По своей капиталоемкости микробиологические методы мало отличаются от других способов нефтедобычи

Микробиологические способы повышения нефтеотдачи

Описание проблемы

Нефть находится в небольших порах и узких трещинах внутри пористых горных пород под поверхностью земли. Пластовое давление в резервуаре заставляет течь нефть к поверхности, обеспечивая тем самым первичное производство; однако по мере роста добычи нефти пластовое давление истощается до такой степени, что для добычи нефти требуется механизированная эксплуатация.

Необходимое дополнительное давление может создаваться путем закачки газа или затопления воды. После нескольких лет эксплуатации, впрыскиваемые жидкости протекают преимущественно вдоль высокопроницаемых слоев, обходя нефтенасыщенные области. Поэтому количество воды (или газа) возрастает с нефтью. При уменьшении отношения нефти к воде, в конечном итоге становится неэкономичным продолжать процесс добычи, поэтому для изменения свойств пластовых флюидов или характеристик горных пород применяют технически совершенные методы, которые можно разделить на четыре основные категории: термические методы, химические методы, введение растворителя, а также микробиологические методы.

В микробиологических способах используют микроорганизмы и/или их метаболиты для повышения отдачи остаточной нефти. В резервуар вводят питательные вещества и подходящие бактерии, которые предпочтительно растут в анаэробных пластовых условиях. Микробиологические побочные продукты включают био-ПАВы, биополимеры, кислоты, растворители, газы и ферменты, изменяющие свойства нефти и повышающие нефтеотдачу.

Безопасное и эффективное производство углеводородных композиций зависит от надлежащего функционирования объектов добычи. Одной из наиболее распространенных проблем, приводящих к разрушению конструкций и неэффективности производства, является образование отложений в стволе скважины.

Систематическое удаление отложений имеет решающее значение для поддержания надлежащим образом функционирующих нефтегазоносных линий. Как только на поверхности образуется тонкий слой парафинового или асфальтенового осадка, снижается скорость добычи нефти. Отложения могут в конечном итоге привести к полной блокировке скважины. Кроме того, в зависимости от места осаждения, техническое обслуживание или аварийный ремонт могут быть чрезвычайно дорогими.

Из-за важности безопасного и эффективного производства нефти и газа и трудностей, вызванных органическими соединениями, отложениями и биопленками при производстве и транспортировке нефти и газа, сохраняется необходимость в улучшенных методах предотвращения или удаления таких загрязняющих веществ в нефтеносных линиях.

Одно из возможных решений предложено компанией LOCUSSOLUTIONSLLC(US) в патенте WO2018107162 (14.06.2018), в котором раскрываются способы использования микробов и их побочных продуктов их роста для повышения нефтеотдачи.

Суть изобретения

Микробиологическая композиция включает в себя микроорганизмы и био-ПАВы. В некоторых вариантах осуществления изобретения композиция дополнительно содержит ионную или полуионную жидкость. Биологические поверхностно-активные вещества синергически взаимодействуют с другими метаболитами, которые также продуцируются микробами.

Способ повышения эффективности добычи нефти осуществляется путем нанесения на скважину композиции, содержащей дрожжи или продукт роста. Композиция может дополнительно содержать пекарские и/или пивные дрожжи, дрожжевые экстракты, соли, растворители и био-ПАВы.

Способы дополнительно включает добавление питательных веществ, которые являются полезными для роста микроорганизмов, такие как, например, азот, нитрат, фосфор, магний, углерод.

Получаемый результат

Способность микробов к росту обеспечивают универсальность производства благодаря возможности адаптировать продукты на основе микробов для улучшения взаимодействия с географическими регионами назначения. Поскольку продукт на основе микробов генерируется на месте или вблизи места применения без необходимости стабилизации, длительного хранения и транспортировки, может быть образовано гораздо больше живых микроорганизмов. Это позволяет использовать уменьшенный биореактор и облегчает переносимость продукта.

