生物表面活性剂在石油工业中的应用及发展趋势

生物表面活性剂在石油工业中的应用及发展趋势 生物表面活性剂在石油工业中的应用优势 生物表面活性剂具有很多优点：①结构更多样、可以用于特殊领域；②表面活性乳化更强；③可生物降解、无毒或低毒，对环境不造成污染；④生产工艺简单、施工简单，可以从工业废物中生产，有利于环境治理；⑤通过微小孔隙能力强、不堵地层，在极端温度、pH值、盐浓度下具有很好的选择性和专一性；⑥耐盐性好，不结垢，保护地层。因此，可以适用于超微孔隙、超低渗、连通性差、常规注水见效差、含蜡量高、温度过低／过高、矿化度高的地层进行作用. 在石油开采驱油工艺中的应用 现阶段大多数油田已经进入二次驱油的中后期，地下剩余原油仍有大约50％以上，所以提高采收率是当今石油工业的重要研究领域。微生物采油可以提高采油率，在油田上得到了很好的发展和利用。大庆油田在萨北开发区小井距试验区开展生物表面活性剂先导性矿场试中，全区提高采油率16.64％，中心井提高采收率23.24％；在头台油田选取了头台油田用一个五点法小型井网作为微生物驱油先导矿场试验区。采收率提高为51％一8l％。新疆克拉玛依油田选育出对稠油具有显著降黏作用的微生物菌种，对稠油的降黏率可达70％．能够降 解稠油中的非烃和长链饱和烃，并首次在克拉玛依油田进行了6口井的微生物吞吐开采稠油矿场试验，累计增油865t。在甘肃工区油井，采用生物表面活性剂强化水驱。注人生物表面活性剂8t，其中留62-72井组平均日增油20t。留62-75井组平均日增油12t。青海油田地层水中分离培养出4株微生物菌种均能适应青海油田温度及高矿化度地质环 境。在2口井的现场试验证明，微生物采油具有良好的提高石油采收率的效果和清蜡减阻效果。另外，在文留油田、河南油田、百口泉采油厂、新北油田、徐家围子低渗透油田等也都进行了相关的研究。 在油井清防蜡技术中的应用 三次驱油开采出原油含有较多石蜡和沥青质，这些高分子物质在油井和输油管道中沉积，给原油开采和集输造成很大问题，大多数油田采用加热或添加化学除蜡荆的方法来解决。但加热除蜡的成本较高，添加化学除蜡剂的后续处理比较困难，而生物表面活性剂的使用能很好的解决这一难题。胜利油田孤岛采油厂井筒结蜡非常严重，应用生物清防螬技术处理后，9口可对比油井全部停止了加清防蜡剂，停止热洗，载荷下降．还可达到一定的增油效果。I Lazar等利用从油井中分离筛选出3株菌组成的混合菌落，可以很好的清除油井模型中沥青质和石蜡的沉积物，并能分解固态石油沉积物的生物，用于防止结蜡取得了较好效果。 在原油破乳中的应用 传统的化学破乳剂一般为高分子难降解的有机物，对环境污染大，而利用生物表面活性剂破乳符合环保生产的要求。微生物表面活性剂的加入，使得界面膜电容随时间增加而增大的趋势更明显，界面膜破裂的时间缩短。不仅能乳化碳氢化合物。而且无毒且能被生物完全降解，对环境不造成污染，还能稳定其乳化体系。分离、回收石油馏分，提高对资源的再利用。早在2003年，胜利油田纯粱采油厂与四川大学生物研究所、东营生物工程公司联合开发了适合目前多数原油性质的HRB系列生物破乳剂。其中HRB-4型生物破乳剂在纯粱采油现场进行了大面积的推广应用，取得了良好的效果，各采油站来液混合后，原油含水低于15％，较原来降低10％。净化油含水≤0.5％。 在石油污染环境修复工程中的应用 石油污染已成为世界性的公害之一。主要有土壤污染和水资源染．石油中大分子量烃类如多环芳烃(PAHs)等难溶于水相。会牢牢地吸附在固相土粒上而较难降解。生物表面活性剂在石油污染生物修复中得到了大量应用，可以增强土壤中疏水污染物的生物可利用性和生物降解的作用。