脂肽类表面活性剂及其应用研究进展(Ⅱ)——油田开发及土壤污染生物修复.pdf
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1、叙述了脂肽类表面活性剂及其复配体系在提高多种类型油藏采收率、防清蜡和原油污染土壤修复等方面的研究进展情况,对脂肽类生物表面活性剂在油田领域中的应用前景进行了展望。关键词:脂肽 生物表面活性剂 提高石油采收率 稠油降黏 清防蜡 原油污染土壤修复中图分类号:TQ 4 2 3 文献标识码:A D O I:1 0.2 0 0 7 5/j.c n k i.i s s n.1 0 0 3-9 3 8 4.2 0 2 3.0 4.0 1 7 在油田化学领域,采用绿色生产并且可降解的生物表面活性剂替代化学生产的传统表面活性剂是绿色油田发展的重要方向之一。脂肽类生物表面活性剂在提高石油采收率、低渗透油田及稠油油
2、田开发方面相比于其他化学方法合成的表面活性剂具有较大的优势1-3。笔者综述了近年来脂肽类生物表面活性剂在油田中的应用,主要包括在提高石油采收率、清防蜡和原油污染土壤修复等方面的研究进展情况,以期对相关科研工作及实际应用提供参考。1 脂肽在提高石油采收率中的应用按照作用机理划分,脂肽类表面活性剂在油田提高石油采收率领域的应用主要包括3个方面:1)通过降低油水界面张力提高水驱油藏洗油效率;2)通过强化毛细管力驱动、改善多孔介质润湿性提高低渗透油藏渗吸采油效果;3)通过稳定乳化原油降低稠油黏度提高冷采效果。1.1 降低界面张力脂肽类生物表面活性剂通过降低界面张力,使残余油界面软化变形而能够在水动力携
3、带作用下移动,孔隙内被堵塞的体积较大的油滴在界面张力下降后被拉成丝状,截断成为小油滴,最终在水驱动力作用下采出,从而提高原油采收效率。虽然有报道岩心驱替实验中,单独使用脂肽类表面活性剂可以提高原油采收率2,但多数研究表明,单一脂肽类表面活性剂直接用作驱油剂时,往往油水界面张力很难达到超低水平,因此构建脂肽类表面活性剂与其他助剂的复配驱油体系是主要的方向2,4。复配后分 子间具有协 同效应,能够降低表面活性剂分子亲水极性基团之间的静电斥力,在溶液中更易形成胶束5,同时减少了表面活性剂在岩石或油砂表面的吸附损耗6-7。邹爱华等4发现3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱与脂肽复配体系的协同作用明显,在质量
4、比为11时界面张力最低值可达1 0-4mN/m数量级。王颖等8将脂肽类表面活性剂发酵液与化学类表面活性剂复配,界面张力降低至1 0-4m N/m,其物理模拟驱油实验提高采收率达2 7.3 5%,比相同条件下化学驱提高了4.3 5%。张月先等9将脂肽类生物表面活性剂与烷基苯三元复配驱油体系(烷基苯磺酸盐-氢氧化钠-聚合物)复配,仅加入4%1 0%脂肽就将原化学表面活性剂用量减少3 0%5 0%,复配体系的界面活性范围明显拓宽,界面张力达到超低水平,采收率提高2 2%。1.2 改善低渗透油藏润湿性我国低渗透油藏地质储量大约2 01 09t1 0,收稿日期:2 0 2 2 0 7 0 8;修改稿收到
5、日期:2 0 2 3 0 2 0 3作者简介:孟 勇(1 9 7 2),高级工程师,从事油气开采工程方面的研究与管理工作。E-m a i l:m e n g y o n g 6 8 2.s l y t s i n o p e c.c o m基金项目:“十三五”重大专项(2 0 1 7 Z X 0 5 0 7 2);国家自然科学基金面上项目(2 2 0 7 8 1 7 3);中国石油化工股份有限公司攻关项目(P 2 1 0 7 2-3);中 国 石 油 化 工 股 份 有 限 公 司 基 础 前 瞻 项 目(P 1 9 0 0 1)*通信联系人,E-m a i l:r e d d e v i l
6、 l x q 1 6 3.c o m86 精 细 石 油 化 工S P E C I A L I T YP E T R O CHEM I C A L S第4 0卷 第4期2 0 2 3年7月由于其孔喉细小、连通性差、渗流阻力大,存在采收率低、采油速度低等问题。渗吸采油是低渗透油藏提高采收率的重要方法,也是当前国内外的研究热点之一。其作用原理主要是依靠润湿相流体自发吸入并置换出非润湿相原油1 1。渗吸作用的主要动力是毛细管力,受界面张力和润湿性影响。其中,界面张力影响着毛细管力的大小,而润湿性决定毛细管力的大小和方向(图1)1 0-1 3。图1 低渗透油藏结构以及通过改变润湿性采油机理示意 脂肽类
