生物表面活性劑對稠油化學降黏增效作用的研究

張金秋

(1.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000;2.中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室，山東青島 266100)

近年來，常規易開采原油已難以滿足快速的經濟發展對能源的需求，使得人們不得不尋求非常規油藏(稠油、超稠油)的開采方法，彌補能源需求的不足［1］。但由于稠油黏度大、流動性差、凝點高等特點，開采困難，因此，如何降低稠油黏度、增加稠油流動性是稠油開發過程中關鍵難題［2］。目前，對于稠油油藏的開采已經較為成熟，但仍存在污染地層環境、破壞油藏地質條件、運行成本高等缺陷。微生物降黏技術具有產出液易處理、無二次污染、穩定性高、在極端條件下仍有效、經濟效益好等優點，逐漸被人們所重視［3］。本研究采用將生物與化學相結合降低稠油黏度的方法，得到一種高效環保型稠油降黏劑，為稠油復配降黏技術的發展提供一定的理論基礎與技術支撐。

1 實驗部分

1.1 原料

生物表面活性劑:從油田污水中篩選出的一株產生物表面活性劑菌，命名為B－1，經鑒定為類短短芽孢桿菌屬;該菌株的最佳發酵條件為溫度25℃，鹽度8 g/L，pH 7.5，最大菌株濃度可達3.1×109cell/mL，發酵液的表面張力可由最初的62.19 mN/m降至25.63 mN/m;所產的生物表面活性劑經鑒定為鼠李糖脂類生物表面活性劑。

化學降黏劑A，由棉籽油酸改性的具有多官能團的陰離子表面活性劑，工業品。

原油，取自孤島采油廠東二區Ng5的脫水脫氣稠油(50℃時，黏度8 043 mPa·s)，組分分析結果見表1，黏溫曲線見圖1。

表1 孤島原油組分分析結果

圖1 原油黏溫曲線

1.2 降黏率的測定方法

參照中國石油化工集團公司企業標準Q/SH 0055—2007《稠油降粘劑技術要求》測定。

1.3 降黏劑乳化穩定性的分析方法

按一定油水比將降黏劑水溶液和油樣加入100 mL具塞量筒中，在50℃恒溫水浴下超聲振蕩30 min得到乳狀液，備用。將裝有乳狀液的量筒放入50℃恒溫水浴中，根據不同時間段析出的水量計算脫水率fv。計算公式如下:

式中，fv為脫水率，%;V1為析出水體積;V2為乳化降黏劑水溶液總體積。

乳狀液的穩定性用SV表征，計算公式如下:

式中，SV為穩定性評分值，且0＜SV＜21，SV值越大表明乳狀液穩定性越好;Ki為加權系數，靜置時間為 10，20，30，40，50，60 min 時，Ki對應取值 1，2，3，4，5，6［4－5］。

1.4 原油各組分的氣相色譜分析

GC－2010氣相色譜儀(GC－FID)，日本島津公司;GC－MS－QP2010氣質聯用儀，日本島津公司。分析測試條件［6］見表2。

表2 氣相色譜分析測試條件

2 結果與討論

2.1 油水比對降黏劑A乳化降黏的影響

50℃下，降黏劑A用量(以原油質量計，下同)為0.30%，考察不同油水比對乳狀液黏度及穩定性的影響，結果見表3。

表3 油水比對降黏劑A乳化降黏的影響

從表3看出，隨著油水比降低，乳化穩定性降低，乳狀液穩定性變差，黏度降低，但降低幅度不明顯。由此可見，水量增加有利于稠油乳狀液黏度降低，但隨著體系中水量增加，乳狀液穩定性逐漸變差。因此，綜合考慮，降黏劑A乳化降黏最佳油水比為(7∶3)～ (5∶5)［7－8］。

2.2 降黏劑A用量對乳化降黏的影響

在50℃，油水比5∶5下，考察降黏劑A用量對降黏效果的影響，結果見表4。降黏率隨著降黏劑A用量增大呈上升趨勢，這表明有利于降低O/W型乳狀液黏度，降黏劑A用量0.40%時，乳狀液黏度為252.5 mPa·s(＜300.0 mPa·s)，降黏率為96.86%。降黏劑A用量大于0.50%時，降黏率下降，這可能是因為降黏劑用量過大時，會形成微乳狀液，其黏度有所增大［9］。因此，綜合考慮經濟效益，單一使用降黏劑A時其最佳用量為0.40%。

表4 降黏劑A用量對降黏率的影響

2.3 菌株B－1發酵液用量對稠油降黏的影響

在50℃下，考察發酵液用量對稠油乳狀液黏度的影響，結果見圖2。

圖2 菌株B－1發酵液用量對原油黏度的影響

由圖2看出，加入發酵液后油樣乳狀液黏度比加入相同用量蒸餾水后的低，這表明菌株B－1發酵液具有一定的降黏效果。發酵液用量達50%時，降黏率為50.52%，繼續增加菌株發酵液用量，油樣的降黏率效果增加不明顯。因此，確定菌株B－1發酵液最佳用量為50%。綜合考慮，降黏劑A乳化降黏合適的油水比及經濟成本，確定復配降黏體系最佳油水比為5∶5。

