CN106701052B - 一种微生物-化学复合驱油剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微生物‑化学复合驱油剂，所述复合驱油剂由铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液与二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂复配而成。还提供上述复合驱油剂的制备方法和应用。本发明通过将铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液与一种二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂进行复配，得到了一种微生物‑化学复合驱油剂，综合了微生物在采油方面施工简单、清洁环保及化学表面活性剂效果显著、性能稳定等方面的优点，对于未来稠油的开采意义重大。

Description

一种微生物-化学复合驱油剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于三次采油技术领域，具体地说，涉及一种微生物-化学复合驱油剂及其制备方法和应用。
背景技术
石油被形象地称为黑色的金子、工业的血液，关系到工业生产的命脉，是世界上最主要、最宝贵的非可再生资源。石油作为最主要的动力燃料和化工原料，广泛应用于交通、军事、化工等各个行业，具有重要的战略意义。据专业统计，我国陆上稠油的储量大约占石油总储量的70％，如此庞大的数量决定了我们必须给予其足够的重视，因此不断开发新的稠油开采技术，提高稠油的开采效率势在必行。
目前被广泛应用的化学采油技术，其原理是利用化学助采剂如表面活性剂、聚合物等降低稠油粘度，提高采收率。此方法效果显著，应用范围广泛，是当今世界上最主要的三次采油技术，同时存在破坏地层、污染环境等缺陷。微生物采油技术主要是利用微生物自身移动及其代谢产物发挥作用，这些物质都能够被生物降解，效果持久，清洁环保，但目前依靠单一的微生物技术采油效果不尽理想。
发明内容
本发明提供了一种微生物-化学复合驱油剂及其制备方法和应用，综合了化学助采剂和微生物采油技术二者效果显著、清洁环保的优点，微生物发酵液的加入降低了化学试剂的比例，从而降低了对环境的伤害及生产成本；而少量的化学试剂大幅提高了微生物的采油效果，二者相辅相成，协同增效，采用本发明的复合驱油剂进行稠油驱替，大大提高了稠油的采收率，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种微生物-化学复合驱油剂，所述复合驱油剂由铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液与二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂复配而成。
进一步地，所述发酵液与二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂以质量比为1:0.002～0.005复配成复合驱油剂。
进一步地，所述铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液的发酵培养基配方为：甘油25～35g、NaNO3 3～5g、K2HPO4 0.8～1.5g、KH2PO4 2～5g、NaCl2～4g、MgSO4 0.3～0.5g、K2SO40.01～0.05g、纯化水800～1100mL。
进一步地，所述铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液中鼠李糖脂表面活性剂的含量为2.316～3.108g·L-1。
进一步地，所述微生物-化学复合驱油剂中的二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂的合成通式为：
式中：R为椰酸基、棕榈酸基、油酸基、亚油酸基、硬脂酸基、芥酸基中的一种或几种的混合。
进一步地，所述微生物-化学复合驱油剂的制备方法，采用以下步骤：
(1)将菌种进行摇瓶发酵培养，制备铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液；
(2)化学法合成二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂；
(3)将铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液与二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂复配得微生物-化学复合驱油剂。
进一步地，制备方法具体步骤如下：
(1)发酵液的制备：
a.配制发酵培养基
