生物表面活性剂提高采收率技术室内研究

冯海柱，程武刚，陈 刚，张 洁，李 婵，张 鹏

（1. 延长油田股份有限公司甘谷驿采油厂，陕西 延安 716000； 2. 西安石油大学 化学化工学院，陕西 西安 710065）

生物表面活性剂提高采收率技术室内研究

冯海柱1，程武刚1，陈 刚2，张 洁2，李 婵1，张 鹏1

（1. 延长油田股份有限公司甘谷驿采油厂，陕西 延安 716000； 2. 西安石油大学 化学化工学院，陕西 西安 710065）

通过稠油微生物乳化降粘试验, 筛选培养出高效的生物表面活性剂菌种，研究影响表面活性剂驱油体系生长的因素，对其现场应用潜力进行了分析研究。通过室内研究，生物表面活性剂能够改善界面润湿性，克服原油吸附功，强化水驱条件下剩余油的启动，与聚合物在驱油机制和功能上实现互补，对微生物采油技术研究也具有重要意义。

表面活性剂菌；微生物采油技术；乳化；降粘

生物表面活性剂用于油田三次采油提高采收率开始于上世纪40年代，70代加拿大、英国、西德、前苏联等国家先后进行了这方面的研究和开发，80年代已经研制出不同类型的生物表面活性剂。在产表面活性剂菌种的筛选，表面活性剂的结构的测定和性能的评价，获得这些表面活性剂的最适生产条件以及生物表面活性剂的室内驱油评价等方面开展了大量的工作。生物表面活性剂是指有亲水和疏水基团由微生物产生的化学物质[1]。生物表面活性剂有较高的界面活性，在含油岩石油表面润湿性好、能剥落油膜、分散原油、具有很强的乳化原油的能力、在固体表面吸附量少[2,3]。生物表面活性剂与合成表面活性剂相比更具优越性，其反应的产物均一，可引进新类型的化学基团，中有些基团是化学方法难以合成的，生物表面活性剂安全无毒，因此，生物表面活性剂是一种理想的提高原油采收率用化学剂[4]。

1 生物表面活性剂筛选

取某油田水样，按5%接种于全营养培养基中，37℃摇床活化，至培养液浑浊，分别取10 mL上清液接种到装有100 mL全营养培养基的摇瓶中，于相同的条件振荡培养3 d，以摇瓶中的培养菌液作为菌种，在同样条件下分别进行二次转接培养。取二次培养中的培养液做适当稀释，取适当稀释度的菌悬液在细菌分离培养基上进行平板涂布分离。再取平板上生长较好的不同形态的菌落进一步在平板上划线纯化，如此反复几次直到平板上形成的菌落形态完全一致为止，挑取单菌落接种在固体斜面培养基上4 ℃保存。将固体斜面培养基上长成单个菌落的菌株转接至全营养培养基内，恒温摇床培养1 d，再接种到固体血平板培养基中，于53 ℃（某油田油藏温度）培养2 d，选择有透明圈的菌株进行培养。

2 生物表面活性剂性能研究

2.1 乳化活性研究

在500 mL锥形瓶中加入170 mL发酵培养基，再分别加入某油田原油和液蜡，接入5%的表面活性剂驱油体系，密封，与不接入菌种的空白对照，在53 ℃、170 r/min下恒温培养7 d，观察功能菌群作用下原油和液蜡的乳化和分散；用Broolfield Digital Viscometer粘度计测定粘度变化；以不接种的反应瓶基质为对照，实验结果表1。

表1 降解前后原油粘度变化Table 1 Viscosity change of crude oil before and after degradation

由表1可见，T4-323、5-11、T5-2213、T5-227井经降粘作用后，降粘率分分别为95.5%、93.9%、95.9%，95%，平均降粘率为95.07%。说明表面活性剂驱油体系能以原油为唯一碳源生长，并可降解原油、产生表面活性剂，使原油粘度明显降低。

