Еще на этапе формирования залежей аэробные и анаэробные микроорганизмы участвуют в определении наиболее важных показателей разработки. В частности, аэробные микроорганизмы, к которым относятся углеводородокисляющие бактерии (УВО) и актиномицеты (АКМ), активно развиваются в присутствии кислорода, определяют фракционный состав углеводородов в залежи и вырабатывают метаболиты для анаэробных микроорганизмов. Анаэробные метанобразующие бактерии (МОБ) определяют состав газовой фазы. Также анаэробные азотвосстанавливающие (АВБ) и сульфатвосстанавливающие (СВБ) бактерии – минеральный состав попутных вод и фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) коллектора (рис. 1).

Исходя из анализа микробиологического состава попутных вод месторождений Удмуртской Республики, представленных преимущественно залежами среднего карбона, можно утверждать, что до начала разработки залежей в попутно добываемой воде преобладают УВО и АКМ (рис. 2). Это означает, что изначально пласты обладают хорошими ФЕС и оптимально подходят для разработки стандартными методами ввиду невысокой концентрации СВБ. Однако с началом заводнения залежей концентрация УВО и АКМ кратно сокращается, а содержание СВБ, напротив, возрастает, что приводит к закислению нефти и значительному ухудшению ФЕС пласта.

Применение специальных реагентов (ингибиторов коррозии) позволяет удерживать содержание СВБ на определенном уровне, но при этом число отказов внутрискважинного оборудования остается высоким (рис. 3, 4).

Нам удалось существенно снизить число отказов по причине воздействия СВБ только в части коррозии внутрипромысловых трубопроводов, однако положительный результат был достигнут за счет кратного увеличения затрат на проведение ингибиторных обработок (рис. 5).

Основная причина низкой эффективности ингибиторной защиты заключается в адаптационном механизме СВБ. При использовании разрешенных бактерицидов период адаптации составляет от 6 до 9 мес, по истечении которых бактерии адаптируются, и колония продолжает развиваться.

ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ

В настоящий момент существуют три основных варианта применения микробиологических методов воздействия на нефтяные и газовые залежи. Первый из них – это закачка метаболитов, синтезированных на поверхности. К этой категории, в частности, относится метод полимерного заводнения, реализованный на месторождении Даган в Китае. К преимуществам данной технологии относятся возможность контроля свойств вытесняющего агента, а также возможность влияния на определенные параметры разработки, например, вязкость агента закачки, к недостаткам – ограниченная область применения.

Второй принцип – закачка инородных микроорганизмов с питательной средой, которая в настоящий момент широко применяется на месторождении Атабаска в Канаде. Основные преимущества технологии заключаются в возможности определения времени и характера воздействия на залежь, недостатки – ограниченная область применения и необходимость поддержания жизнедеятельности микроорганизмов в пластовых условиях.

И третий принцип – это стимуляция собственной микрофлоры пласта. В России данная технология применяется, к примеру, на Ромашкинском месторождении в Татарстане (мелассное заводнение). К ее преимуществам можно отнести возможность использования потенциала собственной микрофлоры пласта и, как следствие, комплексного воздействия на процесс разработки залежи. Среди недостатков – большое количество исследований, необходимых для адаптации питательной среды и точного воздействия на параметры разработки, а также высокие временные затраты на подбор технологии.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ MEOR

В 2016 году авторами была разработана комплексная технология микробиологического воздействия на углеводородные залежи месторождений (MEOR) Удмуртской Республики. В рамках проекта также были выполнены обзор существующих технологий MEOR и анализ опыта их применения, разработана и испытана в лабораторных условиях новая технология воздействия на залежи, подготовлены рекомендации по ее внедрению и мониторингу эффективности применения, а также определены перспективы дальнейшего развития.

