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.