能有效地将石油烃分散成水液滴，并进一步降解，促进石油污染的生物修复，减少对环境造成污染和破坏等作用。近年来，许多学者在微生物修复石油污染土壤中引人生物表面活性剂。以提高石油降解率。 在石油工业中其它方面的应用 其它方面主要有篇堵及降压增注方面上的应用，在生物表面活性剂解堵方面，延长油田青化砭采油厂对贾138-3、138-8两口井实施生物表面活性荆解堵，20 d后日常量由0.35 t增至1.8 t，有效期为90 d左右，效果明显。在降压增注方面，华北油田采油厂对注水井组使用生物表面活性剂实施降压增注，井组注水压力由20MPa降至16Mn，日注水量由30m2增至35m2。 生物表面活性剂在油田开发中的应用 物表面活性剂在油田的应用 应用于石油开采业(MEOR技术) 石油的采收率是较低的，早期的石油开发主要依靠自然能量，称为一次采油，一次采油的采收率只有15％左右。本世纪30⋯40年代开始推广以补充油藏能量的注水、注气为主的二次采油工艺技术，使石油的采收率提高至40—50％，但仍有大量的石油遗留在油藏中。为了更多地采出这部分石油，又发展了以改变石油与驱油工作剂之间的界面张力为主的三次采油(EOR)技术，向油井中注入化学合成的表面活性剂，以降低原油与水的界面张力，使地层毛细管孔隙中所夹持的原油大量释放出来，从而提高原油采收率。但化学合成的表面活性剂通常难以生物降解，会造成严重的环境污染。而生物表面活性剂可被微生物降解，所以不会对环境造成污染。 由于石油工业对生物表面活性剂的纯度和专一性要求不高，所以可直接使用含完整微生物细胞的生物表面活性剂发酵液。生物表面活性剂可降低原油与水两相界面的张力，从而可提高油田的开采量。以前人们直接向地下注入产生物表面活性剂的微生物，并配以适当的营养物质，以地下石油为唯一碳源，将油层当作生物反应器的微生物驱采油方法是目前国内外力争攻克的难题。微生物驱与化学驱的重要区别是微生物不但可沿注水压差方向运移，还可在油层中纵深迁移，并与水驱难以扫及的原油作用，大大提高了水驱或化学驱的波及效率。现在随着生物工程技术的发展，微生物产生的表活剂被认为是微生物提高采收率的重要因素。借助生物表面活性剂可以在地面采用工厂化的方法生产并适度提纯的技术的进度，采油工程技术人员可以直接向井下注入生物表面活性剂，这样便可以直接有效的控制加入量和浓度。据报道，紫红诺卡氏菌(Nocardia rhodochrous)产生的海藻糖脂，用于地下砂石中石油的回收，出油率提高了30％。 生物表面活性剂在油田环境工程中的应用 油田生产中许多化学合成表面活性剂由于难降解、有毒及在生态系统中的积累等性质而破坏生态环境，相比之下，生物表面活性剂则由于易生物降解、对生态环境无毒等特性而更适合于环境工程中污染治 理。 生物表面活性剂在油田设备清洗工程中的应用 自20世纪70年代以来，国内外已开始采用生物表面活性剂乳化清洗技术，如美国、前苏联、德国、日本、以色列、中国等。装油容器、管道表面会慢慢形成一层油膜，特别是装原油的油罐，时间长了，会沉积许多油泥，其中大部分为原油重质组分，并含其它机杂、土、添加剂及重质组分粘度大，不便抽吸排放。这些油泥的存在不但会占用许多空间，影响油罐有效装油量，同时会诱发其它一些不利因素如腐蚀等，从而影响油罐使用寿命。 生物表面活性剂具有两亲结构，可牢固吸附在油水界面，低分子生物表面活性剂对降低界面张力和表面张力极为有效，高分子生物表面活性剂可牢固粘合在界面，利于油水乳状液的稳定，是一种优良的生物乳化剂。