塩好性古細菌Haloferax mediterraneiを用いた破砕多孔質媒体における微生物増進油回収の実験的研究

なぜ塩を好む小さな微生物がエネルギーの未来で重要なのか

世界に残る石油の多くは、特に自然に亀裂が入った貯留層のような、掘りにくい岩石の中に閉じ込められています。従来の方法は取り出しやすい油はほとんど回収しますが、多くは地下に取り残されます。本研究は非従来型の助っ人、すなわちごく限られた環境でしか生存できない塩好性微生物Haloferax mediterraneiに着目しています。これらの微生物を破砕岩に注入する際の投入量を慎重に調整することで、注入水の流れを変え、閉じ込められた油の一部を解放できることを示しています。しかも、その方法は生分解性であり、合成化学物質に比べて影響がより小さい可能性があります。

亀裂のある岩と取り残された油

炭酸塩岩（石灰岩やドロマイトなど）からなる油層は、しばしば複雑に入り組んだ亀裂網を含みます。生産井に向かって油を押し出すために水を注入すると、水は開いた亀裂を速やかに通り抜け、油が多く残る目の細かい岩質マトリックスをほとんど掃くことなくバイパスしてしまいます。その結果、一次・二次回収後でも原油の35〜55％が残存することがあります。化学的方法は役立つことがありますが、高塩分・高温の条件、そして人為的ポリマーや界面活性剤のコストや残留性がその有用性を制限します。微生物増進油回収の考え方は異なります。最も流れやすい通路で微生物に増殖させ、これらの「近道」を部分的に閉塞させることで、注入水を周囲の岩石に浸透させるというものです。

過酷な油田に適した微生物

Haloferax mediterraneiはごく高い塩分環境、海水の十倍を超えるような塩濃度や高めの温度でも繁栄する微生物群に属します。多くの標準的な油田細菌と異なり、この種は過酷な条件下でも増殖を続け、天然のプラスチック様物質を生成します。その物質はポリヒドロキシ酪酸（polyhydroxybutyrate）と呼ばれる生分解性のバイオポリマーで、微生物が岩面や亀裂内に粘着性のフィルムを形成するのを助けます。これらのバイオフィルムは流路を狭めるのに十分な強度を持ちつつ、小さな通路を残すことができ、「ちょうど良い」レベルの閉塞を生む可能性があります。すなわち、油を完全に封鎖することなく水を油を含む領域へと誘導できるのです。

ガラス製マイクロモデルと実岩試験

この考えが実際にどう働くかを調べるため、研究チームは破砕多孔質岩を模した透明なガラス製「マイクロモデル」を作製しました。まずこれらのモデルをイラン産の原油で飽和させ、次に塩水、その後三種類のバイオマス濃度の微生物溶液、最後に再び水を注入しました。最も明瞭な結果は中程度の微生物濃度、すなわち5.07 g/Lの場合に得られました。この場合、バイオフィルムは主に亀裂内で成長して亀裂を狭め、追加入の水を岩石マトリックスへ向け直しました。この追加の掃引により、マイクロモデルでの原位置原油に対する回収率が単なる水注入のみと比べて23パーセントポイント増加しました。しかしバイオマスを倍にすると回収率は急落しました。より厚く密なバイオフィルムが亀裂だけでなくマトリックスの入口も閉塞してしまい、水が油を動かす余地が少なくなったためです。

実験台から実際の破砕コアへ

科学者たちはこの概念を人工的に破砕した炭酸塩岩とドロマイトの実際の岩心でも繰り返しました。微生物を添加する前は、水はこれらの亀裂を非常に容易に流れていました。微生物注入後には亀裂の透水性が概ね50〜75％低下し、バイオフィルムが主要な流路を制限していることが示されました。最適化されたバイオマス濃度で油侵入実験を行ったところ、微生物注入後の水注入で回収された追加の油は、別々の二つの岩心でそれぞれ原位置原油の14％および12.6％でした。これらの増分は理想化されたガラスモデルより小さかったものの、実岩はより粗く複雑であるにもかかわらず依然として重要であり、同様の高塩分条件に耐えられない他の微生物法で報告された改善と比べても同等の水準でした。

適切なバランスを見つける

これらの実験からの重要な教訓は、微生物が多ければ多いほど良いわけではないということです。バイオマスが低すぎると亀裂は依然として開いており、水はマトリックスをバイパスし続けます。逆に非常に高いバイオマスでは、バイオフィルムが過度に成長して亀裂と周囲の岩石との連絡を遮断し、油を取り残してしまいます。最良の結果は中間的な濃度で現れました。つまり、最大の亀裂を狭めて流れを変えるのに十分な微生物成長がありながら、油を含む岩石へのアクセスを完全に遮断しない程度の量です。この「選択的閉塞」挙動—最も流れやすい通路をまず標的にする—は、微生物が亀裂内で成長しポリマーを堆積させる自然な過程から自発的に生じました。

将来の油生産にとっての意味

一般読者への要点は、特定の極限環境微生物が地下深くで賢く自己組織化する流量調整装置として機能し得るということです。適切な量のHaloferax mediterraneiを選べば、注入水の働きを強化して難しい破砕貯留層からより多くの油を掃き出すことができ、かつ過酷な塩分や温度下で機能する生分解性物質に頼ることができます。本研究が晩期油田生産のすべての課題を解決するわけでもなく、化石燃料からの移行の必要性に取って代わるわけでもありません。しかし、生物学を利用して既存の貯留層をより効率的にし、新たな掘削の必要性を減らし、既に開発された油田からより多くのエネルギーを引き出す可能性を示しています。

引用: Eslam, B.Z., Hashemi, R., Khaz’ali, A.R. et al. Experimental study of microbial enhanced oil recovery in fractured porous media using the halophilic bacterium Haloferax mediterranei. Sci Rep 16, 7452 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38949-y

キーワード: 微生物増進油回収, 破砕貯留層, Haloferax mediterranei, バイオフィルムによる閉塞, 高塩分油田