Ибатуллин Р.Р. Технологические процессы разработки нефтяных мест. Р. Р. Ибатуллин технологические процессы разработки нефтяных месторождений 2010 г. Удк 622. 276. 1. 4
 Скачать 5.67 Mb.
|
|
68,5 137,0 233,0 Таблица 23.2 Расчетные величины приемистости СО 2 -нагнетательных скважин Скважины 542 543 544 545 546 Расчетная приемистость, мз/сут 155,1 218,3 65,5 169,6 35,3 С учетом объемов планируемой подачи двуокиси углерода на месторождение и приемистости скв. 542 ив первые три года был рекомендован ввод лишь одной из них, например скв. 542, тогда как другая – скв. 545, остается в резерве. По итогам трех лет работ по закачке СО на Елабужском месторождении была реализована опытная закачка в скв. 542, 544 и 545. В 1989 г. эксперимент по финансовым причинам был остановлен, нов настоящее время в связи с развитием ограничений по выбросам парниковых газов подобный опыт может быть вновь востребован. 269 Лекция №24 План 1. Микробиологические технологии в нефтяной промышленности. 2. Микробиологические методы воздействия на пласты и скважины. 3. Микробиологический метод увеличения нефтеотдачи заводненных пластов, основанный на активации пластовой микрофлоры. 4. ММУН на основе интенсификации микробиологических процессов в условиях заводнения. Характеристика пластовой микрофлоры в условиях заводненных коллекторов нефтяных месторождений Татарстана. 5. ММУН для условий трещинно-поровых карбонатных коллекторов. 6. Расчетная схема для моделирования процессов микробиологического воздействия в условиях неоднородных пластов. Микробиологические технологии в нефтяной промышленности В настоящее время в мире широко известны следующие основные направления применения микробиологических технологий в нефтяной промышленности с целью - увеличения нефтеотдачи пластов - стимуляции скважин - очистки почвы и воды от нефтяных загрязнений - очистки (ингибирования) скважинного оборудования от ас- фальтосмолопарафиновых отложений (АСПО); - очистки (ингибирования) отложений солей в скважинном оборудовании и трубопроводах. Как и многие другие технологии, основанные на микробиологических процессах, микробиологические методы в нефтяной промышленности привлекают внимание малой инвестиционной потребностью, высокой эффективностью и экологической безопасностью. Ранее в курсе (см. лекцию 17) упоминалось о микробиологических продуктах, производимых в поверхностных, промышленных условиях, например, ксантановые биополимеры. 270 В биотехнологиях, реализуемых в пласте и скважинном оборудовании, используются практически те же механизмы, что и при физико-химических методах, но микробные метаболиты (продукты жизнедеятельности бактерий) образуются или концентрируются из растворов и генерируются непосредственно на поверхностях раздела (нефть-вода-порода, водный раствор-АСПО- стенка колонны НКТ и т.д.), что увеличивает эффективность их воздействия. При использовании большинства микробиологических технологий в пласте закачиваемые питательные вещества проникают в промытые водой каналы и зоны и создают там благоприятные условия для метаболизма бактерий, имеющихся в пласте. В результате их жизнедеятельности закупориваются высокопроницаемые зоны, и происходит перераспределение закачиваемого агента в непромытые малопроницаемые зоны. Лабораторными и промысловыми экспериментами доказано, что продукты микробного генезиса изменяют межфазное натяжение между нефтью и водой, вызывают рост фильтрационных сопротивлений для водных растворов в высокопроницаемых зонах пласта, улучшают эффективность смачивания пород вытесняющей водой. Таким образом, микроорганизмы генерируют обширный ряд метаболитов, обладающих необходимыми для увеличения эффективности извлечения нефти свойствами. В табл. 24.1 приведен перечень метаболитов, влияющих на процессы в пластовых системах и скважинах, в том числе на свойства и состав пластовых флюидов и пород, составляющих пористые среды. Микробиологические методы воздействия на пласты и скважины Важными особенностями микробиологических методов увеличения нефтеотдачи (ММУН) являются интенсивность и масштаб процессов жизнедеятельности микроорганизмов. 