1 Применение микробиологического воздействия для

Применение микробиологического воздействия для увеличения
нефтеизвлечения
Г.И. Сабахова, К.Р. Рафикова, М.Р. Хисаметдинов (институт «ТатНИПИнефть»)
Повышение нефтеотдачи пластов и интенсификация процессов добычи нефти
остаются проблемами отечественной и мировой нефтедобывающей промышленности. В
середине 20 века получили развитие методы увеличения нефтеотдачи с применением
микроорганизмов. Применение микробиологических методов (MEOR – microbial enhanced
oil recovery) в настоящее время актуально, так как они обладают полифункциональными
свойствами воздействия на пласт, позволяя эффективно извлекать остаточную нефть на
поздних стадиях разработки месторождений.
В данной работе проведён анализ опыта применения микробиологических технологий
на месторождениях ОАО «Татнефть» и за рубежом.
Идея использования бактерий с целью вытеснения нефти из пористых сред была
высказана еще в 1926 г. Бекманом. Опытно-промышленные работы впервые были
проведены в США, штате Северная Каролина на месторождении Лисбон в 1954 г. Чуть
позже в 80-х гг. значительная исследовательская активность в данном направлении
отмечалась в СССР, Чехословакии, Венгрии, Польше, Азербайджане, где также имели
место и закачки анаэробных бактерий на нефтяных месторождениях.
Несмотря на то, что нефтяная микробиология как область науки образовалась 80 лет
назад, сведения о микрофлоре нефтяного пласта до сих пор остаются фрагментарными.
Общеизвестно, что нефтяные месторождения населяют ферментативные сульфат-, серо- и
железовосстанавливающие бактерии, а также ацетат- и метанпродуцирующие бактерии [1].
Микробиологические методы увеличения нефтеотдачи используют такие компании,
как Titan Oil Recovery Inc., Glori Energy совместно с Statoil, Total, Du Pont совместно с BP,
Chevron. Из российских компаний наиболее активно применяет микробиологические
методы ОАО «Татнефть». При этом география применения данных методов увеличения
нефтеотдачи обширна: США, Канада, Бразилия, Болгария, Азербайджан, Румыния,
Германия, Россия и др. Также в Восточной Азии были зарегистрированы опытнопромышленные испытания в Китае, Малайзии, Индии и Индонезии (рис. 1).
Микробиологическое воздействие заключается во внутрипластовом биосинтезе
углекислоты и промежуточных продуктов, обладающих нефтевытесняющими свойствами
(биоПАВы, полисахариды, органические кислоты, спирты, альдегиды). Продукты
биосинтеза микроорганизмов понижают вязкость нефти, уменьшают межфазное натяжение
1
на границе раздела сред нефть/порода и нефть/вода, а также могут помочь восстановлению
проницаемости вследствие удаления парафина и закупоривающих масс у входа в пористые
зоны. Суммарное воздействие приводит к тому, что ранее неподвижная и неизвлекаемая
нефть становится подвижной, она выносится к продуктивным скважинам, что приводит к
увеличению добычи. При этом принято различать мелассную технологию и технологию
активации пластовой микрофлоры [2].
Рис. 1. География применения микробиологических методов
Мелассная технология базируется на введении в пласт микроорганизмов, способных
сбраживать углеводные субстраты (меласса) в конечном итоге с образованием метана и
углекислоты. Меласса – это отход переработки сахарной свеклы, содержащая до 50 %
сахарозы, белка и минеральных элементов.
В качестве альтернативных реагентов, например, в Азербайджане на истощённых
месторождениях Апшерона, были применены следующие биореагенты − молочная
сыворотка, избыточноый активный ил, дрожжевая бражка. Однако особый интерес
представлял активный ил, как источник большого разнообразия микроорганизмов
различных физиологических групп. Закачивая активный ил в нефтяной пласт, можно за
короткий период времени создать в нем биофильтр, активно перерабатывающий
органические соединения в нефтевытесняющие агенты.
Разработкой
месторождения
Апшерона
микробиологическим
воздействием
занимались такие мировые нефтяные компании, как Chevron, Total, ГНКАР с 1997 г. К
началу 2007 г. биотехнологический метод использовался на 19 объектах 15 месторождений.
За период внедрения за счёт биотехнологии было дополнительно извлечено около 170 тыс.
т нефти с высоким экономическим эффектом (более 14 млн. долл. США), также снизилась
обводнённость продукции. Технологический эффект метода составил 7,3 т дополнительно
2
добытой нефти на 1 м3 закачанного биореагента [3].
Технология активации пластовой микрофлоры заключается в циклической закачке
неорганической питательной среды и культуры микроорганизмов в нефтяные коллекторы,
что стимулирует увеличение количества некоторых видов микробов в пласте, главным
образом нефтеокисляющих бактерий. В качестве примера можно рассмотреть проект Glori
Energy по технологии AERO в Канаде [4].
