專利名稱：鼠李糖脂生物表面活性劑、其制備方法及其在三次采油中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物表面活性劑、其制備方法及用途，具體涉及鼠李糖脂生物表面活性劑、其制備方法及其在三次采油中的應(yīng)用。
當微生物(如球擬酵母-Torulopsis SP.，假單胞桿菌-Pseudom-onasSP，等)在某一特定條件下，如合適的碳源，氮源，有機營養(yǎng)物，pH值及溫度等，在生長過程中將分泌出具有表面活性劑的代謝產(chǎn)物于體外，這就是生物表面活性劑。生物表面活性劑也同合成表面活性劑一樣，具有以下性能能明顯降低表面張力，特別是油—水的界面張力，形成膠束溶液，使烴類乳化，改變巖石表面的潤濕性等；生物表面活性劑易溶于地層水和注入水，在油水界面上具有良好的界面活性，能夠洗掉巖石表面上的油膜，具有很好的分散原油的能力，同時在油層巖石表面的吸附量少，所以生物表面活性劑具有很強的驅(qū)油能力。據(jù)預測，生物表面活性劑成本只有合成表面活性劑成本的30％。由于生物表面活性劑無毒，從生態(tài)學的角度來看，生物表面活性劑比合成表面活性劑更有利于環(huán)境保護。由于生物表面活性劑具有以上優(yōu)點，并能通過生物代謝等手段發(fā)酵生產(chǎn)，因此受到了生物工程界的普遍重視。
本發(fā)明的目的，在于提供性能優(yōu)良可應(yīng)用于油田采油作驅(qū)油劑的鼠李糖脂生物表面活性劑；本發(fā)明的另一目的，在于提供一種生產(chǎn)工藝簡單、成本低、原料來源廣泛的制備鼠李糖脂生物表面活性劑的方法；本發(fā)明還有一目的，在于提供這種鼠李糖脂表面活性劑作為驅(qū)油劑在三次采油中的應(yīng)用。
本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種鼠李糖脂生物表面活性劑，是以鼠李糖脂發(fā)酵液作為主要成份，含有以下化學組份菌體干細胞、中性脂、極性脂X、鼠李糖脂、多糖及金屬離子和陰離子。
以上所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，各組份含量范圍如下菌體干細胞10-17g/L，多糖 1.5-3g/L，中性脂14-23g/L，鼠李糖脂 15-25g/L，極性脂X 2-5g/L，總礦化度 25-38g/L。
以上所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，所述中性脂包括脂肪酸及單甘油脂、雙甘油酯和三甘油酯。
以上所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，所述中性脂中含量范圍為單甘油酯及脂肪酸12-17g/L，雙甘油酯3.8-5.0g/L，叁甘油酯0.2-0.3g/L。
以上所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，所述金屬離子包括Na+、K+、Ca2+或Fe2+中的一種或一種以上離子。
以上所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，所述陰離子為Cl-、NO3-或SO42-中一種或一種以上離子。
本發(fā)明技術(shù)方案進一步包括制備上述鼠李糖脂生物表面活性劑的方法，包括下述步驟a.菌種培養(yǎng)以假單胞菌為菌種和適宜的培養(yǎng)，選擇糠油或玉米油作碳源，通過斜面菌種培養(yǎng)和搖瓶培養(yǎng)，篩選產(chǎn)糖脂高的菌株；所述培養(yǎng)基包括NaNO3 0.4-3.4％，NaCl 0.05-0.5％，KH2PO4 0.05-0.5％，MgSO4·7H2O0.001-0.01％，酵母膏0.001-0.1％，微量元素Zn、Fe、Cu、Mn、Ca，pH6-7；b.發(fā)酵將a步驟篩出的菌株轉(zhuǎn)接入投油化為6-15％的發(fā)酵罐中，在pH為5-7、通風、攪拌條件下發(fā)酵60-90小時，得到鼠李糖酯發(fā)酵液；
