МЕЖДУНАРОДНАЯ АКАДЕМИЯ АГРАРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СВЕРДЛОВСКОЕ РЕГИОНАЛЬНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
Главная

Рейтинг@Mail.ru
Научные публикации

Использование микробиологических методов в целях повышения эффективности добычи нефти

Печать

Опубликовано 30.01.2016 00:27 , Автор: Петрова О.Г., Телятникова Н.В. Категория: Статьи

 
В течение последних лет качественное состояние сырьевой углеводородной базы России ухудшалось в результате выработки высокопродуктивных нефтяных месторождений и увеличения доли трудноизвлекаемых запасов, приуроченных к низкопроницаемым коллекторам, высоковязкой нефти и др. С длительной эксплуатацией месторождений также связано нарастание обводненности добываемой продукции. Кроме этого  в течение последних лет в нефтяной промышленности наблюдается устойчивая тенденция к ухудшению структуры запасов нефти, что связано в основном со значительной выработкой  высокопродуктивных  месторождений, а также с открытием месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. Увеличилось количество вводимых в разработку месторождений с осложненными геолого-физическими условиями, повысился удельный вес разрабатываемых карбонатных коллекторов с высокой вязкостью нефти. Запасы тяжелой нефти составляют в мире 3 триллиона баррелей и разработка эффективных технологий для добычи тяжелой нефти необходима для стабилизации будущей мировой нефтедобычи и обеспечения соответствующего энергоснабжения  в 21 веке.
Наиболее перспективным в этом направлении следует считать разработку комплексных технологий, включающие в себя сочетание различных факторов воздействия. Но все же на современном этапе технологии добычи высоковязкой нефти являются дорогостоящими и энергоемкими
В России имеются значительные ресурсы высоковязкой нефти, которые вследствие незначительной их выработки представляют собой фактически неиспользованные энергетические ресурсы, разработка их требует применения нетрадиционных методов воздействия на пласт. Микробиологические технологии все больше признаются в мире как экономичные и экологически надежные. Однако до настоящего времени не разработаны микробиологические методы и технологии специально для добычи тяжелой нефти в промышленных масштабах.
  Интерес к новым методам повышения нефтедобычи растёт или падает в зависимости от мировых цен на сырую нефть и от её наличия на рынке. На этот интерес влияют в отдельных странах и налоговая политика по отношению к добываемой нефти и конкуренция, которую создают другие нововведения. Тем не менее, научно-исследовательская работа по совершенствованию микробных методов ФНД всё время продолжается - в различных компаниях и лабораториях, в разном темпе. Возможно, что через пять - семь лет международные нефтяные компании начнут вкладывать крупные средства в использование новых методов - в соответствии со своими особыми условиями и техническими требованиями.
 В настоящее время методы увеличения нефтеотдачи с участием микроорганизмов имеют широкие перспективы применения, так как ежегодно ухудшается структура нефтяных запасов в России и во всем мире, растет доля обводненных месторождений и месторождений вязкой нефти. Многие микробиологические методы увеличения нефтеотдачи уже прошли промысловые испытания и показали свою эффективность
Методы увеличения нефтеотдачи делят на четыре основных группы: химические (заводнение с помощью поверхностно-активных веществ, жидких растворителей, полимеров), газовые (закачка углеводородных газов, углекислого газа, азота), тепловые (вытеснение нефти теплоносителями, воздействие с помощью внутрипластовых экзотермических окислительных реакций) и микробиологические (введение в пласт продуктов жизнедеятельности бактерий или их производство бактериями в самом пласте).
Только отечественными учеными разработано более ста третичных методов, учитывающих различные геофизические, химические и биологические условия залежей.
