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微生物降解作用对稠油理化性质的影响

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微生物 降解 作用 理化 性质 影响
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    文 章 编 号 : 1000 - 2634 (2003) 05 - 0001 - 04微 生 物 降 解 作 用 对 稠 油 理 化 性 质 的 影 响 山 1 ,任 明 忠 1 ,2 ,蓝 光 志 1 ,王 红 娟 3 ,姜 照 勇 1(1. 西 南 石 油 学 院 资 源 环 境 学 院 ,四 川 南 充 637001 ; 2. 中 科 院 广 州 地 球 化 学 研 究 所 ; 3. 中 科 院 广 州 化 学 研 究 所 )摘 要 : 微 生 物 采 油 技 术 ( 主 要 机 理 之 一 就 是 利 用 微 生 物 降 解 原 油 中 的 胶 质 、 沥 青 质 等 重 质 组 分 ,降 低 原 油 粘度 和 凝 固 点 ,以 达 到 改 善 原 油 物 化 性 质 的 目 的 。 利 用 从 原 油 及 含 油 污 水 中 分 离 、 选 育 出 能 有 效 降 解 稠 油 中 重 组 分 的菌 种 对 青 海 、 胜 利 、 辽 河 、 大 港 等 油 田 的 稠 油 进 行 了 微 生 物 降 解 实 验 ,分 析 了 细 菌 降 解 对 原 油 饱 和 烃 、 芳 烃 以 及 胶 质 、沥 青 质 各 组 分 在 原 油 中 相 对 含 量 和 内 部 组 成 的 影 响 。 结 果 表 明 ,细 菌 作 用 引 起 原 油 性 质 发 生 明 显 变 化 ,原 油 中 胶 质 、沥 青 质 含 量 降 低 9 %以 上 ,其 组 成 和 结 构 也 发 生 了 一 定 的 变 化 ,原 油 饱 和 烃 轻 重 组 分 比 值 变 大 ,粘 度 和 凝 固 点 分 别 降低 15 %和 20 %左 右 ,大 大 改 善 了 原 油 的 物 化 性 质 。关 键 词 : 稠 油 ;微 生 物 ;降 解 能 力中 图 分 类 号 : 9                   文 献 标 识 码 : 言稠 油 中 富 含 胶 质 、 沥 青 质 ,具 有 高 凝 固 点 、 难 流动 、 难 开 采 、 高 成 本 等 特 点 \[1 \]。 利 用 微 生 物 可 以 从 两方 面 改 善 稠 油 物 性 : (1)通 过 降 低 稠 油 中 的 大 分 子 组分 ,减 小 其 平 均 分 子 量 ; (2) 微 生 物 产 生 的 生 物 表 面活 性 物 质 、 酸 、 气 等 代 谢 产 物 能 够 大 幅 度 降 低 原 油 粘度 。 胶 质 、 沥 青 质 是 原 油 中 分 子 量 最 大 ,极 性 最 强 的组 分 ,同 时 也 是 造 成 油 藏 开 发 困 难 的 一 个 主 要 因素 \[2 \],微 生 物 对 其 很 难 降 解 \[3 \]。 针 对 这 一 情 况 ,笔 者从 富 含 石 油 微 生 物 的 环 境 中 经 多 次 筛 选 分 离 ,并 通过 控 制 筛 选 条 件 ,选 育 出 一 系 列 能 有 效 降 解 稠 油 及胶 质 、 沥 青 质 的 混 合 菌 ,这 为 拓 展 微 生 物 开 采 稠 油 技术 具 有 重 大 意 义 。1   样 品 与 实 验 方 法所 筛 选 的 有 效 混 合 菌 ,菌 种 主 要 为 芽 孢 杆 菌 、 短杆 菌 、 假 单 胞 杆 菌 和 球 菌 \[4 \]。 实 验 中 重 点 对 青 海 石油 分 公 司 华 岩 山 油 田 咸 19 井 原 油 、 七 个 泉 油 田 七 中22 井 原 油 ,大 港 油 田 港 21 井 原 油 进 行 处 理 和 分 析 ;并 用 青 海 南 翼 山 油 田 、 胜 利 东 辛 、 金 家 油 田 ,辽 河 茨榆 坨 油 田 原 油 进 行 重 复 性 实 验 ,这 些 原 油 比 重 在0. 