生物表面活性劑驅油效能研究

油氣藏評價與開發

第２卷第１期

２０１２年２月

生物表面活性劑驅油效能研究

吳維高　，呂迪

（１．中國海洋大學化學化工學院，山東青島２６６１００；２．中國地質大學（武漢）資源學院，湖北武漢４３００７４）

摘要：為**生物表面活性劑菌種採油效能及礦場應用潛力，在吉林油區廣泛取樣，採用特定培養基對菌種進行篩選，在建立生物表面活性劑檢測方法的基礎上，對菌種生長代謝及發酵環境條件進行了分析。採用色譜法對菌種作用**後組

分變化進行了定性分析，在室內物模驅油效率試驗的基礎上，進行了礦場清防蠟應用試驗。**經生物表面活性劑菌作用後，油水介面張力降低到１０～ｍｎ／ｍ，**黏度下降５０％；室內物模驅油效率試驗提高採收率１０％以上，礦場清防蠟有效率＞６５％，單井平均增油７３．５ｔ；在微生物強化水驅、油井清防蠟及近井解堵等ｍｅｏｒ工藝方面具有良好的應用前景。關鍵詞：

微生物採油；生物表面活性劑；菌種；試驗分析；吉林油田中圖分類號：ｔｅ３５７．９

文獻標識碼：ａ

生物表面活性劑簡稱從節約能源、保護環境來看，用發酵方法通過微生物合成的表面活性劑，具有可作為營養底物的原

ｂｉａ）是二十世紀七十年代後期發展起來的，到九十年代，隨著微生物採油技術簡稱ｍｅｏｒ）的興起，進一步促進了生物表面活性劑的研發。可產出ｂｉａ的微生物種類很多，

料種類多、**廣，生產工藝簡便、成本低廉，無毒、能被微生物完全降解、對環境無汙染，在油田提高石油採收率的應用中也不需要純化等優點，在替代化工合成表面活性劑的某些方面上具有良好前景。特別是一些菌種，在油藏內可代謝降解**，生成表面

產出ｂｉａ的型別紛雜，其化學官能團多、結構複雜、在降低介面張力、乳化的形成和穩定性、以及耐陽離子等方面效能優良，ｂｉａ介面性質對溫度、ｐｈ值、鹽含量不敏感，在油層中抗岩石吸附、抗離子化作用、

活性劑、溶劑等有益於提高**流動的物質，疏通地層孔隙、改變儲層潤濕性，減少和降低石蠟、膠質、瀝青質等組分的結垢與沉積，降低油／水／岩石介面張力，既能增大波及體積又能提高洗油效率，從而綜合

抗沉澱作用、抗流體化學損失，及其潤濕性、加溶性、洗油性都優於化學合成表面活性劑　。

收稿日期

第一作者簡介：吳維高（１９７７一），男，碩士，工程師，現從事三次採油及表面活性劑相關技術研究。

第１期吳維高，等．生物表面活性劑驅油效能研究５１

地提高**採收率。相乳化體積增加大（體積增大＞１５％１、**黏度降低多（黏度降低＞５０％）、菌液表面張力低油水介面張力小的菌株就是高產ｂｉａ菌種。

１生物表面活性劑菌種的篩選方法

現已知的能降解石油烴類的微生物有近３０個屬

１００多種，如

２生物表面活性劑產量的測定方法

在２５０ｍｌ培養瓶中裝入５０ｍｌ培養基，滅菌後接種ｂｉａ菌株，在油藏溫度下密閉**培養７～１０ｄ，去掉剩餘**收集水相。①採用

生化反應法（或硫酸一酚法１測定培養液中鼠李糖酸

ｖｉｂｒｉｏ等對兒茶酚、苯蒽、苯芘、芴

亦有降解作用。這些能以**組分為碳源和能源生長的微生物，或多或少地代謝產出ｂｉａ，是微生物採油的首選菌種。

脂等ｂｉａ含量。離心去掉發酵液中菌細胞，取上清液ｆ３　ｍｌ），用０．２ｎ鹽酸把ｐｈ調到２．０後在４℃冰箱

在吉林油區扶餘、新民、新立、新木、紅崗等油田，取**汙染的土樣、水樣及油井產出水樣（表１），用無菌水稀釋塗佈或用油水液富集培養一定時間後

內放置一天，然後用ｃｈｃ１，和混合液萃取富集ｂｉａ；將溶劑蒸發掉，剩餘的物質溶解到溶液中ｆ３ｍｌ），使用色質聯用儀對ｂｉａ進行定性、定量分析。菌株以５％糖蜜ｆ總糖含量５１％）為培養基，ｂｉａ的產量超過０．１ｇ，對底物糖

