Полная версия

Главная arrow География arrow Биотехнология нефтедобычи: принципы и применение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Молочная сыворотка - субстрат для питательного заводнения нефтяных пластов

Молочная сыворотка является побочным продуктом при переработке молока в творог, сыр, казеин и др. В процессе синерезиса из белкового сгустка выделяется сыворотка, в которую переходят 48-50% сухих веществ молока. При выработке натуральных сыров и творога количество

сыворотки составляет 80% от исходного сырья, брынзы и низкожирных сыров - 65%, казеина - 75%.

Состав сухого вещества несепарированной сыворотки приведен в табл. 11.

Таблица 11

Состав сухого остатка несепарированной сыворотки

Компонент

Содержание

В 100 мл

В сухом веществе

Лактоза

4,66

71,7

Белковые вещества

0,91

14,0

Минеральные вещества

0,50

7,7

Жир

0,37

5,7

Другие вещества

0,06

0,9

Итого:

6,5

100,0

В состав молочной сыворотки входят биологически-активные соединения: витамины, ферменты, гормоны, свободные аминокислоты, летучие жирные кислоты, минеральные соединения и микроэлементы. В целом молочная сыворотка представляет собой сырье, сбалансированное по основным биогенным органическим и неорганическим соединениям, оптимальным для развития различных групп микроорганизмов.

Ресурсы молочной сыворотки достаточно велики. К 1990 г. во всем мире при переработке молока образовалось до 166 млн т молочной сыворотки. По свидетельству Международной молочной Федерации (ММФ), в настоящее время до 50% всей производимой молочной сыворотки остается не переработанной и сливается в канализацию, эта тенденция сохранится и в ближайшие годы. Из 8,0 млн т молочной сыворотки, производимой в бывшем СССР в 1985 г., только 15% подвергалось переработке и утилизации, оставалось неиспользованным около 1 млн т лактозы. На территории России в канализацию сливается порядка 80% молочной сыворотки. В США из 15 млн т ресурсов молочной сыворотки половина теряется со сточными водами.

Большинство молочных заводов не имеют оборудования по переработке сыворотки, и в лучшем случае ее продают как кормовую добавку для скота, в худшем - просто выливают ее, тем самым нанося вред природе и теряя свою прибыль. Между тем во всем мире запрещено выливать этот побочный продукт молочной промышленности в окружающую среду. Сыворотка по загрязняющей способности в 500-1000 раз сильнее сточных вод.

В настоящее время известны следующие основные пути использования МС: переработка на напитки, пищевые продукты и полуфабрикаты, получение молочного сахара, использование в качестве питательной

среды для выращивания микроорганизмов и получения на этой основе продуктов биосинтеза, на кормовые цели.

В определенной степени молочная сыворотка может быть использована для скармливания животным (для выпойки телят и в рационе откармливания мясного скота). Однако использование сыворотки в рационе кормов может привести к расстройствам желудочно-кишечного тракта у животных, что связано с неспособностью сычужного фермента желудка коагулировать сывороточные белки. В организме животного происходит постепенное накапливание медленно усваивающейся лактозы, ведущее к т.н. лактозному отравлению. Как скоропортящийся продукт сыворотка должна быть скормлена животному в течение ближайших суток после ее получения. Это связано с целым рядом трудностей при транспортировке и хранении на месте кормления. Для крупного предприятия (имеющего 20-100 и более тонн сыворотки в сутки) это затруднено хотя бы потому, что зона возможного скармливания может достигать 100 км и более.

При всей кажущейся простоте использования необработанной сыворотки в качестве корма для сельскохозяйственных животных этот способ встречает ряд трудностей, связанных не только с транспортировкой и хранением, но и с возможностью распространения инфекций. В связи с этим в ряде стран (Англия, Франция, Швейцария, Польша и др.) запрещено отправлять сыворотку на фермы без предварительной пастеризации. Кроме того, непосредственное скармливание сыворотки животным с целью получения животного белка экономически нецелесообразно. Исследования, проведенные еще в 1950 г. в США, показали, что для получения 1 кг животного белка требуется скормить приблизительно 15 кг сывороточного белка. Иными словами, животное для синтеза в своем организме 1 кг белка должно потреблять около 1,7 т молочной сыворотки, содержащей 0,9 белка.

