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MEOR菌种清防蜡作用实验研究

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MEOR 菌种 清防蜡 作用 实验 研究
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振山(中国石油吉林油田分公司勘探开发研究院)摘要本项实验研究对清防蜡菌种的筛选、目的菌种清防蜡能力的确定、作用原油后石蜡组分变化定量分析方法、以及矿场实验结果进行了探讨。实验建立了石蜡组分色质谱分析技术,使用内标法(内标物外标法(外标物4、归一化方法相结合,对现了原油石蜡组分的准确、快速定性定量分析,为准确了解微生物作用石蜡后各组分的绝对含量变化、为微生物采油机理的准确认证提供了可靠的依据和有效的技术手段。原油在开采过程中,从地下油层通过开采井油管抽到地面时,由于温度、压力等变化,原油中的石蜡族成分就按分子量由大到小的顺序结晶析出,并沉积在油井的管壁上。随着石蜡族组分沉积量的不断增加,致使原油流动管道变得越来越窄,造成抽油机负荷增加,严重者会堵塞原油抽提流动的管道,造成卡泵或拉断抽油杆,直接影响油井的正常生产。通常解决的办法是定期热洗井或注加化学清蜡剂。热洗不仅耗能高,且需要停泵关井,缩短了有效抽油时间,从而影响原油的产量。而化学清蜡剂不仅成本高,且一般都有毒、腐蚀性也较大。微生物清防蜡与其它方式清防蜡相比,则具有显著的优势。它具有施工简便、防结蜡效果好,能有效地延长热洗周期,且无毒、无腐蚀性,成本低廉,现场应用增产潜力大、经济效益好。一、微生物清防蜡的主要机理微生物清防蜡机理比较复杂,是多种因素协同作用的结果。1)微生物的乳化转型作用。通过微生物清防蜡剂使油井采出液在油管内提升过程中进一步形成油水乳状液,并使油管内壁及抽油杆表面形成亲水膜,使之不易吸附、聚结原油和石蜡族组分,从而达到清蜡、防蜡的目的。另外,许多细菌细胞表面具有疏水性,并能有效地粘滞、吸附在疏水性物质表面,改变油水混合物的性能,分散蜡质、胶质、沥青质问的聚结力。2)微生物对石蜡族组分的吞噬、同化及降解作用。将石蜡族长链烷烃分解为低碳链有机物,直接减少了原油中石蜡的数量。从而降低原油的凝固点,减少高碳石蜡族碳氢化合物的结晶析出。3)微生物代谢产出的一些有益物质,能有效地防止石蜡族高碳重组分的沉积。细菌新陈代谢可产生有机醇、有机酮(醛)、脂肪酸、糖脂、类脂、低碳链烃类和生物表面活性剂等物质。其中的溶剂类物质能够溶解稀释石蜡,表面活性物质能改变石蜡的蜡晶形态,阻止——147——石蜡晶体的生长和聚结。从而降低石蜡、沥青、胶质等重组分在油管内壁及井筒附近的沉积作用。微生物清防蜡菌的筛选实验1.清防蜡菌实验筛选的基本原理清防蜡菌是能以原油中石蜡族碳氢化合物为营养源生长、繁殖的菌种,并同化代谢石蜡,使高分子石蜡族碳氢化合物降解为低分子、轻组分物质。而致使高含蜡原油凝固点降低、稀释易流动。细菌在石蜡族化合物中生长越好、繁殖越快、浓度越高、降解长链石蜡能力越强,清防蜡效果越好。清防蜡菌利用石蜡族碳氢化合物或糖类碳水化合物,代谢产出生物表面活性剂越多,降低油水界面张力幅度越大,阻止石蜡晶体的生长和聚结能力越强,清防蜡效果越好。