大庆油田高效降解石油微生物的筛选.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年8 月第3 1 卷第4 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 0 9 V o 1 ． 3 1 N o ． t 大庆 油田高效降解石油微生物的筛选 刘蕊娜 大庆油田 有限责任公司采油一厂， 黑龙江大庆1 6 3 0 0 0 陶 文 油气资源与勘探技术教育部重点实验室 长江大学 ， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 [ 摘要]从大庆油田的原油、油田地下水中富集、分离并筛选出以原油为唯一碳源的降解茵 1 4种，并进一 步将 它们进 行复配 ，研究 了其 中 9组茵对 原 油不 同组分 的降解 能力。结果表 明，原 油 中不 同组分 可被 降 解 的程度 不 同，经初步 降解试验 ， 筛选 出对原 油降解率高的 H 菌和 I 菌 2组石 油降解菌 。通 过对其 降解 能 力的测试 ，在 摇瓶 试验 中，这 2组菌对原油 的降解能力很好 ， 其 降解率高达 8 1 ． 5 8 。气相 色谱分 析结果 表明，原油 中的正 构烷烃全部 降解，i C 1 5 、i C 1 6 、i C1 8 、姥鲛 烷、植烷等异构烷烃 也基 本 降解。 此结果表 明，这 2组降解菌对原油 的降解具有很好 的效果 ，有较好 的应用前景 。 [ 关键词]微生物；菌株；筛选；降解；气相色谱；大庆油田 [ 中图分类号]TE 3 5 7 ． 9 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 9 O 4 0 1 4 3一 O 3 近年来 ，我国微生物采油技术的研究和应用飞速发展 ，主要表现在 3方面[ 1 ] ①覆盖面广，十几家 单位开展 了相关技术的研究和现场试验 ；②现场试验和应用规模较大 ，十几个油田应用 了微生物单井吞吐 和单井处理技术 ，近 1 0 个区块进行了微生物驱油现场试验 ，还有两三家 国外微生物技术服务公司长期为 国内现场试验服务；③发表了大量微生物采油方面的文章，各大油 田对该项技术已有一定程度的了解 。 国内外在微生物采油领域 已经进行 了许多 的室 内及矿场试验 ，积累了大量经验 。但 是 ，总体上来 看，由于单井处理技术较为简单，目前单井吞吐试验多 ，而整装区块驱替试验少 。微生物驱油技术的潜 力还未充分发挥出来 ；在适合微生物驱的油藏条件评价、方案优化设计和菌种开发方面还缺乏依据和技 术支持[ 4 ． 5 ] 。笔者主要是将高效降解 的菌种筛选 出来并对其进行试验，混合菌还要进行菌株复配试验 ， 从而获得降解效果更好 的菌种。 1 试验材料与试验方法 1 ． 1 材 料 1 试验油样试验油样来 自大庆油田原油 。 2 试验茵种菌种取 自实验室保存菌种 非纯菌 ，菌种编号分初筛和复筛 。初筛编号为1 、2 、 ⋯ 、1 5 ；复筛编号为 A、B、C、⋯、J 其 中包括空白样 。 3 培养基 o ． 4 g ／ L Mg S O 47 H 2 O0 ． 0 2 g ／ L C a C l 22 H2 Ol g ／ L KH2 P o 4 l g ／ L K 2 NP O 4 l g ／ L NH N0 3 1 L酵母膏1 L蒸馏水微量元素液 按地层水离子浓度及总矿化度配制的微量原液O ． 5 F l 。 0 ． 0 5 g ／ L，p H值 7 ． O ～7 ． 2 。该培养基以原油为唯一碳源， 在 1 2 0 r ／ m i n 摇床、3 7℃下培养 7 d 。 1 ． 2 降解菌株的初筛和复筛试验 将筛选并活化的菌种分别接人装有 0 ． 2 g左右原油一 培养基 1 0 0 ml 三角瓶 中进行 培养 。先筛选 出几 种降解能力较强的菌种 ，将这些菌株相互之间进行混合 ，重新测其降解能力 ，得到降解效果更好 的混合 菌株。其降解能力是通过表面张力、降解率和色谱图来确定的[ 6 ] 。 1 ． 3方 法 1 培养液表 面张力测定方法将锥形瓶 中经微生物作用后 的油用脱脂棉过滤出来 ，剩下的培养液 [ 收稿 日期] 2 0 0 9 0 3 2 z [ 基金项目]湖北省 自然 科学基金项目 2 0 0 7 AB A0 2 0 。 [ 作者简介]刘蕊 娜 1 9 8 1 一 ，女 ，2 0 0 4年大学毕业 ，助理工程师 ，现主要从事石油地质 及微生物方面的工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 8 月 用 B Z Y ～ 1型自动表面张力仪测定培养液表面张力 。 