271 Таблица 24.1 Продукты микробиологического генезиса (метаболиты, влияющие на процессы в пластах и скважинах Метаболиты Механизм воздействия Кислоты Изменение коллекторских свойств пород увеличение пористости и проницаемости, реакция с карбонатами с выделением СО 2 Биомасса Избирательное или неизбирательное закупоривание, эмульгирование или деэмульгирование вследствие различной адгезии к углеводородам, изменение смачиваемости пород Газы СОСН) Локальное восстановление пластового давления, увеличение удельного объема нефти при растворении в ней СО, уменьшение вязкости, увеличение проницаемости вследствие растворения карбонатных пород под воздействием СО 2 Растворители Растворение нефти БиоПАВ Снижение межфазного натяжения, эмульгирование Биополимеры Контроль подвижности пластовых жидкостей, избирательное или неизбирательное закупоривание Создание оптимальных экологических условий для них, или быстрая адаптация к существующим являются одним из важнейших факторов эффективности методов. По этой причине разработка всех микробиологических методов ведется на основе детального изучения природных и искусственных параметров физико-химической и микробиологической обстановки нефтяного пласта. Сложность и взаимовлияние этих факторов можно оценить по характеристикам, представленным в табл. 24.2. 272 Таблица 24.2 Основные факторы, контролирующие микробиологическое воздействие Природные Искусственные Температура пласта Температура закачиваемой воды Минерализация пластовой воды Тип закачиваемой воды пресная минерализованная Нефтенасыщенность пласта Состав и концентрация питательных сред Тип коллектора Режим нагнетания Бактериальная заселенность пласта Вид вводимых (активируемых) микроорганизмов Проницаемость пласта Размер клеток микроорганизмов Пористость пласта Достигаемые концентрации микроорганизмов В Татарстане разрабатываются и широко применяются микробиологические методы воздействия на основе процессов, реализуемых преимущественно в пласте, которые могут быть подразделены на 2 основные группы по способу ввода микроорганизмов и питания. К первой следует отнести те методы, при которых в пласт вводятся микроорганизмы и питательные вещества, например, при использовании мелассы в качестве питания и введения бродильных микроорганизмов. Во вторую группу входят методы, реализация которых связана с использованием естественной пластовой микрофлоры с вводом питания с поверхности (активация микрофлоры призабойной зоны, сформировавшейся при закачке воды с целью поддержания пластового давления. Микробиологический метод увеличения нефтеотдачи заводненных пластов, основанный на активации пластовой микрофлоры Микробиологический метод увеличения нефтеотдачи заводненных пластов, основанный на активации пластовой микрофлоры, сформировавшейся в призабойной зоне нагнетательной скважины в процессе закачки пресной воды, способствует вытеснению нефти, в том числе остаточной, продуктами микробиологической деградации части углеводородов нефти, находящейся в призабойной зоне скважины. Технология метода циклическая и состоит из двух последовательных этапов (рис. 24.1): 1) собственно активация микрофлоры в призабойной зоне нагнетательных скважин, приводящая к образованию комплекса нефтевытесняющих агентов, – продуктов биодеградации углеводородов 2) обычное заводнение, в соответствии со схемой разработки данного участка месторождения для перемещения выработанного на первом этапе комплекса агентов к добывающим скважинам. Рис. 24.1 Схема вытеснения нефти при активации пластовой микрофлоры УВОБ – углеводородокисляющие бактерии (аэробы ББ – бродильные бактерии (аэробы и анаэробы МОБ – метанобразующие бактерии (анаэробы СВБ – сульфатвосстанавливающие бактерии (анаэробы. При этом на первом этапе механизм действия пластовой микрофлоры на процесс вытеснения нефти основан на резком увеличении активности биоценоза, сформированного в призабойной зоне, путем закачки аэрированного раствора минеральных солей (неорганические компоненты питания микроорганизмов. В процессе жизнедеятельности последовательно активируемых аэробных и анаэробных микроорганизмов нарабатываются вещества, обладающие высокой нефтевытесняющей способностью, – жирные кислоты, Поток воды Зона ББ Зона МОБ Область биореактора Зона УВОБ Зона СВБ анаэробная зона 274 полимеры (полисахариды, спирты, альдегиды, двуокись углерода и др. При этом по ряду проб дегазированной нефти с опытных участков отмечено снижение содержания парафиновых (на 10-30 %) и смол силикагелевых (на 20- 40 %); существенно снизилась доля метана (на 20-30 %) при соответствующем росте доли углекислого газа, этана и пропана. Особенностью вытесняющего действия метаболитов является то, что они генерируются на межфазной поверхности микроорганизмами, получающими фосфор и азот из соединений, растворенных вводе, а углеводород – из остаточной нефти. На основании опыта применения микробиологической технологии увеличения нефтеотдачи пластов в различных регионах России и бывшего СССР (Татарстан, Башкортостан, Западная