依次称取甘油25～35g、NaNO3 3～5g、K2HPO4 0.8～1.5g、KH2PO4 2～5g、NaCl2～4g、MgSO4 0.3～0.5g、K2SO4 0.01～0.05g、纯化水800～1100mL于烧杯中，加热并不断搅动，用质量百分比为5％～10％的NaOH溶液调节溶液的pH在7.0～7.2之间，待培养液沸腾后停止加热，冷却至50～60℃，均分成5～6份倒入三角瓶中，然后将三角瓶转移至高压灭菌锅中，于121～123℃、0.105～0.108MPa下灭菌25～30min；
b.接种
灭菌结束后，将三角瓶转移至超净工作台中，将灭菌后的接种环伸入菌种管中冷却至28～37℃后，挑取一环立刻伸入至三角瓶中，来回摇动5～7次后用封口膜封口，置于35～37℃的恒温水浴振荡器中培养6～7天；
c.鼠李糖脂含量的测定
准确吸取稀释10～20倍的发酵液1mL，在冰水浴条件下，加入质量百分比为0.2％～0.3％的蒽酮—硫酸指示剂4mL，摇动使其混合均匀，沸水浴中煮沸13～17min，冷却至室温，以未接种的培养基为参比溶液，测其吸光度，代入回归方程为y＝0.0095x+0.3126，测出对应的糖脂的含量为2.316～3.108g·L-1；
(2)二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂的制备
二甲基脂肪酰胺丙基中间体的合成
a.反应原理：
式中：R为椰油酸基、棕榈酸基、油酸基、亚油酸基、硬脂酸基、芥酸基中的一种或几种的混合；
b.反应步骤：
将脂肪酸与N,N-二甲基-1,3-丙二胺按照物质的量比1:1.2～1.5加入三口烧瓶中，加入50～60mL甲苯，在温度为160～180℃条件下回流分水6～8h，减压蒸出甲苯及过量的N,N-二甲基-1,3-丙二胺，得黄色油状液体；
二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂的合成
a.反应原理：
式中：R为椰油酸基、棕榈酸基、油酸基、亚油酸基、硬脂酸基、芥酸基中的一种或几种的混合；
b.反应步骤：
将合成的中间体与对甲苯磺酸按照物质的量比1:1.1～1.3加入250mL烧杯中，搅拌使其混合均匀，室温下反应3～5h，得棕黄色粘稠状产物；
(3)微生物-化学复合驱油剂的复配
移取130g培养6～7天的菌液于烧杯中，加入0.26～0.45g二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵，适度搅拌使其混合均匀，配成微生物-化学复合驱油剂。
上述微生物-化学复合驱油剂在稠油开采方面的应用。
将微生物-化学复合驱油剂注入填砂管中进行稠油驱替，测定稠油采收率。本发明的微生物-化学复合驱油剂对不同粘度稠油的采收率为66.8％～93.5％。
本发明公开的一种微生物-化学复合驱油剂，综合了微生物和化学二者效果显著、清洁环保的优点，微生物发酵液的加入降低了化学试剂的比例，从而降低了对环境的伤害及生产成本；而少量的化学试剂大幅提高了微生物的采油效果，二者相辅相成，协同增效。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
(1)清洁环保。体系中的物质毒性小甚至无毒性且能被生物降解，最大限度的降低了对地层的伤害，清洁无污染。
(2)效果显著。实验证明，微生物-化学复合驱油剂对粘度>10000mPa·s的稠油的采收率为66.8％～93.5％，与市售驱油剂相比具有投加量少，采收率高的优点。
(3)稳定性好。复合驱油剂能够在高盐、高温、高矿化度的环境中长时间保持稳定。
(4)原料易得，施工简单，成本低。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵的红外谱图；
图2是二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵的1HNMR谱图；
图3是填砂管驱油装置图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
以下结合附图对本发明的实施例做详细描述。
实施例1：
一、铜绿假单胞菌ATCC9027发酵液的制备及鼠李糖脂的含量测定，步骤如下：
(1)发酵液的制备。
a.配制发酵培养基。
依次称取甘油30g，NaNO3 4g，K2HPO4 1g，KH2PO4 4g，NaCl 3g，MgSO4 0.4g；K2SO40.02g，纯化水1000mL于烧杯中，加热并不断搅动，用8％的NaOH溶液调节溶液的pH为7.2。待培养液沸腾后停止加热，冷却至60℃，均分成5份倒入三角瓶中。然后将三角瓶转移至高压灭菌锅中，于121℃、0.105MPa下灭菌28min。
b.接种。灭菌结束后，将三角瓶转移至超净工作台中，将灭菌后的接种环伸入菌种管中冷却至30℃后，挑取一环立刻伸入至三角瓶中，来回摇动6次后用封口膜封口，置于36℃的恒温水浴振荡器中培养6天。
(2)鼠李糖脂含量的测定。准确吸取稀释15倍的发酵液1mL，在冰水浴条件下，加入0.2％的蒽酮-硫酸指示剂4mL，摇动使其混合均匀，沸水浴中煮沸15min，冷却至室温，以未接种的培养基为参比溶液，测其吸光度，代入回归方程为y＝0.0095x+0.3126，测出对应的糖脂的含量为2.326g·L-1。
其中，ATCC意思是America Type Culture Collection“美国标准生物品收藏中心”，9027是菌种编号，此为国际通用编号。
