谁了解微生物采油方面、鼠李糖脂发酵液的驱油应用

【专家解说】：微生物技术采油新进展： 生物表面活性剂鼠李糖脂发酵液 驱油应用研究 韩立滨 电 话：0459-5619800 传真：0459-5619868 E-Mail：victex2008@126.com 一、概述 表面活性剂是具有亲水基和疏水基的离子或非离子型化合物，具有降低表面张力、稳定乳化液、增溶和改变分子极性等作用，表面活性剂分为化学表面活性剂和生物表面活性剂，其中生物表面活性剂是微生物在代谢过程中的产物，包括糖脂、脂肽、脂蛋白、磷脂以及中性类脂衍生物等，具有明显的表面活性，能大幅度降低油水界面张力，形成胶束溶液。此外，还可以改变油层润湿性、洗油能力强、吸附滞留量小、稳定性高、耐盐以及无毒等优点。因此，近年来，环境友好的生物表面活性剂的生产和使用日益受到人们的广泛关注。预计到2010年，生物表面活性剂将会占领市场10%的份额，销售额达两亿美元。 目前，国内外研究较多的是由铜绿假单胞菌(Peudomonas aeruginosa)产生的鼠李糖脂，它是一类非常重要的生物表面活性剂，不仅具有乳化、增溶、降低表/界面张力等功能，而且毒性小、易于生物降解，因而在石油开采、医药、食品、日化及环境保护等许多领域具有极大的应用潜力。大庆沃太斯化工有限公司依托中科院上海有机所的先进技术，经自主研发的鼠李糖脂产品质量已经达到国内先进水平，具有年产2000吨以上的生产能力，是国内唯一能够大规模生产的厂家。 二、生物表面活性剂国内外的研究进展 国外，生物表面活性剂是七十年代后期发展起来的生物工程技术。近年来，生物表面活性剂应用于EOR方面，日益受到人们重视，如德国winter-shullAG公司将生物表面活性剂用于三次采油矿场试验，取得了明显效果，并已申请了多项专利。美国，先后有六大公司应用生物工程技术进行三次采油试验研究工作都见到了理想的效果。 我国，生物表面活性剂研究工作始于八十年代初。“七五”期作为国家重点科技攻关项目实验研究做了大量的工作。“八五”期间又进行了生物表面活性剂的中试放大，随着科技手段的不断发展，研究水平不断的提高，生物表面活性剂的应用领域不断扩大，同时生物表面活性剂在石油采油的应用中取得了长足的进步。 大庆油田于1997年-2000年在萨北开发区小井距试验区葡I4-7油层开展了生物表面活性剂三元复合驱先导性矿场试验，采用与进口表活剂ORS41复配的强碱体系，取得了全区提高采收率16.64％，中心井提高采收率23.24％的好效果。由于加入了浓度为0.2％生物表面活性剂，使体系中磺酸盐类表面活性剂的浓度由0.3％下降到0.15％，降低了化学表活剂50%的用量，复合驱化学剂总成本降低了35.5%。 三、鼠李糖脂简介 1、鼠李糖脂是一种阴离子表面活性剂，鼠李糖脂最突出的特性是它的表面活性，具有显著降低水的表面张力，改变固体表面的润湿性，具有乳化、破乳、消泡、洗涤、分散与絮凝、抗静电和润滑等多种功能。鼠李糖脂表面活性剂能使水的表面张力从72 mN/m降至30 mN/m左右，使油水界面张力从43 mN/m降低至1 mN/m左右。本产品与化学表面活性剂复配后的体系达到10-3-10-4 mN/m超低界面张力值。 鼠李糖脂的另外一个重要特性是它的抗菌性。已经报道有好几种鼠李糖脂混合物具有抗菌和抗真菌的效果。 2. 性状 该产品外观为乳白色、带有脂香味粘稠的水溶性液体，其组成包括鼠李糖脂、菌体干细胞、多糖、中性脂等，其中鼠李糖脂的有效含量在30 g/L以上。 3. 作用机理 总述：该产品的主要成份是生物大分子，它们具有粘弹性和乳化性，能起到增大驱油波及效率的作用，在油层中具有封堵、变形、运移、再封堵的特性，可实现从水井到油井的全过程调剖驱油；具有较高的表面活性能力，有效改变储集层岩石表面的润湿状态，降低原油与岩石表面的润湿角，降低油水界面张力，从而减少了原油在储层孔隙中的流动阻力，原油得以从岩石颗粒表面释放，从而起到提高原油采收率的作用。 