微生物降黏法的效果評價
2025-04-09 00:00:00李鍵黃哲王曉輝劉小李曉琴
遼寧化工 2025年3期
摘 """""要：石油黏稠度是影響采收率的關鍵因素之一。微生物法降低石油黏度包括兩方面：一方面是微生物自身功能，部分微生物以石油為唯一碳源進行生長繁殖，在這個過程中它可以直接降解石油中的某些組分，改變物性，達到降低黏度的目的；另一方面是微生物在繁殖過程中發生的代謝活動帶來的作用，整個過程中產生酸性物質（有機脂肪酸等）、醇類、脂類、生物表面活性劑以及甲烷、二氧化碳、氫氣、氮氣等氣體，這些物質可以起到溶解乳化石油的作用，增強巖石潤濕性降低黏度[1]。從石油全烴組分經微生物作用后直鏈飽和烴、非直鏈飽和烴、環烷烴含量變化，研究微生物降低石油黏度的效果并進行評價。
關 "鍵 "詞：黏度；微生物；石油；表面活性劑；降解
中圖分類號：TE357.9 """"""""文獻標志碼：A """"文章編號：1004-0935（2025）03-0365-04
石油黏度是指石油的黏稠程度[2]，即流體層之間的相對運動的內摩擦力，一般為2～1"000 mPa·s。地層中石油的黏度直接影響石油在地層的運動，在油田開采過程中伴隨著部分石油的采出地層原始條件發生一系列的變化，使石油黏度也發生變化。
影響石油黏度的因素較多，長鏈烴和膠質多環芳烴是造成石油高黏度的主要因素之一，但黏度與其他因素之間也存在著一定關系[3-4]。飽和烴類組分含量多則黏度小（飽和烴中直鏈飽和烴含量越大黏度越小，異構飽和烴和環狀烴越多黏度越大）；不飽和烴類或非烴（膠質、瀝青質）含量多則黏度大[5-6]。研究了微生物作用于石油后飽和烴類中直鏈烷烴、異構烷烴、環狀烷烴的變化量及變化趨向，對微生物降低石油黏度效果進行評價。
1""復微生物作用石油物性變化分析
質譜法是目前運用于石油烴類組分定量分析最成功的方法[7]，該實驗運用氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）測定復合菌作用前后石油物性變化。
1.1 "實驗材料
EXPEC 3700氣相色譜質譜聯用儀，杭州譜育科技發展有限公司；通風櫥；鐵架臺；層析柱；分體式SX-2-8-10 1"000"℃馬沸爐，紹興博維儀器設備有限公司；NDJ-5S黏度計，上海尚儀實驗設備有限公司。
培養完成的石油培養物，取樣于陜北油區；硅酸鎂，分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；二氯甲烷，色譜純，天津市科密歐化學試劑有限公司；正己烷，色譜純，天津市科密歐化學試劑有限公司；無水硫酸鈉，分析純，天津市北方天醫化學試劑廠。
1.2 "實驗樣品前處理
1.2.1 "硅酸鎂吸附劑的前處理
將硅酸鎂吸附劑置于坩堝中放入馬沸爐650"℃灼燒4 h，取出后放入無干燥劑的干燥器內冷卻至室溫裝入燒瓶中備用。馬沸爐灼燒的作用是去除硅酸鎂吸附劑中可能含有的有機雜質，防止干擾吸附效果[8-9]。
1.2.2 "層析柱的前處理
層析柱規格：實驗所用層析柱規格為60 mm×400 mm，G4砂板。
填柱：運用干法填柱，柱子底部先填充1 g無水硫酸鈉，敲實之后開始填充硅酸鎂吸附劑10 g，保證填充均勻無斷層。
潤洗：實驗所用溶劑為色譜純正己烷，填柱完成后用正己烷淋洗吸附劑至層析柱下部滲出為止。
1.2.3 "樣品過柱
準確稱取0.1 g石油培養物完全溶于20 mL正己烷中，該溶液繼續用正己烷稀釋10倍用于過柱。
用膠頭滴管緩慢將樣品滴入層析柱中，防止過快導致中途填充物出現斷層。待層析柱下方滲出目的樣品時開始收集，取1 mL于GC-MS專用取樣瓶中保存用于上機測試。
1.3 "GC-MS測試樣品
1.3.1 "分析條件
進樣器：進樣前溶劑沖洗次數（R）為3次，進樣后溶劑沖洗次數（P）為3次，樣品沖洗次數（S）為3次，柱塞速度（L）為高，黏度補償時間（V）為0.2 s，柱塞進樣速度（I）為高，進樣器進樣速度（Y）為高。
GC：柱箱溫度（O）為50"℃，進樣口溫度（M）為300"℃，進樣方式（I）為不分流，進樣時間（S）為1.00 min，載氣為He，初始壓力為500～900，流量控制方式（M）為線速度，壓力（P）為81.8 kPa，總流量（T）為50 mL·min-1，柱流量（T）為1.4 mL·min-1，線速度（L）為42.9 cm·s-1，吹掃流量（V）為3.0 mL·min-1，分流比（R）為-1.0。
MS：離子源溫度（O）為230 ℃，接口溫度（T）為250 ℃，檢測器電壓（D）相對于協調結果，溶劑延長進入時間（S）為2.5 min。
1.3.2 "測試結果
空白樣石油總離子流圖如圖1所示，復合菌作用石油總離子流如圖2所示，空白樣石油質譜圖如圖3所示，復合菌作用石油質譜圖如圖4所示，空白對照樣品測試結果如表1所示，編號6樣品測試結果如表2所示。
由測試結果可以看出，實驗樣品中直鏈飽和烴質量分數高于空白樣品20.86個百分點，非直鏈飽和烴低于空白樣品14.78個百分點，環烷烴低于空白樣品6.08個百分點。根據烴類化合物的結構組成，直鏈飽和烴、非直鏈飽和烴、環烷烴（包括芳香烴等）降解難度是逐漸增大的，最難降解的應屬多環芳香烴。由空白對照樣品測試與黏度最低的實驗樣品測試結果對比，低黏度的實驗樣品中的直鏈飽和烴類物質已被復合菌劑降解。樣品過柱時層析柱上端硅酸鎂吸附劑從樣品中吸附到黑褐色物質，經氣相色譜檢測該物質為膠質分子。
