Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Constant optimization of technological processes of oil production is one of the integral parts of rational subsurface use. The study and implementation of new developments and technologies in the oil production process is primarily due to the economic effect. Methods of increasing oil recovery are of particular interest in the practical implementation of innovative technologies in the oil and gas industry. To date, a huge number of technologies have been developed and tested in field conditions aimed at preserving and increasing the volume of produced products, the classification of which is very diverse. The primary criteria for choosing a method or combination of methods of influencing a productive reservoir in order to increase oil recovery are the geological conditions of the productive horizon, as well as the composition and physico-chemical properties of reservoir fluids. Currently, of all the many methods of increasing oil recovery, the microbiological method is the least studied, as a result of which it is extremely rarely used in enterprises. The relevance of research on the effects of microorganisms on the reservoir rock is beyond doubt. The possibility of widespread application of oil recovery enhancement technology based on bacterial life processes is interesting both from the point of view of environmental safety and economic efficiency. One of the microbiological methods of increasing oil recovery is the activation of the existing reservoir microflora by feeding a nutrient medium into the reservoir. In the course of their vital activity, some types of bacteria are capable of destroying clay rocks, which entails changes in the filtration and capacitance properties of the reservoir rock and, as a result, the volume of products produced increases significantly. The advantage of this method is the absence of the need for forced “contamination” of the reservoir formation, since the necessary bacteria are already in it.
hard-to-recover reserves, oil, silicate bacteria, enhanced oil recovery, reservoir microflora, shelf fields
Введение
Все нефтедобывающие компании сталкиваются с проблемой истощения ресурсов. Большинство крупных месторождений в России уже находятся на поздней стадии эксплуатации [1], которая характеризуется стремительным падением дебита скважин (рис. 1).
Рис. 1. Стадийность разработки эксплуатационного объекта
Fig. 1. Stages of field development
В данных условиях с целью сохранения объемов добываемой продукции важной задачей нефтедобывающих предприятий является активное внедрение инновационных технологий в производственные процессы нефтедобычи. Методы увеличения нефтеотдачи имеют весьма широкую классификацию, а именно: по стадиям разработки месторождения, на которых применяется метод; исходя из целей применения; функционального назначения; вида воздействующего агента и т. д. [2–5]. Наиболее обобщенная и часто применяемая классификация методов увеличения нефтеотдачи приведена на рис. 2.
В настоящие время из всего множества методов увеличения нефтеотдачи наименьший опыт практической реализации имеет микробиологический метод, что связанно с его малой изученностью. Исследования, посвященные воздействию микроорганизмов на породу-коллектора, весьма актуальны. Возможность широкого применения технологии повышения нефтеотдачи, основанных на процессах жизнедеятельности бактерий, интересна как с точки зрения экологической безопасности, так и с экономической эффективности. Значительным преимуществом микробиологического метода увеличения нефтеотдачи является то, что микроорганизмы способны к размножению и усилению биохимической активности в зависимости от физико-химических условий среды [6]. Одним из микробиологических методов повышения нефтеотдачи является активизация наличествующей пластовой микрофлоры за счет подачи в пласт питательной среды. Питательная среда может подаваться в пласт через нагнетательные скважины, технология не требует дополнительного оборудования. В процессе своей жизнедеятельности некоторые виды бактерий способны разрушать глинизированные породы, что влечет за собой изменения фильтрационно-емкостных свойств породы-коллектора. Объемы добываемой продукции значительно повышаются вследствие увеличения площади фильтрации пластового флюида [7].