Учитывая перспективы быстрого развития в разработке более эффективных и мощных микробиальных инокулянтов, потребители в значительной степени выиграют от способности быстро доставлять продукты на основе микробов в скважины для осуществления повышения нефтеотдачи.

В ответ на запрос вы получите:

· Количество патентов в мире за 10 лет

· Динамика патентования по годам и странам

· Перечень технических задач, решаемых в патентах

· Примеры компании и их новейших разработок.

Источник

Повышение нефтеотдачи с помощью микробов — Microbial enhanced oil recovery

Микробиологическая повышенная нефтеотдача ( MEOR ) — это технология, основанная на биологии, заключающаяся в манипулировании функцией или структурой, или и тем и другим, микробной среды, существующей в нефтяных коллекторах . Конечная цель MEOR — улучшить извлечение нефти, захваченной в пористой среде, при одновременном увеличении экономической прибыли. MEOR — это технология третичной добычи нефти, позволяющая частично извлекать обычно остаточные две трети нефти, тем самым продлевая срок службы зрелых нефтяных пластов.

MEOR — это многопрофильная область, включающая, среди прочего, геологию , химию , микробиологию , механику жидкостей , нефтяную инженерию , экологическую инженерию и химическую инженерию . Микробные процессы, протекающие в MEOR, можно классифицировать по проблеме добычи нефти на месторождении:

• очистка ствола скважины удаляет грязь и прочий мусор, блокирующие каналы, по которым течет нефть;
• интенсификация скважины улучшает поступление нефти из зоны дренирования в ствол скважины; и
• усиление паводков за счет стимуляции микробной активности путем введения избранных питательных веществ, а иногда и местных микробов. С инженерной точки зрения MEOR — это система, объединяющая пласт, микробы, питательные вещества и протокол закачки в скважину.
• Повышение нефтеотдачи истощающихся горизонтальных сланцевых нефтяных скважин с многостадийными трещинами в нетрадиционных коллекторах сланцевой нефти .

СОДЕРЖАНИЕ

Итоги

Пока результаты MEOR объясняются двумя основными причинами:

Увеличение добычи нефти . Это делается путем изменения межфазных свойств системы нефть-вода-минералы с целью облегчения движения нефти через пористую среду . В такой системе микробная активность влияет на текучесть ( снижение вязкости , смешивающееся затопление); эффективность вытеснения (уменьшение межфазного натяжения , повышение проницаемости); эффективность охвата (контроль подвижности, выборочное закупоривание) и движущая сила (пластовое давление).

Уменьшите обводненность. Местные микробы, стимулированные введенными микробными питательными веществами, быстро растут и выборочно блокируют «зоны вора», отводят впрыскиваемую воду, чтобы смыть не вымытое масло.

Вышеупомянутые два обоснования демонстрируются в видеоролике Youtube, подготовленном New Aero Technology LLC .

Актуальность

Несколько десятилетий исследований и успешных приложений подтверждают заявления о том, что MEOR является зрелой технологией . Несмотря на эти факты, разногласия по-прежнему существуют. Успешные истории специфичны для каждого полевого приложения MEOR, однако опубликованная информация о поддерживающих экономических преимуществах отсутствует. Несмотря на это, существует консенсус в отношении того, что MEOR является одним из самых дешевых существующих методов повышения нефтеотдачи. Однако существует неясность в отношении того, будет ли развертывание MEOR успешным. Таким образом, MEOR является одним из приоритетных направлений будущих исследований, определенных Рабочей группой «Нефть и газ в 21 веке». Вероятно, это связано с тем, что MEOR является дополнительной технологией, которая может помочь извлечь 377 миллиардов баррелей нефти, которые невозможно извлечь с помощью традиционных технологий.

Предвзятость

До появления молекулярной микробиологии окружающей среды слово « бактерии » нечетко использовалось во многих областях для обозначения не охарактеризованных микробов, и такая систематическая ошибка затронула несколько дисциплин. Следовательно, слово «микроб» или « микроорганизм » будет предпочтительным в дальнейшем в тексте.

