Микробиологические методы увеличения добычи нефти

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДАХ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ (ПНП)

 

В течение последних трех десятилетий  происходит непрерывное ухудшение  качественного состояния сырьевой базы нефтедобывающей промышленности России вследствие значительной выработки высокопродуктивных месторождений, находящихся в длительной эксплуатации, открытия месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, приуроченными к низкопроницаемым коллекторам, нефтегазовым залежам с обширными подгазовыми и водоплавающими зонами, высоковязкими нефтями, залежами на больших глубинах и с аномальными свойствами нефтей. Всё это привело к тому, что средний проектный коэффициент нефтеизвлечения в 1995 году составил 40%. Поэтому решение проблем повышения эффективности разработки месторождений и создание новых технологий должно способствовать более полному извлечению нефти и, следовательно, стабилизации темпов её добычи.

За последние годы достигнуты определённые успехи в развитии и внедрении  современных методов повышения  извлечения нефти из трудноизвлекаемых запасов. В настоящее время при охвате воздействием более 5 млрд. тонн начальных запасов нефти России, обеспечен прирост извлекаемых запасов более 200 млн. тонн. С 1992 года добыча нефти за счет внедрения новых методов увеличения нефтеотдачи (МУН) в зависимости от способа воздействия на пласты распределяется следующим образом: физико-химические методы – 76,9; термические – 17,4, газовые – 5,7%. Ведущее место в физико-химических методах воздействия на пласт занимают щелочное и полимерное заводнения, а также различные модификации этих методов.

Повышение коэффициента нефтеотдачи достигается различными путями, отличающимися друг от друга методом и механизмом воздействия:

• снижение энергии взаимодействия нефти с породой (закачка водорастворимых НПАВ), щелочей за счет диспергирования нефти, снижение межфазных натяжений (МФН), повышения относительной фазовой проницаемости для нефти и воды, повышение охвата пласта вытеснением;
• изменение вязкости и подвижности вытесняющего агента (растворы полимеров, полидисперсных и газожидкостных систем), приводящего к повышению охвата пласта за счет снижения соотношения подвижностей воды и нефти;
• использование упругих свойств породы и пластовых флюидов (циклическое заводнение с химреагентами), инициирующих упругие силы пластовых флюидов и породы, обеспечивающих межслойный массообмен.

 Методы увеличения  нефтеотдачи – сложные процессы. В их основе лежат сравнительно  малоизученные процессы, эффективность  которых зависит от множества геолого-физических и технологических факторов.

  Современные методы повышения нефтеотдачи пластов классифицируются следующим образом:

- Тепловые методы: паротепловое воздействие на пласт, внутрипластовое горение, вытеснение нефти горячей водой, пароциклические обработки скважин, комбинированное воздействие.

- Газовые методы: воздействие на пласт углеводородным газом, воздействие на пласт диоксидом углерода (смешивающееся/несмешивающееся вытеснение), воздействие на пласт азотом, воздействие на пласт дымовыми газами, водогазовое воздействие (включая двухфазные пенные системы), комбинированное воздействие.

- Физико-химические методы – основаны на создании внутрипластовых оторочек химических композиций (суммарный объем воздействия более 1% порового объема участка-элемента): вытеснение нефти растворами ПАВ, вытеснение нефти растворами полимеров и другими загущающими агентами, вытеснение растворителями, включая мицеллярные растворы, вытеснение нефти щелочными растворами (включая ПАВ-щелочь), вытеснение нефти кислотами, комбинированное воздействие, регулирование внутрипластовых фильтрационных потоков (включая многообъемные осадкогелеобразующие композиции).

- Опытно-экспериментальные методы, включая микробиологическое, волновое, электрическое, площадное воздействие на пласт.

- Методы разработки месторождения, основанные на проектном массовом применении гидроразрывов пластов, горизонтальных и многозабойных скважин.

- Технологии регулирования режимов работы действующей системы разработки месторождений: технологии нестационарного заводнения, гидроразрыв пласта, выравнивание (регулирование) профилей приемистости, водогазоизоляционные работы по отключению отдельных интервалов и пластов, включая ограничение притока подошвенных вод и блокирование газовых конусов, обработка призабойной зоны скважины различными методами (сейсмоакустическое, электрическое, кислотное, ПАВ, растворители и др.), включая системное воздействие на пласт.