c.提取得到鼠李糖脂。
以上所述的鼠李糖脂生物表面活性劑的制備方法中，進一步包括鼠李糖脂的提取，所述提取工藝包括C-1分離——降發(fā)酵液自然沉降后分離沉淀物；C-2提取——用乙酸乙酯分三次提取沉淀物；C-3蒸餾——常壓蒸餾除去提取劑得粗鼠李糖脂；C-4吸附——用硅膠吸附鼠李糖脂的氯仿溶液；C-5解吸——用氯仿洗滌硅膠得中性脂，再用氯仿——甲醇洗滌硅膠，蒸干得鼠李糖脂。
以上所述的鼠李糖脂生物表面活性劑的制備方法，步驟a中搖瓶培養(yǎng)在30℃±2℃下，培養(yǎng)時間為20-26小時。
以下將結(jié)合附圖和具體實施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容以及其帶來的顯著的技術(shù)效果。


圖1為本發(fā)明鼠李糖脂生物表面活性劑與烷基苯酸鹽復配時界面張力圖；圖2為本發(fā)明鼠李糖脂生物表面活性劑復配體系吸附等溫線；圖3為本發(fā)明鼠李糖脂生物表面活性劑復配體系天然巖芯驅(qū)油效果圖。
實施例一、鼠李糖脂發(fā)酵液的制備1.菌種鼠李糖脂菌種為假單孢菌(Pseudomonas sp.)2.培養(yǎng)基NaNO3 0.4％，NaCl 0.5％，KH2PO4 0.05，K2HPO4 0.8％，MgSO4·7H2O 0.01％，酵母膏 0.1％，微量元素Zn、Fe、Cu、Mn、Ca，pH6.5。當然，培養(yǎng)基的組成與配比可根據(jù)實際情況調(diào)配。
3.發(fā)酵用原料油以米糠油作為碳源轉(zhuǎn)化糖脂，投油量10％；4.搖瓶培養(yǎng)
斜面菌種培養(yǎng)36-48小時，4支斜面↓轉(zhuǎn)接至1大瓶30℃±2℃振蕩(120次/分)培養(yǎng)20-26小時(3L三角瓶裝500ml培養(yǎng)基)5.發(fā)酵罐糖脂生產(chǎn)鼠李糖脂在臺式10L攪拌發(fā)酵罐中加入3.5L發(fā)酵培養(yǎng)基，將上述培養(yǎng)好的大搖瓶種子一只500ml轉(zhuǎn)接至發(fā)酵罐中，在pH6.5(2N HCl及NaOH調(diào)節(jié))，1∶1.5通風及各種投油量攪拌速度等不同條件下生產(chǎn)鼠李糖脂，出料采用一次出料法。如表1表1 臺式發(fā)酵罐鼠李糖脂發(fā)酵結(jié)
6.鼠李糖脂發(fā)酵液化學結(jié)構(gòu)分析發(fā)酵液經(jīng)稀釋后高速離心，除去菌體，經(jīng)乙酸乙酯提取殘留脂質(zhì)，水相部分分析多糖含量、NO3-、總氮、金屬離子及礦化度等?？傊|(zhì)是由發(fā)酵液經(jīng)酸化至pH2.5后，由乙酸乙酯提取得到，再經(jīng)硅膠柱層析用氯仿三次洗滌得到中性脂部分，由氯仿∶甲醇2∶1(V/V)三次洗滌得到極性脂部分。中性脂部分由島津高壓液相層析分析甘油酯等含量。極性脂部分由硅膠柱層析分別由非極性→極性有機溶液劑進行柱層析分離，得到純鼠李糖脂等不同化合物。
多糖分析采用乙醇沉淀法離心后收集測定，用離子色譜法分析NO3-、SO42-含量。金屬離子由原子吸收光譜法測定。發(fā)酵液總氮由凱氏定氮法測定。類脂物分析由TLC、HPLC、IR、NMR、MS儀等分析測定。
鼠李糖脂的定量測定采用(1)苔黑酚分析法(orcinol)。
(2)硫酸蒽酮法用本實施例方法得到的鼠李糖脂發(fā)酵液主要組份和含量分析結(jié)果如表2-1、2-2、表2-1鼠李糖脂發(fā)酵液主要組份及其含量
表2-2 鼠李糖脂發(fā)酵結(jié)果<
>表3 鼠李糖脂發(fā)酵液中金屬元素含量<
分段洗脫分離，IR、MS、NMR分析，鼠李糖脂結(jié)構(gòu)包括R1及R2二個組份，其中R1分子量為504，R2分子量為650R1
R2
實施例二、鼠李糖脂發(fā)酵液的提取發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵液用硫酸酸化至pH2.5↓自然沉降得到沉淀物↓用乙酸乙酯分三次提取沉淀物↓減壓蒸去乙酸乙酯得漿狀粗鼠李糖脂↓用硅樣H吸附鼠李糖脂的氯仿溶液↓用氯仿分三次洗滌硅膠H↓得到中性脂部分↓接著用2∶1氯仿∶甲醇(V/V)分三次洗滌硅膠H蒸干得到鼠李糖脂用上述方法得到鼠李糖脂提取結(jié)果列于表4
