通讯员 任厚毅

2019年的某一天，胜利油田石油工程技术研究院微生物所专家林军章从孤岛油田带回一瓶地下水采样，里面含有各种微生物、古菌之类的。这很平常，微生物所的科研人员经常收集、培养、研究这些菌样，从中发现一些有益于石油开采的细菌之类的，加以培养放大，为微生物采油做贡献。

“真的没有想到，这里面竟然含有一种从未发现过的全新古菌，完全打破了传统认知，有望让一些濒临枯竭的老油田起死回生。”林军章说。

中国科学家发现古菌生产甲烷全新途径

北京时间2021年12月23日凌晨0时，世界著名《自然》杂志在线发表中国科学家团队的最新研究成果。由农业部沼气科学研究所、中石化微生物采油重点实验室以及深圳大学、德国马克斯普朗克海洋微生物研究所等组成的联合团队，发现一种来自油藏的新型产甲烷古菌，可在厌氧环境下直接氧化原油中的长链烷基烃产生甲烷，突破了产甲烷古菌只能利用简单化合物生长的传统认知，拓展了对产甲烷古菌碳代谢功能的认知。

“简单地说，以前都是混合菌群，经过较长时间的代谢分解，才产生出甲烷，而这个菌，仅凭‘一己之力’，并且在较短时间内，就能将长链石油分解，产生出甲烷，意义相当重大。”林军章解释说。

“新发现揭示了古菌产生甲烷的全新途径，打破了原油降解产甲烷需要多种微生物参与、调控难度大的传统认识，该发现为构建高效气化菌系及实现气化技术工业化应用奠定重要科学基础。”林军章补充说。

“智慧科学迷”微博说得更形象：宇宙中有没有以核能为食的哥斯拉，到目前为止还不清楚，但有一种吃石油排甲烷的神秘微生物被我国科学家发现。该微生物结合了石油降解器和甲烷生成器的特性，可以将石油分解为甲烷和二氧化碳。

这是一条以前完全未知的甲烷生成途径。该研究成果让科学家对地下石油的开采有了全新的了解，未来几年可以重点研究如何工业化，有望能使未充分开发的油田重新被开发。

揭开产甲烷新古菌的神秘面纱

产甲烷古菌是一种独特的厌氧微生物，对氧气敏感，通常在空气中暴露几分钟就会死亡。它之所以被称为“古菌”，是因为这种独特的生命早在35亿年前就存在于地球之上。它是地球上生命起源最早的一类原核微生物，也是全球大气甲烷排放的主要贡献者。正是它们与细菌一起，在缺氧环境中将有机质降解、产生甲烷（也就是沼气发酵）。根据已有的研究，这种古菌仅能通过乙酸发酵、二氧化碳还原、甲基裂解和氧甲基转化这四条途径产生甲烷。而最新成果研究提出了古菌产生甲烷的第五条途径。

早在1999年，德国科学家首次证实了石油烃降解产甲烷的生物学过程。十年后，加拿大科学家报道了油藏中石油烃降解产甲烷也是一种常见的生物过程：微生物可以“吃”掉石油烃，将这种碳氢有机物转化为甲烷，但是这样的转化过程非常缓慢，整个转化过程也十分复杂，涉及降解有机物和合成甲烷两个截然不同的步骤。

“通常产甲烷古菌的生长周期都需要一两年以上时间，文献报道的最长培养时间超过800天。也就是说，在做实验的过程中，你休两年假回来都不晚。“林军章笑说，“但在培养中发现，这次从孤岛油田中取样的菌液，产气速率却非常快，跟其他菌液很不一样。”林军章敏锐捕捉到了实验中的异样，将样品送到了长期合作的农业部沼气科学研究所。

沼气科学研究所一直从事厌氧微生物的基础和应用研究，对本次异常古菌也是高度重视。经反复研究比对验证，神秘古菌浮出水面，并被逐步揭开面纱。

全新认识有望让老油田“复活”

传统的原油开采技术，主要是应用化学物质或水压力来驱动地下深层的原油运移。“这种利用物理和化学方法采油的技术，仍然有超过一半的原油残留在地下油藏，难以被开采利用。”中石化微生物采油重点实验室胜利油田微生物采油首席专家汪卫东说。

基于这项研究成果 ，将有可能利用地下厌氧微生物的作用，把液态的原油降解变成气态的甲烷，形成油气共采，最终达到比较高效率的原油开采利用率。这也可延长油藏的开发寿命，有望让老油田“复活”。

“液体原油气采，相当于在原来的基础上，提高至少20个百分点的采收率。”林军章说。

沼气科学研究所所长王登山认为，这项成果是从"0"到"1"的基础研究认知，是开创性的。为人们开发"地下沼气工程"奠定了理论基础。

“地下的油不用抽出来，可以直接把油变成气，让气体出来，进行甲烷的收集。这相当于我们把沼气池修在了几千米的地下油藏中，形成平方公里尺度的巨大'地下沼气池'。”因此，基于该项成果的技术攻关一旦突破，对枯竭油藏进行油气共采，增产的油气总量将达到数亿吨。这将为缓解我国能源对外依赖度，保障国家能源安全提供科学支撑。

“当然，要达到工业化应用水平，这里面还需要很长的路要走，还需要方面面面从理论到试验到应用的配合。”林军章说。

基础理论研究推动微生物采油技术快速发展

早在2024年，胜利油田就与沼气科研所合作，从罗801区块产出液中分离得到一株新的产甲烷菌，经鉴定为新属，并以“胜利油田”命名为“胜利嗜热甲烷微球菌”，并且得到了国际菌种保藏中心（DSMZ）的认证。新诞生的产甲烷菌种是所见报道中生长温度最高的甲基营养型产甲烷古菌。这也是我国科技工作者在产甲烷古菌研究领域中首次申报的新属。

罗01区块由于长期实施微生物驱油，地下微生物“兵团”兵强马壮，实力雄厚，有效控制着区块含水缓上升，原油稳增长。据统计，该区块实施20多年以来，累计增油17万吨以上，阶段提高采收率5.93%。据了解，这也是国际上迄今实施时间最长、效果最显著的微生物驱油区块。

尝到了微生物基础研究的甜头，这些年，中石化微生物采油重点实验室除了同农业部沼气研究所合作首次发现新产甲烷古菌外，在微生物嗜烃降黏机制、润湿改性机制、菌群调控理论等方面也取得较大进展；同中国石油大学重质油国家重点实验室合作，揭示了微生物降解胶质沥青质分子机制；同中国科学院合作，明确了微生物界面润湿改性机制；同南开大学合作，发现内源菌群演替变化的生态机制，形成内源菌群定向激活调控技术。近三年在《Nature》、《Molecules》、《Energy Fuels》等SCI期刊发表文章30余篇，形成的研究成果均处于国际领先水平。

基础理论研究的突破推动了微生物采油技术的快速发展，在油藏的适用范围不断提高。近三年胜利油田的微生物采油技术覆盖地质储量由700万吨提高到2600万吨，年增油量由4万吨提高到18万吨，预计十四五末将达到30万吨以上。