Микробиологические методы повышения нефтеотдачи

Подъем нефти от забоя скважины на поверхность составляет основное содержание процесса эксплуатации скважин. Сначала этот процесс происходит за счет природной энергии – этот метод добычи нефти называется фонтанирование. Нефтяная залежь сверху испытывает давление газовой шапки, а снизу  – грунтовых вод. Поэтому, когда бурится скважина, нефть бьет фонтаном. В период последующей эксплуатации пластовое давление снижается, фонтан иссякает и процесс осуществляется за счет вводимой в скважину энергии с поверхности, например, газлифт или глубинные насосы. Однако давление продолжает падать и используются вторичные. Бурятся новые скважины или используются старые, в которые закачивают воду под давлением. И водный «поршень» вновь начинает поднимать нефть. Когда водный «поршень» перестает себя оправдывать, компании сворачивают работы на данном месторождении. При этом в нефтяных пластах остается еще немало сырья. Добыть драгоценное сырье можно третичными методами, использующими вещества с большими вытесняющими способностями. После добычи доступной нефти скважину, как правило, консервируют [4].

Когда более половины запасов из пласта уже отобрано, извлечение оставшихся запасов требует значительно больших усилий. Характеристика залежей нефти становится менее благоприятной, то есть уменьшается давление в пласте, возрастает удельный вес залежей с высокой вязкостью нефти, повышается поверхностное натяжение сырья. Таким образом, на старых залежах возрастает доля трудно извлекаемых запасов нефти. Следовательно, основной задачей повышения нефтеотдачи является увеличение давления в пласте и уменьшения вязкости нефти.

Таким образом, чтобы добыть малодоступные залежи необходимо повысить нефтеодачу.

Нефтеотдача – отношение количества извлечённой из пласта нефти к

первоначальным её запасам в пласте [5].

По типу рабочих агентов классификация известных методов увеличения

нефтеотдачи пластов выглядит следующим образом [6].

Гидродинамические методы:

• изменение направления фильтрационных потоков;

• вовлечение в разработку недренируемых запасов;

• нестационарное (циклическое) заводнение;

• форсированный отбор жидкости.

Физико-химические методы:

• вытеснение нефти водными растворами ПАВ (включая пенные системы);

• вытеснение нефти растворами полимеров;

• вытеснение нефти щёлочными растворами;

•вытеснение нефти композициями химических реагентов, в т. ч. мицеллярные, мицеллярно-полимерные растворы;

• вытеснение нефти растворителями.

Газовые методы:

• воздействие на пласт двуокисью углерода;

• воздействие на пласт углеводородным газом (в том числе ШФЛУ);

• воздействие на пласт азотом, дымовыми газами и др.

Тепловые методы:

• паротепловое воздействие на пласт;

• внутрипластовое горение;

• вытеснение нефти горячей водой;

• пароциклические обработки скважин.

Волновые (вибросейсмические, электромагнитные, акустические).

Микробиологические методы [6].

Биометоды увеличения нефтеотдачи основаны на создании или активации естественной/искусственной микрофлоры в призабойной зоне пласта и последующем ее продвижении по нефтесодеражащему пласту пресной водой [6].

Микробиологические методы повышения нефтеотдачи привлекают внимание малой капиталоемкостью, высокой эффективностью и безопасностью окружающей среды. В биотехнологиях дополнительное вытеснение обусловливают те же механизмы, что и при физико-химических методах, но микробные метаболиты образуются, непосредственно в порах пласта, что увеличивает эффективность их воздействия. Необходимо отметить, что микроорганизмы поглощают различные виды углеводородов с разной скоростью [7].

Преимущества микробиологического метода повышения нефтеотдачи:

• повышение производительности нефтяных месторождений;

• увеличение суммарной добычи нефти и срока эффективной эксплуатации скважин и месторождений;

• уменьшение содержания воды в пластовой жидкости;

• повышение вязкости пластовой воды за счет биомассы и растворимых биополимеров, продуктов жизнедеятельности микроорганизмов;

• уменьшение содержания сероводорода в нефтяных и газовых скважинах и месторождениях, снижается его отрицательное воздействие на оборудование;

• уменьшение времени простоя оборудования.

При реализации микробиологического метода повышения нефтеотдачи закачанные в пласт микроорганизмы метаболизируют углеводороды нефти и выделяют полезные продукты жизнедеятельности:

• спирты, растворители и слабые кислоты, которые приводят к уменьшению вязкости, понижению температуры текучести нефти, а также удаляют парафины и включения тяжелой нефти из пористых пород, увеличивая проницаемость последних,

• биологические поверхностно-активные вещества, которые способствуют десорбции нефти с пористой поверхности пласта,

• газы, которые увеличивают давление внутри пласта, что способствует вытеснению нефти.

Кроме того, происходит повышение качества добываемой нефти:

• увеличение легких алканов < С20;

• уменьшение средних алканов С20-С40;

• разрушение высокомолекулярных тяжелых углеводородов;

• расщепление структурных ароматических колец;

• расщепление структурных фенольных колец;

• преобразование серусодержащих органических соединений;

• уменьшение концентрации металлических микроэлементов;

• эмульгирование сырой нефти [7].

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.) [8], в настоящее время подтверждена многими исследователями и успешными промысловыми экспериментами [8]. 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 [9].

Микробиологическое воздействие является третичным методом повышения нефтеотдачи пластов (ПНП). Технология основывается на механизме, аналогичном процессу образования сероводорода из сульфатов под воздействием микроорганизмов. С той лишь разницей, что на выходе нужно получить не сероводород, а соединения, способствующие вытеснению нефти из пласта.

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 [10].

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 [10].

Процесс микробиологического воздействия осуществляется в два этапа. Как показано на рисунке 4. На первом этапе в скважину вместе с водой закачивается кислород в виде водно-воздушной смеси и минеральные соли азота и фосфора. Они активируют нефтяную микрофлору: бактерий становится больше, и они более работоспособными. Попадающие с водой и воздухом в пласт аэробные (живущие при наличии кислорода) бактерии окисляют углеводороды, в результате чего появляются низкомолекулярные органические кислоты (уксусная, пропионовая и масляная), спирты (метанол и этанол)и углекислый газ, которые повышают давление в пласте.

Затем снова закачивается вода, уже без кислорода, чтобы доставить образовавшиеся продукты к другим бактериям  – анаэробным (живущим без кислорода). Анаэробные бактерии преобразовывают продукты окисления нефти в метан и углекислоту, после чего давление нефти резко возрастает.

1– нагнетательная скважина; 2 – добывающая скважина

Рисунок 4 – Процесс микробиологического воздействия

Метан при этом действует как газ и снижает вязкость нефти, одновременно повышая локальное давление в пласте. Углекислота также снижает вязкость нефти, но, кроме того, еще и растворяет карбонатные породы. Таким образом, значительно улучшаются нефтевытесняющие свойства пласта [5].

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 [11].

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 микробиологическихметодов составляет 1,5—2 лет [10].

Микро­биологических технологий используются во многих отраслях промышленности, но на сегодняшний день широко известны следующие основные направления развития и применения микро­биологических технологий в нефтяной промышлен­ности [11]: 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% [12].

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 [13].

Микробиологические технологии все больше признаются в мире как экономичные и экологически надежные. В последние годы стали появляться работы о положительных результатах лабораторных исследованиях по воздействию на высоковязкую нефть с применением микроорганизмов [14].

Дата добавления: 2015-08-03