微生物降解技术在稠油开采中的应用基础研究

刘潇阳，韩 兴，焦 彤，魏麟权，潘颢丹

（辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001）

随着微生物稠油开采技术研究的不断深入，及其在稠油开采领域良好潜力的展现，该技术在国内许多油田开始受到重视[1-3]。在我国，粘度大于1 000 mPa·s的稠油资源分布广泛，陆地中稠油资源约占石油总资源的20%以上[4,5]，其主要特征是沥青质含量比较高，具有较高的凝固点。因此，稠油在开采过程中，开采流程困难、提取困难、成本高昂[6]。我国准噶尔盆地、塔里木盆地、吐鲁番盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等集中了许多石油资源，其中塔里木的塔河油田、渤海的PL193油田更是稠油大油田。如果能够找到一个符合成本效益的方式来开采和收集这些稠油，对缓解我国石油进口压力具有非常重要的意义[7-9]。

微生物提高稠油采收率技术（MEOR）是将特定的、经过富集培养的微生物注入油层，通过它们在油藏内生存、代谢、增殖和迁跃作用，使二次采油的采油率大大提高[10-12]。20世纪末，辽河油田首次开展了将微生物用于稠油开采技术的全方位实验，这也是我国开展的最早的关于稠油微生物开采技术的研究[13]。在这第一次的研究取得些许成果之后，大庆、胜利、新疆、大港、青海等地的油田纷纷对这一技术开始了自主研发与应用。尽管如此，稠油的微生物降解技术在我国的工业化应用仍处在试验研究阶段[14-18]。

本文针对稠油开采难的问题，采用微生物对稠油进行降解。通过对细菌进行分离和筛选，选出最有效的降解稠油的菌株，进行培养繁殖和驯化。采用驯化后的细菌对石油进行降解，对比研究细菌降解稠油的效果，同时对细菌降解稠油的机理进行探讨，使微生物的稠油降解得到更广泛的应用。

1 实验部分

1.1 实验油样的选取

实验用的稠油样品来自辽宁某油田的稠油区。

1.2 菌种的富集与培养

实验用菌采用的是来自辽宁该油田的油水样。将菌液放入恒温振荡培养箱内于50 ℃培养。取出1 mL培养好的菌液放入培养皿中，加入配置好的培养基摇匀，再放入培养箱内振荡培养。重复上述步骤，即可得到高纯度的菌种。

1.3 稠油的微生物降解实验

将稠油与培养好的菌液混合，放置在温度为50℃、转速为160 r/min的恒温震荡箱中震荡培养。3 d后，分别取细菌作用前后的实验样品，进行粘度、含蜡量、界面张力和组分等数据的测量。

2 实验结果

2.1 微生物对稠油粘度和含蜡量的作用

表1列出了稠油样品在微生物作用前后粘度和含蜡量的数据。从表中可以看出：在微生物作用前，稠油的粘度为368.4 mPa·s，含蜡量为30.26%；而在微生物作用3d后稠油的粘度降低为284.6 mPa·s，含蜡量降低为 26.5%。这说明，微生物对稠油粘度和含蜡量都有不同程度的降低作用，粘度降低率为22.7%，含蜡量降低率为12.4%。

表1 稠油粘度和含蜡量在微生物作用前后的变化Table 1 The change of viscosity of heavy oil and wax content before and after the microbial function

2.2 微生物对稠油界面张力的作用

要降低油水界面的张力可以通过小分子的醇、酮和微生物自身生成的表面活性物质来实现[19]。上述物质还可使油水乳化。通过旋转界面张力仪可以直观的看出上述物质对界面张力的作用，并测量出稠油在微生物作用前后界面张力变化的数据。

表2列出了微生物作用前后稠油界面张力的变化。实验结果表明，稠油经微生物作用后，油水界面的张力明显降低，由 21.2 mN·m-1降低为 16.8 mN·m-1，降低率为 20.8%。这说明微生物产生的代谢物可溶解于稠油，并使稠油的界面张力降低，形成乳状液，从而降低稠油的粘度。

表2 界面张力在微生物作用前后的变化Table 2 The change of interfacial tension before and after the microbial function

2.3 微生物对稠油烷烃组分变化的作用

在微生物生长过程中，可以将稠油中的大分子烃类作为碳源，将分子量较大的石油组分分解成分子量较小的石油组分。石油中正构烷烃的碳数一般达到40，除主要成分直链烷烃以外，还含有支链烷烃，而支链烷烃中最重要的是异戊二烯类化合物，它以姥鱿烷（Pr）和植烷（Ph）为代表，可被多数微生物降解[20]。Pr与Ph的结构非常稳定，微生物的作用一般不会影响它的含量，可以作为稠油中的生物标志物。因此，可以通过Pr和Ph分别与正构烷烃的比值变化来说明微生物对稠油降解和正构烷烃组分发生变化的程度。

本实验采用气相色谱分析测量稠油经微生物作用前后的烃组分，结果如表3所示。比较稠油经微生物作用前后的烷烃组分变化可知，Pr/n-C17在作用前为 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。这说明稠油在微生物的作用下，其中的正构烷烃含量呈现出减少的趋势，微生物对稠油产生了明显的讲解作用；同时，稠油中的异构烷烃含量相对增多。由此可知，在微生物的作用下，稠油中的大分子烃类减少，小分子烃类增多，增强了稠油的流动性。

表3 稠油烷烃组分在微生物作用前后的变化Table 3 The change of alkane component of heavy oil before and after the microbial function

3 结 论

（1）温度为50 ℃时，在微生物作用前后，稠油的粘度由 368.4 mPa·s降低为 284.6 mPa·s，含蜡量由30.26%降低为26.5%，降低率分别为22.7%和12.4%；

（2）温度为50 ℃时，在微生物作用前后，稠油表面的界面张力由 21.2 mN·m-1降低为 16.8 mN·m-1，降低率为 20.8%，同时稠油的性状发生改变，由粘稠液状变成油水乳状液，稠油粘度下降；

（3）稠油经微生物作用后，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，说明大分子的烃类含量降低，小分子烃类含量明显增加，稠油的流动性增强。

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