Применение микробиологических методов для повышения нефтеотдачи

 

Таразский    Государственный университет им.М.Х.Дулати

 

Кабдушев А.А., Карабаева А.

 

Последнее слово за бактериями.

Луи Пастер

 

В настоящее время благодаря усилиям нефтяной науки и практики нефтяная промышленность Казахстана и Росии владеет практически всеми широко применяемыми в мире технологиями увеличения нефтеотдачи пластов. По данным РМНТК "Нефтеотдача", в опытных и промышленных масштабах применяется более 20 методов увеличения нефтеотдачи (МУН) пластов и более 130 технологий их реализации, опыт использования которых обобщен в специально созданной в РМНТН "Нефтеотдача" энспертной системе.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями, проведенными в различных странах в последние годы, установлено, что наиболее эффективные технологии разработки трудноизвлекаемых запасов нефти основываются на комбинации известных методов воздействия на нефтяные пласты: физико-химических, тепловых, газовых, гидродинамических, микробиологических и др [1].

В связи с этим в настоящее время заметно возрос интерес к поиску путей и средств повышения вторичной добычи нефти, и в частности к микробиологическим методам. Микробные технологии основаны на использова­нии физиолого-биохимических особенностей микро­организмов, вводимых в пласт: их способности расти в широком диапазоне температур, давления, солености, в аэробных и анаэробных условиях и использовать для жизнедеятельности в качестве источника питания нефть [2].

Использование  бактерии, было впервые предложено в 1926 г., но метода не было до работы Зобелля. Принципиальная возможность использования микробиологического воздействия с целью увеличения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти, запатентованная C.E. Zobell (1946 г.) [3], в настоящее время подтверждена многими исследователями и успешными промысловыми экспериментами [3].Следует помнить, что микробиологии, как науке было меньше, чем 100 лет, в то время и способности микроорганизмов использовать углеводороды рассматривалось чисто из биологического любопытства. Большая часть исследований была проведена в университетских лабораториях, до 1940-х годов. [4]

Все микробиологические методы воздействия на нефтяные пласты можно разделить на две основные группы. К первой относят технологии, в которых используются продукты жизнедеятельности микроорганизмов - метаболиты, полученные на поверхности земли в промышленных установках-ферментера. Эти методы близки к химическим. Улучшение нефтевытесняющих свойств закачиваемой воды происходит в данном случае за счет таких соединений как биоПАВ, биополимеры, эмульгаторы.

Вторая группа предусматривает развитие микробиологических процессов с целью получения метаболитов непосредственно в пласте. В этом случае образование нефтевытесняющих агентов в результате микробиологической деятельности происходит непосредственно в пласте за счет дополнительного внесения в пласт микроорганизмов и питательных веществ - мелассы, молочной сыворотки и других отходов пищевой или химической промышленности. В свою очередь вторая группа может быть подразделена на подгруппы в зависимости от вида биоценоза - пластового или введенного с поверхности.

В процессе использования микробиологического метода, в результате биосинтеза непосредственно в пласте они образуют такие мета­болиты, как газы, кислоты, поверхностно-активные вещества, что способствует повышению нефтеотдачи на 40%.

Так как бактерии могут производить кислоты из нефти и другие органические соединения, которые растворяют карбонаты, тем самым увеличивая проницаемость. Они также могут производить газы, которые увеличивают давление в пласте и снижают вязкость нефти, растворяясь в нем.

Микробиологические методы по­зволяет на 5—7% увеличить вовлекаемые в разработку запасы, в 1,5—2 раза увеличить  дебит сква­жин, а текущую добычу нефти — на 15—25%. Технико-экономические расчеты, проводимые для уточнения эффективности метода, показывают,   что даже на фоне постоянного роста цен на энергоносители, окупаемость  микробиологических методов составляет 1,5—2 лет. [1-2]

Микро­биологических технологий используются  во многих отраслях промышленности, но на сегодняшний день  широко известны следующие основные направления развития и применения микро­биологических технологий в нефтяной промышлен­ности [1]: при разработке нефтяного месторождения для повышения нефтеотдачи пластов; стимуляция скважин; при разливах нефти используется  для очистки почвенного покрова земли и воды; для очистки скважинного обору­дования; для очистки отложений солей в скважинном оборудовании и трубопроводах.