2 测降解率 的方法将筛选并活化的菌种分别接人装有 0 ． 2 g左右原油一 培养基 1 0 0 ml 三角瓶中培 养 7 d 后 ，用在二氯 甲烷 中预先处理过的脱脂棉过滤菌液 ，多次洗涤脱脂棉，用二氯 甲烷对原油重新回 收 ， 用旋转蒸发仪干燥后称取残重 ，每一处理重 复 3次 ，计算平均降解率。 3 原 油的全烃气相 色谱将萃取出的经微生物降解过的油用无水硫酸钠 干燥 ，并准确称量发 酵前 后的重量 ，进行气相色谱分析。 气相色谱分析条件 气相色谱仪为 HP 一 5 8 9 0Ⅱ型 ；色谱柱 DB - 5 石英毛细管柱；气化室温度 3 2 0 ℃；程序升温1 0 0℃恒温 3 mi n ，以升温速率为 4℃／ rai n升温到 3 0 0℃，然后再恒温 2 0 mi n ，载气 N2 流 速 1 ． 2 ml ／ mi n ，H2 流 速 3 5 ml ／ mi n ，空气 流速 4 0 0 ml ／ mi n ，尾吹气 N 流 速 2 6 ml ／ mi n 。 2 结果与讨论 2 ． 1 培养液性能分析 发酵前 ，油水界面分明 ，油呈小块状 ，放人摇床摇动片刻后 ，油可部分 以大粒状分散 ，但静止时 有油呈片状漂浮在液面上，水层澄清 。发酵后 ，培养液出现混浊，原油呈细粉粒状，颗粒大小不等 ，浮 于培养液面上 ，静止时油水已无清晰界面，摇动后油水分层时间较长 ，并且下层水相浑浊，有明显的油 水乳化现象。在室温 2 2℃下测定 1 4 个经菌种降解后原油下层水相的表面张力 ，大体上较空 白样表 面张力稍有降低 ，试验结果如表 1和表 2所示。在初筛过程中，编号为 9的表面张力最低 ，与空白对照 相比，下降了 2 4 ． 5 mN／ m，表明其产生了大量的表面活性剂，复配后 C、F、H 和 I 的表 面张力下降幅 度较大 ，其他菌种都有变化 ，但效果不明显。 微生物代谢过程产物具有表面活性，能在油水界面上定向排列，使油水形成 o／ w 型乳状液 ，从而 降低了原油粘度，改善 了流动性 。石油是一种由烷烃 、芳烃 、沥青焦质和脂肪物质组成的复杂混合物， 这些物质都有生物可降解性 ，但石油在水中的溶解度非常小 ，微生物只有产生表面活性物质减小油水界 面张力使油水混合 ，才能降解利用石油物质 。经微生物处理后的油井 ，表面张力普遍降低 ，这是 由于注 入的微生物在代谢过程中产生 了生物表面活性剂 、醇、酸等可提高水的表面活性的物质 ，可改变地层油 水流动特性 ，提高原油采收率 。 2 ． 2 降解前 后油 组分 的分析 降解率用降解前后油的失重表示，采用万分之一的天平定量 ，结果见表 l和表 2 。以原油为唯一碳 源接种 ，对所分离的菌种进行降解能力的初步研究 ，对照为不接种菌的石油培养液，降解 效果见表 1 。 由表 l可见，经 7 d降解后 ，不同菌种对原油 的降解率明显不 同，菌株降解率最高可达 7 O ． 1 3 ％，而最 低只有 3 5 ． 7 2 ，共有 5株菌的降解率达到 5 O 以上 ，结合降解过程 中的现象观察 ，代号为 2 、8 、9 、 l l 、1 2和 1 3的菌种效果较好 。多数菌种具有较强的降解原油的能力，其菌体在生长过程 中可 以和原油 聚集而形成菌丝油团，有利于原油的清除和降解 ，可提高降解率 ，有一定的实际利用价值[ 7 ] 。 表 1 降解 后培养液 的表面 张力和降解 率 初筛 代号 表 面张力／ mN m 降解 率／ 代号 表面张力／ mNm一 1 降解率／ ％ 1 4 0 ． 8 4 2． 1 8 9 3 6 ． 3 5 2 ． 8 5 2 5 8 ． 2 7 0 ．1 3 1 O 5 5 ． 2 3 6 ． 7 3 3 6 3 ． 8 3 5 ．7 2 1 1 5 7 ． 3 5 8 ． 3 2 4 4 7 ． 5 4 4 ．9 9 1 2 5 1 ． 7 51 ． O 0 5 5 8 ． 7 3 8 ．9 9 1 3 5 6 ． 0 5 3 ． 5 8 6 5 9 ． 4 4 0 ．7 4 1 4 5 1 ． 2 3 9 ． 2 4 7 5 4 ． 4 4 6 ． 5 3 1 5 空白样 6 0 ． 8 8 5 5 ． 3 5 5 ． 0 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷第 4期 刘蕊娜等 大庆油田高效降解石 油微生物的筛选 表 2 降解 后培 养基的表面 张力和降解率 复筛 代 号 表 面张力／ raN m一 1 降解率／ 代号 表 面张力／ mN ． 