微生物降解技術(shù)在稠油開采中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究

劉瀟陽，韓 興，焦 彤，魏麟權(quán)，潘顥丹

（遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001）

隨著微生物稠油開采技術(shù)研究的不斷深入，及其在稠油開采領(lǐng)域良好潛力的展現(xiàn)，該技術(shù)在國內(nèi)許多油田開始受到重視[1-3]。在我國，粘度大于1 000 mPa·s的稠油資源分布廣泛，陸地中稠油資源約占石油總資源的20%以上[4,5]，其主要特征是瀝青質(zhì)含量比較高，具有較高的凝固點(diǎn)。因此，稠油在開采過程中，開采流程困難、提取困難、成本高昂[6]。我國準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、吐魯番盆地、渤海灣盆地和松遼盆地等集中了許多石油資源，其中塔里木的塔河油田、渤海的PL193油田更是稠油大油田。如果能夠找到一個(gè)符合成本效益的方式來開采和收集這些稠油，對緩解我國石油進(jìn)口壓力具有非常重要的意義[7-9]。

微生物提高稠油采收率技術(shù)（MEOR）是將特定的、經(jīng)過富集培養(yǎng)的微生物注入油層，通過它們在油藏內(nèi)生存、代謝、增殖和遷躍作用，使二次采油的采油率大大提高[10-12]。20世紀(jì)末，遼河油田首次開展了將微生物用于稠油開采技術(shù)的全方位實(shí)驗(yàn)，這也是我國開展的最早的關(guān)于稠油微生物開采技術(shù)的研究[13]。在這第一次的研究取得些許成果之后，大慶、勝利、新疆、大港、青海等地的油田紛紛對這一技術(shù)開始了自主研發(fā)與應(yīng)用。盡管如此，稠油的微生物降解技術(shù)在我國的工業(yè)化應(yīng)用仍處在試驗(yàn)研究階段[14-18]。

本文針對稠油開采難的問題，采用微生物對稠油進(jìn)行降解。通過對細(xì)菌進(jìn)行分離和篩選，選出最有效的降解稠油的菌株，進(jìn)行培養(yǎng)繁殖和馴化。采用馴化后的細(xì)菌對石油進(jìn)行降解，對比研究細(xì)菌降解稠油的效果，同時(shí)對細(xì)菌降解稠油的機(jī)理進(jìn)行探討，使微生物的稠油降解得到更廣泛的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)油樣的選取

實(shí)驗(yàn)用的稠油樣品來自遼寧某油田的稠油區(qū)。

1.2 菌種的富集與培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)用菌采用的是來自遼寧該油田的油水樣。將菌液放入恒溫振蕩培養(yǎng)箱內(nèi)于50 ℃培養(yǎng)。取出1 mL培養(yǎng)好的菌液放入培養(yǎng)皿中，加入配置好的培養(yǎng)基搖勻，再放入培養(yǎng)箱內(nèi)振蕩培養(yǎng)。重復(fù)上述步驟，即可得到高純度的菌種。

1.3 稠油的微生物降解實(shí)驗(yàn)

將稠油與培養(yǎng)好的菌液混合，放置在溫度為50℃、轉(zhuǎn)速為160 r/min的恒溫震蕩箱中震蕩培養(yǎng)。3 d后，分別取細(xì)菌作用前后的實(shí)驗(yàn)樣品，進(jìn)行粘度、含蠟量、界面張力和組分等數(shù)據(jù)的測量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 微生物對稠油粘度和含蠟量的作用

表1列出了稠油樣品在微生物作用前后粘度和含蠟量的數(shù)據(jù)。從表中可以看出：在微生物作用前，稠油的粘度為368.4 mPa·s，含蠟量為30.26%；而在微生物作用3d后稠油的粘度降低為284.6 mPa·s，含蠟量降低為 26.5%。這說明，微生物對稠油粘度和含蠟量都有不同程度的降低作用，粘度降低率為22.7%，含蠟量降低率為12.4%。

表1 稠油粘度和含蠟量在微生物作用前后的變化Table 1 The change of viscosity of heavy oil and wax content before and after the microbial function

2.2 微生物對稠油界面張力的作用

要降低油水界面的張力可以通過小分子的醇、酮和微生物自身生成的表面活性物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)[19]。上述物質(zhì)還可使油水乳化。通過旋轉(zhuǎn)界面張力儀可以直觀的看出上述物質(zhì)對界面張力的作用，并測量出稠油在微生物作用前后界面張力變化的數(shù)據(jù)。

表2列出了微生物作用前后稠油界面張力的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，稠油經(jīng)微生物作用后，油水界面的張力明顯降低，由 21.2 mN·m-1降低為 16.8 mN·m-1，降低率為 20.8%。這說明微生物產(chǎn)生的代謝物可溶解于稠油，并使稠油的界面張力降低，形成乳狀液，從而降低稠油的粘度。

表2 界面張力在微生物作用前后的變化Table 2 The change of interfacial tension before and after the microbial function

2.3 微生物對稠油烷烴組分變化的作用

在微生物生長過程中，可以將稠油中的大分子烴類作為碳源，將分子量較大的石油組分分解成分子量較小的石油組分。石油中正構(gòu)烷烴的碳數(shù)一般達(dá)到40，除主要成分直鏈烷烴以外，還含有支鏈烷烴，而支鏈烷烴中最重要的是異戊二烯類化合物，它以姥魷烷（Pr）和植烷（Ph）為代表，可被多數(shù)微生物降解[20]。Pr與Ph的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，微生物的作用一般不會(huì)影響它的含量，可以作為稠油中的生物標(biāo)志物。因此，可以通過Pr和Ph分別與正構(gòu)烷烴的比值變化來說明微生物對稠油降解和正構(gòu)烷烴組分發(fā)生變化的程度。

本實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜分析測量稠油經(jīng)微生物作用前后的烴組分，結(jié)果如表3所示。比較稠油經(jīng)微生物作用前后的烷烴組分變化可知，Pr/n-C17在作用前為 0.90，而作用后降低到 0.72；而 Ph/n-C18比值由作用前的0.25增大到0.40。這說明稠油在微生物的作用下，其中的正構(gòu)烷烴含量呈現(xiàn)出減少的趨勢，微生物對稠油產(chǎn)生了明顯的講解作用；同時(shí)，稠油中的異構(gòu)烷烴含量相對增多。由此可知，在微生物的作用下，稠油中的大分子烴類減少，小分子烴類增多，增強(qiáng)了稠油的流動(dòng)性。

表3 稠油烷烴組分在微生物作用前后的變化Table 3 The change of alkane component of heavy oil before and after the microbial function

3 結(jié) 論

（1）溫度為50 ℃時(shí)，在微生物作用前后，稠油的粘度由 368.4 mPa·s降低為 284.6 mPa·s，含蠟量由30.26%降低為26.5%，降低率分別為22.7%和12.4%；

（2）溫度為50 ℃時(shí)，在微生物作用前后，稠油表面的界面張力由 21.2 mN·m-1降低為 16.8 mN·m-1，降低率為 20.8%，同時(shí)稠油的性狀發(fā)生改變，由粘稠液狀變成油水乳狀液，稠油粘度下降；

（3）稠油經(jīng)微生物作用后，Pr/n-C17比值由0.90降低到0.72，Ph/n-C18比值由0.25增加到0.40，說明大分子的烴類含量降低，小分子烴類含量明顯增加，稠油的流動(dòng)性增強(qiáng)。

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