Например, компания Вio-Oil представитель американской компании АТЕСН-СTI Group уже более 12 лет применяет технологию микробиологического увеличения нефтеотдачи. Специалисты компании обработали более 3000 скважин, и в 86% случаев им удалось добиться увеличения добычи нефти на 80-300%.[5]

Технология микробиологического воздействия на пласт основана на закачке биомассы микроорганизмов (сухого активного ила) в нагнетательные скважины на нефтяных месторождениях средней и поздней стадии разработки, где низка эффективность заводнения.

Механизм увеличения нефтеотдачи достигается, во-первых, селективной закупоркой высокопроницаемых промытых пропластков скоплениями микроорганизмов и выделяемыми ими биополимерами, что повышает коэффициент охвата пласта заводнением.

Во-вторых, генерируемые микроорганизмами нефтевытесняющие продукты метаболизма (биогазы, биоПАВы) увеличивают подвижность остаточной нефти, повышая коэффициент вытеснения.

Технологический процесс реализуется закачкой микробиологического раствора, содержащего углеводородокисляющие бактерии (УОБ), источники кислорода, азота и фосфора таким образом, чтобы окончание закачки совпало с окончанием цикла закачки воды, проводимого в соответствии с программой заводнения.

В пластовых условиях УОБ способны синтезировать органические растворители, такие как спирты и альдегиды, жирные кислоты поверхностно-активного действия и газы, увеличивающие подвижность нефти. Технология может применяться на участках заводняемых как пресной, так и минерализованной водой, использует доступные реагенты отечественного производства, не требует сложного оборудования для реализации. За счет применения естественных непатогенных микроорганизмов и полностью утилизируемых в природе реагентов технология безопасна для окружающей среды и человека.

Микробиологическое воздействие является третичным методом повышения нефтеотдачи пластов (ПНП), проводимое для создания оторочки с целью увеличения коэффициента охвата и коэффициента вытеснения.

Разработку заводненных пластов более эффективно вести с применением маслорастворимых ПАВ.

При закачке водной дисперсии маслорастворимых ПАВ в пласте на фронте вытеснения формируется микроэмульсионная оторочка с низким содержанием нефти, хорошей нефтевытесняющей способностью и вязкостью, близкой к вязкости нефти, что увеличивает коэффициент вытеснения и охват пласта заводнением.

В Институте химии нефти СО РАН  (Томск), для увеличения нефтеотдачи разработаны композиции на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) с регулируемой щелочностью (ИХН-60, ИХН-100, ИХН-КА и др.).

Овсянникова В.С при исследовании влияния микробиологического воздействия на углеводородный состав нефтей при увеличении нефтеотдачи пластов нефтевытесняющими композициями с регулируемой щелочностью провела ряд экспериментов. При исследовании были получены  результаты выделения углеводородокисляющих бактерии (далее УОБ)  из пластовых флюидов нефтяных месторождений. Из исследованных объектов выделено 52 культуры микроорганизмов, принадлежащих к родам Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Arthrobacter, Mycobacterium, Corynebacterium, Rhodococcus, Nocardia. Все культуры протестированы на способность к окислению индивидуальных УВ (гексадекана, нонана, пентана). Способность к окислению УВ обнаружена у 74 % культур. [6]

При исследовании влияние нефтевытесняющих композиций на рост пластовой микрофлоры на основе экспериментов были получены  исследования влияния концентрации композиции ИХН-КА на рост УОБ. Показано, что композиция ИХН-КА в концентрации 0.05-1 % увеличивает численность УОБ на 3-5 порядков (рис. 1), а в концентрации 5-25 % не стимулирует, но и не угнетает рост УОБ.

Стимулирующее влияние нефтевытесняющей композиции ИХН-100 на рост микрофлоры в пластовых условиях прослежено на примере Лас-Еганского месторождения Западной Сибири (пласт Ю1). Закачка ИХН-100 была проведена в 2001 году в рамках промышленного испытания новых технологий увеличения нефтеотдачи. [6]

 

 

Рисунок 1 – Влияние концентрации композиции ИХН-КА на рост пластовой микрофлоры из пластовых флюидов разных продуктивных горизонтов месторождения Белый Тигр

 

Пластовые условия Лас-Еганского месторождения благоприятны для развития микрофлоры: численность гетеротрофов до закачки композиции составляла 0.40 млн клет/см3, ДНБ – до 0.03 млн клет/см3, УОБ – 0.13 млн клет/см3. После закачки ИХН-100 в воде опытных участков отмечено увеличение численности перечисленных групп на 1-3 порядка, а также появление нитрат-иона (рис. 2, 2002 г.). Рост микрофлоры сопровождался увеличением добычи нефти. На октябрь 2002 г. дополнительная добыча составила 4.4 тыс. т. К концу 2003 г. в пластовой воде значительно снизилась концентрация нитрат-иона, параллельно с этим уменьшилась численность микрофлоры: гетеротрофов – до 0.1-1.75 млн/см3, УОБ – до 0.016-0.30 млн/см3, ДНБ – до 0.0003 – 0.011 млн/см3 (рис. 2, 2003). [6]

Таким образом, на примере ИХН-КА и ИХН-100 показано, что нефтевытесняющие композиции с регулируемой щелочностью способны усиливать рост УОБ на 3-5 порядков в лабораторных условиях и на 1-3 порядка в пластовых условиях.