一 降解 率／ A 5 O ． 1 5 5 ． 2 5 F 4 8 ．6 5 4． 5 1 B 5 6 ． 0 5 6 ． 7 4 G 5 7 ．6 5 0． 5 1 C 4 3 ． 5 5 7 ． 1 7 H 4 3 ． 4 7 3 ．5 3 D 6 O． 1 5 3 ． 1 4 I 4 8 ．6 81 ． 5 8 E 4 6 ． 8 5 6 ． 1 1 J 空 白样 6 1 ． 5 [ 注] 复筛过程是将以上各种初选代 号的菌种都进行混配试验 ，混配 编号如下 A4 8 1 1 ． B4 7 C2 4 9 1 1 D；571 21 3 F8 9 1 1 1 2 G4 1 1 1 2 1 3 H t 5789 I 2 1 1 1 2 1 3 2 ． 3微生 物作 用前后 原 油 分子 结构 变化 对经过菌种降解后 的原油进行全烃气相色谱分析 ， 从色谱分析结果 可以看 出菌种作 用前 空 白样后 的 原油的烷烃组分发 生 了不 同程度 的变化 ，由于降解能 力很好的菌种正构烷烃全部降解 ，它的降解效果用具体 的色谱图表示。所 以随机挑 了几 组降解效果较好的样 品进行 分 析 ，它们 分 别 是 2号、8号 和 H、I菌 种。 图 1 为空 白样的气相色谱 图。 ， 初筛 中效果较好的气相色谱图如图 2和图 3 所示 。 E24- t- 57 J 空 白对 照。 图 1 全烃 色谱 图 空白对 照 图 2 2号菌原油 降解 后的气相色谱图 图 3 8号菌原油降解的气相色谱 图 复筛中效果较好的气相色谱图如图 4和图 5 所示。 图 4 I - I 号菌原油降解后 的气相 色谱 图 图 5 I 号菌原油 降解 的气 相色谱图 下 转第 1 6 0页 一 ， 。●● ；； 虞 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9年 8月 电流密度减小。可能是形成的硫化亚铁及碳酸亚铁膜覆盖在 N8 0钢表面使得腐蚀的阳极过程受到抑制。 3 酸性气体 ，特别是 H S的加入使得 N8 0钢更易产生脆性断裂 ，应力腐蚀严重。 [ 参考文献] [ 1 ]Ku z n e t s o v Y I ，I b a t u l l i n K A ． On t h e i n h i b i t i o n o f t h e c a r b o n d i o x id e c o r r o s i o n o f s t e e l b y c a r b o x y l i c a c i d s[ J ]． Z a s h c h i t a Me t a l l o v ， 2 0 0 2，3 84 9 6 ～ 5 0 1 ． [ 2 ]艾俊哲 ，梅平 ． Na C1 水溶液 中缓蚀剂控制电偶腐 蚀的研究 [ J ]．中 国腐蚀与防护学报 ， 2 0 0 8 ，2 8 2 9 0 9 4 ． [ 3 ]梅平 ， 艾 俊哲，陈武 ，等 ．二 氧化碳对 NS 0钢腐蚀行为的影响研究 [ J ]．腐蚀与防护 ，2 0 0 4 ，2 5 9 3 7 9 3 8 2 ． [ 4 ]杨怀玉 ，陈家坚 ，曹楚南 ，等 ． H2 S水溶液 中的腐蚀与缓蚀作用机 理的研究 口]．中国腐蚀与防护学报 ，2 0 0 3 ，2 3 2 ；7 5 ～7 8 ． [ 5 ]艾俊哲 ， 梅平 ．用 失重法研究二氧化碳环境中的电偶腐蚀 [ 刀 ．材料保护 ， 2 0 0 8 ，4 1 2 6 O ～6 2 ． [ 6 ]任呈强 ， 刘道新 ，白真权 ，等 ．咪唑啉衍生物在含 CO 2 ／ Hz S油气井环境中的缓蚀行 为研究 [ J ]．天然气 工业 ，2 0 0 4 ，2 4 8 ；5 3 ～ 5 5 ． [ 7 ]S r i n i v a s a nE x p e r i me n t s i mu l a t i o n o f mu l t i p h a s e C0 2 ／ Hz S s y s t e m [ J ]． C o r r o s i o n ，1 9 9 9 ，1 4 1 1 6 8 1 1 8 2 ． [ 8 ]艾俊哲 ，梅平 ，陈武 ，等 ．碳钢 C O2 ／ H2 S腐蚀及缓蚀行 为试验 研究的影响 [ J ]．