Полная версия

Главная arrow География arrow Биотехнология нефтедобычи: принципы и применение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Методы повышения охвата залежи заводнением

Актуальна проблема повышения эффективности заводнения на месторождениях, продуктивные пласты которых отличаются резкой геологической неоднородностью. На поздней стадии разработки при высокой обводненности пласта, когда основная доля закачиваемой воды, продвигаясь по высокопроницаемым пропласткам, неэффективно вытесняет остаточную нефть, увеличение охвата пласта заводнением позволяет достичь снижения проницаемости (закупоривания) этих зон. В результате в разработку вовлекаются ранее не работавшие (не принимающие или не отдающие) пропластки. Перспективы увеличения охвата пласта заводнением связана с методами избирательного (селективного) воздействия на высокопроницаемые пропластки. Очень перспективны в этом плане биотехнологические методы.

Селективное действие микроорганизмов определяется в основном характером строения коллектора. В однородных песчаниках микроорганизмы в случае их внесения в пласт запечатывают всю входную поверхность керна. В реальных условиях в нагнетательных скважинах это приводит к потере приемистости и повышению давления закачки. В неоднородных же пластах закупорка происходит и внутри керна. Незначительно забивая входную часть керна, большая часть клеток микроорганизмов проникает в глубь пласта по поровым каналам больших размеров до тех пор, пока микробная клетка не остановится в сужениях каналов. Микроорганизмы быстро закупоривают зоны высокой проницаемости, куда поступает большое количество закачиваемой жидкости. Ожидаемая эффективность и селективность закупорки высокопроницаемых пропластков биомассой микроорганизмов или биополимеров, выделяемых ими в процессе их жизнедеятельности, является наиболее высокой при закачке в пласт одновременно микроорганизмов и питательных веществ. В настоящее время разработаны и испытаны многочисленные методы закупорки высокопроницаемых пропластков и выравнивания фронта заводнения. Эти методы основаны на внесении в пласт или микроорганизмов - продуцентов биополимеров, или самих биополимеров.

Растворы биополимеров для эффективного применения в качестве агентов вытеснения нефти должны удовлетворять следующим требованиям:

  • • образовывать высоковязкие растворы в воде при малых концентрациях биополимеров без образования гелей, которые закупоривали бы поры нефтяного пласта;
  • • быть устойчивыми к повышенной температуре и давлению;
  • • вязкость растворов биополимеров не должна изменяться под воздействием ионов солей, обнаруженных в большинстве пластовых вод;
  • • не адсорбироваться частицами пористой среды, а также при контакте со связанной водой;
  • • иметь хорошую набухаемость и быть псевдопластичными в условиях, когда при малой силе напряжения значительно возрастает подвижность и соответственно уменьшается их вязкость, а при исключении напряжения набухаемость и другие свойства полимеров должны восстанавливаться;
  • • быть нетоксичными и экономически выгодными.

Микробные полимеры, обладающие свойством загущать воду, представляют собой различные по составу водорастворимые, высокополимерные соединения - гетерополисахариды (ГПС). Типичные ГПС - ксантан получен из бактерий Ксантомонас компрестис. Среди различных типов полимеров (поликарбоксиловые и полиакриловые кислоты, декстран идр.), испытанных с целью усовершенствования процесса заводнения, ксантан наиболее полно соответствует перечисленным требованиям.

Ксантан в водных растворах - это коллоид, обладающий исключительными реологическими свойствами. В большинстве случаях пластовые воды засолены, что значительно ограничивает использование полимеров в качестве загустителей. Ксантан отличается от других полимеров тем, что в концентрациях 0,2% он стабилизирует вязкость заводняемого раствора в присутствии солей К, 1л, Са, №. Более того, добавление к полимеру названных солей, особенно хлористого калия, повышает прочность образуемых гелей. Ксантан не токсичен, устойчив в широком диапазоне pH и температуры. Поскольку температура большинства нефтяных пластов колеблется в пределах 20-65еС, а точка кипения ксантана 100,ЗеС, его стабильность в этих условиях очевидна. Ксантан не адсорбируется частичками песка - такой вывод подтвержден в модельных опытах. При контакте ксантана с песком его вязкость несколько повышается, давление остается постоянным, не имеет место закупорка поровых щелей.

Преимуществом ксантана является также то, что из-за возможности применения в малых концентрациях он не требует много места для хранения, что особенно важно при транспортировке его в труднодоступные места.

Ксантан в качестве загустителя используется в концентрации 0,005-1,0% (по массе). Растворы загустителя, содержащие уменьшающиеся концентрации ксантана, вводят несколькими приемами в порядке снижения концентрации в количестве 0,01-0,2% порового объема. В модельных исследованиях по вытеснению нефти растворами ксантана из резервуаров, заполненных песком из Лома Нью Фильд (Техас), полученное дополнительное количество нефти составило 8,2% порового объема или 13,5% нефти, полученной по завершении предыдущего заводнения. Эффективность применения ксантана были подтверждены также при промысловых испытаниях на месторождениях США и ряде других стран.

