微生物降解技術在稠油開采中的應用基礎研究

劉瀟陽，韓 興，焦 彤，魏麟權，潘顥丹

（遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院， 遼寧 撫順 113001）

隨著微生物稠油開采技術研究的不斷深入，及其在稠油開采領域良好潛力的展現，該技術在國內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含量比較高，具有較高的凝固點。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（MEOR）是將特定的、經過富集培養的微生物注入油層，通過它們在油藏內生存、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世紀末，遼河油田首次開展了將微生物用于稠油開采技術的全方位實驗，這也是我國開展的最早的關于稠油微生物開采技術的研究[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開始了自主研發與應用。盡管如此，稠油的微生物降解技術在我國的工業化應用仍處在試驗研究階段[14-18]。

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

1 實驗部分

1.1 實驗油樣的選取

實驗用的稠油樣品來自遼寧某油田的稠油區。

1.2 菌種的富集與培養

實驗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箱內于50 ℃培養。取出1 mL培養好的菌液放入培養皿中，加入配置好的培養基搖勻，再放入培養箱內振蕩培養。重復上述步驟，即可得到高純度的菌種。

1.3 稠油的微生物降解實驗

將稠油與培養好的菌液混合，放置在溫度為50℃、轉速為160 r/min的恒溫震蕩箱中震蕩培養。3 d后，分別取細菌作用前后的實驗樣品，進行粘度、含蠟量、界面張力和組分等數據的測量。

2 實驗結果

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據。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來實現[19]。上述物質還可使油水乳化。通過旋轉界面張力儀可以直觀的看出上述物質對界面張力的作用，并測量出稠油在微生物作用前后界面張力變化的數據。

表2列出了微生物作用前后稠油界面張力的變化。實驗結果表明，稠油經微生物作用后，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。石油中正構烷烴的碳數一般達到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，可被多數微生物降解[20]。Pr與Ph的結構非常穩定，微生物的作用一般不會影響它的含量，可以作為稠油中的生物標志物。因此，可以通過Pr和Ph分別與正構烷烴的比值變化來說明微生物對稠油降解和正構烷烴組分發生變化的程度。

本實驗采用氣相色譜分析測量稠油經微生物作用前后的烴組分，結果如表3所示。比較稠油經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，其中的正構烷烴含量呈現出減少的趨勢，微生物對稠油產生了明顯的講解作用；同時，稠油中的異構烷烴含量相對增多。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，增強了稠油的流動性。

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 論

（1）溫度為50 ℃時，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，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%，同時稠油的性狀發生改變，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，稠油的流動性增強。

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