Предварительная сушка МС с последующим использованием ее в кормовых и пищевых целях также сопряжена с рядом трудностей, связанных с быстрой порчей исходного сырья, большими капитальными затратами. Скармливание сухой сыворотки экономически также нецелесообразно, так как в организме животного усваивается ее только 20%. Подобное явление связано с неблагоприятным соотношением в сыворотке углеводов, белков и минеральных солей. Кроме того, в организме птиц лактоза не усваивается, что связано с отсутствием у них ферментов, расщепляющих молочный сахар.

С развитием крупных производств работники молочной промышленности стали смотреть на МС как на отход и сливать ее в канализацию, откуда она поступает в различные водоемы. Чтобы избежать загрязнения водоемов, делались попытки использовать как непосредственно сыворотку, так и сточные воды молочных заводов, содержащие значительный процент сыворотки, для удобрения полей. Однако оказалось, что при содержании веточных водах предприятия более 10% сыворотки происходит угнетение роста многих сельскохозяйственных культур. Слив сыворотки в канализацию и попадание ее в водоемы не только неоправданны с экономической точки зрения, но и с точки зрения охраны окружающей среды. Очистка 1 м3 сточных вод с высоким содержанием МС приравнивается к очистке 400 м3 типичных промышленных стоков. Ведь в 12,5 л МС содержится 1 кг ХПК. Сыворотка как среда, содержащая значительное количество органических соединений, требует для своего окисления большое количество кислорода. Установлено, что для окисления 1 л сыворотки требуется около 100 г кислорода. В то же время для окисления 1 л бытовых сточных вод нужно всего 0,3 г кислорода. Следовательно, очистные сооружения для завода с суточной производительностью по сыворотке 50 т потребуют 5000 кг кислорода, что будет эквивалентно установке для очистки сточных вод города с населением 8000-10 000 человек. Естественно, что в силу высоких капитальных вложений маловероятно создание очистных сооружений для сточных вод с сывороткой на многочисленных молокоперерабатывающих предприятиях и имеется лишь одна альтернатива - промышленная, по возможности безотходная переработка. На сыворотку необходимо смотреть не как на отход, а как на недоиспользованное сырье. Если учесть, что в последние годы мощности молокоперерабатывающих предприятий во всем мире имеют тенденцию к значительному возрастанию (например, средний сыродельный завод штата Висконсин в США производит до 160 т сыворотки в сутки, а Бакинский молкомбинат может производить 50 т сыворотки и более в сутки), то проблема ее утилизации приобретает большое значение.

Поэтому в рамках разработки научных основ биотехнологий нефтедобычи наличие в составе МС источников углеродного питания, минеральных веществ и различных ростовых факторов, легко усваиваемых многими видами микроорганизмов, огромные ресурсы (ресурсы молочной сыворотки в 5-7 раз превосходят ресурсы мелассы), доступность выдвигают ее в ряд наиболее ценных субстратов для питательного заводнения нефтяных пластов. Сыворотка содержит в своем составе вещества, которые отсутствуют в мелассе, широко используемой в преобладающем числе биотехнологий нефтедобычи. Немаловажное значение имеет и то обстоятельство, что применение МС в биотехнологии нефтедобычи не требует больших затрат на ее предварительную подготовку.

Сыворотка представляет собой полноценную среду и содержит все необходимые элементы питания для различных микроорганизмов. По этой причине в МС чрезвычайно быстро развиваются различные группы микроорганизмов, происхождение которых связано как с остаточной термоустойчивой и термофильной микрофлорой пастеризованного молока, так и с культурной микрофлорой заквасок, используемых при приготовлении молочных продуктов.

Среди микрофлоры, остающейся после пастеризации молока, имеются представители как споровых, так и неспоровых групп микроорганизмов, а также виды, не способные использовать лактозу в качестве источника углеродного питания и энергии. Представители микрофлоры пастеризованного молока, встречающиеся в молочной сыворотке:

  • • Micrococcus - albus, candidus, cascoliticus, conglomeratus, epidermis, flavus, luteus, varians, viscosus.
  • • Sarcina - lutea.
  • • Microbacterium - flavum, lacticum, liguefaciens, mesentericum.
  • • Streptococcus - bovis, durans, faecalis, faecium, glicerinacerus, inuli-naceus, zymogenes.
  • • Bacillus-buticucus, calidolactis, cereus, circulans, cereus var.micoides, laterosporus, megatherium, mesentericus, polymixa, pumilis, pulrificans, subtilis, Ihermoliquefaciens.
  • • Clostridium - botilinum, butiricum, sporogenes.
  • • Echerichia - coli var. communion, freundii, aerobacter.
  • • Lactobacillus - brevis, casei, thermophilus.

