Разработка нефтяных месторождений

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

жин (фонтанные, газлифтные), а на механизированном фонде при ремонтах. Влияние акустического поля на большие расстояния (до 1 км и более) объясняется высвобождением упругой энергии пласта. Доминантная частота равна 172 Гц.

Проведено несколько сотен обработок скважин с положительным эффектом на Варьеганском, Дружном, Тевле- но-Русскинском и др. месторождениях.

Для акустического воздействия на пласт используют комплекс «FORMOS», включающий ультразвуковой генератор, геофизический кабель, кабельную головку и скважинный пьезокерамический излучатель. Для гидравличе- ского воздействия используют гидравлические забойные вибраторы золотникового типа. Перспективным направлением является и применение гидроударов, так как скорость распространения волны достигает 1550 м/с. Данное направление активно развивается на кафедре РиЭНМ РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина под руководством проф. А.Н. Дроздова.

Глава 23 МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

В последние годы, в связи с активным развитием биотехнологических методов в различных отраслях промышленного производства, во многих нефтедобывающих странах развернуты масштабные исследования по применению микробиологических методов воздействия на продуктивные пласты, которые можно разделить на два основных типа по месту генерации метаболитов (продуктов жизнедеятельности), оказывающих влияние на нефтевытеснение:

использование продуктов, полученных биотехнологи- ческими методами на поверхности (в промышленных ферментерах);

развитие микробиологических процессов в пластовых условиях с получением метаболитов непосредственно в пласте.

301

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Микробиологические методы воздействия второго типа в свою очередь также могут быть подразделены на две основные группы по способу ввода микроорганизмов и питания. К первой группе следует отнести те методы, в которых в пласт вводятся культуры микроорганизмов и питательные вещества. Во вторую группу входят методы, реализация которых связана с использованием естественной микрофлоры (прискважинной зоны, сформировавшейся при нагнетании пресной воды в ходе заводнения) с вводом питательной среды с поверхности.

Âмногочисленных лабораторных экспериментах было показано, что положительное влияние на продуктивный пласт в ходе реализации микробиологических процессов можно объяснить комплексным воздействием таких продуктов метаболизма, как биоПАВы, кислоты, органические

растворители (спирты и кетоны) и газы (СО2, ÑH4, N2). Кроме того, микробная биомасса и синтезируемые микроорганизмами полисахариды могут существенным образом локально изменять фильтрационное сопротивление в зонах микробиологического воздействия, перераспределяя гидродинамические потоки.

Âходе лабораторных исследований отмечается, что продукты микробного метаболизма изменяют химические и физические свойства нефти. В результате возможно улуч- шение вытесняющих свойств нагнетаемых флюидов, а также очистка с помощью микроорганизмов прискважинных зон пластов от отложений парафинов, смол и асфальтенов.

Широко используются в промышленных микробиологи- ческих технологиях микроорганизмы pодов Clostridium и Bacillus. Представители этих родов обладают значительным потенциалом для использования в процессах воздействия на нефтяные пласты вследствие способности к спорообразованию. Споры обладают меньшими размерами по сравнению с вегетативными формами микроорганизмов, что способствует более эффективной (глубокой) микробиологической обработке прискважинной зоны пласта. Они более устойчивы к стрессовым изменениям внешних условий, которые неизбежны при закачке микроорганизмов с поверхности в нефтеносный пласт. Представители родов Clostridium продуцируют ПАВ, газы, спирты и кис-

302

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

лоты, a pодов Bacillus ПАВ, кислоты и биополимеры (табл. 23.1).

Основными показателями, характеризующими поверх- ностно-активные свойства биоПАВ, являются поверхностное натяжение водной фазы на границе с воздухом (ПН), снижение межфазного натяжения системы вода углеводород (МФН) и величина критической концентрации мицеллобразования (ККМ). Исследованиями установлено, что многие биоПАВ способны снижать поверхностное натяжение водной фазы до 30 мН/м и МФН на границе вода углеводород до 1 мН/м.

В качестве биоПАВ могут служить также промежуточ- ные продукты окисления углеводородов, какими являются жирные кислоты длинных углеводородных цепей. Из кислот С10 Ñ17 наиболее активно снижают ПН и МПФ на границе с водой и гексадеканом жирные кислоты с длиной цепи из 12 14 атомов углерода. Так, например, насыщенный (0,5 мг/л) раствор миристиновой кислоты (С14) снижает МПФ до 24 мН/м. Величина ККМ для биоПАВ варьируется от 0,01 до 1,5 г/л, а фактор разбавления изменяется от 8 до 500.

Ò à á ë è ö à 23.1

Продукты микробиологического происхождения

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рассмотрим некоторые преимущества биоПАВ по сравнению с химически синтезированными ПАВ. Нефтяные сульфонатные растворы неустойчивы к солям и высокой температуре, а большинство биоПАВ стабильны в солевых растворах. Кроме того, ПАВ, образованные микроорганизмами, легче поддаются биоразложению в силу своей биогенной природы, чем химически синтезированные ПАВ.

Существует два механизма, с помощью которых биополимеры могут увеличивать степень вытеснения нефти из коллектора. Первый механизм увеличение вязкости воды, способствующее уменьшению ее текучести, что приводит к уменьшению разницы в подвижности воды и нефти и к уменьшению проницаемости коллекторских пород для загущенной воды. Второй механизм предполагает закупорку трещин и высокопроницаемых зон коллектора для уменьшения их проницаемости. Этот механизм может быть реализован коагуляцией биополимеров в растворе с образованием геля или введением вместе с водой микроорганизмов, образующих биополимеры, а также питательных веществ, для их развития.