 Одно из наиболее перспективных направлений в процессах разработки обводненных нефтяных месторождений – использование физико-химических методов повышения нефтеотдачи пластов. Однако применение кислот и щелочей, лежащее в основе физико-химических методов, не всегда отвечает требованиям экологической безопасности и может отразиться на качестве добываемого сырья. На современном этапе задачу повышения нефтеотдачи пластов экологически чистыми технологиями может решать метод  микробиологического воздействия на пласт. В основе таких технологий лежит разнообразная деятельность пластовой микрофлоры: синтез поверхностно-активных веществ – промежуточных продуктов окисления углеводородов (УВ); выделение газов – углекислого газа и метана, снижающих вязкость нефти и повышающих пластовое давление; синтез низкомолекулярных кислот, растворяющих породу пласта и увеличивающих ее пористость и др[1].
Микробиологические методы  в целях повышения эффективности добычи нефти– это технологии, основанные на биологических процессах, в которых используют микробные объекты. Суть ее сводится к использованию микроорганизмов для увеличения нефтеотдачи. В микробиологических методах дополнительное вытеснение нефти обусловливают те же механизмы, которые действуют в физико-химических методах. Преимущество первых состоит в том, что во многих случаях факторы, способствующие нефтевытеснению, создаются непосредственно в пласте, что увеличивает его эффективность. Кроме того, часто при использовании одного способа достигается одновременное воздействие нескольких механизмов, а стоимость микробиологических технологий может быть ниже, чем стоимость физико-химических методов.[ 3 ]
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 нефти.
Способность усваивать углеводороды нефти присуща микроорганизмам, представленным различными систематическими группами. К ним относятся различные виды микромицетов, дрожжей и бактерий. Наиболее активные десрукторы нефти встречаются среди бактерий. Они характеризуются способностью к усвоению спектра углеводородов, включая и ароматические, обладают высокой скоростью роста и, следовательно ,представляют большой практический интерес[  2  ].
Углеводородокисляющая группа микроорганизмов природного происхождения таксономически очень разнообразна. Наиболее активные бактериальные штаммы относятся к родам: Pseudomonas, Arthrobacter, Rhodococcus, Acinetobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, Xanthomonas, Alcaligenes, Nocardia, Brevibacterium, Mycobacterium, Beijerinkia, Bacillus, Enterobacteriaceae, Klebsiella, Micrococcus, Sphaerotilus. Среди актиномицетов внимание привлекает многочисленный род Streptomyces. Из дрожжей выделяют род.Candida и Torulopsis[ 7 ].
Микробиологические технологии повышения нефтеотдачи безопасны для окружающей среды, так как микрофлора, развивающаяся в нефтяном пласте, не содержит в своем составе патогенных и (или) токсичных микроорганизмов. Для проведения технологических мероприятий не требуется разрешения органов санитарного надзора.
Постоянными и доминирующими компонентами естественных биоценозов нефтяных загрязнений являются родококки, их основная экологическая функция –аккумуляция газообразных н-алканов, жидких углеводородов нефти и трансформация их в биомассу. Бактрии этого рода отличаются высокой жизнестойкостью при действии неблагоприятных факторов- низкой температуры, солнечного ультрафиолета, длительного отсутствия питательных веществ. Естественная нефтеокисляющая микрофлора нефтезагрязненной  почвы представлена главным образом бактериями R. Erythropolis[ 4].
Немалый интерес представляют спорообразущие бактерии, так как они наиболее устойчивы к различным неблагоприятным воздействиям окружающей среды. В настоящее  время активно ведется поиск микроорганизмов, разрушающих нефть, в особенности при низких температурах. Активные формы микроорганизмов  выделяются из разнообразных и почвенных экосистем, особенно  загрязненных углеводородами или нефтью, а также из микрофлоры нефти и пластовых вод нефтяных месторождений[ 6 ].
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 [ 5  ].
