Микробиологические методы увеличения добычи нефти

Преимуществом микробиологических методов является то, что они не требуют дорогих реагентов и специального обустройства скважин. Существующая система разработки месторождения до и после микробиологического воздействия сохраняется без изменения.

Известные микробиологические методы воздействия на нефтяные пласты с целью увеличения нефтеотдачи основаны на применении отдельных видов или физиологических групп бактерий, выделенных из естественных сред и выращенных в лаборатории в качестве питательного вещества, используются специально приготовленные растворы – побочный продукт сахарного производства (меласса), а также природные вещества, содержащие в своём составе легкоусваиваемую часть.

По лабораторным и  промысловым оценкам зарубежных и российских исследователей прирост нефтеотдачи составляет 10-30%.

В таблице 1 приведены  наиболее перспективные направления использования микробиологических процессов для обработки пластов и скважин с целью повышения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти, выявленных на основе анализа отечественных и зарубежных исследований.

 

Таблица 1 – Микробиологические методы увеличения нефтеотдачи пластов и интенсификации нефти

 

Методы обработки пластов и скважин	Биохимический процесс	Изменения свойств нефти, воды и породы
Увеличение подвижности пластовой воды	Газообразование, расщепление высокомолекулярных соединений, выработка ПАВ и ферментов	Увеличение газонасыщенности, снижение вязкости и плотности нефти, снижение поверхностного натяжения
Снижение подвижности закачиваемой воды	Обработка закачиваемых вод биозагустителями (экзополисахариды)	Снижение соотношения вязкости нефти и воды
Восстановление приемистости нагнетательных скважин	Растворение энзимами микроорганизмов мертвых тел бактерий	Увеличение проницаемости пласта в призабойной зоне
Улучшение фильтрационной характеристики пласта	Растворение и выщелачивание минералов породы и цемента органическими и неорганическими кислотами	Увеличение пористости и проницаемости  коллектора
Изоляция обводненного пропластка в добывающих скважинах	Осаждение солей тяжелых металлов	Закупорка обводненного интервала пласта
Микробиологическое воздействие на месторождения битуминозных сланцев	Газообразование, выщелачивание породы	Получение “синтетических” углеводородов, увеличение пористости породы.

 

Большинство вошедших в  практику нефтедобычи микробиологических методов предусматривают введение в пласты микроорганизмов и питательных веществ для их жизнедеятельности и генерации продуктов, влияющих на подвижность пластовых жидкостей.

 

3.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1.1Технология микробиологического  воздействия на пласт основана  на закачке биомассы микроорганизмов в нагнетательные скважины на месторждениях средней и поздней стадии разработки, где низка эффективность заводнения.

3.1.2Технология закачки  биореагента не требует дополнительного  переоборудования скважин и обустройства нагнетательных скважин, но требует выбора и подготовки нагнетательных скважин к исследованиям.

3.1.3 Первые опытные  закачки были начаты в 1991-1992 годах в НГДУ “Чекмагушнефть”. В 1993 году опытные работы были продолжены на Шкаповском, Бураевском, Северо-Сергеевском, Уршакском месторожениями и Юсуповской площади. В 1994 году была проведена циклическая закачка через БКНС в 10 нагнетательных скважин Волковского месторождения.

 

3.2 КРИТЕРИИ ПОДБОРА  ОБЪЕКТОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Объект воздействия	Одно-многопластовый
Температура пласта	20…90 0С
Стадия разработки	Средняя, поздняя
Применяемые на опытных  участках химреагенты	Отсутствие закачки биоцидов
Толщина пласта	Более 2 м
Литологический состав коллектора	Песчаник, известняк
пористость	0,1-0,22 доли ед.
проницаемость	0,008-5,0 мкм2
Минерализация пластовой  воды	По NaCl свыше 100 г/дм3 с оторочками пресной или опресненной воды.

3.3 ТРЕБОВАНИЯ К БИОРЕАГЕНТУ

3.3.1 Для биовоздействия  на пласт используется сухой  активный ил, являющийся продуктом микробиологических производств. Реагент получают путем сгущения и сушки биомассы активного ила.