93~ 0. 96 ,胶 质 、 沥 青 质 含 量 在 35 %以 上 。 按 操作 规 范 ,取 油 样 、 混 合 菌 和 一 定 比 例 的 营 养 液 装 入 三角 瓶 ,置 三 角 瓶 于 恒 温 培 养 箱 中 培 养 3~ 5d ,温 度 设定 为 该 原 油 油 层 温 度 。 处 理 结 束 后 ,分 离 原 油 置 于密 闭 无 菌 小 瓶 ,立 即 送 样 进 行 原 油 族 组 成 、 饱 和 烃 、芳 烃 气 相 色 谱 和 胶 质 沥 青 质 的 红 外 光 谱 分 析 。 气 相色 谱 仪 为 A 型 ,色 谱 柱 为 30 m 毛 细 柱 1。 升 温 程 序 :120 ℃ 恒 温 2 以 5 ℃ / 温 率 升 温 到 300 ℃ ,然 后 再 恒 温 30 红 外 分 光 光度 计 为 000 型 ,检 测 环 境 :温 度 26 ℃ ,湿度 42 %   实 验 结 果 及 讨 论2. 1   原 油 乳 化 效 果细 菌 降 解 稠 油 的 生 物 化 学 过 程 中 会 产 生 生 物 表面 活 性 物 质 ,将 稠 油 乳 化 成 水 包 油 或 油 包 水 乳 状 液 ,团 块 状 稠 油 经 菌 液 处 理 24 小 时 后 ,出 现 了 一 系 列 可见 特 征 :原 油 在 整 个 培 养 基 介 质 中 出 现 均 匀 分 散 ,且分 散 体 系 较 为 稳 定 ,回 收 的 原 油 对 玻 璃 表 面 的 附 着性 大 为 减 少 能 干 净 的 从 容 器 表 面 分 离 出 来 。 用 吊 环法 测 定 培 养 基 的 表 面 张 力 ,经 细 菌 作 用 后 ,培 养 基 表面 张 力 降 低 了 18 %~ 32 %。第 25 卷   第 5 期                   西 南 石 油 学 院 学 报                   25   52003 年   10 月                               2003  X 收 稿 日 期 : 2003 - 01 - 10基 金 项 目 :“ 油 气 藏 地 质 及 开 发 工 程 ” 国 家 重 点 实 验 室 项 目 ( ; 青 年 创 新 基 金 ;四 川 科 技 带 头 人 基 金 资 助 。作 者 简 介 : 张 廷 山 (1961 - ) ,男 (汉 族 ) ,河 南 省 人 ,教 授 ,博 士 生 导 师 ,从 事 资 源 环 境 、 石 油 微 生 物 研 究 。2. 2   菌 解 前 后 原 油 族 组 成 及 烃 分 布 变 化2. 2. 1   原 油 族 组 成 变 化分 别 对 微 生 物 处 理 前 后 的 大 港 油 田 (港 21 井 ) 、青 海 油 田 (七 中 22 井 ) 、 辽 河 茨 榆 坨 采 油 厂 (茨 138井 ) 、 胜 利 纯 梁 采 油 厂 金 家 油 田 等 地 区 的 原 油 作 族 组成 分 析 。 微 生 物 处 理 后 ,原 油 的 饱 和 烃 、 芳 烃 、 沥 青质 和 胶 质 的 含 量 发 生 波 动 (表 1) ,这 是 由 于 细 菌 选择 性 消 耗 原 油 不 同 组 分 的 结 果 \[4 ,5 \]。同 样 混 合 菌 种 ,处 理 不 同 油 井 的 原 油 ,原 油 族 组成 变 化 趋 势 不 一 致 。 筛 选 出 的 多 数 混 合 菌 种 对 青 海七 中 22 井 、 辽 河 茨 5 井 和 大 港 港 1 井 处 理 后 ,使 得原 油 胶 质 、 沥 青 质 含 量 降 低 9 %以 上 ,饱 和 烃 含 量 却相 对 增 加 ,原 油 物 性 得 到 明 显 改 善 ,但 芳 烃 含 量 变 化波 动 较 大 。 