- Технологии и методы улучшения действующей системы разработки месторождения: изменение системы заводнения, организация очагов, разрезающих рядов, барьерного заводнения и др. К ним относятся уплотнение сетки скважин и бурение дополнительных скважин, включая вторые стволы и горизонтальные скважины, разукрупнение объектов разработки или их приобщение.

 Полноту извлечения нефти из нефтяной залежи в реальных условиях можно охарактеризовать произведением двух параметров: коэффициента вытеснения нефти вытесняющим агентом и коэффициента охвата пласта воздействием. Поэтому при решении проблемы увеличения нефтеотдачи поиски ведутся в двух направлениях: по увеличению степени промывки пласта, то есть коэффициента вытеснения и по обеспечению более полного охвата разрабатываемого пласта воздействием.

Большая часть  современных технологий увеличения нефтеотдачи пластов направлена на увеличение коэффициента вытеснения. Более скромны достижения в создании технологий, обеспечивающих существенное увеличение коэффициента охвата пласта воздействием. Уменьшение охвата пласта воздействием определяется многими факторами, в том числе: неоднородностью нефтесодержащего коллектора, различием вязкостей нефти и вытесняющих агентов, проявлением аномалий вязкости нефти, геометрической схемой и плотностью размещения скважин. Наиболее важными факторами, значительно снижающими охват пласта воздействием при заводнении, являются неоднородность пластов и физические свойства нефти.

 

2.ОПЫТ И РЕЗУЛЬТАТЫ  ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО  ВОЗДЕЙСТВИЯ.

 

  Технология микробиологического  воздействия на пласт имеет  историю, основанную на более чем 50-летнем опыте исследовательских и промысловых испытаний, проведенных в бывшем СССР, США, Чехословакии, Польше, Венгрии, Румынии и др. странах. Метод основан на закачке микроорганизмов в истощенные пласты с целью увеличения нефтеизвлечения за счет создания внутрипластовых биохимических процессов.

В республике Башкортостан накоплен большой опыт микробиологического воздействия. Впервые В. М.Сенюковым и Э.М.Юлбарисовым в 1966-1972 гг. на Арланском месторождении осуществлено внедрение, и поддержание устойчивого биоценоза в жизнедеятельности состоянии при условиях интенсивной разработки пласта в течение длительного времени с большим технологическим и экономическим эффектом.

С 1980 года под руководством  Э.М.Юлбарисова на месторождениях Башкортостана ведутся исследования по созданию, испытанию и внедрению новых технологий микробиологического воздействия на пласт. При этом рекомендованы для промышленного применения:

• Технологии применения геобиореагента для увеличения нефтеотдачи;
• Методы селективной закупорки микробной биомассой высокопроницаемых пропластков с целью увеличения охвата пласта заводнением;
• Технологии обработки терригенных пластов биореагентом комплексного действия.

Технология микробиологического  воздействия на залежь с целью  увеличения нефтеотдачи пластов  может быть реализована по двум направлениям:

• биосинтез микроорганизмов и питательных сред, закачиваемых с поверхности, непосредственно в пласт;
• биосинтез микроорганизмов в промышленных условиях и последующая закачка их растворов в пласт.

 В Татарстане метод  микробиологического воздействия  испытывается по мелассовой технологии с использованием микроорганизмов рода клостридиум. Такие микроорганизмы обеспечивают интенсивное брожение, в процессе которого генерируются органические кислоты, спирты, ПАВ, CO₂, H₂ .

  При реализации  технологического процесса на  установке по приготовлению и закачке культуры клостридиум используются следующие химические реагенты: меласса свекловичная, гидроокись натрия, хлористый аммоний и триполифосфат натрия.

 Опытный участок  по испытанию мелассовой технологии  выбран на залежи № 302.

Схема расположения скважин  опытного участка представлена на рисунке 1.

Опытный участок характеризуется  следующими геолога - физическими параметрами пластов: нефтенасыщенная толщина – 8,3 м , пористость – 11,0%, начальная нефтенасыщенность – 0,79. Нефти башкирских отложений относится к тяжелым, высокосернистым и высоковязким.

 На опытном участке  в период с 1992 по 1994 года обводненность  продукции практически не изменяется и составляет около 70%.

 В течение трех  лет закачано 1010 тонн мелассы.  За этот период дополнительно добыто 4,8 тыс. тонн нефти.