Рис. 2. Классификация методов увеличения нефтеотдачи
Fig. 2. Classification of methods for increasing oil recovery
Усовершенствование технического оснащения геологических исследований и глубоководного бурения влечет за собой стремительный рост нефтяных месторождений, расположенных на морском шельфе. В соответствии с Энергетической стратегией развития Российской Федерации на период до 2035 г., добыча углеводородного сырья на морских месторождениях является приоритетной задачей и должна быть обеспечена экологически безопасными, энергоэффективными, ресурсосберегающимии безотходными технологиями [7]. Разработка и эксплуатация углеводородных шельфовых месторождений более трудоемкая и капиталозатратная в сравнении с добычей углеводородов из месторождений, расположенных на суше. Принимая во внимание вышесказанное, изучение и внедрение экологически безопасных и рентабельных технологий увеличения нефтеотдачи является актуальной задачей.
В России большое количество запасов углеводородного сырья сконцентрировано на морских месторождениях. В качестве примера можно привесим Каспийское море, в котором нефть и газ залегает в различных зонах. По предварительным расчетам запасы нефти составляют порядка 50 млрд баррелей нефти и 300 трлн м3 природного газа [8].
В настоящее время на шельфе Северного Каспия промышленная эксплуатация ведется на следующих месторождениях: им. Юрия Корчагина, им. Владимира Филановского и им. Валерия Грайфера. Перспективы добычи нефти на данных месторождениях связаны с залежами аптского яруса и неокомского надъяруса [9]. Пласты апсткого яруса характеризуются как средне- и слабопроницаемые, в связи с наличием малопроницаемого цемента породы, глинизацией. Этим обусловлена основная проблема разработки аптских залежей – сложность фильтрации жидкости по пласту. Данная проблема привела к возникновению необходимости изменения фильтрационно-емкостных характеристик всего пласта-коллектора.
Изменение структуры пород под действием аборигенной микрофлоры
В научных источниках можно найти результаты исследований, посвященных роли микроорганизмов в разрушении минералов, но сведений о практическом внедрения микробиологического метода увеличения нефтеотдачи на шельфовых месторождениях крайне мало. Анализ существующих результатов исследований позволил сделать предварительный вывод о том, что при разработке месторождений фильтрация жидкости по пласту, обработанному бактериями, приведет к возможному вымыванию из него перешедших в измененное состояние некоторых элементов глины, что влечет за собой увеличение количества фильтрационных каналов в породе-коллекторе [10–13].
Микробиологический метод увеличения нефтеотдачи может иметь различную направленность воздействия, а именно: изменение физико-хими-
чески свойств пластового флюида и структуры породы коллектора, образование продуктов жизнедеятельности, оказывающих вытисняющее действие на нефть и т. д. Возможности увеличения нефтедобычи исследуются как на микроорганизмах, выращенных в ферментной среде в лабораторных условиях, так и на бактериях, полученных непосредственно из материнской породы коллектора. По мнению авторов данной статьи, второе направление исследований является наиболее перспективным, т. к. в случае установления факта положительного воздействия микрофлоры, наличествующей в материнской породе коллектора на процесс увеличения нефтеотдачи, процесс активизации жизнедеятельности микроорганизмов непосредственно в пластовых условиях будет весьма выгоден как во временном, так и в финансовом эквиваленте. Кроме того, исследования процессов увеличения нефтеотдачи посредствам микроорганизмов, выращенных в лабораторных условиях, требуют дополнительного этапа, связанного с изучением взаимодействия выведенных бактерий с аборигенной микрофлорой материнской породы коллектора.
В ранее изданных статьях описывались результаты эксперимента по выявлению аборигенной микрофлоры из керна аптской залежи месторождения им. В. Филановского. В ходе исследования удалось обнаружить наличие грамположительных палочковидных форм и нитевидные образования. Было принято решение о дальнейшем изучении полученных штаммов микроорганизмов.
Материал, методы и результаты исследования
Исследование микроорганизмов проводилось методом накопительных культур [14] на питательной среде Вагнера и Шварца, которая состоит из 1,0 % глюкозы, 0,5 % (NH4)2HPO4, 20,0 мл алюмосиликатов и 1 000,0 мл водопроводной воды [15]. Для этого в жидкую среду асептическим путем внесли измельченный фрагмент керна. Культивирование вели при температуре 60 °С до появления признаков роста микроорганизмов, таких как: пленка на поверхности среды, муть, взвесь в толще среды.
