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層潤濕性。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。然而，鼠李糖脂生物表面活性劑作為良好的潤濕改性驅(qū)油劑，有關(guān)其對液-固界面潤濕改性微觀機(jī)理的研究較少。計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)實驗方法與液-固界面自由能數(shù)學(xué)計算及分子動力學(xué)模擬方法相結(jié)合，進(jìn)一步解釋分子與不同潤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-固界面上的潤濕改性微觀機(jī)制。

1實驗部分

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)接觸角測量儀，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，日本東京島津公司；EZ-Pi Plus便攜式動態(tài)表面張力儀，芬蘭Kibron公司。

1.2實驗方法

1.2.1親油玻片的制備

將載玻片切割成長、寬、高分別為2 cm×2.5 cm×1 mm的尺寸，并在每個玻片樣品單面上進(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，儲存在用密封膜封口的表面皿中。

1.2.2接觸角的測定

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、作用時間等因素對親油玻片潤濕性的影響。用視頻光學(xué)接觸角測量儀測定去離子水在經(jīng)不同溶液、不同濃度、不同作用時間處理后的玻片上的接觸角，每組實驗重復(fù)5次，取平均值。

1.2.3洗油實驗

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測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)中的洗油率公式計算鼠李糖脂溶液的洗油能力。

1.2.4黏附功的計算

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5370—2018《表面及界面張力測定方法》中的旋轉(zhuǎn)滴法，采用界面張力儀測定30%鼠李糖脂溶液與原油間的界面張力。測試溫度為（80.0±0.1）℃，轉(zhuǎn)速為8000 r/min，測試時間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，測定親油玻片表面的水相接觸角，按照式（1）計算黏附功］。

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、界面張力因子和潤濕性因子的計算

基于前述實驗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）分別計算界面張力因子Eγ、潤濕性因子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，°。