利用微生物大幅度改善化学驱效果

第２７卷增刊　２００６年１２月　

石　油　学　报　

ＡＣＴＡ　ＰＥＴＲ０ＬＥＩ　ＳＩＮＩＣＡ　Ｖｏ１．２７　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　

Ｄｅｃ．　２００６　

文章编号：０２５３—２６９７（２００６）增刊００９卜Ｏ４　利用微生物大幅度改善化学驱效果　伍晓林　侯兆伟　石　梅　王　颖　（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院　黑龙江大庆　１６３７１２）　

摘要：针对大庆油田原油酸值低、应用三元复合驱难度大等特点，筛选了两株具有良好的产酸、产表面活性剂和改善原油物性的菌　种，经鉴定分别为短短芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌。这两株菌可以降解原油中重质成分，尤其是高碳链（Ｃ２。以上）饱和烃，产生大量　的胞外有机酸，可使原油酸值平均升高１０倍以上。在发酵液中代谢产生混合酯类生物表面活性剂和低分子量有机酸、醇。微生物　作用原油后，产生的有机酸在碱性条件下能与合成表面活性剂产生很好的协同作用，使微生物作用后原油与现有三元复合体系形　成更低的界面张力，平均比未作用原油体系界面张力降低一个数量级，达到１０　ｍＮ／ｍ数量级。室内天然岩心驱油实验评价结果　表明，微生物一三元复合驱结合可比单独三元复合驱驱油效率增加近１０　ＯＯＩＰ。　关键词：微生物；原油酸值；界面张力；三元复合驱；提高采收率　中图分类号：ＴＥ３５７．９　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ—ｆｌｏｏｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　Ｗｕ　Ｘｉａｏｌｉｎ　Ｈｏｕ　Ｚｈａｏｗｅｉ　Ｓｈｉ　Ｍｅｉ　ＷａｎｇＹｉｎｇ　（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ。ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ　Ｄａｑｉｎｇ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｔｄ．，Ｄａｑｉｎｇ　１　６３７１２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｌｏｗ　ａｃｉｄ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ　ｏｆ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ＡＳＰ　ｆｌｏｏｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｄａｑｉｎｇ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ，ｔＷＯ　ｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ｂｅｔｔｅｒ　ａｃｉｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｏｉｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ａｒｅ　ｓｃｒｅｅｎｅｄ　ｏｕｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｂｒｅｖｉｂａｃｉｌｌｕｓ　ｂｒｅｖｉｓ　ａｎｄ　ｂａ—　ｃｉｌｌｕｓ　ｃｅｒｅｕｓ　ａｆｔｅｒ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｂｏｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅｍ　ｃａｎ　ｄｅｇｒａｄｅ　ｈｅａｖｙ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｈｉｇｈ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｈａｉｎ　ｏｆ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｈｙｄｒｏｃａｒ—　ｂｏｎｓ（＞Ｃ２０）ｉｎ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ，ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ａ　ｌａｒｇｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ　ｏｒｇａｎｉｃ　ａｃｉｄｓ　ｔＯ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ａｃｉｄ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｂｙ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　１０　ｔｉｍｅｓ．Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ　ｏｃｃｕｒｓ　ｉｎ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｌｉｑｕｏｒ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｅｓ　ｍｉｘｅｄ－ｅｓｔｅｒｓ　ｂｉｏ—ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ，ｏｒｇａｎｉｃ　ａｃｉｄｓ　ａｎｄ　ａｌｃｏｈｏｌｓ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｍｏ—　ｌｅｃｕｌａｒ—ｗｅｉｇｈｔ．Ａｆｔｅｒ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ａｃｔｓ　ｏｎ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ，ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ａｃｉｄ　ｃａｎ　ｓｙｎｅｒｇｉｚｅ　ｗｉｔｈ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ　ｉｎ　ａｌｋａｌｉ　ｃｏｎ—　ｄｉｔｉｏｎ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｆｏｒｍ　ｌｏｗｅｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｔｅｎｓｉｏｎ（ＩＦＴ）ｂｅｔｗｅｅｎ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ＡＳＰ　ｆｌｏｏｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｖｅｒａｇｅｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｏｎｅ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ　ｏｒｄｅｒ　ｏｆ　１Ｆｒ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔＯ　ｕｎａｃｔｅｄ　ｏｉｌ　ｓｙｓｔｅｍ。ｕｐ　ｔｏ　１０一ｍＮ／ｍ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ　ｏｒｄｅｒ．Ｌａｂ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｎａｔｕｒａｌ　ｃｏｒｅｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｃｏｍ—　ｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ＡＳＰ　ｆｌｏｏｄｉｎｇ　ｃａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｂｙ　ａｂｏｕｔ　１０　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｌｙ　ｕｓｉｎｇ　ＡＳＰ　ｆｌｏｏｄｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ；ａｃｉｄ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ；ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｔｅｎｓｉｏｎ；ＡＳＰ　ｆｌｏｏｄｉｎｇ；ＥＯＲ　