2.4 稠油最佳復配降黏體系配方的確定

采用菌株B－1發酵液配制降黏劑A溶液，在油水比5∶5，50℃條件下，考察A用量對復配體系乳化降黏的影響，結果見表5。

表5 降黏劑A用量對復配體系乳化降黏的影響

由表5可知，隨著降黏劑A用量增加，油樣降黏率呈上升趨勢，當降黏劑A用量達0.20%時，降黏率為96.43%，繼續增加降黏劑A用量，油樣的降黏率趨于平穩。因此，綜上所述，確定最佳稠油降黏復配體系為:降黏劑A用量0.20%，菌株B－1發酵液用量50%(即最佳油水比為5∶5)。

2.5 溫度對降黏體系降黏效果的影響

取5個250 mL保溫杯，各加入50 g油樣，分別在不同溫度下恒溫水浴1 h，按照油水比5∶5分別加入降黏劑A的水溶液或降黏劑A/菌株B－1發酵液復配體系，其中降黏劑A用量為0.2%，攪拌制得乳狀液，反應30 min后測定乳狀液黏度，每個樣品做3次平行實驗。考察溫度對單一降黏劑A及降黏劑A/菌株B－1發酵液復配體系降黏效果的影響，結果見圖3。

圖3 溫度對稠油乳狀液黏度的影響

從圖3看出，在單一降黏劑 A中，在50～70℃內乳狀液黏度基本不變;當溫度升至80℃時黏度略下降，但仍可形成穩定的乳狀液;溫度升至90℃時，黏度突然增大，可能是因為乳狀液在高溫下形成 W/O型乳狀液，致使黏度突然增大［9］。在復配體系中，溫度為50～90℃時，乳狀液黏度沒有明顯變化，體系穩定，表明復配體系耐溫性有所改進，擴大了降黏劑的適用范圍。

2.6 礦化度對降黏體系降黏效果的影響

取6個250 mL保溫杯，各加入50 g油樣，在50℃恒溫下水浴1 h，按照油水比5∶5分別加入降黏劑A水溶液(降黏劑A用量為0.2%)或降黏劑A/菌株B－1發酵液復配體系，使用NaCl調節反應體系礦化度，攪拌制得乳狀液，反應30 min測定乳狀液黏度，每個樣品做3次平行實驗。考察NaCl含量對單一降黏劑A及降黏劑A/菌株B－1發酵液復配體系降黏效果的影響［9］，結果見圖4。

圖4 礦化度對稠油乳狀液黏度的影響

從圖4看出，在單一降黏劑A中，NaCl含量對乳狀液黏度影響較大。當 NaCl含量小于5.0 g/L時，增加NaCl含量有利于油樣乳狀液黏度降低;而當NaCl含量為5.0～30.0 g/L時，乳狀液黏度呈明顯增大趨勢。在復配體系中，NaCl含量對乳狀液黏度幾乎沒有影響，表明該復配體系適用的礦化度范圍較寬，在一些極端條件下也可使用。

2.7 降黏劑作用后稠油各組分的氣相色譜分析

對處理后樣品進行GC－FID和GC－MS檢測［6，10］，考察單一降黏劑 A、降黏劑 A/菌株 B －1發酵液復配降黏體系分別與稠油反應7 d后油樣各主要組分(烷烴、芳烴)的變化，結果見圖5和圖6。從圖5顯示，與單一劑A相比，復配降黏體系對油樣中直鏈烷烴的降解幅度較明顯。可能是因為復配體系中降黏劑A及發酵液中生物表面活性劑共同作用后乳化作用較強，將油樣乳化成細小油滴分散在體系中，增大了發酵液中菌株B－1與原油的接觸面積，促進了B－1將油樣作為碳源代謝利用［6］。圖中顯示，B－1對原油中中短鏈烷烴的降解率不超過15%，且對C30后的長鏈烷烴幾乎無降解效果，由此可見，菌株B－1對該原油中烷烴雖有一定程度的降解但降解幅度并不明顯，表明生物表面活性劑體系在原油降黏開采過程中具有一定的應用價值［11］。

圖6為反應后油樣中芳烴組分的分布。芳烴組分與圖5中烷烴的變化趨勢相似，復配體系由于菌株的作用對各芳烴組分也具有一定的降解效果。在萘、芴、二苯并噻吩、屈、菲這5種烷基化多環芳烴系列中，菌株B－1對烷基化萘的降解程度較明顯，但降解幅度均明顯低于直鏈烷烴。綜上所述，該復配體系對原油的降解幅度較小，不影響原油開采后的品質，為生物/化學復配降黏體系在稠油實際開采中的應用提供了一定的理論指導。

圖5 不同降黏體系處理后稠油烷烴組分的變化

圖6 不同降黏體系處理后稠油芳烴組分的變化

3 結論

1)降黏劑A/菌株B－1發酵液的最佳降黏復配體系為:降黏劑A用量為0.2%，菌株B－1發酵液用量為50%(即體系最佳油水比為5∶5)，降黏率達96.43%。

2)單一降黏劑A、降黏劑A/菌株B－1發酵液復配降黏體系分別與稠油相互作用后原油樣品的氣相色譜分析結果表明，菌株B－1對原油組分中直鏈烷烴及烷基化萘具有一定的降解作用，但降解程度都不明顯，不影響原油開采后的品質。

3)生物/化學復配體系降低了降黏劑用量，在保證稠油降黏效果的前提下，具有更好的經濟與環境效益。

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