微生物提高原油采收率技术(Microbial Enhanced Oil Recovery,MEOR)被认为是目前最有发展前景的采油技术,对于高含水的枯竭油藏开采具有更为重要的意义。本论文从陕北安塞及志丹油田筛选出一批性能优良的真菌和细菌,以农副产品为原料生产真菌酶制剂及细菌固态菌剂,研究酶制剂与细菌固态菌剂对原油与石蜡理化性质的影响,并从原油与石蜡的组分变化、产酸、产气以及脱附性等角度探讨其作用机理;同时对3株优势细菌进行了清防蜡效果及其作用机理研究,依据上述研究结果对真菌粗酶制剂、固态细菌制剂及细菌菌体提高原油采收率与清防蜡的可行性及其应用于微生物采油的潜力进行了初步评价。论文主要研究结果如下:1.驱油真菌筛选鉴定从陕北安塞油田的油污土壤中分离筛选出6株真菌,其编号分别为PJ1,PJ2,PJ3,PJ4,PJ5,PJ6。通过菌落形态特征、显微形态观察及ITS序列分析将其鉴定到种,6株驱油真菌PJ1、PJ2、PJ3、PJ5均为烟曲霉(Aspergillus fumigatus),PJ4为黄曲霉(A.flavus),PJ6为土曲霉(A.terreus)。研究发现,这6株真菌对原油及石蜡具有很强的降解作用,其最大降解率分别为79.4%及38.3%,表明这6株真菌具有高活性的烃类物质降解酶系。2.真菌粗酶制剂酶活性及酶油反应配比研究将6株真菌制成粗酶粉,测定其脱氢酶和2,3双加氧酶活性,并进行粗酶制剂活性影响因素及酶油反应配比研究。结果表明:6株真菌均能合成脱氢酶和加氧酶,活性分别为29.68~93.57 mg·g-1·h-1和21.06~25.40 mmol·g-1·h-1,不同菌株酶活性差异较大,菌株PJ5合成的脱氢酶和加氧酶活性较高。在对脱氢酶的耐受性试验中,E1和E5两种粗酶制剂具有较强的耐盐性和耐酸碱性,当NaCl浓度升高到50 g/L、含油地层水矿化度升高到92.43 g/L时,脱氢酶活性才显著下降;pH对脱氢酶活性影响较小,在pH值6.0~10.0这个范围内,两种粗酶制剂均具有较强活性。表明这两种真菌粗酶制剂具有较强的环境适应性。在原油与酶液配比试验中,从使用效果及经济性综合考虑,在酶液浓度8 g/L及原油与酶液配比为1:15进行反应时,原油的脱附性及乳化性均较好。3.真菌酶对原油及石蜡理化性质的影响真菌胞外酶能大幅度降解原油中的烷烃、芳香烃、胶质及沥青,对胶质及沥青质的最大降解率达到38.9%及24.7%;酶降解作用能够大幅度提高原油中230℃可气化小分子烃的含量并降低原油黏度,其中可气化烃各组分总含量较对照增加5.6%~28.8%,40℃时的原油粘度较对照降低40.5%~59.0%;降解过程中产生大量CO2和H2,产气率分别为发酵液体积的21.3%~53.3%和38.3%~100%;并产生草酸与丙酸等短链有机酸,使酶解液的ph也较对照下降22.7%~29.4%,产酸总量为22.25~24.13mmol/l,酸值达到1335~1448mg/l。供试6株真菌酶制剂均能够产生表面活性物质,有助于原油脱附:供试酶液对原油在滤纸上的脱附率达到83.4%~87.8%,为对照的7.37~7.75倍。真菌胞外酶也能够大幅度降解石蜡,经酶降解处理,固体石蜡在正己烷中的溶解性显著增加,其中,18℃时在正己烷中的可溶组分占石蜡总量的78.6%~86.2%,较对照增加31.9%~44.6%;18℃时正己烷可溶组分中230℃可气化成分中保留时间较短的小分子烃数量较对照减少3.7%~26.9%,保留时间较长的大分子烃数量较对照增加5.5%~19.6%;石蜡固液态转化时的初始相变点提高4℃;并在降解过程中产生大量co2和h2,产气率分别为水解液体积的26.7%~66.7%和50.0%~125.0%;并产生草酸与丙酸等短链有机酸,酶解液ph也较对照下降22.3%~28.5%,产酸总量为21.44~23.25mmol/l,酸值达到1327.8~1395.0mg/l。4.驱油细菌筛选鉴定从陕北安塞油田、志丹油田的原油及油污土壤中,分离筛选出3株细菌,其编号分别为5-2a、6-2a及2a。通过形态特征及16srdna全序列分析,将这3株降解菌株鉴定到种:5-2a为萎缩芽孢杆菌(bacillusatrophaeus);6-2a为巨大芽孢杆菌(bacillusaryabhattai);2a为墨西哥微小杆菌(exiguobacteriummexicanum)。这3株细菌均为好氧菌,不运动,在30~80℃温度范围及0~100g/l这个浓度区间内,能够存活。研究发现这3株细菌的发酵液能大幅度降解原油中的烷烃、芳香烃、胶质及沥青,其降解率分别为30.0%~57.8%、47.4%~73.1%、61.4%~72.8%及42.1%~57.9%。细菌降解作用能够大幅度提高原油中230℃可气化小分子烃的含量并降低原油黏度,其中可气化烃轻质组分总含量较对照增加27.4%~61.0%,原油粘度降低7.4%~11.1%。