随着原油新储量发现机会的减少和开采中后期　油田产量的递减，促进了提高原油采收率技术的发　展，在这些技术中碱一表面活性剂驱油（ＡＳ）和碱一表面　活性剂一聚合物驱油（ＡＳＰ）技术具有广阔的应用前　景＿】。］。大庆油田三元复合驱比水驱采收率高２Ｏ　Ｏ０ＩＰ（原始石油地质储量）。但是，大庆油田原油酸值　（以ＫＯＨ计）低，仅为０．０１　ｍｇ／ｇ＿４］，这给经济合理的　三元复合驱配方研究带来了较大的困难。２Ｏ世纪９Ｏ　年代末，Ｄ．Ｂ．Ｅｖａｎａｓ和Ａ．Ｋ．Ｓｔｅｐｐ等人『５　提出了微　生物与化学驱结合的研究思路。笔者基于微生物发　酵液与微生物作用前后原油间的界面张力行为，通过　碱一发酵液一微生物作用后原油一合成表面活性剂　问的协同作用，优化微生物一三元复合驱的配方及注入　方式，达到进一步改善三元复合驱的效果。　

１实验材料及方法　１．１实验材料　实验菌种从大庆油田第一采油厂含油污水中分　离筛选出的两株微生物菌种。通过中国科学院微生　物研究所菌种鉴定，分别为短短芽孢杆菌和蜡状芽孢　杆菌。培养基为大庆油田第一采油厂产出污水、氯化　钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化氨、酵母浸　粉及微量元素，ｐＨ值为７．０～７．２。培养温度为大庆　油藏温度４５℃。培养用水为大庆油田第一采油厂产　

基金项目：中国石油天然气股份有限公司重点科技攻关项目（０４０１１１９—１）“进一步提高采收率技术”部分成果。　作者简介；伍晓林，男，１９６６年９月生，２００５年获江南大学生物工程博士学位，现为大庆油田有限责任公司勘探开发研究院高级工程师，主要从事三　次采油研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｘｌｄｑ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｒｎ．ｃｎ　

维普资讯 http://www.cqvip.com ９２　石　油　学　报　２００６年第２７卷　出污水，离子组成：Ｃｌ一为５４５．９３　ｍｇ／Ｌ，Ｃａ抖为１１．６２　ｍｇ／Ｌ，Ｍｇ　’‘为６．５６　ｍｇ／Ｌ，ＳＯ４　一为２７．８７　ｍｇ／Ｌ，　ＣＯ３　一为２２３．２４　ｍｇ／Ｌ，ＨＣＯ３一为１　９１５．７１　ｍｇ／Ｌ，　Ｎａ’‘和Ｋ　为１　２３４．５６　ｍｇ／Ｌ；总矿化度为　３　９６５　ｍｇ／Ｌ。培养用油为大庆油田第一采油厂的井　口脱气、脱水原油。　１．２实验方法　用大庆油田第一采油厂产出污水配制的培养液　分装到三角瓶中，灭菌。分别接入活化的蜡状芽孢杆　菌、短短芽孢杆菌菌种，并保留一空白样，加入２　原　油，放入摇床４５℃条件下发酵１０　ｄ，摇床转速为１２０　ｒ／ｍｉｎ。发酵结束后，将发酵液在３０００　ｒ／ｍｉｎ条件下　冷冻离心２０　ｍｉｎ，进行油水分离，取上层油样放冰箱　