2.2 生物表面活性剂界驱油效率研究

生物表面活性剂的驱油效率取决于原油在岩石表面的粘附功，粘附功越低，洗油效率越高，因此提高采收率通常从降低界面张力和润湿性反转两个方面来考虑，评价结果如表2所示。由表2可见，生物表面活性剂体系对润湿性和界面张力的影响是不同的从Eθ值看，表面活性剂体系降低幅度达到了4个数量级。

表2 表面活性剂对润湿性、界面张力及粘附功的影响Table 2 Impact of surfactants on the wettability, interfacial tension and adhesion work

3 注入参数对提高采收率的影响

3.1 复合生物驱油体系注入浓度研究

自制填砂管Φ2.5 cm×100 cm，孔隙度23.88%，储层液测渗透率2.105 μm2。分别改变表面活性剂体系代谢产物浓度（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%），确定注入参数和某油田油藏的适应性。微生物驱油中，研究表面活性剂体系在2.1 μm2的岩心中驱替48 h条件下，浓度分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，驱油实验结果如表3所示。

表3 不同注入浓度下的采收率Table 3 Recovery under different injection concentrations

由表3可以看出，在53 ℃驱替48 h，注入浓度由0.5%逐渐增加至2%，微生物驱替后采收率一直呈上升趋势。浓度从1.5%到2.0%变化过程中采收率也有提高，不过变化缓慢，提高比例很少。

3.2 不同段塞用量对采收率的影响

（1）注入段塞量的优化

在53 ℃的实验条件下分别考察表面活性剂驱油体系浓度为1.5%，注入速度为1.8 mL/min，在不同段塞用量条件下对提高采收率的影响，其结果如表4所示。由表4可知，在注入PV数由0.1上升到1.0过程中，提高采收率幅度均有所提高。在0.1～0.3PV过程中，采收率增加值上升较快，由5.59%上升到7.37%，提高了1.78%。当注入量超过0.5PV时，虽然采收率也有所上升，但采收率增加值变化微小，基本恒定。

表4 复合体系段塞用量对采收率的影响Table 4 Impact of the slug amount of the composite system on recovery

（2）注入方式的优化

考察生物菌降凝剂单轮次与多轮次注入方式对采收率的影响，分两组进行实验。一组将浓度为1.5%的表面活性剂体系按0.3PV的段塞用量注入岩心，计算采收率变化情况，另一组将浓度为1.5%的表面活性剂体系按0.1PV的段塞用量注入岩心，静置水驱后，接着再注1.5%的复合体系0.1PV，再静置水驱，共进行3轮，研究不同轮次下的采收率变化情况，结果如表5和表6所示。

表5 单轮次注入方式对采收率的影响Table 5 Impact of a single round of oil recovery injection method on recovery

由表5和表6可见，小段塞多轮次注入方式，可以使复合驱油体系进入岩心深部，增加了其与孔隙中原油的接触面积及作用时间，更好的起到解堵降粘的作用，从而使更多的原油被采出，提高了采收率。

Indoor Study on EOR With Biosurfactants

FENG Hai-Zhu1, CHENG Wu-Gang1, CHEN Gang2, ZHANG Jie2, LI Chan1, ZHANG Peng1
(1. Shaanxi Yanchang Petroleum Oilfield Corporation Limited Ganguyi Oil Production Factory, Shaanxi Yan’an 716000, China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Xi’an Shiyou University, Shaanxi Xi’an 710065, China)

Efficient biosurfactant-producing bacteria were screened and cultivated through emulsification and viscosity reduction tests of heavy oil. Factors affecting growth of surfactant oil displacement system were also analyzed. The results show that the biosurfactant can improve the interface wettability, overcome the oil adsorption work, strengthen the activation of remaining oil under water drive conditions and realize complementary with polymers in both oil displacement mechanism and function.

Surfactant-producing bacteria; Microbial enhanced oil recovery; Emulsification; Viscosity reduction

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）02-0243-02

陕西省科技计划项目(2012KJXX-40)、陕西省技术转移与重点科技成果推广计划(2014TG-09)和陕西省教育厅科研计划项目(2013JK0647)。

2014-07-30

冯海柱，男，工程师，目前从事油田开发工作。