Гетерополисахариды микробного происхождения проявляют эффективные нефтевытесняющие свойства. Об это свидетельствует тот факт, что прорыва вязкого раствора не происходит, пока не вытеснится 92,0— 97% солевого раствора. Для улучшения процесса вытеснения нефти рекомендуется обрабатывать загуститель, полученный из микроорганизмов поверхностно-активными веществами. Количество загустителя колеблется от 5 до 100 массовых частей на 100 массовых частей воды. ПАВ добавляется от 0,001 до 0,2 части на 100 частей бактериальной культуры.

При закачке полисахаридов, полученных из бактерий Ксантобактер, в пластовых условиях образуются длиннополимерные цепочки ионов, снижающих приемистость пласта. Указанные ионы закупоривают высокопроницаемые поры пласта. Можно вносить в пласт галофильные, факультативно аэробные микроорганизмы вместе с мелассой и минеральными солями и биологически активными соединениями, обеспечивающими образование этого полимера в пласте. Образуемый в пласте полимер в присутствии в среде тяжелых металлов сшивается и закупоривает высокопроницаемые пропластки.

Вносить в пласт можно споры или клетки бактерий В. ЫсЬеш-Гопшб - продуцентов экзополимера полиглутамата, устойчивого к биологическому разложению. Эти микроорганизмы - факультативные анаэробы, гало- и термотолерантны. При внесении в пласт микроорганизмов одновременно вносятся и питательные среды, и агент, способствующий полимеризации образующихся биологических полимеров.

На Арланском месторождении (Россия) в песчаном коллекторе алек-синского горизонта в качестве закупоривающего агента были испытаны торф и озерный ил. Песчаники характеризовались пористостью 20%, проницаемостью более 1 дарси и содержали вязкую нефть плотностью 0,883-0,919 г/см3, температура пласта была 24°С. Торф содержал 43% легкогидролизуемых веществ и 28% гуминовых соединений. После внесения торфа и ила закачивали пресную воду. Двухлетние наблюдения показали, что коэффициент охвата залежи заводнением в районе обработанной скважины возрос за один год с 66 до 100%, прирост коэффициента нефтеотдачи по обработанной и соседним скважинам составил 11,7-14,6%, а наилучшие результаты были получены в наиболее промытой части пласта.

Селективную закупорку высокопроницаемых пропластков можно осуществлять закачиванием в пласт избыточного активного ила, образующегося на этапе биохимической очистки производственных, промышленных и бытовых вод. Активный ил представляет собой частицы органических веществ, насыщенных различными группами микроорганизмов - аэробов и факультативно анаэробных. По физико-химическим представлением активный ил представляет собой структурированную коллоидную систему, обладающую высокой сорбционной способностью. Численность микроорганизмов в активном иле может достигать 108-1012 кл/мл. Микроорганизмы, составляющие биоценоз активного ила, в процессе своей жизнедеятельности образуют слизистые соединения - зоогели.

Одним из механизмов повышения нефтеотдачи при воздействии на пласт микроорганизмами, в том числе ПАИ, является, очевидно, загущение вытесняющей воды микроорганизмами и их метаболитами. Плазма бактериальной клетки обладает вязкостью, которая в 800 раз превышает вязкость воды и примерно равна вязкости глицерина. Иногда вязкость плазмы старых клеток может в 8000 раз превышать вязкость воды, что соответствует вязкости густого сахарного сиропа. Основная масса цитоплазмы - это жидкий золь, а периферическая часть клетки находится в состоянии геля. Таким образом, закачанные в пласт огромные количества микробных клеток (аэробы, анаэробы) способствуют загущению пластовой вытесняющей воды. Следовательно, механизм повышения нефтеотдачи с использованием микробиологической технологии будет таким же, как и при полимерном заводнении.

Свойственные активному илу хлопьевидность, высокая сорбционная способность способствуют оседанию ила в высокопроницаемых порах пласта него закупориванию. Так, на Игровском, Волдинасом и Юго-маш-Максимовском месторождениях (Россия) закачка в работающие горизонты пласта (от 4,6 до 7,6 м) 50-54 м активного ила (на 1 м2 работающей толщины 140-158 кг в расчете на сухой вес) позволила полностью отключить нижнюю высокопроницаемую зону пласта и увеличить приемистость верхнего низкопроницаемого в два раза. Обработка пласта активным илом позволила в результате снизить обводненность и увеличить дебит нефти. Дополнительная добыча нефти составила 1-2 тыс. т/год на одну обработку. Воздействием было охвачено к 1990 г. 15 месторождений.

В качестве закупоривающего агента можно использовать композиции активного ила с осадком первичных отстойников систем очистки производственных и бытовых сточных вод. Осадок первичных отстойников содержит 80-99% воды и включает в себя частицы песка, волокон, органические остатки различного происхождения. Обычно в осадке городских сточных вод содержится 70-80% органических веществ. Состав осадков (%): белки - 24, углеводы - 23, жироподобные вещества -до 30. При этом углеводы представлены как поли-, так и моносахаридами. Осадок первичных отстойников обладает высокими закупоривающими свойствами. Кроме того, органические компоненты, входящие в состав осадков, могут служить источником углерода и энергии для микроорганизмов активного ила и пластовой микрофлоры, способствуя увеличению ее биомассы. При этом одновременно идут процессы превращения органических соединений с образованием нефтевытесняющих агентов.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>