油藏是微氧或无氧环境,兼性或厌氧菌种才更具应用潜力,低氧化还原电位下存活能力是选择细菌的一个重要指标。厌氧液体培养(酵母膏0.29、微量元素液10%刃天青液机盐溶液1000油209、9、)后,菌数采用稀释涂布法进行平板活菌计数,或用种生长状态好、菌浓度高,采油性能测试指标好,即可能是优良的采油菌种。主要测试指标:菌体浓度、机溶剂产量、气体产量、油相体积增大量、原油粘度降低值、菌液一原油界面张力降低值、原油密度沸点变化值、以及原油组分变化的定性定量分析等。2.清防蜡菌实验筛选的基本方法从油井产出液、炼厂排出水、集输罐油水混合液、石蜡厂及井场油污水土中广泛采集菌样。为使采油菌种适应油藏环境条件和原油性质,更以油层产出水为菌样采集重点。取样材料及盛样器皿预先高温蒸气灭菌后备用,将抽油井取样阀打开,排放到一部分气、油、水混合液后,用已灭过菌的取样瓶,接取油水混合液至接近瓶日,盖紧瓶塞密封,久放置于412冰箱内。取得的油水样直接稀释涂布,在平板上挑出单菌落,划线纯化后,进行糖蜜、无机盐原油好氧及厌氧培养,测试采油性能指标。以石蜡为碳源做固体培养基(.59、.09、.59、9、.059、.059、蒸馏水1000ml、),分离在其上能够生长的微生物,纯化后,挑单菌落接种在葡萄糖液体培养基中扩大培养,选择降解石蜡、产出生物表面活性剂能力强的优秀菌株。在开展油井微生物清防蜡技术研究过程中,所分离筛选的清防蜡菌株(表1),来自吉林油田采油一厂、二厂、三厂、新民、新木、新立、红岗、木南等各油区地下350~1300化度为3000藏温度为28~8.2。表1筛选到的清防蜡菌株微生物学特征实验统计襄菌种 菌种来源 菌落颜色 细胞大小(.需氧类型 革兰氏染色余1 扶余油田 乳白色 2 5×0.4 兼性 阴性立3 新立油田 浅蓝色 2 5×0 5 兼性 阴性岗5 红岗油田 浅棕色 3.0X 0.5 兼性 阴性木4 新术油田 浅棕色 3.0×0 5 兼性 阴性148——四、环境条件对目的菌株清防蜡性能影响实验固定菌种培养基的基本成分,改变要实验的因素,在其它最适培养条件下培养、测试目的菌种的清防蜡能力。1)目的菌株繁殖代谢最适温度为302)培养液中溶解氧(O.5)、内越高,其清防蜡能力越好;.最适;有机氮源浓度(20~200)在一定范围3)适量浓度(50)的磷酸盐、硝酸盐,对目的菌株的清防蜡性能有显著的促进作用;4)适量浓度(10有机羧酸盐一柠檬酸钠、柠檬酸铝、羧酸钴等,能有效提高目的菌株的清防蜡作用;5)低浓度(1~50)的曙+、离子,能显著提高目的菌种的清防蜡能力。五、目的菌株室内清防蜡实验1.微生物清防蜡室内实验方法防蜡率测定实验:用电子天平精确称量挂蜡杯质量,分别装上相同体积的原油,分别加入o、1%、2%、5%……的菌液搅匀。然后将挂蜡杯放在55℃恒温箱中恒温作用30室温下静放60后倒置在铁丝网上30精确称量各杯的质量,挂蜡质量与不加菌液杯比较。计算防蜡率,根据防蜡率的高低选择性状优良的菌株。保存的种菌复活后,经葡萄糖液体培养基扩大培养,使菌体细胞浓度达到109.微生物菌种清防蜡能力室内实验结果(表2】裹2目的曹株室内清防蜡实验数据裹菌液占有量 余1菌实验 立3菌实验作用原油降粘率 作用原油降粘率(%)挂蜡量(g) 防蜡率(%) 挂蜡量(g) 防蜡率(%)(%) f%)0 9 24 O 0 9.24 0 00.5 4.78 48.3 2l 5 4 51 51.2 19.8l 2.72 70.6 36 8 2 45 73.5 32.93 1.05 88.6 58.4 O.