В Microbial EOR стимулируются только полезные микробы, такие как бактерии, уменьшающие количество нитратов (NRB). Неполезные бактерии, такие как сульфатредуцирующие бактерии (SRB), не стимулируются, потому что процесс MEOR только вводит нитрат в резервуар, но не вводит в него сульфат. Между тем, растущий NRB может контролировать активность SRB, снижать концентрацию H2S. В некоторой степени процесс MEOR может восстановить резервуар от кислого до сладкого.

История

Это было в 1926 году, когда Бекам предложил использовать микроорганизмы в качестве агентов для извлечения остатков нефти, захваченных в пористой среде. С тех пор были разработаны и тщательно проанализированы многочисленные исследования. В 1947 году ЗоБелл и его коллеги заложили основы нефтяной микробиологии применительно к добыче нефти, чей вклад будет полезен для первого патента MEOR, выданного Апдеграффу и его коллегам в 1957 году в отношении производства на месте агентов добычи нефти, таких как газы, кислоты, растворители. и биосурфактанты от микробной деградации патоки. В 1954 году были проведены первые полевые испытания на месторождении Лиссабон в Арканзасе, США. В то время Кузнецов открыл производство микробного газа из нефти. С этого года и до 1970-х годов интенсивные исследования велись в США, СССР, Чехословакии, Венгрии и Польше. Основной вид полевых экспериментов, разработанных в этих странах, заключался во введении экзогенных микробов. В 1958 году Хейннинген и его коллеги предложили селективное закупоривание биомассой, произведенной микробами. Нефтяной кризис 1970 г. вызвал большой интерес к активным исследованиям MEOR более чем в 15 странах. С 1970 по 2000 годы фундаментальные исследования MEOR были сосредоточены на микробной экологии и характеристике нефтяных пластов. В 1983 году Иванов и его коллеги разработали технологию послойной микробной активации. К 1990 году MEOR приобрела статус междисциплинарной технологии. В 1995 году обзор проектов MEOR (322) в США показал, что 81% проектов успешно увеличили добычу нефти, и не было ни одного случая снижения добычи нефти. Сегодня MEOR привлекает внимание благодаря своей низкой стоимости (менее 10 долларов США за дополнительный баррель) и низким требованиям к капитальным затратам (оператору не нужно вкладывать средства в наземные сооружения, такие как традиционные химические методы или меры по увеличению нефтеотдачи CO2, и он может сократить количество заполняющих буровых скважин. ). Несколько стран указали, что к 2010 году они могут пожелать использовать MEOR в одной трети своих программ по добыче нефти. Кроме того, поскольку Уолл-стрит, операторы сланцевой нефти и Министерство энергетики США осознают чрезвычайный коэффициент извлечения скважин сланцевой нефти в США (ниже более 10%), SBIR в США спонсировал первую в мире пилотную пробную скважину на сланцевую нефть с многоступенчатым гидроразрывом пласта с МГРП в 2018 году, «Полевые пробные испытания нового биологического процесса повышения нефтеотдачи пласта для извлечения нефти из нетрадиционных коллекторов» , проведенного New Aero Technology LLC .

Преимущества

Существует множество проверенных заявлений о преимуществах MEOR. На веб-сайте www.onepetro.com, поддерживаемом Обществом нефтяной инженерии, и на других веб-сайтах или в базах данных имеется множество публикаций . Некоторые полевые приложения также используются компаниями нефтяной микробиологии .

Преимущества можно резюмировать следующим образом:

• Инъекционные микробы и питательные вещества дешевы; (введение микробов устарело. Новая микробная технология EOR не требует введения микробов в резервуар, а только вводит питательные вещества для стимуляции местных микробов)
• проста в обращении в полевых условиях и не зависит от цен на нефть.
• Экономически привлекательно для зрелых нефтяных месторождений до ликвидации.
• Увеличивает добычу нефти.
• Существующие помещения требуют незначительных изменений.
• Легкое применение.
• Менее дорогая настройка.
• Низкое энергопотребление микробов для производства агентов MEOR.
• Более эффективен, чем другие методы увеличения нефтеотдачи, при применении в карбонатных нефтяных коллекторах.
• Микробная активность увеличивается с ростом микробов. Это противоположно случаю других добавок МУН по времени и расстоянию.
• Микробные питательные вещества поддаются биологическому разложению и поэтому могут считаться безвредными для окружающей среды .