Проведенные нами исследования показали, что технологии MEOR достаточно давно и успешно применяются за рубежом: в Китае, Канаде, США, Иране и других странах. Пик их развития приходится на 2010-е годы. При этом динамика внедрения остается положительной. В России же, несмотря на все преимущества технологии, MEOR применяются в значительно меньших объемах, которые продолжают снижаться начиная с 1980-х годов (рис. 6, 7).

Принцип действия разработанной авторами технологии заключается в следующем: «коктейли» из микроорганизмов семи штаммов в питательной лактозной среде закачиваются в скважину, вследствие чего происходит стимуляция собственной микрофлоры пласта с образованием полезных метаболитов (углеводородных кислот, спиртов и альдегидов). Следующий этап – это стимуляция АВБ, которая приводит к подавлению колонии СВБ и, как результат, росту продуктивности добывающей скважины (рис. 8).

В ходе лабораторных испытаний установлено, что при температуре 20°С вязкость эмульсии снижается на 10%, а численность СВБ даже без применения бактерицидов сокращается в разы, тогда как доля легкой фракции углеводородов (ЛФУ) в продукции скважины увеличивается на 17% (рис. 9, табл.).

Для проведения ОПИ новой технологии был выбран верейский объект Мишкинского месторождения, характеризующийся наличием значительного количества остаточных запасов и высокой степенью зараженности СВБ – от 105 до 106 кл./мл попутно добываемой воды. Несмотря на то, что большинство скважин месторождения были пробурены в 2012 году, отмечается постепенное снижение их продуктивности вследствие влияния СВБ.

В ходе гидродинамического моделирования были получены следующие результаты: в первый год эффект (прирост добычи) от трех обработок скважин составит 2,6 тыс. т, средний прирост дебита нефти на одно ГТМ – 2,4 т/сутки. По результатам исследований, проведенных в Казанском технологическом университете, расчетное увеличение коэффициента продуктивности для нефти составляет 6,2%, для жидкости – 15,3%.

ВНЕДРЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

На рис. 10 показана «дорожная карта» внедрения новой технологии. По нашим оценкам, подготовительный этап занимает примерно два месяца. В течение этого времени выполняется анализ параметров работы скважин участка и ведется подготовка реагента. Обработка скважин производится за неделю. Время ожидания полной реакции составляет ориентировочно от трех до девяти месяцев. Основной эффект будет заключаться в росте добычи нефти вследствие увеличения продуктивности скважин, подавлении колонии СВБ, росте межремонтного периода работы (МРП) погружного оборудования скважин и нефтепромысловых линий, стабилизации линейных давлений и улучшении качества подготовки нефти.

Мониторинг эффективности технологии MEOR осуществляется по трем направлениям: 1) динамика продуктивности добывающих скважин; 2) динамика микробиологического состава попутных вод; 3) динамика количества клеток СВБ и содержания сероводорода. Данный процесс также можно моделировать при помощи ПО Tempest при условии использования алгоритмов моделирования, представленных в диссертации А.А. Ситникова1, которые позволяют прогнозировать не только распределение численности колоний микроорганизмов, но и фронт вытеснения их метаболитов.

В заключение отметим, что предлагаемая технология обладает широкими перспективами дальнейшего развития. Прежде всего, это адаптация культивированной смеси микроорганизмов к соленым (высокоминерализованным) водам. В настоящий момент верхний предел составляет 70 мг/литр. Также реагент может быть использован для воздействия на залежи сверхвязкой нефти, например, вендского и башкирского объектов Шарканского и Тимеевского месторождений соответственно. Это позволит расширить возможности применения технологии с целью вовлечения в разработку нерентабельных запасов нефти.

Наконец, микроорганизмы могут быть использованы в том числе для биоремедиации нефтешлама, то есть для очистки земель от нефтезагрязнений. При этом будут значительно снижены как экологические, так и финансовые риски, связанные с проведением подобных операций.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ситников А.А. Математическое моделирование микробиологических методов воздействия на трещиннопоровый карбонатный пласт: дис. канд. техн. наук, М.: Гос. академия нефти и газа имени И.М. Губкина, 1997.