Микро­биологические технологии используются  во многих отраслях промышленности, но на сегодняшний день  широко известны следующие основные направления развития и применения микро­биологических технологий в нефтяной промышлен­ности [7]: 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%[ 7 ].
 Бактерии используют и при очистки скважин. При длительной эксплуатации нефтяной скважины в ней накапливаются песок, смоляные катыши и другой мусор, задерживающие поток нефти. Обычно нефтяники чистят скважины, закачивая в них кислоты и растворители, но для скважин с малой общей производительностью такие методы очистки - слишком дорогое удовольствие. В то же время маленькие скважины нельзя считать неважными: В Соединённых Штатах, например, больше 400 тысяч таких малодебитных, "истощённых" скважин, дающих менее 10 баррелей нефти в сутки каждая. Очистка подобной скважины может стоить тысячи долларов, что, конечно, крайне убыточно.
Микробиологические методы очистки гораздо дешевле. Оператор закачивает в скважину культуру бактерий (выбранных, главным образом, по способности обильно вырабатывать бродильные газы) вместе с одной-двумя тоннами чёрной патоки и воды для продвижения микробов и их питательной среды на небольшую глубину в пласт. На несколько недель или месяцев скважину герметически закрывают; по мере того, как бактерии ведут ферментацию чёрной патоки, превращая её в газ и другие продукты, пластовое давление вокруг скважины повышается. Когда скважину вновь открывают для добычи, большинство накопившихся посторонних отложений выбрасывается потоком газа, и скорость потока нефти скважины увеличивается.
Иногда после такой обработки скважина некоторое время даёт значительно больше нефти, чем обычно, так что потери от простоя скважины в период очистки оказываются очень небольшими или даже полностью компенсируются. Затем, как правило, уровень добычи стабилизируется несколько ниже максимума, но выше того, что был до очистки. И такой дебит может оставаться постоянным целые годы после одной-единственной бактериальной обработки. Инженеры-нефтяники ещё не вполне точно понимают, почему этот процесс даёт такие хорошие результаты, но успешное его применение надёжно документировано. В ближайшие пять-десять лет в районах с малопроизводительными скважинами такой способ очистки станет, по-видимому, наиболее распространённым.
Применение бактерий  внутри нефтеносных пластов, состоит в блокировке или забивке зон высокой проницаемости в породе. Нефтеносные пласты неоднородны. Многие состоят из нескольких осадочных слоев песчаника, причём проницаемость этих слоев нередко различна, и жидкость просачивается сквозь одни слои лучше, чем сквозь другие. Иные формации имеют трещины и разрывы, иногда в них содержатся известняковые и меловые зоны, в свою очередь, тоже с разрывами. Такая неравномерность серьёзно мешает форсированной добыче нефти с помощью нагнетания воды в скважину: закачиваемая вода имеет тенденцию выжимать нефть из наиболее проницаемых зон, после чего через них и уходит, оставляя нефть в других зонах пласта практически нетронутой. Это - большая трудность, и нефтяники разработали целый ряд методов блокировки этих так называемых "воровских зон" с помощью цементных растворов или постепенно твердеющих полимеров.
Бактерии тоже способны вырабатывать блокирующие химикаты - вязкие и нерастворимые полимеры, а также другие виды материалов. Поскольку живые бактерии могут расти и размножаться, нефтяникам нужно для начала вводить в пласт только небольшое их количество. Достаточно закачать в скважину жидкую водяную суспензию клеток соответствующего вида вместе с водорастворимой питательной средой, и всё это, конечно, пойдёт туда же, куда идёт нагнетаемая в пласт вода, - а именно, в зоны высокой проницаемости. В случае удачи, бактерии будут захвачены нагнетаемой водой и доставлены на место. Тут нужно перестать закачивать воду - до тех пор, пока бактерии не превратят питательное вещество в блокирующий агент. Этот метод тоже находится в стадии разработки - его производственные испытания должны начаться через три- пять лет.