二、二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂的制备。
(1)二甲基脂肪酰胺丙基中间体的合成
a.反应原理：
式中：R为油酸基。
b.反应步骤：
将油酸1mol与N,N-二甲基-1,3-丙二胺1.3mol加入三口烧瓶中，加入55mL甲苯，在温度为170℃条件下回流分水7h，减压蒸出甲苯及过量的N,N-二甲基-1,3-丙二胺，得黄色油状液体；
(2)二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂的合成。
a.反应原理：
式中：R为油酸基。
b.反应步骤：
将(1)中合成的中间体1mol与对甲苯磺酸1.2mol加入250mL烧杯中，搅拌使其混合均匀，室温下反应4h，得棕黄色粘稠状产物。产物红外、核磁氢谱分别见附图1和附图2。
三、微生物-化学复合驱油剂的制备。
移取130g培养6天的菌液于烧杯中，加入0.3g二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵，适度搅拌使其混合均匀，配成微生物-化学复合驱油剂。
以下四个实验为复合驱油剂进行填砂管稠油驱替实验，测定采收效果，填砂管驱油装置如图3所示。
实验1：
不同驱油剂对胜利油田41-4×19稠油(μ0＝48870mPa·s)采收率的测定。
配制浓度为300ppm的不同驱油剂2L，注入装置的中间容器组中封好(参见图3)。称取200目的石英砂490g于1000mL的烧杯中，加入80g待测稠油，搅拌使油砂混合均匀，然后依次向填砂管中加入100g纯石英砂、备好的油砂、100g纯石英砂，压实后将填砂管安装在装置中。开启装置，设定流速、温度、压力等参数，用100mL试管接流出液。根据公式1计算采收率E。
其中m为采出油的质量。
本发明的复合驱油剂与市售驱油剂对胜利油田41-4×19稠油的采收率对比如表1所示。
表1.不同驱油剂对胜利油田41-4×19稠油采收率对比
驱油剂 采收率/％
辛基酚聚氧乙烯醚(市售) 53.3
吐温-60(市售) 52.7
op10(市售) 56.1
实施例1合成的复合驱油剂 66.8
实验2：
不同驱油剂对胜利油田7×351稠油(μ0＝26580mPa·s)采收率的测定。
配制浓度为300ppm的不同驱油剂2L，注入装置的中间容器组中封好。称取200目的石英砂490g于1000mL的烧杯中，加入80g待测稠油，搅拌使油砂混合均匀，然后依次向填砂管中加入100g纯石英砂、备好的油砂、100g纯石英砂，压实后将填砂管安装在装置中。开启装置，设定流速、温度、压力等参数，用100mL试管接流出液。根据公式1计算采收率。
本发明的复合驱油剂与市售驱油剂对胜利油田7×351稠油的采收率对比如表2所示。
表2.不同驱油剂对胜利油田7×351稠油采收率对比
驱油剂 采收率/％
辛基酚聚氧乙烯醚(市售) 61.4
吐温-60(市售) 66.7
op10(市售) 65.9
实施例1合成的复合驱油剂 76.0
实验3：
不同驱油剂对胜利油田7-55稠油(μ0＝14830mPa·s)采收率的测定。
配制浓度为300ppm的不同驱油剂2L，注入装置的中间容器组中封好。称取200目的石英砂490g于1000mL的烧杯中，加入80g待测稠油，搅拌使油砂混合均匀，然后依次向填砂管中加入100g纯石英砂、备好的油砂、100g纯石英砂，压实后将填砂管安装在装置中。开启装置，设定流速、温度、压力等参数，用100mL试管接流出液。根据公式1计算采收率。
本发明的复合驱油剂与市售驱油剂对胜利油田7-55稠油的采收率对比如表3所示。
表3.不同驱油剂对胜利油田7-55稠油采收率对比
驱油剂 采收率/％
辛基酚聚氧乙烯醚(市售) 70.2
吐温-60(市售) 72.7
op10(市售) 74.8
实施例1合成的复合驱油剂 83.6
实验4：
不同驱油剂对胜利油田7×353稠油(μ0＝10410mPa·s)采收率的测定。
配制浓度为300ppm的不同驱油剂2L，注入装置的中间容器组中封好。称取200目的石英砂490g于1000mL的烧杯中，加入80g待测稠油，搅拌使油砂混合均匀，然后依次向填砂管中加入100g纯石英砂、备好的油砂、100g纯石英砂，压实后将填砂管安装在装置中。开启装置，设定流速、温度、压力等参数，用100mL试管接流出液。根据公式1计算采收率。
本发明的复合驱油剂与市售驱油剂对胜利油田7×353稠油的采收率对比如表4所示。
表4.不同驱油剂对胜利油田7×353稠油采收率对比
驱油剂 采收率/％
辛基酚聚氧乙烯醚(市售) 83.0
吐温-60(市售) 83.4
Op-10(市售) 82.6
实施例3合成的复合驱油剂 93.5
由表1～4可知，本发明制备的复合驱油剂对胜利油田四种稠油的采收率远高于以上三种市售驱油剂，充分说明本发明制备的复合驱油剂具有广阔的应用前景。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种微生物-化学复合驱油剂，其特征在于：所述复合驱油剂由铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液与二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂复配而成，所述二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂的合成通式为：