Недостатки

• Росту микроорганизмов благоприятствуют: проницаемость слоя более 20 мД; пластовая температура уступает 85 0 С, соленость ниже 100000 частей на миллион и резервуар глубина меньше 3500м.
• Недавние случаи доказали отсутствие коррозии во время MEOR на основании результатов непрерывного полевого мониторинга. Кроме того, стимулированные местные микробы не влияют на качество сырой нефти, и нет никаких признаков увеличения количества микробов в производимой жидкости.

Окружающая среда нефтяного пласта

Нефтяные резервуары представляют собой сложные среды, содержащие живые ( микроорганизмы ) и неживые факторы ( минералы ), которые взаимодействуют друг с другом в сложной динамической сети питательных веществ и потоков энергии. Поскольку резервуар неоднороден, то же самое происходит и с разнообразными экосистемами, содержащими различные микробные сообщества, которые, в свою очередь, могут влиять на поведение резервуара и мобилизацию нефти.

Микробы — это живые машины , метаболиты которых , продукты экскреции и новые клетки могут взаимодействовать друг с другом или с окружающей средой, положительно или отрицательно, в зависимости от глобальной желаемой цели, например, повышения нефтеотдачи. Все эти объекты, то есть ферменты, внеклеточные полимерные вещества (EPS) и сами клетки, могут участвовать в качестве катализатора или реагентов. Такая сложность усугубляется взаимодействием с окружающей средой, которая играет решающую роль, влияя на клеточную функцию, то есть на генетическую экспрессию и производство белка.

Несмотря на эти фундаментальные знания о физиологии клеток , четкое понимание функции и структуры микробных сообществ в нефтяных резервуарах, то есть экофизиологии , по-прежнему отсутствует.

Целью MEOR является постоянное повышение нефтеотдачи за счет использования метаболических процессов местных полезных микробов.

Экологические ограничения

На рост и активность микробов одновременно влияют несколько факторов. В нефтяных коллекторах такие экологические ограничения позволяют устанавливать критерии для оценки и сравнения пригодности различных микроорганизмов. Эти ограничения могут быть не такими суровыми, как в других средах на Земле . Например, у рыхлых рассолов соленость выше, чем у морской воды, но ниже, чем у соленых озер . Кроме того, давление до 20 МПа и температура до 85 ° C в нефтяных пластах находятся в пределах, необходимых для выживания других микроорганизмов.

Некоторые экологические ограничения, создающие избирательное давление на клеточные системы, которое также может влиять на микробные сообщества в нефтяных пластах, включают:

Температура

Ферменты — это биологические катализаторы , на функцию которых влияет множество факторов, включая температуру , которая в различных диапазонах может улучшать или препятствовать ферментативно- опосредованным реакциям . Это повлияет на оптимальный рост клеток или метаболизм . Такая зависимость позволяет классифицировать микробы по диапазону температур, в котором они растут. Например: психрофилы ( Давление

Прямые эффекты

Влияние давления на рост микробов в условиях глубокого океана исследовали Зобелл и Джонсон в 1949 году. Они назвали те микробы , рост которых был усилен увеличением давления, барофильными. Другие классификации микроорганизмов основаны на том, подавляется ли рост микробов при стандартных условиях (пьезофилы) или выше 40 МПа (пьезотолеранты). С молекулярной точки зрения обзор Дэниела показывает, что при высоких давлениях двойная спираль ДНК становится более плотной, и, следовательно , затрагиваются как экспрессия генов, так и синтез белка .

Косвенный эффект

Повышение давления увеличивает растворимость газа , и это может повлиять на окислительно-восстановительный потенциал газов, участвующих в качестве акцепторов и доноров электронов , таких как водород или CO ₂ .