7、表面活性剂单独或复配使用不仅能有效降低油水界面张力,还能显著改善油藏基质的润湿性能,促进原油在固相表面剥离,使更多不可动油变为可动油,提高低渗透油藏采收率。申坤等1 4从安塞低渗透油田筛选得到3株产生物表面活性剂的菌株,发现含脂肽的生物表面活性剂能显著改善油藏介质的润湿性,3%的溶液即具有很高的脱油率和驱油作用,4 8h的脱油效率为9 0.3%,采收率达到3 1%以上。同时,微生物的代谢产物中含有酸性物质,可以溶蚀部分岩心碎块,具有解堵增注的作用,对低渗岩心中渗透恢复率最高达9 7.6%。魏茂伟1 3发现在低渗透油藏中加入含脂肽的多种生物表面活性剂均能改善润湿性能、提高岩芯渗透恢复率,降低含水
8、饱和度。目前,胜利油田也开展了生物表面活性剂强化渗吸采油的探索与实践,通过将岩石表面处理为强水湿状态,强化渗吸置换作用,提高低渗透油藏采收率。1.3 降低稠油黏度降低稠油黏度、增强稠油流动性是提高稠油油藏采收率的关键问题。目前,主要的降黏方法有蒸汽吞吐降黏、加入稀油/乳化剂/油溶性降黏剂降黏等。其中,以微生物或微生物代谢合成的生物表面活性剂为主体的生物降黏技术,生产条件温和、环境友好点,在稠油开采领域有重要应用价值1 5。生物降黏机理包括以下两种:1)微生物分解稠油中流动性差的大分子烷烃类生成为流动性好的小分子烃类,从而降低黏度;2)脂肽等生物表面活性剂在油水界面上铺展,降低界面张力,形成O/
9、W的乳液,从而降低稠油黏度(图2)。图2 稠油生物降黏示意脂肽类生物表面活性剂显示较低的临界胶束浓度、优异的乳化性能,能与原油形成稳定的水包油结 构 而 被 用 于 稠 油 降 黏 研 究。A l-W a h a i b i等1 6将脂肽类表面活性剂与轻质/重质原油混合,形成稳定的乳液,在较宽的p H值、盐浓度和温度范围下维持稳定,同时提高原油采收率1 7%3 1%。李牧等1 7筛选发现了一株能够产脂肽类生物表面活性剂的菌株并将发酵液用于原油的乳化降黏。李青等1 8从巴5 1断块稠油油藏中筛选出产脂肽类表面活性剂菌株,该菌株生产的脂肽类表面活性剂能显著降低稠油黏度6 6%,同时表面张力降低3
10、3%,从而有效提高稠油流动性。中96第4 0卷 第4期孟 勇,等.脂肽类表面活性剂及其应用研究进展()油田开发及土壤污染生物修复 国石油大学李兴丽1 9将脂肽类生物表面活性剂发酵液用于青海油田花土沟原油和油砂山原油乳化和驱油模拟研究,发现脂肽类表面活性剂对两种原油都展现出良好的乳化效果,并且提高两个油田的采收率1 0%左右。2 在油井清蜡防蜡中的应用我国陆相油田一般蜡质含量较高,随着开采过程中温度和压力下降,原油蜡晶析出,流动性降低,同时析出蜡在油井和管道中不断淤积,减小渗流截面积,增加输送阻力。常规的清蜡防蜡技术包括使用内部涂层的特殊管道减少蜡晶在管壁附着、使用高温高压热洗介质减少蜡晶生成、
11、加入化学防蜡剂抑制蜡晶长大,以及使用机械工具刮除管壁和抽油杆上的蜡,但这些方法成本高、经济性差2 0-2 2。以分解石油烃或者产表面活性剂的微生物为主体的微生物清防蜡技术可以很好地解决上述问题,尤其是脂肽类生物表面活性剂可以分散乳化原油,提高原油流动性能,从而减少蜡晶析出和管壁附着,最终提高油井的生产能力2 0,2 2。文献报道2 1,2 3-2 4,将降解石油的红球菌L j l-3菌与产脂肽类表面活性剂的芽孢杆菌LHX 5复配用于辽河油田欧3 1块中2 0口油田的清防蜡现场应用,脂肽类表面活性剂明显促进解烃菌解烃,大大改善了清蜡效率,清蜡周期相比热洗处理延长了3倍以上,并且增产油23 8 9
12、t。陈亮等2 5将脂肽类表面活性剂与兼性厌氧菌联用,有效地解决了低温油藏结蜡的难题。王静等2 6筛选了产脂肽菌株N 5和B S-6,防蜡率达7 7%以上,将其应用于胜利油田6口高蜡井进行防清蜡现场测试,清蜡周期相比热洗延长了6倍,同时年增油14 9 9t。3 在原油污染土壤修复中的应用油藏开发中落地油、污水排放等都可能造成土壤污染,污染后土壤自然修复过程缓慢2 7-2 8。生物表面活性剂可以降低油水界面张力,增强疏水污染物的水溶解性能,实现土壤中原油分离去除。牛明芬等2 9从大庆油田油泥中分离得到产脂肽类表面活性剂菌株,以表面活性素发酵液洗涤油泥,7 2h对油去除率最高达8 1.6 9%。符军