Среди остаточной микрофлоры в сыворотке могут встречаться микроорганизмы родов Псевдомонас, Ахромобактер, Флавобактериум.

Среди отдельных групп микроорганизмов, вводимых в молоко при производстве различных видов сыров и творога, имеются представители типичной молочнокислой микрофлоры, а также микроскопические грибы, пропионовокислые бактерии и дрожжи.

Микрофлора бактериальных заквасок, переходящих в МС при производстве некоторых молочных продуктов:

  • • Мелкие сыры: Str.lactis; Str.diacetilactis, Str.acetonicus (типа голландского), Sir. cremoris, Lactobacillus planterum, Leuconostoc dextrani-cum, Leuconostoc cilrovorum.
  • • Крупные сыры: Str.thermophilus, L.helveticus, L.casei (типа швейцарского), L.lactis, Propionobacterium shennanii.
  • • Мягкие сыры: Str.lactis, Str.thermophilus, Str.eremoris, Str.durans, L.bulgaricus, L.casei, L.plantarum.
  • • Творог: Str.lactis, Bacterium linens, B.caseilimburgcnsis, P?nicillium candidum. P.album, P.roqueforti, P.camamberti, Gcotrichum candidum. Str. lactis, Str.acetoinicus, Str.diacetilactis, Str.eremoris, Str. thermophilus.

Кроме перечисленных групп микроорганизмов в сыворотке имеется значительное количество представителей т.н. вторичного обсеменения, возникающего в ходе технологического процесса. Среди микрофлоры вторичного обсеменения встречаются представители молочнокислых и уксуснокислых бактерий, плесневые грибы, дрожжи, а также различные группы споровых микроорганизмов.

Общая численность микроорганизмов в МС может колебаться в пределах 102 -10° кл/мл.

Молочнокислые бактерии - Б^Дайю, З^.сгетопз, палочковидные Ь.ааборЫПБ, ЬЛасИБ, Ь.сазец Ь.р1ап1егиз и др. - хорошо развиваются в МС и сбраживают лактозу с образованием 0,8-1,0% молочной кислоты. Оптимальная температура развития их - 25-30°С, максимальная -40°С. ЭйгЛайк и ЗД.сгешопэ хорошо развиваются в творожной МС, сбраживают лактозу.

Клостридии участвуют в процессах брожения, в которых основным конечным продуктом являются бутиловый спирт, ацетон и этиловый спирт. Например, С1.асе1;оЬи1уИсит при развитии на МС образует эти соединения. Это облигатные анаэробы. Оптимальный рост имеют при 37°С, активно развиваются в пределах pH 4,7-8,0, могут потреблять в качестве источника азота белки, пептоны и аминные соединения, содержащиеся в сыворотке.

Свойством разлагать лактозу обладают далеко не все микроорганизмы, и то, что в сыворотке встречаются виды, не способные утилизировать лактозу, например, уксуснокислые бактерии, объясняется наличием в ней небольших количеств органических и аминокислот.

Свойства молочной сыворотки. Сыворотка обладает определенными реологическими свойствами (рис. 20). Высокая вязкость (1,55— 1,66 мПа-с), плотность (1022-10-27 кг/м3), пониженное поверхностное натяжение на границе фаз нефть - вода способствуют увеличению по сравнению с водой вытеснения нефти на 15-18% при использовании сыворотки непосредственно в качестве вытесняющего нефть агента. Реологические свойства сыворотки объясняются способностью нативной микрофлоры продуцировать ряд соединений, обладающих поверхностно-активными или вязкостными свойствами.

Так, известно, что Ьеисопо81ос с/ех1гашсит образуют высокомолекулярные биополимеры при сбраживании углеводов; жиры; входящие в состав сыворотки, диспергированы на 20-25% больше, чем в нативном молоке и способствуют созданию устойчивых эмульсий при контакте в пласте с нефтью; главным липидным компонентом у лактобацилл, входящих в состав микрофлоры сыворотки, является цис-цис-11,12-ме-тиленоктадеканоевая (лактобацилловая) кислота: выделяясь в среду, она может выполнять роль поверхностно-активного вещества.