兜 90.1 54 41)当菌液加量为1%时,防蜡率分别达到70.6%和73.5%;当菌液加量为3%时,防蜡率能达到90%。2)防蜡菌余1、立3以6%葡萄糖为培养基纯培养,好氧发酵,发酵液与原油的界面张力由29.6mN/×10_1mN/×10~mN/m。3)以无机盐为培养基、以原油为唯一碳源,进行余1、立3作用原油实验。作用后,原油粘度由74.4149——六、目的菌株降解石蜡组分实验分析1.细菌降解石蜡组分色质谱定性定量分析方法以无机盐为培养基、以原油为唯一碳源,进行细菌作用原油实验,分析比较作用前后原油中石蜡各组分的绝对含量变化值,从而确定细菌降解石蜡能力、以及降解组分碳链的长度。1)在890P 5973用色谱纯物质及色谱化学工作站数据库,对石蜡各组分准确定性后,用6890型气相色谱仪进行每一组分的定量分析。2)应用内标法,使用纯物质析原油中所含的石蜡族组分时,在溶剂正己烷中加入已知量的正辛烷做内标物,利用已知C,%一A,/~校正曲线和待测样品的A。/每一待测石蜡组分C:进行定量。3)应用外标法,使用纯物质其对待测样品中该组分含量进行校正,并将其视作内标物对其相邻同系物组分的含量进行准确定量校正。在分析石蜡族组分过程中,应用标准曲线法对外标组分(内标分析结果进行准确的定量校正,使各组分分析结果更准确可靠,并可有效提高低含量组分分析的灵敏度。4)应用归一化法,对待测原油中石蜡各组分行定量分析。该方法是用氢焰离子化检测器测定烃类化合物的最基本方法。对于沸点相近的同系物其校正因子近似相等,在0.955之间。通过内、外标法分析结果的校正,最后计算得出石蜡组分C,含量的准确分析结果。2.石蜡36组分色质谱分析实验条件色谱柱:}乎一1 19091箱温度:初始温度50"C,升温速率5℃/70"后升温速率为8"C/止温度300℃、保持20气流量:38ml/助燃气流量:380ml/样器温度:300℃; 载气流量:0.8ml/流比:100:1; 尾吹气流量:12ml/样量:检测器温度:330"C。3.细菌作用后石蜡6组分色质谱分析实验结果1)不同茵作用石蜡能力不同,降解碳链长度不同。余1、立3降解正构烷烃碳链长度范围是c“一岛6、)余1、立3作用原油后低于C“、组分分别增加8%和6%以上。3)原油经微生物作用后,正构烷烃转变成低碳数异构烷烃的量增多,降低了高分子烃类和胶质重组分的含量(图1)。产生了较多的轻质组分,如甲酸一2一丙烯脂、十四醛、十六烷酸、己二酸二辛脂、苯甲酸己脂、低碳链带枝权链的异构烷烃和低级酯等多种低沸点有机物。4.细菌降解石蜡组分后对提高石油采收率的影响1)轻质组分的产生,降低了原油粘度,有效地改善了原油的流动性能;一)极性可溶性有机溶剂的产生,提高了原油在水中的溶解==能力; 随着石蜡降解产出的竺生物表面活性剂,也将有效地降1皿低油水两相界面张力。细菌的生命活动及对高碳链石蜡组分的利用,都有利于提高石油采收率。应用该技术对不同菌的采油原油正构烷烃组分C.图以预测和说明、油井微生物清防蜡矿场实验1.微生物清防蜡矿场实验方法现场施工不关井、不影响产量。放空套管气体,从井口油套环形空间直接加入微生物清防蜡剂。首次加入复配微生物清蜡剂800~2天后再加入复配微生物防蜡剂600般结蜡井3个月进行一次微生物清防蜡处理,严重结蜡井每个月进行一次微生物清防蜡处理作业。