微生物菌液工业发酵工艺研究

微生物采油技术, 是指利用微生物产生有用的代谢产物或者利用微生物能够分解碳氢化合物的性能, 促进原油开采的技术。该项技术以适应性强、作业简单、对油层无伤害等优势, 已经引起世界各国的普遍重视[1-3]。

微生物菌种进入现场应用前, 需应用发酵工艺进行工业发酵生产。可在实验室进行发酵初试研究, 再以得到的发酵参数为参考进行工业发酵生产。工业发酵完成后检测菌液指标, 验证发酵效果。

一、实验材料与方法

1.实验材料[4]

LB培养基, ZJ培养基, ZY培养基, ZD培养基。

降粘和防蜡菌种均为实验室已筛选出的菌种。

实验原油为河南油田南部陡坡带泌304区块赵安4005井原油。

2.实验方法

(1) 发酵培养基优化

查阅文献, 确定LB、ZJ、ZY、ZD为备选培养基, 分别接种各菌种母液, 检测菌体浓度并检测表面张力, 以确定发酵培养基。再比较各培养基成本, 选择价格相对低廉的培养基。

(2) 发酵搅拌转速影响研究

配制ZY培养基, 装入初试发酵罐。设定培养温度和p H值范围, 分别接入降粘复合菌和防蜡复合菌菌种母液, 以不同搅拌转速培养菌种。培养结束后以平板法检测细菌浓度。

(3) 发酵时间的确定

检测降粘复合菌、防蜡复合菌不同发酵时间的菌浓、表面张力以及p H值变化, 判断菌种不同发酵阶段的时间。

3.实验结果与分析

(1) 发酵培养基优化

分别以LB培养基、ZJ培养基、ZY培养基、ZD培养基作为培养基, 菌种浓度以109个/m L计, 表面张力以m N/m计, 降粘复合菌的菌种浓度为1.385、1.581、1.381、1.184, 表面张力为29.84、28.68、28.79、31.61;防蜡复合菌的菌种浓度为1.875、1.685、1.725、1.253, 表面张力为32.57、32.31、32.25、34.85;sx的菌种浓度为1.421、1.263、1.204、0.827, 表面张力为28.84、27.53、28.02、32.84;KB的的菌种浓度为1.138、1.452、1.352、0.951, 表面张力为26.64、26.64、27.05、31.24。

根据培养基对菌种的培养效果, 对于降粘菌和防蜡菌来说, 无论是复合菌还是单菌, 除ZD培养基稍差以外, 菌种以其它三种培养基进行发酵时的繁殖、代谢表活剂能力, 彼此相差不大。因此, 主要通过比较培养基成本来进行培养基优化。比较成本, 选择ZY培养基为降粘复合菌及防蜡复合菌菌种的发酵培养基。

(2) 发酵搅拌转速影响研究

结果可见, 搅拌转速对降粘菌和防蜡菌发酵影响规律相近, 都是在发酵罐搅拌转速高于400rpm时差别不大;当转速降至200rpm时, 菌体浓度有所下降, 但同最高菌体浓度相差不到30%, 远小于一个数量级。因此发酵罐搅拌转速对菌液发酵影响不明显。

4.发酵时间的确定

降粘菌和防蜡菌规律相似。0-24h时为菌种发酵对数生长期, 在24h~48h, p H值和表面张力持续下降;到48h~72h, 发酵基本稳定, 表面张力达到最低, p H值上升;到96h, 菌浓已开始下降, 进入衰败期。如单纯考虑菌体浓度, 则发酵48h~72h比较合适。工业发酵时由于罐体更大, 装液量更多, 会导致发酵速度更慢, 所以选择72h为工业发酵时间。

5.工业发酵产品性能检测

为便于操作, 三级发酵时间温度均为40℃, p H 6~8, 时间统一设定为72h。一级发酵搅拌频率为200rpm, 二级发酵120rpm, 三级发酵100方/h。

以河南油田南部陡坡带泌304 H1段稠油检测发酵菌液的降粘率;以H2段高凝油检测发酵菌液防蜡率。结果表明降粘菌菌体浓度为3.7×108个/m L, 防蜡菌菌体浓度为2.3×108个/m L, 降粘菌降粘率为63.6%, 防蜡菌防蜡率为69.7%。

结论

比较不同培养基对菌种繁殖和代谢表活剂的影响, 以及各培养基的成本, 确定ZY培养基为降粘菌和防蜡菌的发酵培养基。以初试发酵罐进行发酵模拟实验, 确定发酵罐工作参数为:40℃、p H值6~8、发酵时间72h。

以初试发酵罐参数为参考进行工业发酵, 发酵后菌液中菌体浓度为2-4×108个/m L, 降粘菌降粘率和防蜡菌防蜡率分别为63.6%和69.7%。证实工业发酵成功, 可进行现场应用试验。

摘要：比较不同培养基对菌种繁殖和代谢表活剂的影响, 以及各培养基的成本, 确定ZY培养基为降粘菌和防蜡菌的发酵培养基。以初试发酵罐进行发酵模拟实验, 确定发酵罐工作参数为:40℃、p H值68、发酵时间72h。以初试发酵罐参数为参考进行工业发酵, 发酵后菌液中菌体浓度为24×108个/m L, 降粘菌降粘率和防蜡菌防蜡率分别为63.6%和69.7%。证实工业发酵成功, 可进行现场应用试验。

关键词：微生物降粘,微生物防蜡,发酵工艺

参考文献

[1] 赵寿增.微生物采油技术[J].油气采收率技术, 1996, 3:14.

[2] 李习武, 刘志培.石油烃类的微生物降解[J].微生物学报, 2002, 42:764.

[3] 石勇, 姜兰, 雷琦.微生物防蜡技术的研究与应用[J], 化学工业与工程技术, 2009, 30:17.

[4] 郝春雷, 常国栋, 王新亮等.诱变后抗高温防蜡菌的性能评价和机理分析[J].石油地质与工程.2012, 5:141.