Сибирь, Азербайджан) были выделены основные критерии применения этих методов, отмеченные ранее в табл. 15.1. Современный уровень изученности микроорганизмов, способных ассимилировать углеводороды и другие органические соединения нефти в лабораториях и природных условиях, позволяет эффективно осуществлять управляемые технологические процессы интенсификации нефтедобычи и повышения коэффициента нефтеотдачи пласта за счет жизнедеятельности микрофлоры в пластовых условиях Микробиологические МУН на основе интенсификации микробиологических процессов в условиях заводнения Характеристика пластовой микрофлоры в условиях заводненных коллекторов нефтяных месторождений Татарстана Разработка основных запасов нефти месторождений Татарстана ведется с применением закачки пресных и минерализованных вод. Наряду с возможным развитием аборигенной микрофлоры, внесенные с поверхности микроорганизмы широко представлены в призабойных зонах нагнетательных скважин Ромашкинского, Бондюжского и других месторождений. Исследованиями скважинных проб показано, что в состав аэробного сообщества входят- сапротрофные бактерии (10 3 кл/мл); - углеводородокисляющие бактерии на среде гексадекан (10 2 кл/мл); - метанокисляющие бактерии (10 2 кл/мл). 275 Кроме этого, анаэробная микрофлора представлена широким рядом бактерий с бродильным типом метаболизма (10 3 -10 4 кл/мл); сульфатвосста- навливающими (от единиц – 10 4 кл/мл), метанобразующими (единицы кл/мл). Особенностью ММУН является тот факт, что определяющим фактором успешности процесса является активная жизнедеятельность микроорганизмов. По этой причине создание оптимальных экологических условий для них, или быстрая адаптация к существующими является одним из важнейших элементов эффективности методов. На поздней стадии разработки в призабойной зоне нагнетательных скважин с продолжительной закачкой пресной воды зачастую создается развитый биоценоз, ограниченный в развитии, в первую очередь, питательными веществами (в ряде случаев – применением бактерицидов). Из элементов, определяющих развитие пластовой микрофлоры, это в основном фосфор, азот и кислород. Для многих участков заводненных пластов на поздней стадии в призабойной зоне (в области развития биоценоза) коллектор обеднен и легкими углеводородами. Как показывает опыт исследования образцов керна из заводненных зон, их нефтенасыщенность часто оказывается близкой к неснижаемой, то есть достигаются коэффициенты вытеснения до 80 %. Еще одной особенностью разработки нефтяных пластов при заводнении на поздней стадии является широкое использование гидродинамических МУН, в частности, циклического заводнения. Использование ММУН на таких объектах представляет определенные трудности, так как требуется согласование процессов активации жизнедеятельности (подачи питательных веществ) биоценоза и режимов циклического нагнетания. Для успешной реализации воздействия в условиях заводненных коллекторов разработаны два следующих метода, направленные на повышение эффективности микробиологических процессов на поздней стадии разработки. Ввод дополнительного питания. Известно, что углеводородокис- ляющие бактерии, составляющие аэробную часть пластового биоценоза, перерабатывают преимущественно легкие углеводороды, которых не хватает в обычных условиях в призабойной зоне нагнетательных скважин при длительной закачке воды. Это связано стем, что через нее проходит значительное количество закачиваемой воды, содержащей растворенный кислород (с концентрацией до 5-8 мг/л в летнее время, которая вытесняет и окисляет остаточную нефть, превращая ее в более тяжелую и смолистую. В модификации метода после активации микрофлоры путем закачки на первых циклах аэрированных растворов неорганических солей, на последующих подаются порции углеводорода в качестве дополнительного питания. Таким образом, закачкой углеводорода удается повысить насыщенность углеводородом и тем самым интенсифицировать деятельность углеводородо- кисляющей микрофлоры в аэробной зоне и, соответственно, микрофлору анаэробной зоны, которая частично использует продукты жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Результаты научно-исследовательских работ по активации пластовой микрофлоры с закачкой в обводненный пласт оторочки углеводорода показали высокую эффективность предлагаемого метода. Если при известном способе активации пластовой микрофлоры, предусматривающем стимуляцию развития в пласте микроорганизмов путем закачки водных растворов азотных и фосфорных солей, интенсивность процесса метаногенеза возрастает в 1,1-1,2 раза, то при предварительной закачке порции углеводорода последняя возрастает в 2,6-3,9 раза. Это свидетельствует о значительной интенсификации микробиологических процессов в пласте, так как процесс метаногенеза анаэробный) является производным от активности аэробного биоценоза ив тоже время является хорошим индикатором жизнедеятельности микрофлоры. 