2""微生物降黏機理分析
正常情況下直鏈飽和烴是最容易被降解的[10]。由化學反應可知直鏈飽和烴易被氧化生成醇，醇類物質在脫氫酶的作用下易發生氧化反應生成醛，最終醛類物質又在脫氫酶的作用下氧化生成脂肪酸。
化學反應方程如下：
R-CH2-CH3+O2→R-CH2-CH2-OH→R-CH2-CHO→
RCH2COOH""""""""""""（1）
李華等[11]對石油烴中正構烷烴的降解規律進行了探討。結果表明，正構烷烴的降解最為明顯，正構烷烴的降解隨著碳數的增加其降解速度逐漸降低；其中C23烷的降解速度與石油烴整體降解速度相當，碳數小于23的正構烷烴降解速度大于石油烴降解速度，碳數大于23的正構烷烴降解速度小于石油烴降解速度；C16～C25的正構烷烴在0～6 d內降解速度最快，在7～14 d內達到最低值，之后有逐漸上升的趨勢；整個正構烷烴的降解符合二級反應動力學規律。
相同碳數的異構烷烴比直鏈正構烷烴難降解，其原理與正構烷烴氧化生成脂肪酸大致相同，但氧化的位置不同，異構烷烴通常發生α位置氧化和β位置氧化。氧化主要發生在直鏈，支鏈可能會增加降解阻力。故而，相同碳數的異構烷烴比直鏈烷烴更難降解、更難氧化。
環烷烴的降解難度是最大的，但在化學反應中它的路徑與直鏈烷烴具備極大的相似性。反應中一系列的氧化酶先將環烷烴氧化生成環烷醇，然后經由脫氫酶的作用將環烷醇再脫氫生成相應的酮，之后再由氧化酶的作用將其氧化生成脂類或者直接打開環狀結構生成脂肪酸。環己烷生成脂肪酸的反應方程如下：
（2）
3""微生物降黏效果評價
通過微生物降解作用后，石油中全烴組分發生顯著變化。利用氣相色譜-質譜聯用儀測得石油中全烴組分，利用旋轉式黏度計測得黏度，結果如表3所示。由表3可以看出，微生物降解后，直鏈飽和烴質量分數提高20.86個百分點，非直鏈飽和烴質量分數降低14.78個百分點，環烷烴質量分數降低6.08個百分點，黏度由13"mPa.s降低至5"mPa.s，降低61.54%。
4""結束語
微生物降解石油后烴類組分發生顯著變化，直鏈烷烴增量較大，難降解的異構烷烴和環烷烴數量降低，黏度大幅下降。微生物降黏方法是最符合生物圈規律的方法之一，也是最環保、最實惠的方法，但在生產礦場實驗中還有待進一步驗證，所以該實驗研究對今后的石油微生物降黏具備一定的參考價值，為稠油降黏開采提供理論依據。
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Effect Evaluation of Microbial Viscosity Reduction Method
LI Jian，"HUANG Zhe，"WANG Xiaohui，"LIU Xiao，"LI Xiaoqin
（Yanchang Oilfield Co.， Ltd.， Yan'an"Shaanxi 716000， China）
Abstract："The viscosity of oil is one of the key factors affecting oil recovery. The reduction of oil viscosity by microbial method includs"two aspects. On the one hand， it is the function of microbe itself，"some microbes take petroleum as the sole carbon source to grow and multiply， in this process， it can degrade some components of petroleum directly， change physical properties and reduce viscosity. On the other hand， the role of microbial metabolism in the process of reproduction， the process produces acids （organic fatty acids） ， alcohols， lipids， surfactant and gases such as methane， carbon dioxide， hydrogen and nitrogen， these substances can play a role in dissolving emulsified petroleum， enhancing rock wettability and reducing viscosity[1]. In this paper， effect of reducing oil viscosity by microorganism was studied and evaluated according to the change of content of straight-chain saturated hydrocarbon， non-straight-chain saturated hydrocarbon and cycloalkane.
Key words："Viscosity;"Microorganisms;"Oil;"Surfactant;"Degradation
