0 引 言
現(xiàn)代生物工程技術(shù)的迅速發(fā)展,使生物技術(shù)在石油開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用日益加強(qiáng),并成為很有前途的強(qiáng)化采油技術(shù)。采油生產(chǎn)中,一方面用微生物進(jìn)行烴類降解;另一方面用微生物發(fā)酵代謝的產(chǎn)物,如生物聚合物､生物表活劑､氣體(CO2､H2､CH2等)､有機(jī)酸等,開(kāi)展降低油水界面張力､乳化降粘､解堵､增稠和堵水､破乳等方面的應(yīng)用,以達(dá)到增產(chǎn)的目的。
生物表面活性劑是微生物代謝產(chǎn)物中最有應(yīng)用前景的一類,具有化學(xué)方法難以生成的化學(xué)基團(tuán),性能良好,生產(chǎn)成本低,環(huán)境污染小,能夠適應(yīng)油田開(kāi)發(fā)的需要。
鼠李糖脂是PseudomonasSp.(假單孢菌)在一定的營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)中培養(yǎng)代謝產(chǎn)生的表面活性劑。一些研究表明,純鼠李糖脂(Rh)能形成較低的油水界面張力體系,提高原油采收率。若發(fā)酵液能形成低油水界面張力體系,那么從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō),對(duì)生物表活劑的油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,必定有很大的推動(dòng)作用。鼠李糖脂發(fā)酵液(Rh-C)的成分除鼠李糖脂外,還含有菌體干細(xì)胞､多糖､中性脂､極性脂和無(wú)機(jī)礦物質(zhì)等,成分非常復(fù)雜。本文將根據(jù)HLB值的可加合性和分子結(jié)構(gòu)匹配性原理,篩選出具有較低油水界面張力的鼠李糖脂發(fā)酵液驅(qū)油體系。
1 實(shí)驗(yàn)條件
1.1 化學(xué)試劑
(1)鼠李糖脂發(fā)酵液:含鼠李糖脂約18g/L､多糖脂和中性脂､菌體和無(wú)機(jī)鹽(中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)所)。
(2)平均注入水礦化度參照大慶油田平均注入水礦化度(見(jiàn)表1)配成。
(3)正構(gòu)烷烴:正己烷､正庚烷､正辛烷､正壬烷､正癸烷､正十一烷(Fluka進(jìn)口分裝)､正十二烷､正十四烷(Fluka)､正十六烷,均為分析純。
(4)OP4､OP5､OP7､OP10(工業(yè)品);NaOH(分析純)。
(5)原油:大慶油田采油一廠脫氣脫水原油。
(6)聚丙烯酰胺(大連同德化工廠)。
1.2 儀器
(1)旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀:德國(guó)KRUSSSITE—04型,美國(guó)TEXAS500型。
(2)滴體積界面張力測(cè)定儀,帶恒溫水槽(自制)。
(3)驅(qū)油裝置:包括雙注塞泵,壓力表,中間容器,恒溫箱,自動(dòng)收集器。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 發(fā)酵液的界面活性
將鼠李糖脂發(fā)酵液母液用蒸餾水稀釋,在45℃下用滴體積法測(cè)量其同正十六烷的界面張力。結(jié)果表明,鼠李糖脂發(fā)酵液的平衡界面張力約為3mN/m,臨界膠束濃度約為1.3%(折合純鼠李糖脂濃度為234mg/L)。這說(shuō)明鼠李糖脂發(fā)酵液油水界面活性較高。
實(shí)驗(yàn)還表明,對(duì)大慶原油,純鼠李糖脂加1%(wt)NaOH后,油水界面張力最低平衡值約為3mN/m,而同等鼠李糖脂濃度的發(fā)酵液加1%(wt)NaOH后油水界面張力最低平衡值約為0.5mN/m。這說(shuō)明發(fā)酵液的界面活性要比純鼠李糖脂的界面活性高幾倍。這是因?yàn)?/SPAN>,發(fā)酵液中除鼠李糖脂外還有其它成分,如各類中性脂､多糖脂､菌體等,這些成分在一定的條件下也有表面活性。即使這樣,單獨(dú)發(fā)酵液與大慶原油的界面張力仍達(dá)不到驅(qū)油的要求。
2.2 等效烷烴掃描(EACN)
用某種表面活性劑對(duì)每種烷烴的界面張力和烷烴碳數(shù)作圖,所得曲線為該種表面活性劑配方的烷烴掃描圖。由此曲線引導(dǎo)出兩個(gè)參數(shù),即最小張力的烷烴碳數(shù)和最小界面張力,這對(duì)篩選適合驅(qū)替某種油品的表面活性劑具有指導(dǎo)作用。
1000mg/L的純鼠李糖脂和2.5%(v)的鼠李糖脂發(fā)酵液的烷烴掃描圖,如圖1所示。
由圖可知,兩種溶液的EACN掃描曲線并沒(méi)有顯示明顯的界面張力極小值。具有這種類型EACN掃描曲線的鼠李糖脂發(fā)酵液對(duì)大慶原油難以單獨(dú)形成低的界面張力體系。要使鼠李糖脂發(fā)酵液對(duì)大慶原油形成低的界面張力體系,有兩種途徑:一是與其它類型表面活性劑復(fù)配,二是對(duì)它的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性。本研究從前者出發(fā)進(jìn)行配方篩選。
2.3 助劑篩選