3.3.2Сухой ил должен  соответствовать следующим нормам  требований:

• Отсутствие патогенных для людей и животных микроорганизмов;
• нетоксичный;
• внешний вид – порошок или гранулы;
• массовая доля влаги – не более 12%;
• массовая доля сырого протеина – не менее 30%.

САИ упаковывают в  бумажные мешки. Масса одного мешка 15-25 кг.

Кормовой гидролизный сахар (УМД) используется как катализатор биохимического процессов. УМД имеет удельный вес 1,25 г/см³, вязкость 70-100 сек. Основным компонентом УМД являются моносахариды, органические кислоты, макро- и микроэлементы.

УМД поставляется в цистернах.

 

3.4 ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ  И ОБОРУДОВАНИЕ

3.4.1 Перед закачкой  биореагента необходимо определить  состояние цементного камня, обсадной колонны и устьевой запорно-регулирующей арматуры скважины, определить состояние цементного камня методами СГДТ, АКЦ, ВТ, проверить герметичность обсадной колонны, проверить отсутствие заколонных перетоков.

Нагнетательные скважины выбираются для закачки биореагента, имеющие качественное крепление  заколонного пространства за всеми  обсадными колоннами до устья, герметичность обсадной колонны и индивидуальный учет затрачиваемой воды. Нагнетательная скважина должна быть оборудована НКТ с пакером.

3.4.2 За 48 часов перед  проведением обработки замеряется  приемистость, КВД, снимается профиль приемистости, определяется устьевое давление.

3.4.3 Применяемое техническое  средство:

• цементировочный агрегат типа ЦА-20М, 3ЦА-400А, 4АМ-700;
• автоцистерна типа АЦ-8, АЦ-10;
• емкость металлическая для приготовления раствора биореагента объёмом 1,5 м³. Емкость должна иметь перегородку, с перфорацией в нижней части (диаметр отверствия не более 0,5 см.);
• бортовой автомобиль для доставки реагента к устью скважины.
4. Обвязка устья скважины и наземного оборудования приведена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Схема биообработки нагнетательной скважины

Устье скважины обвязывают цементировочным агрегатом линии  высокого давления.

Приемный шланг насосного агрегата помещают в малый отсек емкости для приготовления раствора реагента. Вода подаётся в большой отсек емкости из водовода или автоцистерны.

5. При закачке биореагента на нагнетательной линии у устья скважины должен быть установлен обратный клапан.
6. Нагнетательная система после сборки до начала закачки должна быть опрессована на полутократное ожидаемое рабочее давление.
5. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СКВАЖИНЫ

3.5.1 До закачки биореагентов  в нагнетательную скважину вводится  оторочка пресной воды (8-16 м³). Процесс приготовления рабочего раствора биореагента и закачка его в скважину производится одновременно.

В большой отсек емкости  для приготовления рабочего раствора вносится САИ из мешков, подается пресная  вода и гидролизный сахар из цистерны. Концентрация реагента в рабочем растворе не должна превышать 10% по сухому веществу.

Перемешивание раствора осуществляется напором подаваемой воды.

Суспензия биореагентов поступает в насосный агрегат  с малого отсека емкости – смесителя.

После продавки раствора биореагентов в скважину закачивают отрочку пресной воды (8 м³) и скважину закрывают на 24-48 часов для активизации микробиологического процесса. После реагирования скважину вновь подключают к водоводу.

3.5.2 В течении месяца  после обработки проводятся гидродинамические исследования скважины согласно пункту 3.4.2.

3.5.3 В период биовоздействия  на пласт не допускается искусственное  изменение режима работы нагнетательных и эксплуатационных скважин опытного участка.

3.5.4 Расходы реагента.

При осуществлении технологического процесса масса биореагента рассчитывается по формуле:

V=0,5*H, т

где H – общая толщина пласта, м.