  Кроме того, на  трех опытных участках Сармановской, Зай- Каратайской и Азнакаевской  площадей проводились промысловые  испытания технологии активации пластовой микросферы путем циклической закачки малых обьемов аэрированных растворов минеральных солей в нефтяные коллектора.

    Технологический  эффект от микробиологического  воздействия начал проявляться через 6-10 месяцев. Работы на двух опытных участках Сармановской, Зай- Каратайской площадей закончены по технологическим причинам в 1991 году.

 

 

 

              Рисунок 1- Схема расположения  опытного участка мелассного  заводнения залежи    №302.

 

Общая дополнительная добыча составила 41,1 тыс. тонн. Доля дополнительной добычи нефти с участков за счет применения метода равна 32,9%.

В настоящее время  проходит испытание модификация  метода активизации пластовой микрофлоры в условиях высокой степени промытости призабойной зоны нагнетательных скважин. На двух опытных участках Зай- Каратайского и Западно- Лениногорской площадей проводятся работы по активизации пластовой микрофлоры с вводом питательных вещества основе углеводородов. Первые результаты испытаний свидетельствуют о технологической и экономической эффективности новых модификаций базовой технологии.

 В Башкортостане  микробиологический метод воздействия  на призабойную зону основан  на способности биоценоза активного  ила размножаться в условиях  пластовой среды, на селективных закупоривающих свойствах биомассы активного ила, способствующих увеличению коэффициента охвата пласта заводнением и на эффекте газовыделения в процессе жизнедеятельности активного ила. В совокупности все это способствует увеличению коэффициента нефтеотдачи пласта. В качестве сырья используется активный ил очистных сооружений биохимических и нефтехимических производств.

         Технология этого метода заключается  в закачке через нагнетательную  скважину 50 м³  активного ила или 1,5 % концентрации, либо 15-25 м³ сгущенного активного ила.

         За 1985-1987 года на месторождениях Башкортостана проведено 27 скважинных операций по закачке активного ила: на четырех скважинах продуктивных песчаников угленосной толщи нижнего карбона Воядинского и Бураевского месторождений, на семнадцати скважинах Юсуповской площади Арланского месторождения и на шести скважинах продуктивных девонских песчаников Северо- Сергеевской площади.

         Эти объекты характеризуются  сложным строением и находятся  на поздней стадии разработки с обводненностью продукции свыше 90%.

          По данным  НПО “Союзнефтеотдача” , на Воядинском и Бураевском месторождениях  в результате микробиологического воздействия за 1988-1989 годы дополнительно добыто 94 тыс. тонн нефти, или 23,5 тыс. тонн на одну скважину.

3.ТЕХНОЛОГИИ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО  ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ.

 К эффективным физико-химическим  МУН относится микробиологическое  воздействие. Дополнительное вытеснение  нефти в этих процессах обуславливает  те же механизмы, которые действуют  в физико-химических технологиях.  Преимущество микробиологического воздействия заключается в возможности достижения одновременно нескольких механизмов извлечения нефти, свойственных фихико – химическим процессам.

 Увеличение коэффициента нефтеотдачи  достигается за счет суммарного  эффекта от повышения коэффициента вытеснения и увеличения коэффициента охвата пласта заводнением.

На увеличение коэффициента вытеснения нефти влияют следующие микробиологические факторы:

1. При наличии питательных веществ (белки, углеводы, витамины) бактерии образуют значительное количество газов: N₂ ,H₂ , CO₂, CH₂ , NH₂. Биогазы, растворяясь в нефти, снижают её вязкость, изменяют pH.
2. В результате бактерального обмена образуются биоПАВы, спирты, растворители, которые, снижая поверхностное натяжение, способствуют десорбции нефти из породы.

 Установлено, что  на увеличение охвата пласта заводнением влияют следующие микробиологические факторы:

1. В результате жизнедеятельности микроорганизмов образуются органические и неорганические (угольная) кислоты, которые, взаимодействуя с карбонатными, сульфатными и силикатными минералами породы, выщелачивают их, увеличивая пористость и проницаемость коллектора. Эти реакции могут привести к увеличению охвата пласта заводнением по толщине и по площади.
2. Микроорганизмы в результате жизнедеятельности могут образовывать колонии, которые при закачке в пласт закупоривают высокопроницаемые водопроводящие каналы, в результате чего возможно изменение фильтрационных потоков и увеличение пласта заводнением по площади.