长江大学学报 自科版 ，2 0 0 6 ，3 4 3 9 4 1 ． [ 9 ]I k e d a A，Ue d a M ，Mu k a i S ． I n fl u e n c e o f e n v i r o n me n t a l f a c t o r s o n c o r r o s io n ，Ad v a n c e s i n C O2 C o r r o s i o n[ A]． P r o c ． C o r r o s io n ／ 8 4 a n d C o r r o s i o n／ 8 5 S y mp [ C ]． On C O2 Co r r o s i o n i n t h e Oi l a n d Ga s I n d u s t r y ，1 9 8 5 ． [ 编辑] 苏开科 上接 第 1 4 5页 根据上述 图和表 中的数据分析可知，初筛过程 中代号为 2号、8号的菌种对原油的降解作用最好， 使其正构组分有明显的减少；其次效果好的还有 9 、1 1 、1 2和 1 3 。将这些效果较好 的菌种进行复配后 ， 代号为 H 和 I的菌的降解效果非常突出，正构烷烃全部降解 ，特别是 I 菌的降解最为显著。从图 1 空 白 对照图中明显看出正构烷烃的分布特征 ，在微生物作用前 ，碳数分布为 n C - n C 单驼峰形 ，n C 。 以 后高碳数正构烷烃的相对含量均属缓慢下降趋势 ，n C 。 之后无法检出。在微生物作用后 ，气相色谱图发 生了变化 ，正构烷烃被严重降解 。原油被 H、I 菌降解后 ，甚至 i C 。 、i C 。 、i C 。 、姥鲛烷 、植烷等异构 烷烃也基本降解 。 3 结 语 在初筛过程 中，编号为 9及与其混合的菌种降解原油后的培养液的表面张力与空白对照相 比，下降 幅度较大，其他菌种 的都有变化 ，但不明显 。在复筛过程 中，主要 是将降解效果较好的菌种进行混配， 结果显示 ，原油经微生物作用后 ，正构烷烃发生 了明显的降解 ，大体上降解率上升 ，代号为 H、I 的菌 种的降解效果很好，也能够产生大量的表面活性剂 ，特别是 I 菌的降解最为显著 ，降解率达到 8 1 ． 5 8 。 气相色谱分析结果表 明，原油被 H、I 菌降解后 ，正构烷烃全部降解 ，甚至 i C 、i C 、i C 。 、姥鲛烷 、 植烷等异构烷烃也基本降解 。对于各菌的分类鉴定和混合菌的降解效果及室内的模拟试验还需作进一步 的研 究 。 [ 参考文献] [ 1 ] 易绍金 ．石油 与环境微 生物技术 [ M]．武汉 中国地质大学 } } { 版社 ，2 0 0 2 ． [ 2 ]程海鹰 ，王修林 ，徐登霆 ，等 ．内源微 生物提高采收率试验研究 [ J ]．石油勘探与开发 ，2 0 0 6 ，3 3 1 ；9 1 9 4 ． [ 3 ]伍晓林 ， 石 梅 ．以烃为碳源的微生物驱油微观 机理探索研究 口]．大庆石油地 质与开发 ，2 0 0 3 ，2 2 4 5 6 5 7 ． [ 4 ]Na z i n a T N．Mi c r o o r g a n i s ms o f t h e h i g h t e mp e r a t u r e L i a o h e Oi l f i e l d o f C h i n a a n d t h e i r p o t e n t i a l f o r MEO R [ J ]．R e s o u r c e a n d E n v i r o nme nt a l Bi o t e c h n o l o g y，2 0 0 0， 3 1 4 9 ～ 1 6 0． [ 5 ]李俊 ，舒为群 ， 陈济安 ，等 ．降解 D B P菌株 C Q0 3 0 2的分离鉴定及其降解特性 [ J ]．中国环境科学 ，2 0 0 5 ，2 5 1 ；4 7 ～5 1 ． [ 6 ]Na z i n a T N．P h y s i o l o g i c a l a n d p h y l o g e n e t i c d i v e r s i t y o f a e r o b i c s a p r o t r o p h i c b a c t e r i a f r o m t h e D a q i n g Oi l fi e l d[ J ] ．Mi c r o b i o l o g y ， 2 0 0 0，6 9 1 8 9～9 5 ． I- 7 ]张廷 山，兰光志 ，邓莉 ，等 ．微生物降解稠油及提高采收率试验研究[ J ]．石油学报 ，2 0 0 1 ， I 2 3 2 5 ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m