在 相 同 条 件 下 ,同 样 混 合 菌 种 处 理 胜 利金 家 原 油 ,原 油 的 胶 质 、 沥 青 质 含 量 变 化 不 大 ,甚 至增 加 ,饱 和 烃 含 量 略 下 降 ,原 油 物 性 变 差 。 因 此 ,微生 物 采 油 ,必 须 根 据 不 同 油 藏 及 其 原 油 特 性 筛 选 有效 的 。表 1   不 同 菌 组 合 作 用 原 油 前 后 原 油 族 组 成 分 分 析 (序 号 1 均 为 处 理 前 样 品 )序 号 原 油 样 品族 组 成 分 / %饱 和 烃 芳 烃 沥 青 质 胶 质胶 质 、 沥 青质 降 低 率 / %1 青 海 七 中 22 井 50. 99 10. 48 3. 12 35. 41  2 5. 29 14. 12 4. 17 26. 42 20. 613 5. 80 7. 41 3. 46 33. 33 4. 524 6. 65 8. 58 6. 01 28. 76 9. 765 5. 17 13. 08 3. 94 27. 80 17. 61 大 港 港 1 井 27. 35 7. 22 19. 54 35. 89  2 8. 79 16. 62 8. 06 36. 53 19. 561 辽 河 茨 5 井 32. 48 26. 79 7. 71 32. 82  2 5. 19 30. 69 6. 35 27. 77 15. 823 3. 94 32. 13 7. 58 26. 35 16. 284 5. 94 29. 35 6. 45 27. 66 15. 845 5. 10 29. 25 6. 69 28. 96 12. 041 胜 利 金 家 30. 07 31. 78 6. 07 31. 78  2 8. 29 29. 76 4. 39 33. 17 0. 773 8. 60 30. 10 5. 17 36. 13 - 9. 112. 2. 2   原 油 饱 和 烃 、 芳 烃 气 相 色 谱 分 析为 了 进 一 步 了 解 微 生 物 降 解 原 油 的 情 况 ,将 分离 获 得 的 饱 和 烃 、 芳 烃 进 行 气 相 色 谱 分 析 。 原 油 饱和 烃 气 相 色 谱 分 析 结 果 表 明 ,七 中 22 井 原 油 受 细 菌作 用 后 ,原 油 的 烃 分 布 发 生 了 明 显 变 化 (表 2) ,短 链正 构 烷 烃 含 量 相 对 增 加 ,而 长 链 正 构 烷 烃 含 量 则 相对 减 少 , ∑ / ∑ 值 由 作 用 前 0. 745 上 升到 0. 827 (最 大 值 ) 。 姥 鲛 烷 ( 植 烷 ( 是 原 油中 的 生 物 标 志 化 合 物 ,结 构 比 较 稳 定 ,细 菌 作 用 一 般不 影 响 它 的 含 量 \[6 \]。 变 化 说 明 所 筛 选的 菌 组 能 够 降 解 原 油 ,反 映 饱 和 烃 组 分 发 生 了 变 化 。经 细 菌 处 理 后 , 同 程 度 的 增 加 ,表 明 原油 被 细 菌 降 解 ,使 正 构 烷 烃 减 少 ,异 构 烷 烃 相 对 增多 ,并 可 影 响 原 油 的 物 理 性 质 ,使 其 流 动 性 增 强 。表 2   青 海 七 中 22 井 原 油 经 不 同 菌 组 合 菌 解 前 后 饱 和 烃 气 相 色 谱 分 析样   品 ∑ / ∑ r/ 分 布 / % 4) 中 亚 甲 基 的 吸 收 峰 。 经 细菌 处 理 后 ,该 原 油 胶 质 红 外 光 谱 图 (图 1 (b) ) 发 生 了较 大 变 化 。 图 1 ( a) 2 362. 46 1 峰 消 失 ,出 现1 032. 07 1峰 ,为 C — O 键 吸 收 峰 ,同 时 出 现 较 强的 1 215. 