Таблица 1 - Основные критерии выбора участков, на которых возможно и эффективно применение  микробиологического метода .

Критерии

Допустимый

интервал

Оптимальное

значение

Тип коллектора

Теригенные отложения, песчаники

 

Глубина залегания, м

100–3000

Мощность нефтенасыщенного горизонта, м

не менее 1

3–10

Пористость, %

12–25

17–25

Абсолютная проницаемость, мдарси

больше 50

больше 150

Пластовое давление, Мпа

до 40.0

Температура пласта, С°

20–80

30–50

Общая минерализация пластовых вод, г/л

до 300

до 100

Общая минерализация закачиваемых в пласт вод, г/л

до 60

до 30

Содержание сульфатов в пластовых и закачиваемых водах

до 100

до 5

Содержание воды, %

40–95

60–80

Вязкость, мПас

10–500

30–150

Дебит скважин по жидкости, м3/сутки

более 5

Содержание сероводорода в пластовых водах

до 30

0

 
Примечание. Объект для применения метода выбирается на основе предварительных микробиологических и гидрогеохимических исследований призабойных зон добывающих и нагнетательных скважин.
 
 
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 серjсодержащих органических соединений;
• уменьшение концентрации металлических микроэлементов;
• эмульгирование сырой нефти.
Метод добычи тяжелой нефти микробиологическими методами путем циклического питательного заводнения с применением бактерий родаBacillus разработан американскими исследователями. Эти бактерии сбраживают сахара с выходом СО2, образуемого при участии ClostridiumРазвиваясь за счет сахаров в анаэробных условиях, бациллы образуют биоПАВ. Известно, что биоПАВ, синтезируемые Bacillus subtilis, являются наиболее активными детергентами.
Таким образом, мониторинг физико-химических, микробиологических и геохимических характеристик нефтяной залежи, подверженной техногенному воздействию показал, что нефтяной пласт представляет собой целостную экосистему, в которой микробные популяции взаимодействуют между собой и с окружающей средой. Энергетические потоки основаны на  биотрансформации нефти или экзогенных органических субстратов и четко определенной трофической цепи, и они могут подвергаться целенаправленному воздействию.

Список литературы:
      1.Алтунина Л.К.    Микробиологические методы повышения вторичной добычи нефти. //Журнал «Нефтехимический комплекс».№ 1 2009 г.
2.Киреева Н.А., Бакаева М.Д., Галилезянова Н.Ф. Влияние нефтепродуктов на   комплекс почвенных микромицетов // Микология и фитопатология. 2004. Вып. 1. Т. 38. С. 27–31.
 3.Косачук Г.П., Сагитова Д.З., Титова Т.Н., Методы увеличения нефтеотдачи пластов //Журнал «Газовая промышленность» (Москва), N004 6.4.2005
 4.Костина Г. Бактерии качают нефть// «Энергетика и промышленность России» – 2005. №6 
5.Овсянникова В.С. Микробиологические аспекты комплексного физико-химического метода увеличения нефтеотдачи // «Нефтехимия» - 2008, т. 48, № 3, С. 235-239.
      6.Svarovskaya L.I. Remediation of Oil-polluted Soils with Activated Microflora / L.I. Svarovskaya, V.S. Ovsjannikova, L.K. Altunina // Progress in Mining and Oilfield Chemistry. Ed. by Istvan Lakatos, V. 6, Akademiai Kiado, Budapest, 2004. 6 P.
 7.Nazina T.N., Tourova T.P., Poltaraus A.B., Novikova E.V., Grigoryan A.A., Ivanova A.E., Lysenko A.M., Petrunyaka V.V., Osipov G.A., Belyaev S.S., and Ivanov M.V. (2001) Taxonomic study of aerobic thermophilic bacilli: descriptions of Geobacillus subterraneus gen. nov., sp. nov. and Geobacillus uzenensis sp. nov. from petroleum reservoirs and transfer of Bacillus stearothermophilusBacillus thermocatenulatus,Bacillus thermoleovoransBacillus kaustophilusBacillus thermoglucosidasius andBacillus thermodenitrificans to Geobacillus as the new combinations G. stearothermophilusG. thermocatenulatusG. thermoleovoransG. kaustophilusG. thermoglucosidasius and G. thermodenitrificans. Inter.J.Syst.Evol.Microbiol. 51:433-446.
Проекты Программы Партнеры
Для пользы дела


Фотохроника
Лица и титулы



Село и люди
Живой мир
Воспитай Трудом!
Красивое должно быть вечным