Первые признаки микробного роста проявились после 180 суток культивирования. Микрокопирование бактериальной пленки на поверхности среды позволило обнаружить грамположительные палочковидные формы и нити.
Далее, согласно плану исследования [16], полученный материал был помешен в условия, схожие с пластовыми (температура – 69 ºС, давление – 13 МПа) на 90 дней.
Результаты эксперимента подтвердили предположения о том, что при наличии питательной среды микроорганизмы, наличествующие в керне аптской залежи, способны изменять минеральный состав материнской породы, растворяя соединения кремния. На рис. 3 видны темные части – это органоминеральные частицы, свидетельствующие о разрушении породы под действием микроорганизмов.
Рис. 3. Керн месторождения им. В. Филановского после микробиологического воздействия (× 1 500)
Fig. 3. Core of the V. Filanovsky deposit after microbiological exposure (× 1 500)
Заключение
В результате экспериментальных исследований подтвердилось предположение о том, что при наличии питательной среды микроорганизмы, наличествующие в керне аптской залежи, способны изменять минеральный состав материнской породы, растворяя соединения кремния.
Возможность повышать площадь каналов фильтрации в продуктивном пласте при помощи аборигенной микрофлоры является перспективным методом увеличения нефтеотдачи. Экономическая эффективность данной технологии в первую очередь обусловлена отсутствием необходимости затрат на дополнительное обустройство скважин для реализации методов увеличения нефтеотдачи (МУН).
На основании вышеизложенного намечены дальнейшие этапы исследования:
1) изучение аборигенной микрофлоры в условиях приближенным к пластовым (температура – 69 °С, давление – от 13 до 17 МПа);
2) выявление благоприятной питательной среды для аборигенной микрофлоры в условиях, приближенных к пластовым;
3) исследование способности аборигенной микрофлоры разрушать силикатные минералы породы в условиях, приближенных к пластовым;
4) сравнение проницаемости породы с исходным образцом;
5) вывод о способности аборигенной микрофлоры разрушать силикатные минералы породы в условиях, приближенных к пластовым;
6) при положительном результате разработка рациональной технологический схемы микробиологического воздействия на пласт.
1. IEA50. International Energy Agency. Available at: https://www.iea.org (accessed: 02.09.2024).
2. Rahmanov F. F. Klassifikacija metodov uvelichenija nefteotdachi [Classification of methods for increasing oil recovery]. Vestnik nauki, 2020, vol. 2, no. 11, pp. 154-156.
3. Podymov E. D., Slesareva V. V., Rafikova K. R. Obzor predstavlenij o klassifikacii metodov uvelechenija nefteizvlechenija [An overview of the concepts of classification of methods for increasing oil recovery]. Sbornik nauchnyh trudov TatNIPIneft', 2010, pp. 150-160.
4. Shersheljuk A. E., Bykova G. A. Metody uvelichenija nefteotdachi. Sravnenie rossijskogo i zarubezhnogo opyta [Methods of increasing oil recovery. Comparison of Russian and foreign experience]. Akademicheskij zhurnal Zapadnoj Sibiri, 2015, vol. 11, no. 5, pp. 39-42.
5. Sorokin S. A. Klassifikacija metodov povyshenija nefteotdachi [Classification of methods of enhanced oil recovery]. Akademicheskij zhurnal Zapadnoj Sibiri, 2018, vol. 14, no. 6 (77), p. 130.
6. Sharauova A. B., Nurshahanova L. K., Tulesheva G. Primenenie mikrobiologicheskih metodov dlja povyshenija nefteotdachi i intensifikacii neftedobychi [Application of microbiological methods to enhance oil recovery and intensification of oil production]. Molodoj uchenyj, 2014, no. 8, pp. 307-309.