稀釋塗佈，在固體平板培養基上單菌落分離，側重考察篩選在固體培養基上形成表面活性劑潤圈的菌株。ｂｉａ菌種在脫纖血紅素平板培養基上生長，會形

成乳化圈，並使血紅素脫色　，因而可以使用脫纖血紅素鑑別性培養基對ｂｉａ菌種進行定性捕集篩選；乳化圈越大、脫色後顏色越淺、越透明，表明菌種代謝產出ｂｉａ能力越強、效能越好。

類的轉化率為０．５％～５％；②乳化指數的測量，把３ｍｌ烷烴或煤油加入到ｂｉａ菌種發酵液（離心後的）７ｍｌ上清液中，振盪２０ａｉｒｎ充分混合，靜止存放２ｈ讓油水兩相分層後，測定乳化層厚度。以（乳化層的

在平板上挑出單菌落，劃線純化後，進行液體培養，測試其產出ｂｉａ的效能和指標，確定其是否具有乳化重液石蠟ｆ或**）和降低油水介面張力的能力。採用平板塗佈菌落計數法、血球計數器觀測法或ａｔｐ儀細胞濃度測定法，對菌株生長規律和發酵

高度／總高度）×１００％計算乳化指數。放置１０～２０ｄ後，比較乳化狀態與乳化層厚度變化來判別ｂｉａ的乳化穩定性；③防蠟率的測定，使用**含蠟測定儀，恒重掛蠟杯，裝入相同體積的**後，分別加入的菌種發酵液攪勻，置於６０℃恆溫箱中作用３０　ｒａｉｎ後取出；在室溫下靜放６０　ｍｉｎ掛蠟，

然後倒置３０　ｍｉｎ流出**，稱重掛蠟量，與不加菌

液菌體濃度進行測定。採用吊環法測定菌株發酵液靜態表面張力，採用旋轉懸滴法測定菌株發酵液與**問的介面張力。細胞增殖速度快（＜７２ｈ達

液空白比較計算防蠟率（表２）。

ｂｉａ產量高乳化指數大（＞４０％）、

到指數生長期）、濃度高（菌體濃度油

表１ｂｉａ菌種篩選取樣區域油藏地質條件資料

ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ

第１期吳維高，等．生物表面活性劑驅油效能研究

流動性能得到顯著改善。

５３ｂｉａ一般呈現非離子型或陰離子型表面活性劑的特性，與油藏環境具有良好的配伍性，而常規化學表活劑與油藏環境、特別是油水性質匹配性很差，一些油藏常常需要選擇使用特殊的化學表活劑。ｂｉａ

５室內物模驅油試驗

採用常規驅油岩心及裝置，進行ｂｉａ菌種室內

抗吸附性好，儲層砂體對常規化學表活劑吸附量一般都大於而ｂｉａ小於０．５　ｍｇ／ｇ。礦化度、溫度、金屬離子對ｂｉａ介面活性值影響很小，常規化

物模驅油效率試驗。使用油層水驅替至無**產出後，ｈ２、ｆ７菌直接注入發酵液（濃度則是先注入菌種發酵液ｆ濃度之後再注入５％糖蜜復配營養液０．４ｐｖ，關閉１５　ｄ之後再水驅至無油產出，４個菌種室內物模驅替試驗，比

學表活劑只有在高礦化度汙水條件下才能使油水介面張力降低到１０～ｍｎ／ｍ，在注入低礦化度清水中，無法有效降低油水兩相介面張力，因而常常需要加入鹼劑以輔助降低油水兩相介面張力，而造成腐蝕與結垢等問題。

水驅採收率高出９％～１３％（表４），預示了生物表活劑驅的良好潛力。

細菌代謝產出ｂｉａ對**具有較強的溶解、乳

４表活劑菌種對**的作用與影響

以**為唯一碳源的無機鹽培養基，進行ｂｉａ

化、稀釋和降黏作用，可改善儲油巖的潤濕性，使岩石孔隙中的殘餘油易於剝離。這幾株能利用**代

謝產出ｂｉａ的菌種，在油水介面上的濃度較水相中

菌作用**實驗，色譜全烴分析比較微生物作用前後，**中烴類組分含量變化值　，來確定菌種降解石蠟能力和降解碳鏈長度。ｂｉａ菌作用後，**含蠟量由１５．８％下降到７．９％，正烷烴含量明顯減少（圖１、表３１。不同ｂｉａ菌代謝烴類能力不同，降解碳鏈長度不同，ｆ７、ｍ９降解ｃ　～ｃｃ．～ｃ，能力相對較好。