84 1峰 ,该 峰 为 醛 基 、 芳 香 基 醚 的 不 对称 振 动 ,表 明 微 生 物 对 原 油 胶 质 组 分 具 有 氧 化 作 用 ;3第 5 期                       张 廷 山 等 :   微 生 物 降 解 作 用 对 稠 油 理 化 性 质 的 影 响  出 现 876 1峰 ,该 峰 为 苯 环 上 C — H 外 弯 曲 振 动 ,而 在 1 558~ 1 460 1范 围 的 峰 明 显 增 强 ,说 明 微生 物 作 用 可 能 具 有 打 开 胶 质 中 缩 合 芳 环 的 作 用 ;此外 ,1 697~ 1 377 1范 围 内 的 峰 吸 收 强 度 增 大 ,说明 经 微 生 物 作 用 可 使 芳 环 上 部 分 支 链 脱 落 ,使 胶 质中 甲 基 、 亚 甲 基 含 量 增 多 \[8 \]。七 中 22 井 原 油 沥 青 质 的 红 外 光 谱 图 (图 2 (a) )呈 吸 收 峰 较 少 ,且 峰 面 积 小 的 特 点 ,仅 在 2 922. 72 1、 2 852. 36 1 、 1 559. 34 1 、 1 459. 15 1处 有 较 弱 的 峰 出 现 ,表 明 沥 青 质 主 要 由 缩 合 芳环 和 支 链 甲 基 、 亚 甲 基 以 及 杂 原 子 基 团 组 成 。 微 生物 作 用 对 该 井 原 油 中 的 沥 青 质 有 一 定 的 影 响 ,但 作用 不 如 对 胶 质 的 作 用 明 显 ,细 菌 作 用 原 油 后 使 得3 750~ 3 450 1处 峰 面 积 增 大 (图 2 (b) ) ,同 时 在1 024. 69 1处 出 现 新 的 吸 收 峰 ,表 明 细 菌 能 够 氧化 降 解 该 井 原 油 沥 青 质 ,出 现 醇 类 、 醚 类 物 质 \[9 \],这些 物 质 具 有 较 好 的 表 面 活 性 或 起 到 有 机 溶 剂 的 作用 ,能 使 原 油 更 易 流 动 。2. 4   原 油 物 性 变 化表 4   细 菌 对 青 海 咸 19 井 原 油 物 性 参 数 的 作 用(15 ℃ ,11 % 组编 号原 油 动 力 粘 度 / (s)作 用 前 作 用 后降 低 率/ %原 油 凝 固 点 / ℃作 用 前 作 用 后降 低 率/ %1 22. 2 22. 5 - 1. 35 28. 0 20. 0 28. 57A 22. 2 19. 8 10. 81 28. 0 20. 0 28. 575 22. 2 16. 2 27. 03 28. 0 22. 5 19. 64C 22. 2 18. 4 17. 12 28. 0 23. 0 17. 864 22. 2 20. 2 9. 01 28. 0 24. 0 14. 29经 微 生 物 处 理 后 ,原 油 物 性 变 化 较 明 显 ,实 验 采用 度 仪 测 定 原 油 菌 解 前 后的 粘 度 ,参 照 T 0541 — 94 方 法 测 定 原 油 凝 固点 ,以 青 海 咸 19 井 原 油 (表 4) 为 例 ,除 1 号 菌 处 理后 粘 度 略 有 上 升 外 ,其 它 菌 组 使 得 原 油 粘 度 下 降10 %~ 27 % ,而 凝 固 点 也 下 降 了 17 %~ 28 % ,说 明细 菌 能 够 很 好 地 改 善 原 油 物 性 ,用 该 油 田 其 它 油 井原 油 做 重 复 性 实 验 ,也 得 到 类 似 结 果 。 但 细 菌 降 解原 油 具 有 较 强 的 选 择 性 ,用 该 菌 种 降 解 其 它 油 田 原油 ,所 得 结 果 却 极 不 一 致 ,其 可 使 原 油 粘 度 及 凝 固 点降 低 ,也 可 使 其 升 高 。3   结   论(1) 通 过 一 系 列 的 筛 选 、 培 育 ,能 从 油 层 原 油 、含 油 污 水 中 分 离 出 一 系 列 能 够 有 效 降 解 稠 油 以 及 胶质 、 沥 青 质 的 微 生 物 组 合 。(2) 以 此 类 微 生 物 组 合 作 用 于 不 同 稠 油 ,在 不加 入 其 它 碳 源 的 条 件 下 ,原 油 的 饱 和 烃 相 对 含 量 增加 ,物 理 性 质 改 善 。(3) 细 菌 作 用 能 够 改 变 原 油 胶 质 、 沥 青 质 的 化合 物 和 结 构 ,主 要 引 起 胶 质 、 沥 青 质 内 含 氧 基 团 和 甲基 、 亚 甲 基 的 出 现 或 含 量 增 加 。