基于复配菌的原油降黏效果分析

王卫强，丁影影，王国付，李 佳

(辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001)

0 引 言

中国稠油资源分布广、产量丰富，由于密度大、黏度高、凝点高等特性导致原油流动困难[1-2]。微生物可改善稠油物性：一是通过微生物自身活动来降解稠油中大分子结构烃类，打破稠油中大分子聚合体结构，减少稠油中的重质组分，降低原油黏度[3-4]；二是通过微生物代谢产物(酸、气及生物表面活性物质等)乳化稠油中的胶质、沥青质等，对原油进行大幅度降黏[5-7]。胶质、沥青质是稠油中极性极强的重质组分，同时也是导致稠油开采和运输困难的主要因素之一，单一微生物对其降解率不高或很难降解[8-9]。为此，通过分离、筛选，选育出了能降低原油黏度的菌株和产表面活性剂的菌株，通过对两者进行复配实验研究，在短时间内可高效地降低原油黏度，从而大幅提高稠油的流动性。

1 材料与方法

1.1 实验材料

(1) 培养基。实验用培养基及其组成见表1。

(2) 菌种来源。从长期油污土壤中筛选出2株菌株：一株为呈短杆状，白色，无鞭毛，无芽孢的高效原油降黏菌D-8，另一株为呈圆球状，且菌体产黏稠状、略有淡黄色活性物质的表面活性剂产生菌B-12。

表1 培养基类型及组成

(3) 稠油来源。实验用原油为辽河油田齐40块稠油，35 ℃下脱气原油密度为914 kg/m3，黏度为2 315 mPa·s。

(4) 实验仪器。实验用仪器主要包括：ALC-210.4电子分析天平、LDZX-50KBS立式压力蒸汽灭菌器、DK-98-I IA电热恒温水浴锅、SHZ-82水浴恒温振荡器、BHC-1300IIA/B2型生物洁净安全柜、PHS-25PH酸度计、UV-2550紫外分光光度计、LDV-T2黏度温控一体机、BX-51偏光显微镜以及聚焦光束反射测量仪(FBRM)。

1.2 实验方法

(1) 复配菌培养。将D-8和B-12按不同比例复配，得到复配菌DB8-12，按不同接种量接种于液体培养基中，在35℃恒温水浴中及摇床转速为140 r/min下振荡培养。每隔12 h利用紫外分光光度计进行菌体光密度值(OD值)的测定[10]，并利用Origin软件绘制菌体的生长曲线图，以确定复配菌最适宜生长的外界条件。

(2) 复配菌原油降黏影响因素。考查复配菌液接种量、培养时间及培养温度对复配菌降黏效果的影响，确定复配菌达最大降黏率的条件。

(3) 复配菌对原油粒径分布影响。用FBRM可检测到复配菌作用前后原油液滴长度分布[11]，利用ic FBRMTM软件获得原油油样的粒径分布。得到复配菌作用前后稠油粒径的变化情况，从微观角度说明复配菌的降黏机理及功效。

2 结果与分析

2.1 复配菌生长性能的研究

2.1.1 复配比例对菌体生长的影响

D-8和B-12分别按1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、2∶3、3∶1、3∶2比例复配，按1%接种量接种于富集培养基中，在35 ℃恒温水浴中及摇床转速为140 r/min下振荡培养5 d，每12 h测一次OD值(表2)。由表2可知：培养时间为0～36 h时，不同复配比例下菌体OD值均呈现快速增长趋势，该时期为复配菌的对数生长期；培养时间为36～72 h时，菌体OD值达到最高，且几乎保持不变，该时期即为复配菌生长的稳定期；当培养时间超过72 h后，各菌体的OD值均呈明显下降的趋势，该时期复配菌进入生长衰亡期。由表2可知，随培养时间的延长，B-12所占比例过多或过少都不利于复配菌的生长繁殖，这是因为B-12过少则D-8生长较慢，B-12过多也会抑制D-8的生长，适量的B-12对D-8的生长具有良好的协同促进作用。 D-8与B-12按3∶2比例复配组合，在36 h后的生长量高于任一其他复配组合，且整体OD值最大。因此，选择D-8和B-12按3∶2比例复配最佳。

表2 不同时间、不同复配比例下复配菌的OD值

2.1.2 接种量对菌体生长的影响

D-8和B-12按3∶2比例复配，分别按1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%接种量接种于液体培养基中，在35 ℃恒温水浴中及摇床转速为140 r/min下振荡培养5 d，每12 h测一次OD值(表3)。由表3可知：按5%、6%、7%接种量接种的复配菌组合菌体生长速度经过先升高再降低的过程，这是由于刚开始菌体生长速度较快，很快消耗尽培养液中的营养物质，导致菌体不生长甚至死亡，实验研究结果与文献[12]一致。按1%、2%、4%接种量接种的复配菌组合菌体生长速度较快，但总体长势不如按3%接种量接种的复配菌组合菌体生长旺盛，因此，复配菌按3%接种量接种生长效果最佳。

表3 不同时间、不同接种量下复配菌的OD值

2.2 复配菌形态的观察

为便于显微镜观察，选用液体石蜡培养基(清澈透明)培养各菌种[13]。复配菌按3%接种量接种于液体石蜡培养基中，培养24 h后，放于偏光显微镜下观察，可清晰地看到D-8与B-12复配后共存于培养基中，菌种数目较多且分布均匀，说明2种菌复配达到了互利共生的效果，有利于微生物的降黏研究。