Размер / геометрия пор

Одно исследование пришло к выводу, что значительная бактериальная активность достигается, когда есть соединения пор, имеющих диаметр не менее 0,2 мкм. Ожидается, что размер и геометрия пор могут влиять на хемотаксис . Однако это не было доказано в условиях нефтяного пласта .

Кислотность от щелочности оказывает влияние на протяжении нескольких аспектов в жизни и не являющихся живых системах. Например:

Поверхностный заряд

Изменениям клеточной поверхности и толщины мембран может способствовать pH из-за его ионизирующей способности белков, встроенных в клеточную мембрану . Модифицированные ионные области могут взаимодействовать с минеральными частицами и влиять на движение клеток через пористую среду.

Ферментативная активность

Встроенные клеточные белки играют фундаментальную роль в транспортировке химических веществ через клеточную мембрану . Их функция сильно зависит от их состояния ионизации , которое, в свою очередь, сильно зависит от pH .

В обоих случаях это может происходить в изолированных или сложных микробных сообществах окружающей среды . До сих пор понимание взаимодействия между pH и микробными сообществами окружающей среды остается неизвестным, несмотря на усилия последнего десятилетия. Мало что известно об экофизиологии сложных микробных сообществ, и исследования все еще находятся в стадии разработки.

Окислительный потенциал

Окислительный потенциал (Eh, измеренный в вольтах), как и в любой реакционной системе, термодинамический движущей силой анаэробного дыхания , которое происходит в обедненной кислородом среде. Прокариоты относятся к клеткам, для которых анаэробное дыхание является метаболической стратегией выживания. Перенос электронов происходит вдоль и поперек клеточной мембраны (прокариоты не имеют митохондрий). Электроны передаются от донора электронов (молекула, которая окисляется анаэробно) к акцептору электронов (NO ₃ , SO ₄ , MnO ₄ и т. Д.). Чистый Eh между данным донором и акцептором электронов; ионы водорода и другие частицы на месте определят, какая реакция произойдет в первую очередь. Например, нитрификация иерархически более предпочтительна, чем восстановление сульфата. Это позволяет увеличить нефтеотдачу за счет отказа от H ₂ S, производимого биологическим путем , который является производным восстановленного SO ₄ . В этом процессе влияние снижения содержания нитратов на смачиваемость , межфазное натяжение , вязкость , проницаемость , производство биомассы и биополимеров остается неизвестным.

Состав электролита

Концентрация электролитов и других растворенных веществ может влиять на физиологию клетки. Растворение электролитов снижает термодинамическую активность (aw), давление пара и автопротолиз воды . Кроме того, электролиты способствуют градиенту ионной силы через клеточную мембрану и, следовательно, обеспечивают мощную движущую силу, позволяющую диффузию воды внутрь или наружу клеток. В естественной среде большинство бактерий неспособно жить при значении aw ниже 0,95. Однако некоторые микробы из гиперсоленой среды, такие как виды Pseudomonas и Halococcus, процветают при более низких значениях _w и поэтому представляют интерес для исследований MEOR.

Неспецифические эффекты

Они могут возникать при pH и Eh. Например, увеличение ионной силы увеличивает растворимость неэлектролитов («высаливание»), как в случае растворения диоксида углерода , регулятора pH в различных природных водах.

Биологические факторы

Хотя широко распространено мнение, что хищничество , паразитизм , синтрофизм и другие взаимосвязи также встречаются в микробном мире, мало что известно об этих взаимосвязях на MEOR, и они не учитывались в экспериментах MEOR.

В других случаях некоторые микроорганизмы могут процветать в средах с дефицитом питательных веществ (олиготрофия), таких как глубокие гранитные и базальтовые водоносные горизонты . Другие микробы, живущие в отложениях, могут использовать доступные органические соединения ( гетеротрофия ). Органическое вещество и продукты обмена между геологическими образованиями могут диффундировать и поддерживать рост микробов в отдаленных средах.

Механизм

Понимание механизма MEOR все еще далеко не ясное. Хотя в отдельных экспериментах было дано множество объяснений, неясно, проводились ли они для имитации условий нефтяных пластов.