保存，或即时进行组分分析。　２微生物作用结果与讨论　２．１对原油组分的影响　２．１．１　原油族组成变化　微生物作用后，原油中饱和烃、芳烃以及非烃的　相对含量都有不同程度的变化（见表１）。尽管不同微　生物对相同原油中各组分的作用有所差异，但都表现　出微生物作用后原油中饱和烃相对比例降低，非烃相　对比例增加，而芳烃含量的变化规律性不强。从分析　数据上看，两种微生物对饱和烃具有不同程度地降解　作用，短短芽孢杆菌降解能力强于蜡状芽孢杆菌。　２．１．２　原油中饱和烃的变化　

表１微生物作用前后原油族组成分析结果　Ｔａｂｌｅ　１　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｏｒ　ｇｒｏｕｐ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　

将微生物作用前后的原油分离得到的饱和烃分　别进行了气相色谱分析，结果表明菌种短短芽孢杆菌　和蜡状芽孢杆菌作用原油烃时只降解高碳链（＞Ｃ　。）　饱和烷烃，不降解低碳链（≤Ｃ　。）饱和烷烃；微生物在　降解高碳链饱和烷烃时没有低碳饱和烷烃的生成［４］。　２．１．３　原油中芳烃的变化　采用ＧＣ—ＭＳ法分析原油中芳烃。经微生物降解　后，原油芳烃中菲系列的相对含量都发生了变化（见　表２）。微生物选择性地降解了菲系列中的不同组分，　引起ＭＰＩ、ＤＰＩ指数（ＩＭＰＩ和Ｉ　）的变化。其中　ＭＰＩ一１．５×（２一甲基菲＋３一甲基菲）／（菲＋１一甲基　菲＋９一甲基菲）　Ｉ１３ｐＩ一４×（２一甲基菲①＋２一甲基菲②＋２一甲基菲　③＋２一甲基菲④）／（菲＋２一甲基菲⑤＋２一甲基菲⑥＋２一　甲基菲⑦）　原油中的菲系列一般认为是来自甾萜化合物的　裂解。由于烷基在菲环上位置不同，稳定性也有差　异［６］，一般处在Ｂ位的甲基，如３一甲基和２一甲基菲较稳　定，在ａ位的１一甲基、４一甲基菲以及处于中位的９一甲基　菲比较活跃，二甲基菲也有相似规律，从　ａ型、ａＪ３型　至　型，稳定性依次增高，微生物作用后，原油的ＭＰＩ　和ＤＰＩ指数均有一定程度的提高，说明菲系列中化学　性质较为活跃的组分易被实验菌种降解。　２．１．４　原油中极性组分的变化　

表２微生物作用前后原油中芳烃ＧＣ－ＭＳ分析结果　Ｔａｂｌｅ　２　ＧＣ－ＭＳ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｏｒ　ａｒｏｍａｔｉｃ　Ｕｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　

从原油的族组成分析结果可以看出，微生物作用以　后，原油中非烃含量有较大幅度地增加。为此，采用　ＧＣ—ＭＳ方法对油相提取物中微生物产生的酸、醇、酮　等物质进行了分析研究。空白原油中共检出极性物　质５６种。醇类化合物为３１种，醛、酮类化合物为１１　种，酯类化合物为７种，脂肪酸化合物为７种。空白原　油中极性含氧物质以醇、酯类为主，占已检出极性物　质的９７．４６　，脂肪酸类化合物含量较低，证明大庆原　油为低酸值原油（小于０．０１　ｍｇ／ｇ）。蜡状芽孢杆菌作　用原油中有２种与空白原油中的脂肪酸相同，新产生　的脂肪酸类化合物共有１５种；短短芽孢杆菌作用原　油中有两种酸与空白原油中的酸相同，新产生的酸有　２２种。脂肪酸质量分数由作用前的１．Ｏ５　９／６分别升高　到６Ｏ．Ｏ５　和６１．Ｏ２　。短短芽孢杆菌和蜡状芽孢杆　菌作用大庆原油后，产酸以饱和烷基酸为主，尤其以　直链饱和烷基酸居多；同时也生成一定量的环烷、烯