发酵液对原油的脱附率达到66.5%~94.2%,为对照的5.32~7.53倍。5.固态细菌制剂对原油及石蜡理化性质影响细菌菌剂能大幅度降解原油中的烷烃、芳香烃、胶质及沥青,其降解率分别为12.5%~15.1%、23.7%~39.3%、19.8%~24.2%及53.1%~56.2%;菌剂降解能够提高原油中230℃可气化小分子烃的含量并降低原油黏度,其中可气化烃各组分的总相对含量较对照增加了108.0%~62.6%,40℃时的原油粘度较对照降低24.7%~29.4%;菌剂在降解原油过程中能产生大量co2和h2,产气率分别为水解液体积的74.0%~81.0%和138.3%~152.3%;并产生草酸与丙酸等短链有机酸,酶解液的ph也较对照下降26.47%~36.03%,产酸总量为23.5~26.0mmol/l,酸值达到1410~1560mg/l。细菌菌剂对固态石蜡也具有良好的降解作用,经过菌剂降解,固态石蜡在正己烷中的溶解性显著增加,经过菌剂降解作用,18℃时,在正己烷中可溶解的石蜡量已达到石蜡总量的68.6%~77.2%,较对照增加15.0%~29.5%;18℃时正己烷可溶组分中230℃可气化成分中保留时间较短的小分子烃的相对含量较对照减少6.9%~14.9%,保留时间较长的大分子烃数量较对照增加18.4%~25.7%;降解过程中产生大量co2和h2,产气率分别为水解液体积的65.0%~80.0%和120.0%~150.0%;并产生草酸、丙酸和甲酸等小分子有机酸,反应液ph也较对照下降27.3%~36.8%,产酸总量为22.88~25.75mmol/l,酸值达到1373~1545mg/l;同时改变了石蜡的蜡晶形态。6.细菌清防蜡效果及作用研究经过细菌发酵液处理,石蜡的化学结构发生改变,其在正己烷中的溶解性显著增加,18℃时可在正己烷中溶解的石蜡达到石蜡总量的57.7%~62.0%,较对照增加1.5%~9.0%。细菌发酵液对固体石蜡具有很好的脱附作用,脱附率达到及36.2%~100.0%。3株细菌具有很好的防蜡、清蜡作用,其中防蜡率达到了94.6%~98.1%,清蜡率达到了69.1%~89.3%。此外,3株细菌均能附着在玻璃质及钢质载体表面生长,细胞密度大,结合紧密,其在玻璃及钢片表面的附着密度分别达到了1.95×106~7.67×108cfu/cm2及8.67×104~7.48×108cfu/cm2,其中,紧结合态细胞附着密度达到3.22×104~6.81×106cfu/cm2及6.67×103~2.00×108cfu/cm2。7.萎缩芽孢杆菌所产的表面活性物质及其对原油脱附效果本研究筛选出的萎缩芽孢杆菌能以尿素为氮源合成脂肽类阳离子型表面活性物质。该表面活性物质具有以下特性:良好的排油活性、乳化活性及较低的表面张力值,其排油圈达19.1cm,乳化指数达59.49%,表面张力值为25.43mn/m,液态发酵所得表面活性物质粗干品收率为0.77g/l;能够耐受高温及高盐,在20~100℃温度范围及10g/l~90g/l盐浓度时,排油圈直径、乳化指数及表面张力值相对稳定;具有较强的ph适应性,适应范围为6~13,耐碱性较强;对滤纸及细沙上附着的原油均具有良好的脱附作用,其脱附率分别为93.1%及90.0%。8.真菌粗酶制剂与固态细菌制剂对原油及石蜡理化性质影响的作用机理真菌胞外酶与固态细菌制剂均可通过以下途径影响原油及石蜡理化性质:①降解作用:可降解固体石蜡及原油中的烷烃、芳香烃、胶质及沥青,使石蜡及原油中的重质组分分解为轻质组分,降低原油黏度,减少可沉积的石蜡量,有效改善原油的流动性及石蜡的蜡晶形态。②产气:酶及菌剂在降解原油及石蜡过程中产生大量co2和h2,这些气体能够增加油层内部压力,气体溶入原油会降低原油黏度,改善原油流动性。③产酸:酶及菌剂在降解原油及石蜡过程中产生大量草酸、丙酸等有机酸,可有效溶解储油岩层孔隙中的碳酸盐,增加油层的孔隙度和渗透率,同时还能降低油水之间的界面张力,形成油水乳浊液,从而提高原油采收率。④产生表面活性物质:6株真菌及3株细菌均能够产生表面活性物质,有助于原油脱附,同时对石蜡具有一定的乳化、分散作用,改变蜡晶颗粒,使其变细变小而被采出液带出油井,从而起到清蜡作用。9.细菌清防蜡作用机理①降解作用:供试细菌对石蜡具有一定的降解作用,可降低重质组分在原油中的含量,减少可沉积的石蜡量。②在载体表面形成菌膜:供试细菌可较牢固地附着在金属表面生长繁殖,形成由微生物细胞组成的具有很强的抗流体冲刷能力的细胞膜,可阻止蜡质在载体表面结晶沉积。③合成表面活性物质:供试细菌代谢产生的表面活性物质等粘附在金属表面,改变其表面湿润性,使非极性的蜡晶难以在金属表面沉积;供试细菌产生的表面活性物质对石蜡具有一定的乳化、分散作用,使蜡晶颗粒变细变小而随采出液流出油井,从而起到清蜡作用。