2.微生物清防蜡矿场实验效果1)油井加入微生物清防蜡剂后,清除了井壁蜡、胶质、沥青质沉积和堵塞,降低了液流阻力;抽油机电机电流下降,泵负荷下降;热洗周期从2个月延长到半年以上。2)油井产液量增加,含水略有下降,产油量增加(表3)。产液量低的试验井效果最好。产液量低、微生物清防蜡剂在井筒中存留时间长,起清防蜡作用时间长。衰3微生物清防蜡试验前后油井产量变化数据裹清防蜻前 实施徽生物清防蜡后试验井产液(t) 产油(t) 含水(%) 产液(t) 产油(t) 含水(%)7—2- 1.7 o.6 63.7 6.o 2.4 60 25—042 4.7 0 7 84.3 8 5 1 8 78.3.1 o.4 80.6 4 6 1 1 76 59—.2 1.1 65.6 7.3 3 3 55.1段景杰, 王淑芳, 吕振山作者单位: 中国石油吉林油田分公司勘探开发研究院相似文献(6条)生物防蜡技术在双河油田的应用 2(3)08个/用7天后,沉积蜡凝固点(面张力(6.1 mN/m)一口井的原油在60℃与菌液作用8天后,组分增多,安棚区8口井和下三门区6口井进行适应性试验,定加荆周期为30天,菌液初次加量为300~450 次递减至维持量80~150 化度<1×104,含水30%~90%,油层温度<90℃东辉 采油微生物筛选、鼠李糖脂产脂性能及关键酶基因克隆与表达研究 2008世界范围内原油贮量的日益减少带来了严重的能源危机,而以常规技术,一般只能开采出30%的原油,大量石油尤其是高粘油滞留在储油层。微生物提高原油采收率(目前公认的开采油藏中剩余油和枯竭油藏最好的技术,对充分利用现有油矿藏资源,意义重大。另外,在石油的勘探与开采,运输与储存,炼制与使用过程中,常会造成石油外泄或不当排放,对环境造成严重的污染。应用烃降解微生物对污染地区进行生物修复因其具有适用范围广、操作简单、效果显著、费用低、无二次污染等优点而被认为是解决复杂烃类污染的最彻底最有效的手段。铜绿假单胞菌所产生的鼠李糖脂生物表面活性剂具有良好的表/界面活性和乳化活性,能形成胶束溶液,乳化分散烃类物质,降低原油粘度;对烃类的增溶作用能促进微生物对烃类的摄取,从而提高微生物对烃类的降解效率;此外,作为生物表面活性剂又具有无毒、可生物降解的优点。这都使其成为在同来源的铜绿假单胞菌其鼠李糖脂的组成,性能,产量差距均较大,寻找合适石油工业的产脂菌株及其复配菌株具有重要价值。另外,铜绿假单胞菌虽然可高效产脂,但它是人体条件致病菌,不适合大规模工业应用。而利用基因工程的方法,将鼠李糖脂合成途径中的关键酶建产鼠李糖脂的工程采油微生物直接应用于生产可以有效避免菌株毒性。关于鼠李糖基转移酶基因在采油菌中的表达研究,少见国内外报道。在此方面的研究可为基因工程菌在微生物采油和石油烃污染的生物修复中的应用提供理论基础。本文主要从上述两点展开进行研究工作,主要研究内容和结果如下:油田样品中分离筛选多株兼性厌氧原油烃类降解菌,通过表面张力测量从中筛选出产糖脂生物表面活性剂的原油降解菌过形态学观察、生理生化实验和16S 该菌生长于原油培养基中,能很好的乳化分散原油,并将原油发酵液的表面张力降至37.4 mN/m。经28较宽范围的原油烃组分,利用明其产生的生物表面活性代谢产物为鼠李糖脂。