2. Комбинированное гидродинамическое и микробиологическое воздействия. На месторождениях Татарстана широкое распространение получили технологии гидродинамического воздействия на пласты с целью увеличения нефтеотдачи пластов. Ряд его модификаций основан на циклическом режиме нагнетания воды. В тоже время процесс адаптации и развития микроорганизмов также нестационарен во времени, как и процессы массообмена при гидродинамическом воздействии на пласта наибольшего развития пла- стовый биоценоз достигает на поздней стадии разработки заводнением. На 277 основе этих механизмов был разработан метод, при котором технология активации пластовой микрофлоры совмещается с циклической гидродинамикой закачки. При этом предусматривается закачка водного аэрированного раствора питательных веществ (солей азота и фосфора) таким образом, чтобы окончание его закачки совпадало с окончанием цикла закачки воды, проводимого в соответствии с программой заводнения. В этом случае остановка нагнетательной скважины (или группы скважин, необходимая для развития микроорганизмов в призабойной зоне пласта на введенной питательной среде, совмещается с предусмотренной планом закачки, а срока остановки скважины до начала следующего цикла закачки вполне достаточно для максимального развития микроорганизмов. Сочетание этих двух методов – гидродинамического и микробиологического – не требует внесения изменений в систему разработки месторождения (площади, участка) и позволяет повысить эффективность вытеснения нефти за счет синэр- гетического действия технологий. Наиболее эффективным сточки зрения охвата объектов и удобства управления процессом воздействия является организация ММУН совместно с гидродинамическим воздействием через кусто- вые насосные станции (КНС). Этот метод был реализован на Северо-Азнакаевской площади Ромаш- кинского месторождения. После проведения активации в режиме циклического заводнения в попутно добываемой воде были определены следующие изменения. Существенно возросла численность метаногенных бактерий до 100 кл/мл, скорость метаногенеза возросла на порядок и составила 310 нл СН 4 /(л/сут). Скорость сульфатредукции, напротив, уменьшилась и не превышала по всем пробам 0,1 мкг S -2 /(л/сут). Отмеченные изменения наряду с достигнутой дополнительной добычей свидетельствуют об эффективности процесса активации микрофлоры. 278 ММУН для условий трещинно-поровых карбонатных коллекторов В промышленных микробиологических технологиях для карбонатных коллекторов успешно используются микроорганизмы р и р, продуцирующие ПАВ, газы, спирты, кислоты и биополимеры. Широко изучены и распространены методы, основанные на использовании мелассы и сбраживающих её микроорганизмов. Меласса – это отход производства сахара с содержанием сахара 42-46 %. Эти методы могут применяться на различных стадиях процесса разработки пластов, чаще карбонатных, и могут применяться в различных вариантах закачки мелассы и бактерий) в больших объемах в нагнетательные скважины с целью воздействия на пласт 2) небольшие оторочки для обработки призабойных зон добывающих и нагнетательных скважин. Сбраживание мелассы микроорганизмами рода Clostridium в пласте является основой ряда механизмов вытеснения нефти 1) обильное образование газов ведет к росту давления в зоне воздействия) образование органических и минеральных кислот вызывает реакции с карбонатами вмещающих пород, вызывая увеличение проницаемости породи дополнительную внутрипластовую генерацию газов 3) образование ПАВ, которые снижают межфазное натяжение на границе нефть-вода и модифицируют (гидрофилизуют) поверхность, обеспечивая увеличение капиллярного массообмена между высоко- и низкопроницаемыми элементами пласта 4) растворение СО в нефти снижает ее вязкость и, тем самым, увеличивает подвижность. В Татарстане опытно-промышленные испытания по нагнетанию раствора мелассы проводились в 1992-1994 годах на опытном участке №2 башкирских отложениях среднего карбона 302 залежи Ромашкинского месторождения (рис. 24.2). Биотехнология основывалась на циклическом нагнетании в пласт оторочек го раствора мелассы и бактерий Clostridium tyrobutyricum . При исследованиях было определено, что такая концентрация |