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通訊員 任厚毅

2019年的某一天，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、古菌之類的。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之類的，加以培養放大，為微生物采油做貢獻。

“真的沒有想到，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。

中國科學家發現古菌生產甲烷全新途徑

北京時間2021年12月23日凌晨0時，世界著名《自然》雜志在線發表中國科學家團隊的最新研究成果。由農業部沼氣科學研究所、中石化微生物采油重點實驗室以及深圳大學、德國馬克斯普朗克海洋微生物研究所等組成的聯合團隊，發現一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’，并且在較短時間內，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。

“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，該發現為構建高效氣化菌系及實現氣化技術工業化應用奠定重要科學基礎。”林軍章補充說。

“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。該微生物結合了石油降解器和甲烷生成器的特性，可以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。該研究成果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，有望能使未充分開發的油田重新被開發。

揭開產甲烷新古菌的神秘面紗

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。它之所以被稱為“古菌”，是因為這種獨特的生命早在35億年前就存在于地球之上。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。正是它們與細菌一起，在缺氧環境中將有機質降解、產生甲烷（也就是沼氣發酵）。根據已有的研究，這種古菌僅能通過乙酸發酵、二氧化碳還原、甲基裂解和氧甲基轉化這四條途徑產生甲烷。而最新成果研究提出了古菌產生甲烷的第五條途徑。

早在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。十年后，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，整個轉化過程也十分復雜，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都需要一兩年以上時間，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，你休兩年假回來都不晚。“林軍章笑說，“但在培養中發現，這次從孤島油田中取樣的菌液，產氣速率卻非常快，跟其他菌液很不一樣。”林軍章敏銳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，對本次異常古菌也是高度重視。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。

全新認識有望讓老油田“復活”

傳統的原油開采技術，主要是應用化學物質或水壓力來驅動地下深層的原油運移。“這種利用物理和化學方法采油的技術，仍然有超過一半的原油殘留在地下油藏，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。

基于這項研究成果 ，將有可能利用地下厭氧微生物的作用，把液態的原油降解變成氣態的甲烷，形成油氣共采，最終達到比較高效率的原油開采利用率。這也可延長油藏的開發壽命，有望讓老油田“復活”。

“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。

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。為人們開發"地下沼氣工程"奠定了理論基礎。

“地下的油不用抽出來，可以直接把油變成氣，讓氣體出來，進行甲烷的收集。這相當于我們把沼氣池修在了幾千米的地下油藏中，形成平方公里尺度的巨大'地下沼氣池'。”因此，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。這將為緩解我國能源對外依賴度，保障國家能源安全提供科學支撐。

“當然，要達到工業化應用水平，這里面還需要很長的路要走，還需要方面面面從理論到試驗到應用的配合。”林軍章說。

基礎理論研究推動微生物采油技術快速發展

早在2007年，勝利油田就與沼氣科研所合作，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，并以“勝利油田”命名為“勝利嗜熱甲烷微球菌”，并且得到了國際菌種保藏中心（DSMZ）的認證。新誕生的產甲烷菌種是所見報道中生長溫度最高的甲基營養型產甲烷古菌。這也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01區塊由于長期實施微生物驅油，地下微生物“兵團”兵強馬壯，實力雄厚，有效控制著區塊含水緩上升，原油穩增長。據統計，該區塊實施20多年以來，累計增油17萬噸以上，階段提高采收率5.93%。據了解，這也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。

嘗到了微生物基礎研究的甜頭，這些年，中石化微生物采油重點實驗室除了同農業部沼氣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也取得較大進展；同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；同中國科學院合作，明確了微生物界面潤濕改性機制；同南開大學合作，發現內源菌群演替變化的生態機制，形成內源菌群定向激活調控技術。近三年在《Nature》、《Molecules》、《Energy Fuels》等SCI期刊發表文章30余篇，形成的研究成果均處于國際領先水平。

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。