Механизм можно объяснить с точки зрения клиента-оператора, который рассматривает ряд сопутствующих положительных или отрицательных эффектов, которые приведут к глобальной выгоде:

• Благоприятные эффекты . Биоразложение больших молекул снижает вязкость ; производство поверхностно-активных веществ снижает межфазное натяжение ; добыча газа обеспечивает дополнительную движущую силу давления; микробные метаболиты или сами микробы могут снижать проницаемость за счет активации вторичных путей потока. Растущие нитратредуцирующие бактерии будут конкурировать с пищевыми продуктами с сульфатредуцирующими бактериями и генерировать нитрит для уничтожения сульфатредуцирующих бактерий, таким образом подавляя активность сульфатредуцирующих бактерий, снижая концентрацию H2S, смягчая внутрискважинную коррозию, вызванную сульфатредуцирующими бактериями, кислотообразующими бактериями, и т.п.
• Смести не промокшее масло. Снижение проницаемости может быть выгодным из-за биоблокировки, если MEOR спроектирован и реализован должным образом. Если он не спроектирован и не используется должным образом, микробные метаболиты или сами микробы могут снизить проницаемость за счет активации вторичных путей потока путем осаждения: биомассы (биологическое засорение), минералов (химическое засорение) или других взвешенных частиц (физическое засорение). Положительно то, что прикрепление бактерий и развитие слизи, то есть внеклеточных полимерных веществ (EPS), способствует закупориванию высокопроницаемых зон (воровских зон), что приводит к повышению эффективности очистки.

Стратегии

Изменение экофизиологии нефтяного коллектора в пользу MEOR может быть достигнуто путем дополнения различных стратегий. Стимуляция микробов in situ может быть усилена химическим путем путем инъекции акцепторов электронов, таких как нитрат; легкая ферментируемая патока, витамины или поверхностно-активные вещества . Альтернативно, MEOR стимулируется путем введения экзогенных микробов, которые могут быть адаптированы к условиям нефтяного пласта и способны продуцировать желаемые MEOR-агенты (Таблица 1).

Таблица 1. Возможные применения продуктов и агентов MEOR, продуцируемых микроорганизмами.

Агенты MEOR	Микробы	Товар	Возможное применение MEOR
Биомасса, т.е. стая или биопленка	Bacillus sp.	Клетки и ЭПС (в основном экзополисахариды)	Выборочное закупоривание нефтенасыщенных зон и изменение угла смачиваемости
Leuconostoc
Ксантомонады
ПАВ	Acinetobacter	Эмульсан и аласан	Эмульгирование и деэмульгирование за счет снижения межфазного натяжения
Bacillus sp.	Сурфактин, рамнолипид , лихенизин
Псевдомонады	Рамнолипид, гликолипиды
Rhodococcus sp.	Вискозин и трегалоселипиды
Артробактер
Биополимеры	Xanthomonas sp.	Ксантановая камедь	Модификация профиля приемистости и вязкости, селективное закупоривание
Aureobasidium sp.	Пуллулан
Bacillus sp.	Леван
Alcaligenes sp.	Курдлан
Leuconostoc sp.	Декстран
Sclerotium sp.	Склероглюкан
Brevibacterium
Растворители	Clostridium , Zymomonas и Klebsiella	Ацетон, бутанол, пропан-2-диол	Растворение породы для увеличения проницаемости, снижение вязкости нефти
Кислоты	Clostridium	Пропионовая и масляная кислоты	Повышение проницаемости, эмульгирование
Энтеробактер
Смешанные ацидогены
Газы	Clostridium	Метан и водород	Повышенное давление, набухание масла, уменьшение межфазного сечения и вязкости; увеличить проницаемость
Энтеробактер
Метанобактерии

Эти знания были получены в результате экспериментов с чистыми культурами, а иногда и со сложными микробными сообществами, но экспериментальные условия далеки от того, чтобы имитировать те, которые преобладают в нефтяных коллекторах. Неизвестно, зависят ли продукты метаболизма от роста клеток , и к заявлениям в этом отношении следует относиться с осторожностью, поскольку выработка метаболита не всегда зависит от роста клеток.

