一种应用于石油开采业的干粉生物破乳剂及产碱杆菌

摘要

本发明涉及一种用于石油开采业破乳的干粉生物破乳剂及产碱杆菌。从受石油污染的油田土壤中筛选到一株产碱杆菌(Alcaligenes sp.)。将产碱杆菌的全培养液在10000rpm离心分离，获得湿菌体，于105℃烘24小时，研磨制得干粉。该干粉生物破乳剂在油田现场做现场试验，投加量为100～200mg/L时，120～150min脱水率达到66.7～96.5％，优于现场使用的化学破乳剂。通过将具破乳作用的菌体培养物烘干制成粉剂，解决了全培养液型生物破乳剂在售卖、运输、储存等方面的不便，也降低了全培养液变质引起破乳效果下降和全培养液中其它组分影响油品和后续水处理效果的可能性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于油、水分离的破乳剂，具体涉及干粉生物破乳剂筛选和制备的方法。

背景技术

原油乳状液的破乳是影响油品、油量的重要环节。目前我国大部分油田采用的原油脱水药剂为化学破乳剂，化学破乳剂主要有聚氧乙烯和聚氧丙烯的嵌段共聚物或无规共聚物，其相对分子质量可由数千至数百万。化学破乳剂的应用存在以下问题：①化学破乳剂主要依靠其表面活性作用破乳，对不同油藏类型、采油方式等具有较强的选择性，适用性差；②化学破乳剂一般属难溶的大分子有机物，使用时需要有机溶剂作助剂，长期接触对工人的身体健康有一定影响；③化学破乳剂属难降解物质，一旦加入到乳状液后就难以从体系中去除，尤其在采出液外排成为采出水处理的发展趋势之后，化学破乳剂的投加增加了后续处理工艺的难度，增加了处理成本。

生物破乳剂是近年来研究新型非化学破乳剂和破乳方法的一个热点，它具有环保、高效、广谱等诸多优点。上个世纪七十年代末开始，国外就对微生物的破乳机理和微生物破乳活性的影响因素等进行了大量的研究。而国内从90年代末才开始进行微生物破乳方面的研究，尚处于起步阶段。从公开发表的文献来看，有破乳活性的微生物主要集中在Acinetobacer sp.，Corynebacterium sp.，Micrococcus sp.，Nocardia sp.，Pseudomonas sp.，Rhodococcus sp.等几个菌属。研究者们将菌体的全培养液投入模型或原油乳状液中，证实这些菌株的全培养液具有较好的破乳效果。事实上，真正起破乳作用的仅是占全培养液体积极小部分的菌体或是代谢产物。尽管在实验室研究中采用全培养液作为破乳剂可以省去菌体或产物的提取过程，但将全培养液真正应用于现场时存在着诸多问题，如全培养液中的其它物质，特别是碳氢化合物容易残留在分离后的油相和水相中，影响油品的质量和水处理的效果。同时，全培养液的储存和变质也是影响其现场应用的两大问题。

发明内容

针对以上问题，本发明要解决的技术关键是提供一种干粉生物破乳剂，克服直接将全培养液作为生物破乳剂的投加而带来的一系列问题。

为实现这一目的，本发明采用以下技术方案：从长期受石油污染的油田土壤中筛选得到一株产碱杆菌(Alcaligenes sp.)，该菌株现以超低温冻结的方式保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，北京市朝阳区大屯路甲3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101，保藏日期2007年8月24目，保藏编号2142，分类命名：产碱杆菌。利用原油作为碳源对该菌株进行发酵，将具有破乳作用的菌体培养混合物从全培养液中分离出来，制得干粉生物破乳剂，具体的方案如下：

菌株的筛选：以克拉玛依油田受石油污染的油田土壤作为筛选来源，将其投入下述培养基中(L^-1)：NaNO₃ 8.0g，K₂HPO₄ 2.0g，KH₂PO₄ 3.0g，MgSO₄·7H₂O0.2g，原油4％(V/V)，CaCl₂·2H₂O 1.0g，MnSO₄ 1.0g，EDTA 1.4g，pH＝7.0。以5～7天为一个周期，转接3个周期后，成功从中筛得一株能用于石油破乳的产碱杆菌。