    

Контрольные скважины - № 9096 и № 9072

Рисунок 2 – Количество пластовой микрофлоры через 1 и 2 года после закачки ИХН-100

По результатам проведенных исследовании В.С Овсянникова установлено стимулирующее влияние композиций ИХН-100 и ИХН-КА на пластовую микрофлору: в лабораторных условиях наблюдался рост численности на 2-5 порядков, в пластовых условиях - на 1-2 порядка. Прирост коэффициента вытеснения высоковязкой нефти составил 4-6 %, маловязкой нефти – 3-6 %.[6]

Еще один пример эффективности микробиологических методов это закачки раствора сухого активного ила в нагнетательную скважину № 2139 находящуюся на Крещено-Булякской площади Манчаровского месторождения по методике, разработанной научно-производственным объединением “Союзнефтепромхим”.В настоящее время Крещено-Булякская площадь находится на завершающей стадии разработки. Очаг № 2139 характеризуется высокой выработанностью. Обводненность достигла критической величины и составляет 96 – 98 %.[7]

Рисунок 3 Динамика накопленной добычи нефти очага № 2139 за 2003 г.

 

При проведении анализ эффективности применения методов увеличения нефтеотдачи пластов на Манчаровском месторождении. На месторождении широко применяются физико-химические, физические и микробиологические методы увеличения нефтеотдачи пластов. Из методов увеличения нефтеотдачи пластов, применяемых на Манчаровском месторождении, наибольшую эффективность показали методы микробиологического воздействия. За 1990-1998 гг за счет внедрения сухого ила дополнительно добыто 43515 т нефти. В среднем на одну обработку по НГДУ “Чекмагушнефть” было получено 640 т нефти. Удельный эффект составил 296 т на 1 т реагента. Расчет по микробиологическому воздействию на продуктивный пласт на выбранном опытном участке Манчаровского

месторождения (очаг № 2139 включает в себя одну нагнетательную скв.2139 и три реагирующие:скв.164, скв.123, скв.2014). Определен объем закачки сухого активного ила VСАИ=56 м.. Ожидаемый технологический эффект от закачки сухого активного ила по опытному участку составляет 1654 т дополнительной нефти за 12 (Рисунок 3) [7]

Биотехнологические способы повышения нефтеотдачи пластов позволяют усовершенствовать существующие  ныне и применяемые на практике микробиологические способы. Они  дают также возможность использования в нефтегазовом производстве других перспективных видов живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

В настоящее время работа в направлении разработки и использования биотехнологических способов повышения нефтеотдачи только началась. Для её успешного продолжения и практического использования в нефтегазовом производстве необходимы дальнейшие теоретические и практические исследования, опытно-конструкторские и производственные разработки с выделением на эти работы всех необходимых сил и средств.

 

 

Литература

 

1.      Косачук Г.П., Сагитова Д.З., Титова Т.Н., Методы увеличения нефтеотдачи пластов Журнал «Газовая промышленность» (Москва), N004 6.4.2005

2.      Самсонова А., Макареевич А. Микробиологические методы повышения вторичной добычи нефти. Журнал «Нефтехимический комплекс».№ 1 2009 г.

3.      Bacteriological Process for Treatment of Fluid — Bearing Earth Formanion: US Pat. / C.E. Zobell — № 2413278. —1946.

4.      А.Логвиненко, А.Пан. Микробиологические методы повышения нефтеотдачи.2012г

5.      Статья с сайта www.nauka.kz Микробиологическая депарафинизация нефтяных скважин

6.      Овсянникова В.С Влияние микробиологического воздействия на углеводородный состав нефтей при увеличении нефтеотдачи пластов нефтевытесняющими композициями с регулируемой щелочностью.Автореферат

7.      Применение микробиологического воздействия на продуктивный пласт для увеличения его нефтеотдачи в НГДУ “Чекмагушнефть”