表4鼠李糖脂提取結(jié)果
實施例三、鼠李糖脂生物表面活性劑的應(yīng)用用旋轉(zhuǎn)界面張力儀分別對單獨的鼠李糖脂生物表面活性劑(RH)以及RH與ORS(烷基苯磺酸鹽表面活性劑)和PST(石油磺酸鹽表面活性劑)復合體系與小井距原油間形成的超低平衡界面張力區(qū)域進行測量，結(jié)果RH濃度在0.1wt％-0.4wt％范圍內(nèi)，它與原油間的界面張力值只能達到10-1-10-2mN/m數(shù)量級，并且當RH濃度大于0.2wt％后，界面張力隨濃度的增加呈上升的趨勢；RH與原油間不能形成超低界面張力；然而，當RH與ORS或PST復合時，與原油間的界面張力可以達到10-3mN/m數(shù)量級(見圖1)，說明RH與ORS、PST之間有存在協(xié)同效應(yīng)。
RH復合體系在油砂上的靜吸附損失研究對于一個好的驅(qū)油體系來說，要求在地層中的吸附量盡可能低，這樣可以在使用較低表面活性劑濃度的同時，盡量有效地發(fā)揮其低張力驅(qū)的作用。否則所注入的表面活性劑大都被地層吸附掉了，就很難使體系保持原有的低張力區(qū)，也就談不上提高驅(qū)油效率了，本例對生物表面活性劑復合體系進行吸附損失研究，圖2顯示了當NaOH＝1.2wt％，RH分別為0、0.05、0.1、0.15wt％時，生物表面活性劑復合體系的吸附等溫線，由圖看出，每條曲線都有一個吸附最大值，當達到這個最大吸附量后，再增加表面活性劑的濃度，吸附量也沒有什么變化了，說明體系已經(jīng)達到了吸附平衡，這一吸附規(guī)律基本符合Langmuir吸附原理。圖中單獨ORS的最大吸附量為0.31mg/g砂，而向ORS中加入RH后，可使復合體系的吸附量下降15-25％，這證明本發(fā)明生物表面活性劑RH具有降低其他表面活性劑在油砂上吸附的能力，生物表面活性劑的這一特性，是其應(yīng)用在三元復合驅(qū)中的優(yōu)勢之一。
生物表面活性劑復合體系室內(nèi)巖芯驅(qū)油實驗將生物表面活性劑復合體系配方RH(0.2wt％)+ORS(0.15wt％)+NaOH(1.2wt％)+聚合物(1800ppm)，在大慶天然巖芯上進行了4次驅(qū)油實驗，巖芯驅(qū)油實驗表明，含水下降，產(chǎn)油率從零上升到60％左右。三元復合驅(qū)采收率比水驅(qū)分別提高了18.6％、19.3％、20.6％、21.7％，平均提高采收率達到20％，比單獨ORS的驅(qū)油效率提高了7個百分點，而在提高采收率同等幅度情況下相比較，生物表面活性劑復合體系中ORS的用量，要比單獨ORS41三元復合體系中ORS41用量降低50％，折合成本降低了30％以上，這充分顯示了生物表面活性劑在復合體系中的作用。如圖3所示。
以上通過較佳實施例說明了本發(fā)明，可以看出，本發(fā)明制備鼠李糖脂生物表面活性劑方法科學合理，最終RH原液中純糖脂含量達到了20g/L以上的指標；RH與其它表面活性劑有良好的配伍性和協(xié)同應(yīng)用；生物表面活性劑復合體系能與小井距原油形成超低界面張力，且具有較寬的超低界面張力區(qū)。
由于生物表面活性劑的最大吸附量降低15-25％，從而大大降低了表面活性劑的用量。
巖芯驅(qū)油實驗提高采收率比水驅(qū)平均提高了20％以上，在不影響驅(qū)油效率的前提下，表面活性劑ORS的用量減少了50％，折合三元復合體系的成本比單獨使用ORS降低了30％以上，這充分體現(xiàn)了本發(fā)明生物表面活性劑應(yīng)用的優(yōu)勢，具有良好的經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求