它们具有三种显著的特点：(1)增加亲油的水不溶培养基质的表面积：(2)通过增加亲油培养基的溶解性或从表面吸附它们而增加其生物利用率；(3)调整微生物与表面的附着和分离。 低粘度乳状液易于用泵抽出，破乳后可轻易分离回收大部分油。这种生物表面活性剂主要由石油烃降解菌产生并可增加细菌与石油烃培养介质的接触(见Prince&Morton，Robert等报道)，也可由可溶性的碳源如碳水化合物产生(见Cooper等，Person&Molin等道)I．M．Banat等培育了一种高产BS优势菌株Petl006，并通过清洗1500L的油罐中间试验证实了这种清洗工艺的可行性。在此基础上，对科威特850m3油泥进行了清洗处理(油罐直径44m，油污高度l一1.5m)，回收了774m原油，占91％，经济效益显著。与传统的人工清洗工艺相比，大大减轻了对人体的危害程度。 矿场试验 由于生物表面活性剂在油田的应用很广泛，这里介绍提高原油采收率的现场应用情况。生物表面活性剂的矿场实验可以选择两种方式：一种是地面发酵，即向地下注入微生物的代谢产物，这种方法的优点是：由于发酵是在地面进行的，微生物生长和代谢活动不受地层条件的影响，只要选择产生表面活性剂的能力强的菌种和摸索合适的生产件，就可以获得大量驱油剂，不用考虑地层条件对微生物生长和代谢产物积累的影响，成功的可能性很大；另外一种是将微生物一微生物表面活性剂(好氧或厌氧，厌氧微生物代谢表面活性剂不需要氧)的产物注入油田中，靠微生物生长在油层中产生微生物表面活性剂，这就需要建立一套在油层中有利于微生物生长和高度活化的方法；这就需要选择适应油层条件，具有改变原油组分和性能、耐压、耐盐的微生物体系。 生物表面活性剂及其应用 应用于石油开采业(MEOR技术) 由于石油工业对生物表面活性剂的纯度和专一性要求不高，所以可直接使用含完整微生物细胞的生物表面活性剂发醉液。微生物强化采油(micorbialen hancedo iler covery,>M EOR)技术就是指往油层中注人某些微生物，同时注人一些微生物生长所必需的营养物，这些微生物在生长的同时，能产生生物表面活性剂。这些生物表面活性剂可降 低原油与水两相界面的张力，从而可提高油田的开采量lito M EOR技术是生物表面活性剂的一个重要应用领域。在油田开采中，应用一次及二次采油技术开采后，仍有大约70%的原油滞留在储油层中。为进一步采集这些极为可观的残留原油，通常向油井中注人化学合成的表面活性剂，以降低原油与水的界面张力，使地层毛细管孔隙中所夹持的原油大量释放出来，从而提高原油采收率191。但化学合成的表面活性剂通常难以生物降解，会造成严重的环境污染。而生物表面活性剂可被微生物降解，所以不会对环境造成污染。 直接向地下注人产生物表面活性剂的微生物，并配以适当的营养物质，以地下石油为唯一碳源，将油层当作生物反应器的微生物驱采油方法是目前国内外力争攻克的难题I9l。微生物驱与化学驱的重要区别是微生物不但可沿注水压差方向运移，还可在油层中纵深迁移，并与水驱难以扫及的原油作用，大大提高了水驱或化学驱的波及效率。另外微生物在与原油作用的同时，会产生有利于提高原油采收率的代谢产物，除产生生物表面活性剂外，还产生某些小分子的有机酸、有机溶剂等，既能降低油水间界面张力，又使油层的通透性增强。在此 基础上，再与化学驱结合将会在最大程度提高原油采收率的同时，大大降低化学驱的成本[Im。据报道，紫红诺卡氏菌(Nocardia rhodochrow)产生的海藻糖脂，用于地下砂石中石油的回收，出油率提高了30%. 生物表面活性剂及其应用1 在石油工业和环境工程中的应用