Наличие большого числа различных групп микроорганизмов, а также багоприятные условия питания для них в сыворотке способствует быстрому увеличению их численности. Данные табл. 12 характеризуют потенциальные изменения отдельных групп микроорганизмов в творожной сыворотке при 25°С в течение 8 суток в модельных условиях.

Реологические свойства молочной сыворотки

Рис. 20. Реологические свойства молочной сыворотки

Таблица 12

Изменение отдельных групп микроорганизмов в сыворотке

при ферментации (тыс./мл)

Микроорганизмы

Продолжительность, сутки

исход.

2

4

6

8

Молочнокислые бактерии:

Мезофильные

Термофильные

ЗОЮ

34,8

  • 5040
  • 46,2
  • 9970
  • 59,0
  • 15080
  • 72,0
  • 29730
  • 97,0

Уксуснокислые бактерии

0,11

0,6

1,5

2,5

3,7

При ферментации МС в анаэробных условиях ее качественный состав претерпевает сильное изменение под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов, входящих в ее состав. За 8 дней ферментации титруемая кислотность (9Т) растет от 63 до 130, pH снижается с 4,9 до

3,8. Количество летучих жирных кислот растет с 0,019 до 0,042%. Повышение титруемой кислотности сыворотки в процессе развития микроорганизмов связано со значительным разложением лактозы, являющейся основным источником углеродного питания и энергии для развивающихся микроорганизмов. Так, повышение титруемой кислотности сыворотки до 100°Т свидетельствует о разложении более 20% лактозы от ее исходного количества. Под воздействием молочнокислых бактерий разложение лактозы идет наиболее интенсивно и количество образуемой молочной кислоты достигает 1,2-1,5% (130—160еТ).

Углеводородокисляющие микроорганизмы способны использовать органические соединения, входящие в состав МС. При наличии в среде сырой нефти органические соединения МС активизируют жизнедеятельность углеводородокисляющих микроорганизмов: снижается время генерации бактерий, увеличивается прирост биомассы, в среде интенсивно накапливаются низшие жирные кислоты. Интенсивность развития углеводородокисляющих микроорганизмов в жидкой и пористой среде в присутствии МС различна. Наибольший прирост численности этих микроорганизмов имеет место в жидкой среде, что связано с лучшей аэрацией среды, равномерным распределением в ней питательных веществ и возможностью функционирования микроорганизмов во всей толще среды. В противоположность этому в пористой среде в стационарных условиях значительная часть клеток микроорганизмов может адсорбироваться на поверхности твердой фазы. В связи с этим развитие микроорганизмов в пористой среде оказывает большое воздействие на процесс разложения органических соединений МС. Увеличение биомассы микроорганизмов при росте на сыворотке способствует окислению большого количества нефти. При этом окисление нефти протекает более равномерно и разнообразно, что выражается в большом разнообразии продуктов разложения. Уровень накопления в среде растворимого в воде углерода коррелирует с условиями развития микроорганизмов: накопление растворимого в воде углерода в пористой среде в 5-8 раз выше, чем в жидкой. Это объясняется ограниченным доступом кислорода к клеткам микроорганизмов в пористой среде. В жидкой среде интенсивность газообразования как показатель минерализации органических соединений выше, чем в пористой, при этом образование растворимого в воде углерода идет за счет окисления углеводородов нефти.

Сыворотка является субстратом, стимулирующим рост и развитие также бродильных микроорганизмов (рис. 21).

Интенсивность газообразования микроорганизмами

Рис. 21. Интенсивность газообразования микроорганизмами

на молочной сыворотке

В процессе брожения сыворотки под воздействием жизнедеятельности бродилыциков в среде накапливаются вытесняющие нефть агенты -летучие кислоты, например, уксусная, пропионовая кислота и др. Как показали исследования в моделях нефтяного пласта, сыворотка стимулирует одновременно рост и развитие бродильных и метанобразующих микроорганизмов, а также гетеротрофов, при этом наиболее интенсивно развиваются бродильные группы.

Сыворотка стимулирует образование метана метаногенным сообществом нефтяного пласта (12-25 мкл/мл среды). При развитии бродильных и метаногенов на сыворотке изменяются ее реологические свойства, она приобретает неныотоновские, вязко-пластичные свойства (рис. 22).