По сравнению с широко используемым при заводнении полиакриломидом (ПАА) биополимеры имеют ряд преимуществ, расширяющих области их применения (табл. 23.2).

Закупоривание трещин и высокопроницаемых зон коллектора может быть осуществлено с помощью биополимеров двумя способами.

Первый способ коагуляция биополимеров в пласте.

Èсинтетические полимеры, и биополимеры могут коагулировать в пласте, если после нагнетания раствора поли-

Ò à á ë è ö à 23.2

Сопоставление показателей ПАА и биополимеров

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

мера в пласт вводят раствор коагулирующих агентов, таких как ионы хрома или алюминия. Коагулированные полимеры образуют вязкие гели, которые можно использовать для закупорки высокопроницаемых пластов или отдельных зон пласта.

Второй способ закупорки высокопроницаемых зон получение биополимеров непосредственно в пласте путем ввода синтезирующих их микроорганизмов и соответствующих питательных растворов.

Ввод бактериального коагулянта в пласт и скорость прохождения бактерий через породу связаны и определяются размерами и геометрией пор, а также адсорбцией клеток поверхностью породы.

Теоретически закупорка пор происходит в случаях, когда их размер приблизительно равен размеру бактерий в среднем 0,1 5 мкм2. При большом объеме пор клетки могут задерживаться в сужениях порового пространства и происходит отсеивание клеток. Экспериментальными исследованиями показано, что проникновение бактерий через пористую матрицу или ее закупорка зависят главным образом от распределения размера пор. Лимитирующая концентрация бактерий, которая может вызвать прекращение инъекцируемости, таким образом, зависит от распределения размера пор вдоль образца. Если бактерии уже вошли в поровое пространство, они способны проникать далее и размножаться без значительного снижения проницаемости.

Процесс адсорбции клеток зависит от результатирующей сил взаимодействия между матрицей породы, жидкостями и клетками. Адсорбционные свойства породы взаимосвязаны с физико-химией поверхности, минеральным составом, определяющим заряд поверхности, и ее смачиваемостью. Подвижные клетки в 6 8 раз быстрее распространяются в образце песчаника, чем неподвижные. Споры быстро диффундируют в породы благодаря малому размеру и меньшему заряду поверхности. Диффузия бактерий задерживается в случае большого размера клеток, склонности их к образованию скоплений, консорций, цепочек. Адсорбция клеток зависит от гидродинамики потока, включая скорость закачки суспензии и режим потока жидкости в породе. При определенных условиях потока клетки суспензии оседают.

305

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Микробиологические технологии используют главным образом на заводненных залежах.

Пилотные работы по воздействию на призабойную зону скважин микробиологическим методом с использованием биопрепарата Деворойл были проведены в 1993 г. на промыслах АО «Татнефть». Успешность метода по 19 скважинам составила 56 %. Дебит добывающих скважин увеличился от 2 до 3,8 т/сут.

В период 2005 2006 гг. на ряде отечественных нефтяных месторождений, находящихся на завершающей стадии разработки (Ключевское, Коробковское), реализована микробиологическая технология увеличения нефтеотдачи с использованием водоизолирующей компзиции СНПХ-9900. Этот раствор содержит не только целлюлозу, но и крахмалистые и белковые вещества, что делает его средой обитания и питающей средой ряда групп микроорганизмов. Микроорганизмы адсорбированы на поверхности частички СНПХ-9900. В основном доминируют клостридии, вызывающие маслянокислое брожение с образованием масляной, молочной и уксусной кислот, спиртов, ацетона, водорода и СО2. Попадая вместе с реагентом в пласт, они мигрируют по поровым каналам вместе с водой. Частицы реагента СНПХ-9900 в пласте разбухают в 1,5 2 раза в высокопроницаемых каналах, что обеспечивает выравнивание фронта вытеснения и вовлечение в разработку низкопроницаемых слоев. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов в свою очередь увеличивают эффективность нефтеизвлечения. За счет жизнедеятельности микрофлоры массой 30 г образуется 1,5 2,5 л газов (в основном СО2 около 35 % общего объема газовой фазы).

По результатам работ на Ключевском месторождении (три нагнетательных скважины, объем закачки раствора СНПХ-9900 до 500 м3 в каждую) было извлечено 4,1 тыс. т нефти. На Коробковском месторождении (три нагнетательные скважины) дополнительная добыча нефти составила 1479 т.

Микробиологические методы увеличения нефтеотдачи в настоящее время активно применяются в США и Китае, в основном, на залежах высоковязкой нефти. По опубликованным в журнале «Oil and gas» материалам, данные работы оцениваются как успешные.

306

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Краткая таблица упрощенной интегральной показательной функции

Приложение 2

Краткая таблица интеграла вероятностей erf(x)

Используется для описания неоднородности слоистого пласта по проницаемости и при расчете тепловых полей по схеме Ловерье.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Ï ð î ä î ë æ å í è å

Приложение 3

Зависимости относительной проницаемости для газа (kã) и нефти (kí) от нефтенасыщенности (Sí) (таблица К.А. Царевича)

308

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Ï ð î ä î ë æ å í è å

309

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Ï ð î ä î ë æ å í è å

310