13、伟等3 0培养石油耐生菌并分离出4种脂肽表面活性剂,发现脂肽类表面活性剂在2 57 0均有良好的抗盐能力,临界胶束浓度下的A 8和A 1 0-M e OH溶液对土壤中芘具有良好的淋洗效果。L a i等3 1发现使用0.2%表面活性素溶液可以去除原油污染土壤中的6 2%的总石油烃。同时,脂肽类表面活性剂可与重金属形成络合物,从而去除原油污染土壤中的重金属离子3 2。M u l l i-g a n等3 3以含表面活性素溶液处理原油污染试样,C o2+和烃类的去除率分别达到7 0%和5 0%,相似地,O k o r o3 4使用生物表面活性剂作为处理剂,洗脱去除了污染土壤中8 8%的锌离子。与分离污
14、染土壤中原油相比,可降解石油微生物为主体的微生物修复技术,因其生长速度快、对环境适应性强、调控操作灵活等被广泛关注3 5。脂肽类生物表面活性剂可以乳化石油污染物,增强疏水污染物的生物可利用性和生物降解性,利于石油降解菌体对原油的吸收。文炜涛等3 6发现脂肽生物表面活性剂提高疏水性有机污染物的生物可利用性,加入脂肽类表面活性剂后,被污染土壤中原油降解率提高了5.5 4%,达到5 3.8 9%,显著提高了原油中芳烃、胶质和沥青质组分降解。4 结束语脂肽类表面活性剂生产条件温和、环保效果好,降低油水界面张力、改善油藏润湿性好、乳化性能优良、可以显著降低原油黏度等优势,在提高石油采收率、油藏防清蜡以及
15、原油污染土壤修复等方面有良好的应用效果。脂肽类表面活性剂在油田开采中进一步发展需要深化以下几方面的研究:1)深入研究脂肽在石油开采中发挥优良效能的微观机理,并据此指导产脂肽菌株基因改造方向和不同特性油藏开采技术开发;2)开发基于脂肽的新型复配工艺研究,增强各组分的协同效果,扩大体系在不同特性油藏间的使用适应性;3)加强脂肽在提高石油采收率、稠油降黏、清防蜡以及原油污染土壤清理等应用研究,推进应用规模。参 考 文 献1 吕应年,杨世忠,牟伯中,等.脂肽类生物表面活性剂的研究进展J.生物技术通报,2 0 0 4,4(6):1 1-1 6.2 何欣.脂肽类生物表面活性剂在微生物采油中的应用J.化学工
16、程与装备,2 0 1 6,2 3 1(4):9 4-9 6.3 沈玉江,段宝颜,杜春玉,等.脂肽类生物表面活性剂发展现状J.科学技术创新,2 0 1 3,(3 0):1 1 5-1 1 5.4 邹爱华,邓雅晴,靳颖,等.十二烷基甜菜碱/脂肽复配体系与原油界面行为的研究J.油田化学,2 0 1 2,2 9(4):4 6 4-4 6 9.5 孙艳阁.表面活性剂多元复配低张力泡沫驱油体系的分子设计及应用性能研究D.济南:山东大学,2 0 1 6:5 3.07 精 细 石 油 化 工2 0 2 3年7月6 E l-B a t a n o n e y M,A b d e l-M o g h n y T,
17、R a m z i M,e ta l.T h ee f f e c to fm i x e ds u r f a c t a n t so ne n h a n c i n go i lr e c o v e r yJ.J o u r n a l o f S u r f a c t a n t s a n dD e t e r g e n t s,1 9 9 9,2(2):2 0 1-2 0 5.7 M r i aB,S n d o rP,Z o l t n K,e ta l.A p p l i c a t i o no fm a s ss p e c t r o m e t r y f o
18、r s t u d yo f t h ea d s o r p t i o no fm u l t i c o m p o n e n ts u r f a c t a n tm i x t u r e sa tt h es o l i d/s o l u t i o ni n t e r f a c eJ.A d-s o r p t i o n-j o u r n a lo ft h eI n t e r n a t i o n a lA d s o r p t i o n S o c i e t y,2 0 1 3,1 9(1):7 1-7 6.8 王颖.生物表面活性剂在大庆油田的应用研究
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- 脂肽类 表面活性剂 及其 应用 研究进展 28 29 油田 开发 土壤污染 生物 修复
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