1 2 3 4 5 6 7

напряжение сдвига, Па

Рис. 22. Изменение реологических свойств молочной сыворотки

при ее анаэробной ферментации:

1 - до ферментации; 2 - после ферментации

Все указанные изменения состава сыворотки в отдельности и аддитивно оказывают существенное воздействие на ее нефтевытесняющие свойства (рис. 23).

В результате растворения газов, образующихся при разложении сыворотки, в нефти происходит снижение ее вязкости с 10-14 до 4-6 МПа-с. с одновременным повышением вязкости воды на 20-30%. Снижается также поверхностное натяжение с 16-37 до 14-18 мН/м, что, вероятно, связано с накоплением в среде низших жирных кислот. При одновременном развитии в среде бродильных групп и метаногенов содержание низших жирных кислот не превышает 0,05-0,3%. Однако при совместном воздействии ряда различных физико-химических факторов их действие на систему количественно увеличивается. Эта особенность является одним из важнейших свойств микробиологических методов воздействия на пласт по сравнению с физико-химическими методами.

V -объем сыворотки

Рис. 23. Вытеснение нефти из модели пласта молочной сывороткой:

1 - нативная сыворотка; 2 - после ферментации; Ф - начало ферментации;

V - количество сыворотки, внесенной в модель пласта, равное количеству

объемов пор модели

Принимая во внимание физиолого-биохимические особенности сульфатвосстанавливающих бактерий и их роль в микробиологических процессах в нефтяном пласте, важно знать, насколько и как внесение углеводных субстратов, подобных молочной сыворотке, будет оказывать воздействие на активность СВБ. Исследования, проведенные на чистых и накопительных культурах СВБ, показали, что интенсивность сульфат-редукции на сыворотке не превышает таковую на лактате или пропионате натрия. Вместе с тем сульфатредукция имеет место, хотя интенсивность на 2-3 порядка ниже, чем на средах с лактатом натрия. При повышении концентрации сыворотки выше 5% жизнедеятельность СВБ практически подавляется, что, вероятно, связано со снижением pH до 3,7 и ингибированием продуктами брожения молочнокислых бактерий. Относительно невысокий уровень образования сероводорода на сыворотке объясняется также низким содержанием в ней лактата, пропионата, ацетата, являющихся основными субстратами для СВБ. Лактоза, составляющая преобладающую часть сухого вещества сыворотки, не потребляется СВБ.

Несмотря на большой спектр органических соединений, содержащихся в сыворотке, ее введение в нефтяной пласт не должно интенсифицировать жизнедеятельность СВБ. Вместе с тем фактор СВБ необходимо всегда учитывать, особенно при введении сыворотки в пласт с высоким содержанием сульфатов. Использование сыворотки для питательного заводнения с целью интенсификации жизнедеятельности пластовых микроорганизмов - продуцентов агентов вытеснения нефти - желательно ограничить участками, эксплуатирующимися в режиме растворенного газа, заводняемыми пресными водами, при невысоким содержанием сульфатов в пластовой воде. С другой стороны, возможно осуществлять питательное заводнение призабойных зон скважин с одновременным использованием биоцидов сульфатредукции, селективных в отношении лишь к СВБ.

Таким образом, молочная сыворотка интенсифицирует жизнедеятельность трех основных групп пластовых микроорганизмов - нефтеокисляющих, бродильных и метаногенов, чья координированная деятельность по продуцированию агентов вытеснения нефти in situ оказывает существенное воздействие на вытеснение нефти. При этом одновременно изменяются реологические и физико-химические свойства пластовых флюидов в сторону интенсификации этого процесса.

Исследования в моделях нефтяного пласта (металлические колонки длиной 161 см, диаметром 3,8 см, пористая среда - кварцевый песок) показали, что при введении микроорганизмов они адсорбируются во всей толще пористой среды и численность их стабилизируется. Активная деятельность нефтеокисляющих микроорганизмов начинается после внесения в модель пласта и проявляется в окислении углеводородов нефти. При этом продукты окисления обнаруживаются раньше, чем микроорганизмы на выходе из модели. Содержание водорастворимых соединений в выходящей жидкости повышалось с увеличением численности микроорганизмов с 0,9-2,4 г/л до 10,6-13,6 г/л, их содержание коррелировало с численностью микроорганизмов. Образовывались летучие жирные кислоты: уксусная, масляная, муравьиная и др. - в количестве 0,8-25,7 мг/л. На этапе максимального накопления растворимого в воде углерода поверхностное натяжение на границе нефть-вода снижалось с 18,4 до 5,2 мН/м, вязкость воды повышалась с 1,15 до 1,44 сСт. Это способствовало повышению количества вытесненной нефти из модели на 61-75% по сравнению с водой.