致 谢 :原 油 的 有 机 地 化 和 红 外 光 谱 分 析 由 四 川 油 田 分 公 司 勘探 开 发 研 究 院 (国 家 质 量 认 证 检 测 单 位 , 编 号 :95 量 认 (国 )字 ( )完 成 ,物 性 分 析 由 西 南 石 油 学 院 化 学 工 程 系 进行 。 工 作 中 得 到 罗 平 亚 院 士 的 指 导 ,王 兰 生 高 工 、 王 顺 玉 、 戴鸿 鸣 副 教 授 的 帮 助 ,特 此 致 谢 !参 考 文 献 :\[1 \]  李 亮 编 译 . 微 生 物 在 石 油 工 业 上 的 应 用 \[J \] 油 田工 程 ,2000 , (8) :4 - 5.\[2 \]  廖 泽 文 ,耿 安 松 . 油 藏 开 发 中 沥 青 质 的 研 究 进 展 \[J \]1999 ,44(19) :1 - 10.\[3 \]  唐 纳 森 E 金 静 芷 ,王 修 恒 译 . 微 生 物 提 高 石 油 采收 率 \[ M \] :石 油 工 业 出 版 社 ,1995.\[4 \]  张 廷 山 . 微 生 物 降 解 稠 油 及 提 高 采 收 率 实 验 研 究 \[J \] 学 报 ,2001 , (1) :54 - 57.\[5 \]  李 赞 豪 . 原 油 的 厌 氧 细 菌 降 解 作 用 及 其 产 物 特 征 \[J \] 天 然 气 地 质 ,1998 ,19 (1) :29 - 33.\[6 \]  马 宝 东 . 潍 北 油 田 昌 74 井 微 生 物 采 油 室 内 性 能 评 价 研究 \[J \] 化 学 ,1999 ,16 (1) :64 - 67.\[7 \]  王 启 军 , 陈 建 渝 . 油 气 地 球 化 学 \[ M \] :中 国 地 质大 学 出 版 社 , 1988.\[ 8 \]  西 尔 弗 斯 坦 R M. 有 机 化 合 物 光 谱 鉴 定 \[ M \] : 科学 出 版 社 , 1988.\[9 \]  何 正 国 ,向 廷 生 ,梅 博 文 ,等 . 微 生 物 提 高 稠 油 采 收 率室 内 研 究 \[J \] 钻 采 工 艺 ,1999 ,21 (3) :95 - 99.(编 辑   罗 先 碧 )4 西 南 石 油 学 院 学 报                                       2003 年F 25   5   003\[ N 37001 , , et F S S U M I E , V 25 , N O. 5 , 1 - 4 , 2003( 1000 - 2634 , S E)of is a of s s of on of of at %is a / ∑ of of in 5 % 0 % N F 637001 , , L F S S T U M E , V 25 , N O. 5 , 5 - 7 , 2003 ( 1000 - 2634 , S E) on s on up of s on by of up of of to of S F 30074 , , et F S S T U I E, V 25 , N O. 5 , 8 - 11 , 2003 ( 1000 S E)r in on of r 87 86  Sr So is a 87 86  Sr by 87 86  0. 720 ± 0. 005) At of in it 上4 it F N F 00029 , , Q et F S S U M I E , V 25 , N O. 5 , 12 - 15 , 2003( 1000 - 2634 , S E)a to by of a is by of of of is a on of is of o 5                                 nstitute
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