Например, для приготовления 20 м³ биореагента потребуется 400 кг микробной биомассы.

4.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА  БИОРЕАГЕНТОВ

 

При разработке рецептур биореагентов для закачивания в пласт предпочтительны смешанные культуры (ассоциации) микроорганизмов перед чистыми: в этом случае обеспечивается более глубокое течение биохимических реакций в пластах (продукты жизнедеятельности одних групп микроорганизмов являются питательным субстратом для других; биоценоз менее подвержен стрессовым ситуациям, возникающим в новой среде обитания).

Питательные вещества должны содержать необходимые для построения клетки компоненты, которые отсутствуют в пласте. Кроме органического вещества требуется наличие ряда важнейших биогенных элементов (N, S, P, K, Ca, Mg, Cl, Fe и др.) и так называемых ростовых веществ и витаминов (тиамина, рибофлавина, К, В6, В12 и др.). Даже при правильном подборе микроорганизмов и питательных веществ одной из важнейших остается проблема адаптации микроорганизмов к пластовой экосистеме.

Активным началом агента воздействия в технологиях являются экспериментально подбираемые ассоциации из различных групп аэробных и анаэробных микроорганизмов, составляющих естественно сложившийся биоценоз природного и промышленного генезиса. Источником дополнительного извлечения углеводородов при помощи микроорганизмов служит сама остаточная нефть, а субстратом для биохимических реакций такие возобновляемые нетрадиционные его виды, как торф, биогенный ил, органическое вещество отходов крупных промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

В 1980-1990 гг. для селективной  закупорки высокопроницаемых промытых пропластков применяли биореагента, приготовленный на основе избыточного активного ила станции биологической очистки сточных вод Башкирского биохимического комбината по производству белково-витаминных концентратов.

Действие станций биологической  очистки основано на разложении и  удалении коллоидных и растворенных органических веществ из сточных вод смешанными культурами микроорганизмов. В качестве исходной биологической затравки служат содержащиеся в стоках многочисленные группы бактерий и простейших, на основе которых удается вывести желаемый биоценоз микроорганизмов. Спустя некоторое время созревает устойчивый активный ил, по существу представляющий собой биомассу микроорганизмов и простейших. Взвесь колоний бактерий называют активным илом в силу её чрезвычайно высокой способности извлекать органические загрязнения из сточной воды.

Использованный для  обработки скважин активный ил Башкирского  биохимического комбината имел следующую характеристику:

 

 

 

 

Вязкость, мПа*с	1,15-1,57
Концентрация, г/дм3 взвешенных частиц остаточных углеводородов	8,00-13,10 1,00-1,50
Содержание воды, %	98
Содержание в составе  органического вещества,% сырого протеина углеводов	45-50 10-15
Содержание микроорганизмов, число клеток/мл аэробов  анаэробов дрожжей и грибов	6,1*103 – 4*106 1,2*103 – 1,4*105 8,6*103 – 7,1*106

 

Пробы активного ила  изучали как с помощью оптической и электронной микроскопии, так и с использованием других физико-химических методов, а также при культивировании на твердых и жидких питательных средах.

В исследованных пробах выявлены различные физиологические  группы микроорганизмов и простейших: водоросли, дрожжи, дрожжеподобные грибки кандида, спириллы, коринебактерии, микобактерии, вибрионы, железебактерии, аэробные (углеводородокисляющие) и анаэробные бактерии (хемоорганотрофы, бродильные, метанобразующие), фаги. Показано, что обнаруженные микроорганизмы разнообразны по строению клеток, окраске по Граму, потребностям в питательных веществах и другим признакам. В целом клеточные популяции различных физиологических групп полиморфны. Средний размер бактерий, имеющих сферическую форму, 0,6-1,0 мкм² , нитевидных – более 10 мкм², размер колоний и хлопьев может достигать 100 мкм². Размножение происходит путем бинарного деления и почкования. У некоторых микроорганизмов имеется полимерное вещество в виде капсулы, микрокапсулы, в культурах – внеклеточной слизи.