Данные табл. 13 показывают, что максимальное повышение вытеснения нефти имеет место при внесении в модель пласта сыворотки не менее 5% от объема воды. Это свидетельствует о том, что для активизации деятельности образующих газы микроорганизмов наиболее эффективно внесение в пласт 5-15% сыворотки от объема воды. Образование агентов вытеснения нефти, в том числе СО2, СН4, N2 в соотношении

72,5:2,6:1,4 соответственно, способствует повышению подвижности остаточной нефти и увеличению извлечения нефти на 23-35% по сравнению с водой.

Таблица 13

Влияние молочной сыворотки на извлечение нефти в моделях нефтяного пласта при граничных значениях

Показатели

Концентрация МС (в % к количеству воды

в модели)

0

0

0

0

0

0

0

0

Длина колонок, м

0,8

Проницаемость, Дарси

0,75

0,77

0,70

0,78

0,69

0,75

0,78

0,75

Пористость, мл

422

419

420

424

425

416

419

416

Температура, еС

30

Вязкость нефти, сПз

31,1

Давление заводнения, мПа

0,2

Количество нефти в моде-

171

172

162

164

163

150

149

162

ЛИ; МЛ

Количество воды в моде-

251

147

258

260

262

266

270

234

ЛИ; МЛ

Время ферментации, сутки

30

24

21

18

13

14

15

18

Давление образовавшегося газа, мПа

0

0,09

0,2

1,4

1,47

1,20

0,78

0,68

Количество образовавшегося газа, мкм3

0

52

346

1120

1215

1231

1116

1021

Газопродуктивность, мкм3 газа /мкм3 сыворотки

0

1,1

4,2

6,1

8,3

9,1

9,6

8,3

Среднесуточный дебит нефти, мл:

-до образования газа

1,3

1,15

1,2

1,15

1,2

0,8

0,95

-после образования газа

1,3

1,17

1,35

5,7

5,8

6,1

3,95

2,6

Увеличение дебита, %

0

2

13

51,8

50,4

50,8

49,4

50,1

Конечное извлечение нефти, %

58,5

62,7

68,8

78,5

79,4

81,1

79,9

80,1

Прирост микроорганизмов, образующих газы

-1

1

1

2

3

2

2

2

Примечание: окончание ферментации определяли по прекращению прироста давления в моделях; МС - молочная сыворотка.

Результаты дисперсионного анализа данных показали, что при 5%-ном уровне значимости влияние основных действующих факторов - молочной сыворотки, микроорганизмов на вытеснение нефти различно. Степень воздействия сыворотки на извлечение нефти составляет порядка 71%, микроорганизмов - 22%, совместное воздействие - около 7%.

Результаты регрессивного анализа позволили оценить вклад в вытеснение нефти различных групп микроорганизмов и описать модель процесса вытеснения нефти с помощью микроорганизмов, имеющую следующий вид:

У = 69,9 + 3,3x1 + 9,7x2 + 4,2хз - 1,4x^2.

Исходя из коэффициентов регрессии 3,3; 9,7; 4,2 и из уравнения, степень влияния факторов определяется в следующей последовательности:

молочная сыворотка (9,7) > газообразующие (4,2) >

> нефтеокисляющие (3,3).

Непрерывный процесс воздействия сыворотки и микроорганизмов на нефтевытеснение в модели пласта представляется в следующем виде (рис. 24).

