微生物采油技術(shù)包括內(nèi)源微生物和外源微生物技術(shù)兩種，主要利用微生物菌體（內(nèi)源微生物）及其代謝產(chǎn)生的物質(zhì)（外源微生物）共同作用來改變油藏中油-水-固三相界面性質(zhì)，最終達(dá)到提高洗油效率及擴(kuò)大波及體積的目的。其中，生物表面活性劑作為特定微生物代謝產(chǎn)物的一種，與化學(xué)表面活性劑分子結(jié)構(gòu)類似，包含親水基團(tuán)和疏水側(cè)鏈，可通過在液-液或液-固界面的吸附而有效降低油水界面張力或顯著改變儲(chǔ)層潤(rùn)濕性。此外，生物表面活性劑生物降解性好，耐溫耐鹽性強(qiáng)，因此作為一種新型的驅(qū)油劑在油田開發(fā)應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

生物表面活性劑作為一類特殊的表面活性劑，其在界面上吸附后對(duì)于油-水-固界面性質(zhì)的改變是衡量其驅(qū)油性能的重要指標(biāo)。目前，常見的生物表面活性劑包括脂肽類、鼠李糖脂類、槐糖脂類等。不同種類生物表面活性劑的驅(qū)油特點(diǎn)不盡相同，如脂肽類表面活性劑的臨界膠束濃度僅有10-5mol/L，可大幅降低水的表面張力及油-水界面張力；而鼠李糖脂類表面活性劑則展現(xiàn)出了優(yōu)良的潤(rùn)濕改性能力，可將親油巖心轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)親水狀態(tài)，導(dǎo)致液-固界面性質(zhì)發(fā)生明顯變化。

潤(rùn)濕性改變機(jī)理在化學(xué)驅(qū)提高采收率中的貢獻(xiàn)逐步獲得共識(shí)。然而，鼠李糖脂生物表面活性劑作為良好的潤(rùn)濕改性驅(qū)油劑，有關(guān)其對(duì)液-固界面潤(rùn)濕改性微觀機(jī)理的研究較少。計(jì)算模擬方法可以從分子水平研究表面活性劑在界面的吸附行為，進(jìn)而突破傳統(tǒng)方法的限制，為實(shí)際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。因此，本文首次將接觸角、洗油等室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法與液-固界面自由能數(shù)學(xué)計(jì)算及分子動(dòng)力學(xué)模擬方法相結(jié)合，進(jìn)一步解釋分子與不同潤(rùn)濕性玻片表面間的相互作用及結(jié)合能力，明確鼠李糖脂生物表面活性劑在液-固界面上的潤(rùn)濕改性微觀機(jī)制。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1材料與儀器

鼠李糖脂菌液上清液（由好氧產(chǎn)生物表面活性劑菌株P(guān)seudomonas aeruginosa代謝獲得）；去離子水；濃硫酸（96%）、過氧化氫（30%），分析純，西安福晨化學(xué)試劑有限公司；甲苯、丙三醇、二碘甲烷（98%），分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；載玻片，鹽城市飛舟玻璃有限公司；勝利油田某區(qū)塊脫水脫氣原油，儲(chǔ)層溫度80℃下的密度為0.942 g/cm3、黏度為130.0 mPa·s。

Dataphysics OCA15型視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，德國Dataphysics公司；JP-040型超聲波清洗機(jī)，深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司；UV-2700 220V CH型紫外分光光度計(jì)，日本東京島津公司；EZ-Pi Plus便攜式動(dòng)態(tài)表面張力儀，芬蘭Kibron公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1親油玻片的制備

將載玻片切割成長(zhǎng)、寬、高分別為2 cm×2.5 cm×1 mm的尺寸，并在每個(gè)玻片樣品單面上進(jìn)行標(biāo)記，此面為頂層；將玻片置于清洗過的表面皿內(nèi)。用食人魚溶液（體積比為3∶1的96%的濃硫酸和30%的雙氧水）清洗玻片，浸泡1 h。將表面皿里的食人魚溶液緩慢倒入大量水中，用去離子水將表面皿中的玻片清洗3次，再加入去離子水，將表面皿用密封膜密封，放入超聲波清洗機(jī)中超聲5 min，表面用去離子水反復(fù)清洗，得到親水玻片。將親水玻片用高速空氣流吹干，滴加定量原油，使原油在玻片表面均勻鋪開，將試片置于60℃烘箱中7 d，得到親油玻片。將親油玻片置于甲苯中超聲3次，每次10 min。用去離子水將殘余甲苯?jīng)_洗后自然烘干，儲(chǔ)存在用密封膜封口的表面皿中。

1.2.2接觸角的測(cè)定

用去離子水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～10%的鼠李糖脂溶液，隨后將親油玻片分別浸泡于去離子水和鼠李糖脂溶液中0.5～12 h。采用靜滴法考察濃度、作用時(shí)間等因素對(duì)親油玻片潤(rùn)濕性的影響。用視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定去離子水在經(jīng)不同溶液、不同濃度、不同作用時(shí)間處理后的玻片上的接觸角，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次，取平均值。

1.2.3洗油實(shí)驗(yàn)

參照中國石化集團(tuán)勝利石油管理局企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH1020 1518—2013《油層清洗劑通用技術(shù)條件》，配制人造油污，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用紫外分光光度計(jì)測(cè)量不同濃度條件下鼠李糖脂溶液的洗油砂能力。通過標(biāo)準(zhǔn)中的洗油率公式計(jì)算鼠李糖脂溶液的洗油能力。

1.2.4黏附功的計(jì)算

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5370—2018《表面及界面張力測(cè)定方法》中的旋轉(zhuǎn)滴法，采用界面張力儀測(cè)定30%鼠李糖脂溶液與原油間的界面張力。測(cè)試溫度為（80.0±0.1）℃，轉(zhuǎn)速為8000 r/min，測(cè)試時(shí)間30 min。然后，將親油玻片分別浸泡在去離子水和30%鼠李糖脂溶液中12 h，測(cè)定親油玻片表面的水相接觸角，按照式（1）計(jì)算黏附功］。

式中，WSL為水-油-固體體系中油在固體表面的黏附功，mJ/m2；γow為油水界面張力，mN/m；θ為水-油-固體體系中水在固體表面的接觸角。

1.2.5黏附功因子、界面張力因子和潤(rùn)濕性因子的計(jì)算

基于前述實(shí)驗(yàn)方法得到不同條件下的油水界面張力及接觸角，按式（2）—式（4）分別計(jì)算界面張力因子Eγ、潤(rùn)濕性因子Eθ、黏附功因子E。

式中，γ1為30%鼠李糖脂溶液與原油間的界面張力，mN/m；γ0為去離子水與原油間的界面張力，mN/m；θ1為30%鼠李糖脂溶液在親油玻片表面的接觸角，°；θ0為去離子水在親油玻片表面的接觸角，°。