2.3 复配菌降黏效果的影响因素

2.3.1 复配菌液掺混量对降黏效果的影响

在35 ℃水浴中恒温振荡培养36 h后，按3%接种量接种得到复配菌液。将该菌液分别与50 mL原油混合，复配菌液体积比分别为5%、10%、15%、30%、45%。将复配菌与原油混合于锥形瓶中，在35 ℃恒温水浴中及摇床转速为140 r/min下振荡培养，72 h后测各复配菌组合作用后脱水原油黏度，同时与未加菌液处理的原油作空白对照，比较不同菌液接种量对原油降黏效果的影响(图1)。由图1可知：复配菌液与原油按一定比例混合时，即复配菌液体积比为0～20%时，原油黏度随混合菌液量的增大而显著降低，降黏率在该区间几乎呈直线上升趋势；复配菌液体积比为20%～30%时，降黏率增长较缓慢；复配菌液体积比为30%以上时，降黏率随复配菌液投放量的增加几乎不再变化，此时降黏率处于相对稳定阶段。考虑到经济因素，确定复配菌液最佳体积比为30%。

图1 复配菌液不同添加量下原油降黏效果

2.3.2 复配菌与原油作用时间对降黏效果的影响

将复配菌液体积比按30%与50 mL原油混合于锥形瓶中，配制7个样品，将样品在35 ℃恒温水浴中及摇床转速为140 r/min下振荡培养，分别在混合培养24、36、48、60、72、84、96 h后测脱水原油黏度(图2)。由图2可知：原油黏度随复配菌液与原油作用时间的延长呈缓慢下降趋势，对应的降黏率呈上升趋势；复配菌液体积比按30%与原油混合，35 ℃下作用72 h后原油黏度为842 mPa·s，并随时间的延长降黏率基本趋于稳定，肉眼可观测到原油流动性明显变好。研究结果表明，菌株在原油中能快速生长繁殖，在较短时间内能达到降黏效果，有利于现场施工。

图2 不同作用时间复配菌原油降黏率效果

2.3.3 复配菌培养温度对降黏效果的影响

将复配菌液按体积比为30%与50 mL原油混合于锥形瓶中，配制6个样品，将样品分别置于30、35、40、45、50、55 ℃恒温水浴中，在摇床转速为140 r/min下振荡培养，72 h后测定各样品的脱水原油黏度(图3)。由图3可知：温度为30～40 ℃时，复配菌作用后的稠油黏度随温度升高呈显著降低趋势，这是因为：在温度低于40 ℃时，其生长繁殖能力随温度的升高而增强，40 ℃时降黏率达到了60.3%；当温度为40～45 ℃时，随温度的升高，降黏率增长缓慢，在该温度区间内原油黏度受温度影响较小，45 ℃时培养72 h后，稠油黏度降至810 mPa·s，降黏率达61.8%；当温度继续升高时，稠油黏度变化不大，但降黏率明显降低，这是由于温度过高导致菌体失活，从而使加复配菌前后黏度无明显改变；当温度达55 ℃时，原油黏度几乎不变。

图3 不同培养温度下原油降黏率效果

2.4 复配菌对原油粒径分布的影响

将复配菌处理后黏度降至810 mPa·s的原油脱水后，在45 ℃条件下，用聚焦光束反射测量仪观测油滴粒径分布情况，并与未加菌处理原油粒径分布进行对比。复配菌作用前后粒径分布对比曲线见图4。由图4可知：未加菌处理原油的粒径集中分布在0～40 μm，该区间段内油滴所占的比例最大；而40～100 μm的油滴所占的比例较低，均不超过0.5%。经复配菌处理后的原油油样中1～5 μm的油滴大幅度增加，最高比例达到5.8%，远高于未加菌处理原油的油样粒径； 5～10 μm的油滴所占百分比显著增大，最高比例达9.2%；大于10 μm的油滴所占的比率由4.8%降至1.6%，尤其是30～100 μm的油滴，经过复配菌处理后该区间段的大油滴完全被降解，所占比例降为0。经过复配菌液处理后，原油中的大分子烃被降解为小分子烃，从而表现为油样大粒径所占比例下降，小粒径所占比例上升，宏观表现为黏度降低。在稠油的开采及输送中加复配菌降黏有利于提高原油流动性，因此，复配菌降黏是降黏开采及降黏输送最经济、高效的途径之一。

图4 原油经复配菌处理前后粒径大小百分比分布

3 实践指导

利用微生物进行稠油的降黏开采及输送，菌种的好坏非常重要。为提高降黏效率， D-8及B-12的分离、筛选是强化微生物采油及输油技术的基础， D-8及B-12的复配则是关键。研究所选菌株生命力强，复配后能很好地生长繁殖，且能在原油体系中快速生长，较少的菌液添加量即可达到迅速乳化稠油、降低黏度的效果，解决了单一菌株适应性差、生命力弱、降黏率低的问题。但需注意的是B-12的添加量需得到很好的控制，添加量过低则达不到较好的降黏效果，添加量过高则又会抑制菌株的生长，从而影响稠油的降黏率。

4 结 论

(1) 通过将一株短杆状、无芽孢的D-8和一株圆球状，且菌体产黏稠状、略有淡黄色活性物质的B-12进行复配实验研究，优化出其最佳培养条件为：D-8和B-12按3∶2比例复配，按3%接种量接种；在pH值为7.5，温度为35 ℃下培养3 d后具有最大菌体光密度值。

(2) 将DB8-12菌液按体积比为30%与原油混合，在45 ℃恒温水浴中及摇床转速为140 r/min下振荡培养72 h后，原油黏度由2 120 mPa·s降至810 mPa·s，降黏率达到了61.8%。表明DB8-12在原油中能快速生长繁殖，在短时间内可达到降黏效果。

(3) 原油经DB8-12作用后，部分大分子烃被降解为小分子烃，即呈现出大粒径所占比例降低，小粒径所占比例大幅上升，宏观表现为黏度降低，流动性显著提高。DB8-12适合用于辽河稠油的降黏开采及输送。

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