**經微生物作用後，低碳數烷烴相對含量增加，高碳數烷烴含量相對減少。主峰碳數變小、ｎｃ：，一／

的濃度高出以上。菌體細胞吸附在擴散

於水中油滴的油一水介面上，能有效加強油滴間的排斥力，從而進一步穩定對**的乳化作用，使**更分散、更易流動，更易於驅替和採出　。

６礦場應用試驗

近幾年吉林油田應用ｍｅｏｒ表活劑菌種，選擇低溫、低礦化度、井筒易結蠟、結垢油井，實施礦場

姥鮫烷／植烷比值增大，ｏｅｐ值、姥鮫烷／ｎｃ　烷、植烷／ｎｃ　烷比值減小，正烷烴碳數分布曲線波峰向左前方偏移［４１。

色質聯用儀（ｇｃ／￣ｓ）定性分析表明：細菌作用原

清防蠟作業３０１井次。其主要工作程式是：停抽油井，放空套管氣壓，從井口油套環形空間直接幫浦人ｂｉａ菌種發酵液營養液ｌ５～２５ｍ　。對產

油後，能氧化降解高碳烴類組分，代謝產生眾多輕質組分、溶劑及表活劑。如乙（丙）醇、乙二醇、丙三醇、乙ｆ丙、丁、戊、己）酸、環已基甲（乙）酸、癸烯酸、ｃｏ。、ｃｈ　、己ｆ庚）烯醛、十四醛、十六烷酸、己二酸二辛脂、苯甲酸二乙基己脂、低碳鏈帶枝權鏈的異烷烴、脂肪酸、醣脂、肽脂等多種低沸點有機物（圖１）。

ｂｉａ菌種搖瓶發酵作用**試驗中，在菌種培養瓶內加入的**，與空白相比明顯地不掛瓶壁，**被乳化，與

液量高、結蠟嚴重的油井，相應地增加菌種發酵液及營養液的用量，以增加其在井筒及近井地帶的作用時間和效果。一般結蠟井６—８個月進行一次微生

物清防蠟處理，嚴重結蠟井３個月進行一次微生物清防蠟處理作業，且在作業後關井７～１５　ｄ。試驗後油井產能明顯增大，多數井含水下降，產油量增加，忽略遞減，扣除關井期間耽誤的產量，１９６井次明顯

增效，有效率＞６５％，累增油２２　１７８　ｔ，平均單井次增產**７３．５　ｔ，部分高效井見表５。

菌液形成混相，油水介面張力和**黏度大大降低，

表３生物表活劑菌種作用前後**含蠟分析資料

油氣藏評價與開發

表４生物表活劑菌種室內物理模擬驅替試驗資料

第２卷表５生物表活劑菌種礦場清防蠟試驗前後油井產量變化資料

ｆｉｅｌｄ

動。７結論

１）ｂｉａ菌種在固體培養基上形成較大的單菌落，能使脫纖血紅蛋白脫色，且在菌落周圍形成擴充套件的透明乳化圈。碳源、氮源的種類和濃度，金屬離

３）ｂｉａ菌室內物模驅油效率＞９％，礦場應用單井增油７３．５　ｔ，在微生物驅、油井清防蠟及近井解堵等ｍｅｏｒ工藝方面具有良好的應用前景。ｂｉａ適應範圍廣，其潤濕性、加溶性、乳化性，以及抗岩石吸附

性、抗地層流體化學損失等方面，比化學表面活性劑更具優越性。參考

文獻子、極性基團、生長因子以及營養液初始ｐｈ值等條件對菌體合成ｂｉａ都存在影響。在菌體細胞進入指

數生長期後加入液蠟、植物油等，能有效地促進生物表面活性劑的合成與產出。

２）篩選到的幾株ｂｉａ菌，以糖蜜為培養基好氧發酵，可產生大量的介面活性物質，可使油水介面張

【１】方云編譯．生物表面活性劑［ｍ】．北京：中國輕工業出版社．１９９２：

１４４—１５５．

［２］彭裕生．微生物提高採收率的礦場研究［ｍ］．北京：石油工業出

版社ｆ３３１楊光，冉海濤，呂振山．微生物清防蠟技術研究與應用［ｊ】＿中外

石油化工

力降低到１０～ｍｎ／ｍ，作用**後可使其黏度降低５０％以上。菌種在相應區塊油藏環境條件下增殖速度快、活動效能好、代謝旺盛、競爭力強、可配伍性好。菌體及其代謝產物對**具有良好的乳化、分散、溶解及脫附能力，使高含膠、含蠟**黏度顯著下降，形成水包油乳化液，有利於**的釋放和流

［４】王寶清，陳智宇，劉金峰，等．微生物採油效果試驗研究［ｊ１．油氣

採收率技術

ｌ５】索忠英，楊建華，王衛國，等．微生物採油技術的研究及現場應

用【ｊｊ．鑽採工藝

（編輯嚴駿）

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