7. Jenergeticheskaja strategija Rossijskoj Federacii na period do 2035 goda: utverzhdena rasporjazheniem Pravitel'stva Rossijskoj Federacii ot 09.06.2020 no. 1523-r [Energy Strategy of the Russian Federation for the period up to 2035: approved by the Decree of the Government of the Russian Federation dated 06/09/2020 No. 1523-r]. Available at: http://government.ru/docs/all/128340/ (accessed: 02.09.2024).
8. Chmyhova E. A. Sushhnost' Kaspijskogo faktora v mezhdunarodnyh otnoshenijah [The essence of the Caspian factor in international relations]. Aktual'nye problemy mezhdunarodnyh otnoshenij v uslovijah formirovanija mul'tipoljarnogo mira: sbornik nauchnyh statej 10-j Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Kursk, Jugo-Zapad. gos. un-t, 2021. Pp. 432-434.
9. Karpushova Ju. E., Hairmashev T. S., Abutalieva I. R. Vnedrenie perspektivnyh tehnologicheskih reshenij pri provedenii MGRP na mestorozhdenijah Severnogo Kaspija [Implementation of advanced technological solutions for hydraulic fracturing in the fields of the Northern Caspian Sea]. Novejshie tehnologii osvoenija mestorozhdenij uglevodorodnogo syr'ja i obespechenie bezopasnosti jekosistem Kaspijskogo shel'fa: materialy XI Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Astrahan', Izd-vo AGTU, 2020. Pp. 66-68.
10. Bezverhaja E. V., Trofimov I. A., Karepov V. A. Perspektivy ispol'zovanija mikrobiologicheskogo metoda uvelichenija nefteotdachi [Prospects of using the microbiological method of increasing oil recovery]. Rossijskaja neftegazovaja tehnicheskaja konferencija SPE. Available at: http://elib.sfu-kras.ru/bitstream/handle/2311/128886/statya_spe.pdf?sequence=1 (accessed: 02.09.2024).
11. Donijarov N. A., Asrorov A. A., Murodov I. N., Hurramov N. I., Ahtamova M. Z., Kurbonova Sh. R. Analiz vozmozhnyh mehanizmov vzaimodejstvija mikroorganizmov s mineralami gornyh porod [Analysis of possible mechanisms of interaction of microorganisms with rock minerals]. Journal of Advances in Engineering Technology, 2020, vol. 2 (2), pp. 59-66.
12. Baranov D. V., Petrova A. N., Ibragimov R. K., Ibragimova D. A., Valiullin A. E., Zinnurova O. V., Molodcov S. D. Mikrobiologicheskie metody uvelichenija dobychi nefti: obzor [Microbiological methods of increasing oil production: an overview]. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta, 2016, vol. 19, no. 24, pp. 35-39.
13. Soprunova O. B., Nguen Viet Tien. Perspektivy ispol'zovanija slizeobrazujushhih bakterij v neftjanoj otrasli [Prospects for the use of mucus-forming bacteria in the oil industry]. Jug Rossii: jekologija, razvitie, 2010, no. 4, pp. 91-93.
14. Netrusov A. I., Egorova M. A., Zaharchuk L. M. i dr. Praktikum po mikrobiologii [Microbiology Workshop]. Moscow, Akademija Publ., 2005. 608 p.
15. Dzerzhinskaja I. S. Pitatel'nye sredy dlja vydelenija i kul'tivirovanija mikroorganizmov [Nutrient media for isolation and cultivation of microorganisms]. Astrahan', Izd-vo AGTU, 2008. 348 p.
16. Samatoeva D. S., Vybornova T. S. Tehnologii uvelichenija nefteotdachi na mestorozhdenijah Severnogo Kaspija [Technologies for increasing oil recovery in the fields of the Northern Caspian Sea]. Neftegazovye tehnologii i jekologicheskaja bezopasnost', 2023, no. 4, pp. 76-82.