從驅(qū)油的原理上講,油水兩相性質(zhì)越接近,界面張力就越低,毛管阻力也就越小,洗油效率越高。從親水親油平衡角度看,每種表活劑都有一定的親水親油平衡值(HLB),每種油被乳化也需一定HLB值的表活劑。一個(gè)理想的驅(qū)油體系,與油相的親合力和水相的親合力都要合適。利用HLB值的可加合性可以達(dá)到目的。發(fā)酵液屬親水性表活劑,要使其與大慶原油相匹配,則需再加副表活劑和助劑調(diào)整其極性即HLB值。
初步試驗(yàn)表明,壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP)類表活劑與大慶原油有一定的適應(yīng)性。考慮到鼠李糖脂發(fā)酵液的親水性較強(qiáng),可選擇較親油的且與鼠李糖脂發(fā)酵液有協(xié)同作用的OP類表活劑作副表活劑。
將OP7(HLB≈12.62)和OP4(HLB≈10.07),或OP10(HLB≈13.9)和OP4以一定重量比復(fù)配得到一系列HLB值的復(fù)合表面活性劑。取0.5%(v)濃度的復(fù)合表活劑溶液加入1%NaOH,測(cè)量它們與大慶原油的油水界面張力,如圖2和圖3所示。
由圖可以看出,OP10和OP4重量比約為30%∶70%左右的復(fù)合表活劑,及OP7和OP4重量比約為50%∶50%左右的復(fù)合表活劑,與大慶原油均較匹配,即界面張力值較低。
在0.5%(v)復(fù)合表活劑中加入一定量的鼠李糖脂發(fā)酵液和1%NaOH,然后測(cè)它們與大慶原油的界面張力,如圖2和圖3所示。由圖可以看出,發(fā)酵液加入后,要使復(fù)合表活劑同大慶原油較匹配,則兩種復(fù)合表活劑中OP4的重量都要增加,這是由于發(fā)酵液的親水性較強(qiáng)的緣故。
2.4 低界面張力驅(qū)油劑配方
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定OP7∶OP4=1∶4(wt)(簡(jiǎn)稱OP74(1∶4))復(fù)合表活劑為副表活劑,其與發(fā)酵液復(fù)配的適宜范圍如圖4和圖5所示。
由圖4可看出:當(dāng)固定NaOH濃度為1.0%､OP74濃度為0.5%(v)時(shí),鼠李糖脂發(fā)酵液濃度在0.5%～1.2%之間的復(fù)合體系具有較好的低界面張力特性;由圖5可看出,當(dāng)固定NaOH濃度為1.0%､鼠李糖脂發(fā)酵液濃度為0.5%時(shí),OP74濃度在0.2%～1.0%之間的復(fù)合體系具有較好的低界面張力特性。考慮驅(qū)油過(guò)程中色譜分離的影響,選用組分較單一的､HLB值與OP74(1∶4)相近的OP5為助表活劑,與發(fā)酵液復(fù)配,其性能沒(méi)有明顯變化。由圖5還可看出,濃度大于0.8%的純OP74與大慶原油能形成較低的界面張力,當(dāng)加入發(fā)酵液后OP74的使用濃度可大大降低。為了調(diào)節(jié)驅(qū)油時(shí)的油水流度比,加入1200mg/L聚丙烯酰胺,由此得到低油水界面張力的驅(qū)油體系配方SL-6A為:0.6%(v)發(fā)酵液+0.4%(v)OP5+1.0%NaOH+1200mg/L聚丙烯酰胺。
2.5 模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)
用0.083～0.105mm石英砂填充直徑22.4mm､長(zhǎng)300mm的圓管模型,抽真空,飽和地層圖6 配方模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)驅(qū)油效率曲線水(7000mg/LNaCl),測(cè)孔隙體積和水相滲透率。
45℃恒溫下用大慶脫氣脫水原油驅(qū)替地層水,建立束縛水,老化48h。以0.3cm3/min的速度,用平均礦化度注入水驅(qū)替原油至含水98%后,注入驅(qū)油劑,再用平均礦化度注入水驅(qū)替至含水98%,計(jì)算驅(qū)油效率。
模型1:孔隙度=42%,平均水相滲透率=5960×10-3μm2,含油飽和度=89.0%,水驅(qū)原油效率為58.65%,注入0.3PV段塞復(fù)合體系配方SL-6A和0.2PV保護(hù)段塞(700mg/L聚丙烯酰胺)后驅(qū)油效率提高15.75%,占?xì)堄嘤偷?/SPAN>33.25%。如圖6所示。
模型2:孔隙度=43%,平均水相滲透率=5220×10-3μm2,含油飽和度=91.1%,水驅(qū)原油效率為58.90%,之后注0.5PV段塞的700mg/L聚合物,驅(qū)油效率提高5.54%(OOIP)。
模型1和2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明,SL-6A配方篩選是成功的。
3 結(jié) 論
(1)鼠李糖脂及其發(fā)酵液的界面活性雖然較高,但其烷烴掃描圖沒(méi)有明顯的界面張力極小值,表明對(duì)大慶原油,發(fā)酵液?jiǎn)为?dú)使用難以達(dá)到超低界面張力值,即不能作為驅(qū)油體系。
(2)鼠李糖脂發(fā)酵液與OP類非離子表面活性劑復(fù)配可以得到油水界面張力值小于5×10-2mN/m的驅(qū)油體系。
(3)單管填砂模型模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明,鼠李糖脂發(fā)酵液與OP類非離子表面活性劑復(fù)合體系可提高原油驅(qū)油效率15.7%(OOIP)。
參 考 文 獻(xiàn)
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