В марте 2013 г. была произведена закачка по технологии микробиологического
воздействия AERO в Канаде на месторождении в южной Альберте. Продуктивная зона
относится к меловым отложениям маннвильского комплекса и залегает на глубине 232-246
м ниже уровня моря. Средняя толщина продуктивного пласта составляет 3,88 м. Согласно
данным исследований кернов этого месторождения пористость в среднем составляет 23 %,
а проницаемость – 1,382 мД. Залежь вскрыта тремя действующими нагнетательными
скважинами и шестью добывающими.
В начале проекта дебит нефти снижался на 34 % в год. По прошествии 31 недели,
несмотря на то, что одна из добывающих скважин была закрыта по технологическим
причинам, начался рост дебита нефти (рис. 2).
Рис. 2. Результаты применения технологии AERO на месторождении провинции
Альберта, Канада
Эффект продолжался в течение года. По данным на сентябрь 2014 г. дебит нефти
вырос до 63 барр./сут, что выше проектного значения, равного 15 барр./сут. За счет
применения технологии было дополнительно добыто 13,5 тыс. барр. нефти или 256 % от
3
первоначального уровня добычи.
Микробиологическая интенсификация притока нефти также успешно применялась на
месторождении Стеррап в штате Канзас, США [5]. Глубина залегания составляет около
1600 м. В середине 2010 г. компания Glori Energy в сотрудничестве с компанией Statoil
протестировала технологию активированной среды для повышения нефтеотдачи (AERO).
На одной из добывающих скважин наблюдался преобладающий отклик. Анализ данных
этой скважины свидетельствует о том, что обработка по технологии AERO при правильном
применении может существенно увеличить конечную нефтеотдачу (рис. 3).
Рис. 3. Результаты применения технологии AERO на месторождении Стеррап в
Канзасе, США
Как видно из рис. 3, при экстраполяции линий тренда к постоянному значению
обводненности в 95 % получается увеличение добычи нефти в результате обработки на 5055 тыс. барр.
Среди отечественных методов MEOR можно отметить мелассную технологию в
Республике
Татарстан.
Опытно-промышленные
испытания
по
закачке
мелассы
проводились в 1992-1994 гг. на башкирских отложениях среднего карбона 302 залежи
Ромашкинского месторождения. Биотехнология основывалась на циклической закачке в
пласт мелассы и бактерий Clostridium tyrobutyricum. Всего за период 1992-1994 г. на
опытном участке было закачано 1052,3 т мелассы. Дополнительная добыча нефти на
01.01.96 г. составила в среднем 4806 т. Технологический эффект метода составила 4,58 т
дополнительно добытой нефти на 1 т закачанной мелассы [6].
4
В настоящее время в Татарстане применяется технология микробиологического
воздействия (МБВ), основанная на закачке в пласт углеводородокисляющих бактерий,
источника кислорода и минеральных элементов. В 2008 г. стал применяться
модифицированный вариант технологии МБВ (технология МБВ-М). В 2013 г. была введена
в действие технология комбинированного микробиологического воздействия (технология
МБВ-К).
Необходимо обратить внимание на условия применения технологии. МБВ
реализуется на нагнетательных скважинах, находящихся под закачкой как пресных, так и
минерализованных вод с минерализацией до 150 г/л при температуре пласта до 45 ºС.
Объектом разработки являются обводненные закачиваемой водой терригенные пласты,
характеризующиеся неоднородностью по проницаемости и находящиеся в условиях
длительного заводнения.
В ходе работы был проведен анализ эффективности применения технологии МБВ в
ОАО «Татнефть» в целом и на примере конкретных участков. На объектах НГДУ в рамках
промышленных работ в период с 2008 по 2015 гг. проведено более 70 мероприятий по
технологии МБВ. При этом дополнительно добыто около 170 тыс. т нефти. Затраты на одну
обработку без подготовительно-заключительных работ (ПЗР) в среднем составляют
порядка 300 тыс. руб. Продолжительность технологической эффективности – от 15 до 20
мес. В настоящее время на многих обработанных участках эффект от воздействия
продолжается.
По состоянию на 01.04.2015 г. технология микробиологического воздействия
реализована на нагнетательных скважинах в шести НГДУ: «Елховнефть», «Прикамнефть»,
«Лениногорскнефть», «Джалильнефть», «Ямашнефть» и «Азнакаевскнефть».
Объекты воздействия находятся в пределах площадей и залежей Ромашкинского,
Ново-Елховского, Первомайского, Ерсубайкинского и Березовского месторождений,
разрабатывающих терригенные отложения девона и карбона (рис. 4).
Эффективность технологии показана на примере участка нагнетательной скв. 2138
Ново-Елховской площади НГДУ «Елховнефть» (рис. 5). Скважина освоена под закачку
воды в 1994 г. В составе участка три добывающие скважины (757, 801, 2140),
гидродинамически связанные с нагнетательной скважиной по пластам пашийского
горизонта, представленного песчаниками.