用果表明,以甘油为唯一碳源时,由1~2分子鼠李糖和1~2个12碳链长度的β,在 mM/m。该糖脂表现极高温度(20℃)和盐度耐受性(小于50%0%优良的环境稳定性,并可在一定的~7)保持活性。对液体石蜡、甲苯、植物油和原油等疏水性有机物具有良好的乳化性能。这些性质使得其在石油工业和石油污染修复领域具有良好的应用前景。果表明,中以葡萄糖与菜籽油(1:1)为复合碳源,酵母粉与硝酸钠为复合氮源,且碳氮比为18:1时产脂量最高,g/L。保持此最优碳氮比加大碳氮源浓度时,在碳源浓度为7%时产脂量最高,g/L。这些研究为进一步的鼠李糖脂发酵生产条件的优化和应用不同碳氮源时所产鼠李糖脂组分与理化性质的研究提供了依据和基础。建含鼠李糖基转移酶果表明,只转入结构基因转入中E 。仅管是应用自身启动子而不是强启动子进行表达,这一产量在重组大肠杆菌表达鼠李糖脂的研究中仍是较高的,并且可以避免使用鼠李糖基转移酶基因进行克隆及在大肠杆菌中表达,为该基因在采油菌中的表达研究提供基础。用该系统成功地将含鼠李糖基转移酶李糖基转移酶基因在采油微生物中的表达情况与其在大肠杆菌中的表达情况基本一致。只转入结构基因转入中。这一表达量虽然没达到期望的高效表达的水平,但还有进一步研究的空间,并且也为采油基因工程菌在微生物采油和石油烃污染的生物修复中应用的可行性研究提供了理论依据和实验基础信息。鉴定为友谊戈登氏菌。该菌株在好氧和厌氧条件下均能利用36的烃组分生长从而降解石蜡,厌氧时降蜡率仅为好氧条件下的1/8。该菌最适生长温度为37~40℃:在5%盐浓度下能很好地生长,对10%高盐浓度有一定的耐受能力;李糖脂表面活性剂可以明显促进其生长和提高降蜡率。此外,该菌能够降解石油,这些结果显示,原油污染的生物修复和外,后续的研究中可将其作为鼠李糖脂复配菌株或采油工程菌的受体菌株进行深入的研究。生物清防蜡技术在胜利油田河口大35区块油井中的应用 3(3)油田的高含蜡区块的生产油井经常会出现井筒结蜡现象,需要定期加清防蜡剂、热洗,化了室内菌种,制成了清防蜡菌液,过定期加微生物菌液,该区块的油井停加了清防蜡剂,缓解了原油的结蜡,彻底改变了以前油井蜡卡的现象,同时延长了热洗周期,降低了生产载荷,节约了油井的耗能,疆高温油藏本源微生物清防蜡技术实验研究 4(4)生表面活性剂和有机酸、60℃下培养7 防蜡菌种的评价及现场试验 8(1)过考察温度、矿化度、氧气等因素对其产表面活性剂性能的影响,确定了生长温度37 ℃、矿化度5000 、氧气充足的条件下培养,谢最旺盛;同时在室内进行了与原油作用和蜡分散等评价试验,试验表明,这2株菌均具有清防蜡性能,防蜡率分别为78%和77%得了较好的防蜡效果,热洗周期从30 d,年增油1499 代替化学清防蜡剂,安全环保,启清 冀东油田唐2别是微生物清防蜡技术研究成果的基础上,建立了一套用于清防蜡的微生物清防蜡技术研究结果的基础上,建立了一套用于清防蜡的微生物配方筛选程序和性能评价实验方法,筛选出了适合冀东油田唐2究了油井温度分布与结蜡剖面预测模型,并分析了油井生产时间、生产气油比、含水率和产量等因素对油井结蜡剖面的影响;筛选的微生物菌液(包括255营养液(包括一定比例混合成的配方适合唐2均延长该区块油井热洗周期34天,:长江大学(授权号:955973010年7月16日
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