鼠李糖脂发酵液成分及其对油层的作用 鼠李糖脂发酵液组分物质名称 对油层的作用 鼠李糖脂为代表的各种糖脂类表面活性剂物质 1、降低岩石-油-水系统界面张力及表面张力 2、形成油-水乳浊液 3、增强油相相容性 有机酸类 1、提高孔隙度和渗透率 2、降低油黏度 菌体的蛋白及核酸大分子类 封堵高渗透层，增大水驱扫油率并降低油水比 醇、酮、醛溶剂类 溶解岩石孔隙中原油，降低原油黏度 (1)鼠李糖脂发酵液中的表面活性剂物质形成临界毛管胶束、增溶、乳化、互溶阶段的洗油机理 生物表面活性剂鼠李糖脂等小分子溶液达到临界胶束浓度后，其活性分子会自发迁移到油相界面，由热力学公式△G0m=△H0M-T△S0M可知油相界面自由能降低。表现为聚集于油相，使亲油基团插入油相，亲水基团留在水相，形成圆柱胶束，胶束内核提供了一个增溶的空间，使油相处于岩心孔道中央，发生油相聚集溶合，同时也使多个鼠李糖脂类分子亲油基与油结合形成乳状液，使黏度得到降低。动力来源除了驱替的压力、油水自由能的降低还有微毛管束的拉伸作用，蜂窝状的底层孔隙使得溶液胶束受毛管力作用被沿着岩石孔道推进，胶束经过岩心孔道时受到油滴间表面张力的作用使残余油进入胶束形成油带，它的形成使采出油的含水率得到降低。当油与鼠李糖脂类活性分子结合经过岩心多路液流汇集处或孔道张力集中的弯道处多发生乳化，使油黏度进一步降低。增溶乳化的胶束受驱动力推进，遇到不动的残余油则表现为互溶。此时的油相与水相界面张力及自由能达到最低值。当油相聚集岩心孔道中央达到一定量后挤压水相与岩石孔隙面接触，水相与岩心孔隙形成表面张力膜，增强了水对岩石的润湿性，有利于残油油滴驱出。 后续水驱期间，受驱动推力及毛细管共同作用使驱出的油含水率降低，压力平稳，采收率曲线提高平缓。随着水驱的推进鼠李糖脂类表活剂分子随着被驱出的量而减少，其乳化作用、降低界面张力作用及降黏作用的能力快速降低，当压力达到驱动溶液流动的恒定值则表现为平稳，此时的含水率也接近稳定。 （2）鼠李糖脂发酵液中的菌体蛋白、核酸等有机大分子调驱机理 一定浓度的发酵液进入油层后，微生物代谢的生物有机物及菌体残余物质聚合形成微生物封堵，在驱替压力作用下向受力作用低的大孔导流动即高渗透区域，并调整吸水剖面，增大水驱扫油效率，降低油水比，起到宏观和微观的调剖作用，是一种有选择的封堵，改变水流向，达到提高采收率的作用。从室内驱油试验压力曲线研究证明，该微生物大分子及菌体类似于胶体，即生物大分子及菌体蛋白是有伸缩性与粘弹性，能够在复杂的非均质油层中表现出与压力相反的缓冲效应，该效应形成提高采收率的封堵调驱机理。 (3)鼠李糖脂发酵液作为本源微生物营养激活剂提高采收率 鼠李糖脂发酵液成分中含有大量的氮元素、碳元素及磷元素，菌体分解的核酸及蛋白等小分子是地层本源微生物迅速生长的高级营养物质，是微生物产生大量代谢物，有表面活性剂、气体、有机酸等进一步发挥微生物采油原理。 (4)结论 一、鼠李糖脂驱油机理包括四个阶段：形成毛管胶束阶段，增容阶段，乳化阶段，互溶阶段，四个阶段相互依存，协同的洗油机理，提高了原油的采收率。 二、与单一鼠李糖脂相比未处理的鼠李糖脂发酵液驱油效果更好，鼠李糖脂与菌体蛋白、菌体代谢物有机酸、醛酮类化合物共同作用原油，既有表面活性剂作用又有大分子封堵调驱作用，提高原油采收率。 三、大分子物质封堵岩层大孔道的调驱机理，降低流速比、使驱替液向油层小孔道驱替未动用剩余油、以及降低油水界面张力、乳化并降低原油粘度增容的协同洗油机理是提高采收率的综合效应指标。 四、鼠李糖脂发酵液本身是油层中本源微生物的营养激活剂，能促进本源微生物生长发挥微生物采油。