Биомасса и биополимеры

При селективном закупорке кондиционированные клетки и внеклеточные полимерные вещества закупоривают зоны с высокой проницаемостью, что приводит к изменению направления заводнения на богатые нефтью каналы, что, в свою очередь, увеличивает эффективность извлечения нефти при заводнении. На производство биополимеров и образовавшуюся в результате биопленку (менее 27% клеток, 73-98% EPS и пустоты) влияют химический состав воды, pH, поверхностный заряд , физиология микробов, питательные вещества и поток жидкости.

Биосурфактанты

Поверхностно-активные вещества, полученные из микробов, то есть биосурфактанты, снижают межфазное натяжение между водой и маслом, и поэтому требуется более низкое гидростатическое давление для перемещения жидкости, захваченной в порах, чтобы преодолеть капиллярный эффект . Во-вторых, биосурфактанты способствуют образованию мицелл, обеспечивая физический механизм мобилизации масла в движущейся водной фазе. Гидрофобные и гидрофильные соединения играют роль и привлекли внимание в исследованиях MEOR, а основными структурными типами являются липопептиды и гликолипиды, являющиеся гидрофобной частью молекулы жирной кислоты . Биосурфактант, продуцируемый Pseudomonas putida, демонстрирует более высокое межфазное натяжение ( 51-8 мН / м) между маслом и водой, что необходимо для легкой мобилизации масла.

Газ и растворители

В этой старой практике добыча газа оказывает положительное влияние на добычу нефти за счет увеличения перепада давления, управляющего движением нефти. Метан, получаемый в результате разложения нефти в анаэробных условиях, мало влияет на MEOR из-за его высокой растворимости при высоких давлениях. Двуокись углерода также является хорошим агентом MEOR. Смешивающийся CO ₂ конденсируется в жидкую фазу, когда легкие углеводороды испаряются в газовую фазу . Несмешивающийся CO ₂ способствует насыщению масла, что приводит к набуханию и снижению вязкости жидкой фазы и, как следствие, к улучшению мобилизации за счет дополнительного рабочего давления. Одновременно другие газы и растворители могут растворять карбонатную породу , что приводит к увеличению проницаемости и пористости породы.

Полевые исследования

Подробно рассмотрены полевые приложения MEOR во всем мире. Хотя точное количество полевых испытаний неизвестно, Lazar et al. предложил порядка сотни. Успешные полевые испытания MEOR были проведены в США, России, Китае, Австралии, Аргентине, Болгарии, бывшей Чехословакии, бывшей Восточной Германии , Венгрии, Индии, Малайзии, Перу, Польше и Румынии. Лазар и др. предположил, что Китай является лидером в этой области, а также обнаружил, что наиболее успешное исследование было проведено на месторождении Альтон в Австралии (40% увеличение добычи нефти за 12 месяцев).

Большинство полевых испытаний было проведено в коллекторах песчаника и очень мало — в трещиноватых коллекторах и карбонатах. Единственные известные морские полевые испытания проводились в Норне (Норвегия) и Бокоре (Малайзия).

Как указано в обзоре Lazar et al., При полевом применении использовались различные подходы, такие как введение экзогенных микроорганизмов (микробное затопление); контроль отложения парафина; стимуляция аборигенных микробов; закачка биополимеров, произведенных ex situ ; голодали отобранные ультрамикробы (отобранные закупорки); селективная закупорка за счет уплотнения песка из-за биоминерализации и закупоривания трещин в карбонатных пластах; манипуляции с питательными веществами местных резервуарных микробов для производства ультрамикробов; и адаптированные смешанные накопительные культуры.

