 C26 C28 C30 C32 C34⻣ᮠ
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% 5
6
7
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HB-2
图 4 菌株 HB-2 作用前后原油相对组分变化
表 3 菌株 HB-2 作用前后的原油组分变化
样品 姥鲛烷 /C17 植烷 /C18 姥鲛烷 / 植烷 主峰碳 正构烷烃轻 / 重 异构烷烃轻 / 重 （C21+C22）/（C28+C29）
空白 0.65 1.08 0.79 nC23 0.84 0.66 1.61
HB-2 0.58 0.96 0.57 nC23 0.95 0.44 1.91
0
10
20
30
40
50
60
70
80
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オⲭ HB-2ዙ㣟㧼⿽ԓਧ
图 5 物模试验微生物驱提高采收率结果
月在尼日利亚召开“世界石油微生物技术大会”，讨
论微生物采油技术的发展，使得微生物采油技术备
受关注。
华北油田开发进入中后期，该油藏埋深 1 740
m，油藏孔隙度为 25.9% ；渗透率为 647×10-3μm2，
油藏温度 66℃ ；该油藏原油性质较差，地面原油
相对密度 0.951 4-0.977 0，原油黏度 539.0-5 740.9
mPa·s，胶质沥青含量 33.9%-44.6%，矿化度平均
为 15 671 mg/L，油田增产挖潜的难度不断加大，仅
靠注水开发已很难提高油藏采收率，采用微生物驱
油技术可提高原油采收率，主要利用微生物的代谢
产物对原油的作用机理和微生物有效地作用于地层
中的残余油，使剩余在岩石表面、小孔道中的“死
原油”变的容易流动，从而提高原油采收率。
本研究从华北油田油井产出液中分离出了一种
高效采油菌株 HB-2，并对其与原油作用的性能进
行了系统评价，结果显示该菌种不仅能够很好地适
应地层环境，而且对原油具有良好的乳化分散和降
黏作用，还能代谢部分有机酸和表面活性物质，具
有降低油水界面张力的作用［6］。通过室内物模驱
油试验，有较好的驱油效果，提高原油采收率达到
15.4%。值得一提的是，该菌种是国内外首次自油田
3 讨论
在油田勘探开发过程中，经过一次和二次常规
采油之后的总采收率一般只能占地下储量的 30%-
40%，仍然有 60%-70% 的残余油在地层中无法采出
或者是开采难度加大。地层中的残余油由于原油物
性差，主要表现在原油含蜡高、胶质沥青高，导致
原油凝固点高和原油黏度高，使得原油在地层中的
流动性变差［4］。如何从地下采出更多的残余油，一
直是世界上许多国家不断研究的课题［5］。2009 年 4
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第11期174
油井产出液中分离得到的具有降解原油作用的藤黄
色单胞菌（Luteimonas），同时也是我国石油开采领
域发现的首个功能性新菌类型（文章已被接收），无
论在理论研究方面，还是石油开采工程实践应用方
面均具有重要的创新意义和参考价值。
在我国，大部分油田油藏温度高，地层水矿化
度高，渗透率差异大，油水关系复杂，因而不同油
田提高采收率所面临的问题亦不相同［2］，这对微生
物采油技术和采油微生物菌种的性能提出了更高的
要求。因此，微生物采油技术所需菌种的选择及培
养的工作应进一步加强和完善，通过加强与专业菌
种保藏机构的合作交流，逐步在油田系统建立起具
备一定规模且规范专业的微生物采油菌种库，并建
立针对不同类型油藏的微生物采油技术评价标准以
及评价体系势在必行。
4 结论
自华北油田油井产出液中分离出了一种高效采
油菌株 HB-2，该菌株对原油有良好的乳化降解功能、
能产生生物表面活性剂、有机酸等代谢产物、能够
降低原油黏度，物模试验可以提高采收率 15% 左右，
是国内外首次自油田油井产出液中分离得到的具有
降解原油作用的藤黄色单胞菌（Luteimonas），同时
也是我国石油开采领域发现的首个功能性新菌类型。
参 考 文 献
［1］ 张威娜 . 试论微生物采油技术［J］. 科技创新与应用 , 2012,
18 ：6.
［2］ 江建林 . 微生物采油技术前景广阔［J］. 中国石化 , 2012, 8 ：
79.
［3］ 冯庆贤 , 郭海莉 , 倪方天 . 本源微生物驱油技术研究与应用［J］.
特种油气藏 , 2001, 8（4）：84-86.
［4］ 宋永亭 , 王慧 , 宋欣 , 等 . 一株嗜蜡嗜胶质基因工程菌 ZH20 的
构建与评价［J］. 中国石油大学学报 , 2012, 36（4）：172-176.
［5］ 王惠 , 卢渊 , 伊向艺 . 国内外微生物采油技术综述［J］. 大庆
石油地质与开发 , 2003, 22（5）：49-52.
［6］ 张国印 , 刘庆梅 , 李凌云 , 等 . 表面活性剂复配在三次采油中的
应用［J］. 中外能源 , 2010, 15 ：56-59.
（责任编辑 马鑫）