1.一種鼠李糖脂生物表面活性劑，是以鼠李糖脂發(fā)酵液作為主要成份，含有以下組份菌體干細胞、中性脂、極性脂X、鼠李糖脂、多糖及金屬離子和陰離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，其特征在于，各組份含量范圍如下菌體干細胞10-17g/L，多糖 1.5-3g/L，中性脂15-23g/L，鼠李糖脂 14-25g/L，極性脂X 2-5g/L，總礦化度 25-38g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，其特征在于，所述中性脂包括脂肪酸及單甘油脂、雙甘油酯和三甘油酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，其特征在于，所述中性脂中含量范圍為單甘油酯及脂肪酸12-17g/L，雙甘油酯3.8-5.0g/L，叁甘油酯0.2-0.3g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，其特征在于，所述金屬離子包括Na+、K+、Ca2+或Fe2+中一種或一種以上離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，其特征在于，所述陰離子為Cl-、NO3-或SO42-中一種或一種以上離子。
7.一種權(quán)利要求1所述的鼠李糖脂生物表面活性劑的制備方法，包括下述步驟a.菌種培養(yǎng)以假單孢菌為菌種和適宜的培養(yǎng)，選擇糠油或玉米油作碳源，通過斜面菌種培養(yǎng)和搖瓶培養(yǎng)，篩選產(chǎn)糖脂高的菌株；b.發(fā)酵將a步驟篩出的菌株轉(zhuǎn)接入投油比為6-15％的發(fā)酵罐中，在pH為5-7、通風、攪拌條件下發(fā)酵50-100小時，得到鼠李糖酯發(fā)酵液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鼠李糖脂生物表面活性劑的制備方法，其特征在于，進一步包括鼠李糖脂的提取工藝，所述提取工藝包括C-1分離——將發(fā)酵液自然沉降后分離沉淀物；C-2提取——用乙酸乙酯分三次提取沉淀物；C-3蒸餾——常壓蒸餾除去提取劑得粗鼠李糖脂；C-4吸附——用硅膠吸附鼠李糖脂的氯仿溶液；C-5解吸——用氯仿洗滌硅膠得中性脂，再用氯仿——甲醇洗滌硅膠，蒸干得鼠李糖脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鼠李糖脂生物表面活性劑的制備方法，其特征在于，步驟a中搖瓶培養(yǎng)在30℃±2℃下，培養(yǎng)時間為20-26小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鼠李糖脂生物表面活性劑的制備方法，其特征在于，步驟a中所述發(fā)酵培養(yǎng)基包括NaNO30.4-3.4％，NaCl 0.05-0.5％，KH2PO4 0.05-0.5％，K2HPO4 0.05-0.8％，MgSO4·7H2O 0.001-0.01％，KCl 0.05％-0.3％，酵母膏0.001-0.1％，微量元素Zn、Fe、Cu、Mn、Ca，pH 6-7。
11.權(quán)利要求1所述的鼠李糖脂生物表面活性劑作為驅(qū)油劑與其它表面活性劑復配在三次采油中的應(yīng)用。
全文摘要
一種鼠李糖脂生物表面活性劑,是以鼠李糖脂發(fā)酵液作為主要成份,含有以下組份:菌體干細胞、中性脂、極性脂X、鼠李糖脂、多糖及金屬離子和陰離子。用鼠李糖脂與其他表面活性劑復配,有很好的協(xié)同效應(yīng),對其三元復合驅(qū)復配體系進行巖芯驅(qū)油試驗,可降低油田含水率,平均采收率比水驅(qū)提高20%,成本較使用單一表面活性劑降低30%。
文檔編號E21B43/22GK1275429SQ9910758
公開日2000年12月6日 申請日期1999年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月27日
發(fā)明者楊林, 李茜秋, 李華斌, 李洪富, 李立眾, 趙長久, 樂建君 申請人:大慶石油管理局