式中：R为椰酸基、棕榈酸基、油酸基、亚油酸基、硬脂酸基、芥酸基中的一种或几种的混合。
2.根据权利要求1所述微生物-化学复合驱油剂，其特征在于：所述发酵液与二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂以质量比为1:0.002～0.005复配成复合驱油剂。
3.根据权利要求1所述微生物-化学复合驱油剂，其特征在于：所述铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液的发酵培养基配方为：甘油25～35g、NaNO33～5g、K2HPO40.8～1.5g、KH2PO42～5g、NaCl2～4g、MgSO40.3～0.5g、K2SO40.01～0.05g、纯化水800～1100mL。
4.根据权利要求1所述微生物-化学复合驱油剂，其特征在于：所述铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液中鼠李糖脂表面活性剂的含量为2.316～3.108g·L-1。
5.一种权利要求1所述微生物-化学复合驱油剂的制备方法，其特征在于采用以下步骤：
(1)将菌种进行摇瓶发酵培养，制备铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液；
(2)化学法合成二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂；
(3)将铜绿假单胞菌ATCC9027的发酵液与二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂复配得微生物-化学复合驱油剂。
6.根据权利要求5所述微生物-化学复合驱油剂的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)发酵液的制备：
a.配制发酵培养基
依次称取甘油25～35g、NaNO33～5g、K2HPO40.8～1.5g、KH2PO42～5g、NaCl2～4g、MgSO40.3～0.5g、K2SO40.01～0.05g、纯化水800～1100mL于烧杯中，加热并不断搅动，用质量百分比为5％～10％的NaOH溶液调节溶液的pH在7.0～7.2之间，待培养液沸腾后停止加热，冷却至50～60℃，均分成5～6份倒入三角瓶中，然后将三角瓶转移至高压灭菌锅中，于121～123℃、0.105～0.108MPa下灭菌25～30min；
b.接种
灭菌结束后，将三角瓶转移至超净工作台中，将灭菌后的接种环伸入菌种管中冷却至28～37℃后，挑取一环立刻伸入至三角瓶中，来回摇动5～7次后用封口膜封口，置于35～37℃的恒温水浴振荡器中培养6～7天；
c.鼠李糖脂含量的测定
准确吸取稀释10～20倍的发酵液1mL，在冰水浴条件下，加入质量百分比为0.2％～0.3％的蒽酮—硫酸指示剂4mL，摇动使其混合均匀，沸水浴中煮沸13～17min，冷却至室温，以未接种的培养基为参比溶液，测其吸光度，代入回归方程为y＝0.0095x+0.3126，测出对应的糖脂的含量为2.316～3.108g·L-1；
(2)二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂的制备
二甲基脂肪酰胺丙基中间体的合成
a.反应原理：
式中：R为椰油酸基、棕榈酸基、油酸基、亚油酸基、硬脂酸基、芥酸基中的一种或几种的混合；
b.反应步骤：
将脂肪酸与N,N-二甲基-1,3-丙二胺按照物质的量比1:1.2～1.5加入三口烧瓶中，加入50～60mL甲苯，在温度为160～180℃条件下回流分水6～8h，减压蒸出甲苯及过量的N,N-二甲基-1,3-丙二胺，得黄色油状液体；
二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵表面活性剂的合成
a.反应原理：
式中：R为椰油酸基、棕榈酸基、油酸基、亚油酸基、硬脂酸基、芥酸基中的一种或几种的混合；
b.反应步骤：
将合成的中间体与对甲苯磺酸按照物质的量比1:1.1～1.3加入250mL烧杯中，搅拌使其混合均匀，室温下反应3～5h，得棕黄色粘稠状产物；
(3)微生物-化学复合驱油剂的复配
移取130g培养6～7天的菌液于烧杯中，加入0.26～0.45g二甲基脂肪酰胺丙基对甲苯磺酸铵，适度搅拌使其混合均匀，配成微生物-化学复合驱油剂。
7.上述权利要求1-4中任一项所述微生物-化学复合驱油剂在稠油开采方面的应用。
8.根据权利要求7所述应用，其特征在于：将所述微生物-化学复合驱油剂注入填砂管中进行稠油驱替，测定稠油采收率，所述微生物-化学复合驱油剂对不同粘度稠油的采收率为66.8％～93.5％。
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