Сообщаемые результаты MEOR из полевых испытаний сильно различаются. Строгие контролируемые эксперименты отсутствуют и могут быть невозможны из-за динамических изменений в пласте при добыче нефти. Кроме того, неизвестны экономические преимущества этих полевых испытаний, и неизвестен ответ на вопрос, почему другие испытания не увенчались успехом. Невозможно сделать общие выводы, поскольку физические и минералогические характеристики представленных нефтяных коллекторов были разными. Следовательно, экстраполяция таких выводов нежизнеспособна.

Большинство успешных полевых исследований было проведено компанией Glori Energy Inc. в Хьюстоне. У него есть успешные истории в Канзасе, Калифорнии, Канаде, Бразилии и т . Д. Полевые приложения можно найти на веб-сайте нового владельца интеллектуальной собственности Глори .

Модели

Было опубликовано множество попыток моделирования MEOR. До сих пор неясно, отражают ли теоретические результаты немногочисленные опубликованные данные. Разработка математических моделей для MEOR является очень сложной задачей, поскольку необходимо учитывать физические, химические и биологические факторы.

Опубликованные модели MEOR состоят из транспортных свойств, законов сохранения , локального равновесия, нарушения теории фильтрации и физического напряжения. Такие модели пока что упрощенные и были разработаны на основе:

(A) Основные законы сохранения, рост клеток, кинетика удерживания биомассы и биомассы в масляной и водной фазах. Основная цель заключалась в прогнозировании сохранения пористости в зависимости от расстояния и времени.

(B) модель фильтрации для выражения бактериального транспорта как функции размера пор; и связать проницаемость со скоростью проникновения микробов, применяя закон Дарси.

Химическая кинетика является фундаментальной для связывания образования биопродуктов с потоками водных организмов и взвешенных микробов. Также использовались полностью численные подходы. Например, связанные нелинейные параболические дифференциальные уравнения: добавление уравнения для скорости диффузии микробов и их захвата пористой средой; уравнения дифференциального баланса для переноса питательных веществ, включая эффект адсорбции; и предположение о кинетике роста бактерий на основе уравнения Моно .

Уравнение Моно обычно используется в программном обеспечении для моделирования, но его поведение ограничено из-за несоответствия закону действия масс, который лежит в основе кинетической характеристики роста микробов. Применение закона действия масс к микробным популяциям приводит к линейному логистическому уравнению . Если закон действия масс применяется к процессу, катализируемому ферментами, он приводит к уравнению Михаэлиса-Ментен , на которое опирается Моно. Это затрудняет производство биоповерхностно-активного вещества in situ, поскольку требуется контролируемое экспериментирование для определения конкретной скорости роста и параметров Михаэлиса-Ментен ограничивающей скорость ферментативной реакции.

Моделирование биоблокировки затруднено, потому что производство закупоривающего метаболита нелинейно связано с ростом микробов и потоком питательных веществ, переносимых в жидкости.

Экофизиология всего микробного микрокосма в условиях нефтяного пласта все еще не ясна и, следовательно, не учитывается имеющимися моделями. Микроорганизмы — это своего рода катализатор, активность (физиология) которого зависит от взаимодействия с другими микробами и окружающей средой (экология). В природе живые и неживые элементы взаимодействуют друг с другом в сложной сети питательных веществ и энергии. Некоторые микробы производят внеклеточные полимерные вещества, и поэтому при их поведении в разливочной среде необходимо учитывать как заселение EPS, так и сами микробы. В этом отношении отсутствуют знания, и поэтому цель максимального увеличения урожайности и минимизации затрат остается недостижимой.

Реалистичные модели для MEOR в условиях нефтяного пласта отсутствуют, а описанные модели с параллельными порами имели фундаментальные недостатки, которые были преодолены моделями, учитывающими закупорку пор микробами или биопленками, но такие модели также имеют недостаток, заключающийся в том, что они являются двумерными. . Использование таких моделей в трехмерных моделях не было доказано. Неизвестно, могут ли они быть включены в популярное программное обеспечение для моделирования нефтяных месторождений. Таким образом, для полевой стратегии необходим симулятор, способный прогнозировать рост и перенос бактерий через пористую сеть, а также производство MEOR-агентов на месте.

Источник