ж—5

Рис. 24. Нефтеизвлечение из моделей нефтяного пласта при питательном

заводнении молочной сывороткой:

  • 1 - вода; 2 - вода + газообразущие м-мы; 3 - вода + нефтеокисляющие м-мы;
  • 4 - молочная сыворотка; 5 - молочная сыворотка + нефтеокисляющие м-мы; 6 -молочная сыворотка + газообразующие м-мы; 7 - вода + нефтеокисляющие + газообразующие м-мы; 8 - молочная сыворотка + нефтеокисляющие + газообразующие м-мы

Внесенные в модель пласта с остаточной нефтенасыщенностью микроорганизмы, окисляя углеводороды нефти, образуют жирные и летучие

кислоты, спирты и др. окисленные соединения. В свою очередь сыворотка интенсифицирует жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов, что приводит к увеличению их численности и продуктов их деятельности - растворимых продуктов окисления, которые снижают поверхностное натяжение на границе нефть вода, увеличивают вязкость воды и, будучи растворителями, снижают вязкость нефти. Такое изменение свойств среды приводит к увеличению конечного нефтевытесне-ния по сравнению с водой на 8,8-15,9%.

В процессе полного потребления кислорода в некоторых частях пористой среды модели создаются анаэробные условия и поступающие в эти зоны продукты окисления углеводородов нефти, а также сыворотка подвергаются анаэробной ферментации с образованием низших жирных кислот и газов - СО2, СН4, N2, которые увеличивают давление; образующийся СО2, растворяясь в воде, повышает ее вязкость, снижает pH; СН4, растворяясь в нефти, снижает ее вязкость, облегчая вытеснение нефти. Это позволяет вытеснить на 9,8-16,8% больше нефти, чем водой, и на 7,3-10,2% больше, чем в результате чисто аэробных процессов. В результате же последовательного воздействия на нефтеизвлечение нефтеокисляющих и газообразующих микроорганизмов, активизированных сывороткой, вытесняется на 35,3% нефти больше, чем водой. Однако этот процесс разделен во времени и пространстве так, чтобы начался анаэробный этап микробного воздействия. Необходимо, чтобы фронт жидкости, содержащей сыворотку и продукты разложения нефтеокисляющих микроорганизмов, достиг анаэробной зоны. Поэтому, чтобы оба процесса, т.е. аэробный и анаэробный, действовали одновременно и непрерывно, можно производить площадное заводнение как в нагнетательные скважины для ускорения аэробного этапа воздействия, так и непосредственно в эксплуатационные - для интенсификации анаэробных процессов. При этом введение сыворотки в нагнетательные скважины может привести к очистке призабойной зоны скважин, улучшению их эксплуатационных параметров.

Как показывают расчеты, при полном разложении каждой тонны сыворотки, закачанной в нефтяной пласт, в аэробной зоне биофильтра под воздействием гетеротрофных микроорганизмов потенциально может образоваться до 39,3 м3 углекислого газа. В анаэробной зоне биофильтра в процессах брожения из каждой тонны закачанной сыворотки может образоваться до 51,2 м3 биогаза, из коих около 30% составит СО2, остальное - метан. При системном заводнении пласта сывороткой с целью интенсификации жизнедеятельности пластовых микроорганизмов в пласте будет формироваться и функционировать микробный фильтр, биоценоз которого будет состоять из широкого спектра аэробных и анаэробных микроорганизмов, эффективно перерабатывающих органические соединения - лактозу, углеводороды и др. в биогаз и другие метаболиты. Одновременно в ходе этого процесса будут образовываться биологически-активные соединения - биоПАВ, биополимеры, низшие жирные кислоты и спирты, растворители и др. Они активно влияют на реологические свойства пластовых флюидов и, соответственно, на их нефтевымывающие свойства. Высокие, по сравнению с водой, вымывающие свойства нативной сыворотки также будут оказывать воздействие на эти процессы.

Для воздействия на нефтяной пласт можно использовать как товарную необработанную сыворотку (лучше творожную), так и сгущенную или сухую. В последнем случае перед внесением в нефтяной пласт готовится ее 5-8%-ный раствор. Использование товарной сыворотки целесообразно в регионах, где нефтяные месторождения близко расположены к предприятиям по переработке молока (например, на Апшеронских месторождениях Азербайджана). В других случаях с целью снижения транспортных расходов целесообразно использовать сгущенную или сухую сыворотку. Сухая сыворотка может иметь преимущество перед мелассой, так как последняя подвержена большему риску обсеменения посторонней микрофлорой, качественно влияющей на ее свойства. По сравнению с мелассой сухая молочная сыворотка по своему компонентному составу наиболее благоприятна для жизнедеятельности всех групп микроорганизмов - продуцентов нефтевытесняющих агентов.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>