菌体干粉制剂的制备：将产碱杆菌的全培养液在10000rpm离心分离10-20min，获得湿菌体培养混合物，于105℃烘24小时，研磨制得干粉。

干粉生物破乳剂的投加：温度为35～75℃，投加量为100～200mg/L。

本发明的优点如下：

1.制成干粉的生物破乳剂其体积较全培养液大大减少，便于出售、运输和储存。

2.烘干制得的干粉已经丧失生命活性，可长久保存，不存在引入其它微生物、散发臭味、破乳效果下降等问题。

3.干粉生物破乳剂中不含培养基中的其它成分，对油品质量的影响大大降低。

4.该产碱杆菌为自行筛选的土著菌，适用范围广。

附图说明

图1为本发明产碱杆菌细胞的透射电镜照片；

图2为本发明制备的产碱杆菌干粉生物破乳剂粉末；

图3为本发明的产碱杆菌全培养液的表面张力与脱水率随培养时间的变化；

图4为本发明的产碱杆菌干粉生物破乳剂与菌体悬液破乳效果的比较；

图5为本发明的产碱杆菌干粉生物破乳剂对含聚采出液破乳试验结果。

具体实施方式

实施例1：

产碱杆菌的筛选：

取3g受石油污染的克拉玛依油田土壤投加至125mL下述培养基中(L^-1)中：NaNO₃ 8.0g，K₂HPO₄ 2.0g，KH₂PO₄ 3.0g，MgSO₄·7H₂O 0.2g，原油4％(V/V)，CaCl₂·2H₂O 1.0g，MnSO₄ 1.0g，EDTA 1.4g，pH＝7.0。在温度为30～35℃，转速为130～150rpm的摇床中培养，以5～7天为一个周期，转接3个周期后，通过稀释涂布法从中成功分离得一株能用于石油破乳的产碱杆菌(见图1，图中样品放大倍率为10,000)。

实施例2：

干粉生物破乳剂的制备和使用：

将产碱杆菌的全培养液在10000rpm高速离心分离，获得湿菌体培养混合物，于105℃烘24小时，研磨制得干粉(见图2)。干粉生物破乳剂可在温度为35～75℃条件下使用，投加量为100～200mg/L，用力震荡200下，静置2.5小时，观察其破乳效果。

实施例3：

产碱杆菌全培养液的表面张力与脱水率随培养时间的变化：

用表面张力仪测定不同培养时间的产碱杆菌全培养液的表面张力，并按10％(V/V)的投加量向乳状液中投加全培养液，用力震荡200下，在35℃下静置2.5小时，观察其破乳效果，结果见图3。

由图3可知，产碱杆菌在培养过程中全培养液的表面张力由最初的56.3mN/m下降至第6天时的最低值29.2mN/m，由此可见其在培养过程中生成了一定的生物表面活性剂。而破乳效果亦随培养时间变化。接菌初始，全培养液几乎无破乳能力，之后破乳能力逐步提高，至第6d时达到最大值62.7％。

实施例4：

生物破乳剂干粉悬液与菌体悬液破乳效果的比较：

将培养6d的产碱杆菌全培养液于10000rpm离心10min，再水洗一遍，得到的离心菌体分为相同质量的两等份。一份在105℃烘箱中烘24h，研磨制得干粉，称重后加水配成浓度为2g/L的干粉悬液，并用超声波分散均匀。另一份加入与前者相同体积的蒸馏水，制得菌悬液，其菌体浓度换算到干重亦为2g/L。将干粉悬液与菌悬液均以200mg/L(菌悬液的浓度是按该菌悬液里所含的菌体若烘干成干粉后的浓度为200mg/L计算的)的投加量进行破乳试验，结果见图4。

由图4可知，生物破乳剂干粉悬液与菌悬液均有很好的破乳效果，150min的脱水率达到83.3％和96％。

实施例5：

将本发明的干粉生物破乳剂应用于新疆克拉玛依油田采油一厂采出液的破乳：

克拉玛依油田采油一厂采出液属稀油乳状液，含水率为50％。在50℃条件下，往50mL采出液中投入100mg/L干粉生物破乳剂，用力震荡200次，静置150min，脱水率达到66.7％。而现场使用的化学破乳剂投加量为200mg/L时，150min脱水率仅为38.5％。

实施例6：

将本发明的干粉生物破乳剂应用于新疆克拉玛依油田采油二厂采出液的破乳：

克拉玛依油田采油二厂采出液属稀油乳状液，含水率为66.7％。在50℃条件下，往50mL采出液中投入100mg/L干粉生物破乳剂，用力震荡200次，静置150min，脱水率达到88.2％。而现场使用的化学破乳剂投加量为100mg/L时，150min脱水率仅为84.7％。

实施例7：

将本发明的干粉生物破乳剂应用于新疆油田含聚采出液的破乳：

某稀油采出液含水率为50％，将现场使用的聚合物(PAM，聚丙烯酰胺)配制成2000mg/L的使用液投加至采出液中混匀模拟含聚采出液。在50℃条件下，往50mL采出液中投入100mg/L干粉生物破乳剂或100mg/L化学破乳剂，用力震荡200次，静置150min，比较两种破乳剂的破乳效果。具体结果见图5。由图数据说明：生物破乳剂对不同浓度的含聚采出液均有较好的破乳效果，且脱水率均优于现场使用的化学破乳剂。