5
Доп. добыча нефти, тыс. т,
количество обработок
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Количество обработок
67,3
59,8
Доп. добыча нефти, тыс. т
44,5
46
20
9,3
2
6
1
7,4
Месторождение
Рис. 4. Распределение дополнительной добычи нефти и количества обработок по
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
Обводненность, %
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
сентябрь
октябрь
ноябрь
декабрь
2012 январь
февраль
март
апрель
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
ноябрь
декабрь
2013 январь
февраль
март
апрель
май
Добыча нефти, жидкости, т/мес; закачка
м3/мес
состоянию на 01.04.2015
Период эксплуатации, годы
Закачка, м3/мес
Qж, т/мес
Qн, т/мес
Обвод., %
Рис. 5. Динамика работы участка нагнетательной скв. 2138 НГДУ «Елховнефть» до и
после микробиологического воздействия
Ко времени проведения мероприятия средний дебит по нефти по участку составлял
4,5 т/сут, средний дебит по жидкости – 46,5 т/сут при обводнённости продукции 88 %.
Добывающие скважины обводнены водой с плотностью 1080 кг/м3.
В нагнетательную скв. 2138 закачка раствора по технологии МБВ осуществлена в
июле 2012 года. Согласно анализу работы участка до и после микробиологического
воздействия добывающие скважины отреагировали на воздействие увеличением дебита
6
нефти (рис. 5).
По состоянию на 01.10.2013 текущий дебит нефти по участку составил 6,9 т/сут
(прирост +2,4 т/сут), дополнительная добыча нефти, по данным ТатАСУнефть, составила
5211 т нефти. При этом технологический эффект продолжается.
В ходе анализа была проведена оценка экономической эффективности технологии
МБВ по состоянию на 01.04.2015 г., результаты которой приведены в таблице.
Таблица
Расчёт экономического эффекта технологии МБВ
Показатели
Значения
(Расч.)
Дополнительная добыча нефти, т
1080
Цена реализации (без НДС), ЭП, ком. расх.), руб./т
12690
Налог на добычу полезных ископаемых (НДПИ), руб./т
7147,3
Затраты на внедрение технологии, тыс. руб.
300,0
Прибыль от реализации, тыс. руб.
5152,6
Налог на прибыль, тыс. руб.
1236,6
Чистая прибыль (факт. эффект), тыс. руб.
3916,0
Рентабельность (чист. прибыль/произв. затраты), %
46
Индекс доходности затрат, д. ед.
1,4
Таким образом, опыт применения технологии микробиологического воздействия
позволяет говорить о её преимуществах, таких как: низкие затраты на проведение
обработки, экологическая безопасность, высокая технологическая эффективность. В
пластовых условиях продукты биосинтеза бактерий позволяют увеличить подвижность
нефти за счет снижения ее вязкости и снижения межфазного натяжения на границе раздела
сред, что улучшает отделение нефти от породы пласта. Также органические кислоты и
углекислота, выделяемые микроорганизмами, способствуют изменению фильтрационноёмкостных свойств нефтеносного коллектора.
Обобщение некоторых отечественных и зарубежных литературных данных, а также
результаты проведенного анализа позволяют рекомендовать расширение объёмов
промышленного внедрения микробиологического воздействия, так как применение
микробиологических методов позволяет эффективно извлекать остаточную нефть на
поздних стадиях разработки месторождений.
7
Список литературы:
1 Микробиологический метод повышения нефтеотдачи / Т.Н. Назина, А.А. Григорян,
Н.М. Шестакова [и др.] // Нефтегазовые технологии. – 2008. − № 10. – С. 10-16.
2 Chang Hong Gao, Abdulrazag Zekri, Khaled El-Tarabily. Microbes enhance oil recovery
through various mechanisms // Oil and Gas Journal. – 2009. – № 17 – August. – Р. 39-43.
3 Мамедьянов М.А., Исмаилов Н.М. Разработка и применение микробиологических
методов повышения нефтеотдачи в Азербайджане // Нефтегазовые технологии. – 2011. − №
11. – С. 23-27.
4 New Microbial Method Shows Promise in EOR / G.D. Havemann, B.G. Clement, K.M.
Kozicki, T. Meling, J. Beeder, E. Sunde // JPT – 2015. – March. – P. 32-35.
5 Микроорганизмы на месторождении: союзники или враги? / Зденко Августинович,
Эйстейн Биркетвейт, Кэйли Клементс, Майк Фримэн // Нефтегазовое обозрение. – 2012. –
Т. 24. – № 2. – С. 4-21.
6 Увеличение нефтеотдачи на поздней стадии разработки месторождений. Теория.
Методы. Практика / Р.Р. Ибатуллин, Н.Г. Ибрагимов, Ш.Ф. Тахаутдинов, Р.С. Хисамов. –
М. : Недра-Бизнесцентр, 2004. – 292 с.
8