Микробиологический способ увеличения нефтеотдачи

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к области микробиологии и, в частности, касается микробиологического способа увеличения нефтеотдачи. Уровень техники Нефть, находящуюся под землей в горных породах типа песчаника или мела, обычно добывают путем бурения до нефтеносных отложений и выхода нефти из скважины вследствие избыточного давления. Этот способ известен как первичная добыча. После истощения избыточного давления его, как правило, повышают искусственно, например, закачивая воду в отложения для извлечения оттуда оставшейся нефти. Этот способ известен как вторичная добыча. Однако, даже после вторичной добычи в отложениях все еще остается большое количество нефти. В случае нефти из Северного моря оно может составлять до 75% от исходного содержания нефти. Более половины оставшейся нефти, вероятно, находится в виде капель и канальцев, вкрапленных в пласт, в который закачивали воду, а остальная нефть находится в полостях, отрезанных от выхода из месторождения. Настоящее изобретение касается добычи этой доступной, но вкрапленной в породу нефти, остающейся в пластах. Для решения этой задачи предлагался целый ряд способов повышения нефтеотдачи. Один из подходов заключается в сочетании давления с изменением вязкости добываемой нефти и/или воды. Так, для снижения вязкости нефти в пласт добавляют растворитель, СО 2 или пар, что ведет к высвобождению нефти. С другой стороны, в закачиваемую воду можно добавить повышающие вязкость добавки типа полимеров,что приведет к преимущественному отделению нефти. Однако применение СО 2 имеет тот недостаток, что образуется твердый осадок, а применение пара эффективно только в мелких залежах при низкой температуре, тогда как другие добавки очень дороги. Другой подход заключается в изменении поверхностного натяжения и капиллярных сил,так что вода под давлением легче проникает в поры и канальцы. Этого можно достичь закачкой щелочной воды или с помощью детергентов. Однако эти подходы тоже оказываются дорогостоящими. Следующим подходом является внутрипластовое горение. Оно состоит в закачке воздуха или кислорода в пласт и поджигании нефтегазовой смеси. По теории, выделение тепла ведет к повышению подвижности легких фракций по мере продвижения фронта горения по пласту, тогда как сгорают тяжелые смолы. Однако на практике этот процесс почти невозможно контролировать, поскольку газы поднимают 003892 2 ся наверх, а вода скапливается внизу, что ведет к образованию неровного фронта горения. Четвертым подходом является микробиологическое увеличение нефтеотдачи (МУНО). Оно заключается в применении микроорганизмов (к примеру, бактерий) для отделения нефти,и для этого предлагалось несколько систем. В случае рыхлых отложений типа нефтеносных сланцев содержащую нефть породу можно откачивать в виде водного шлама на поверхность в отстойники, где она подвергается воздействию аэробных бактерий, как описано в US 2907389. Наличие кислорода приводит к росту бактерий,использующих нефть в качестве источника углерода. При этом бактерии вырабатывают поверхностно-активные вещества, под действием которых нефть отделяется в виде капель. Капли нефти обладают меньшей плотностью, чем вода,поэтому они всплывают на поверхность. После этого нефть собирают. К сожалению, эту систему невозможно применять к сцементированным породам, особенно когда они находятся под водой. Методы МУНО in situ обычно подразделяются на две категории: системы из аэробных бактерий, например, как описано в US 3332487,и системы из анаэробных бактерий, как описано в WO 89/10463. Само наличие нефти в пласте означает, что там не может быть анаэробных бактерий, питающихся нефтью в данных условиях. Поэтому предполагается, что в системах из анаэробных бактерий необходимо обеспечивать источник углерода или "питания". Однако при этом выбирают (намеренно или естественным путем) такие бактерии, которые наиболее приспособлены в данных условиях к потреблению применяемых питательных веществ. Они не приспособлены специально к нефти, поэтому они действуют на нефть лишь как на побочный продукт, следовательно, в этих системах из анаэробных бактерий нефть выделяется очень медленно. Отсутствие кислорода в нефтеносных пластах означает, что при применении аэробных систем необходимо обеспечивать подачу кислорода. Однако при применении аэробных бактерий и подаче в пласт кислорода (или воздуха,содержащего кислород) возникает далеко не удовлетворительная ситуация. Во-первых, сразу же происходит разделение на газовую и водную фазы, что сильно осложняет контроль за системой и практически ограничивает работу системы периодическим режимом. Во-вторых, при этом выделяется много тепла, что представляет значительную опасность взрыва ввиду высокого содержания кислорода в газовой фазе и наличия горючего материала. Следовательно, необходимо применять охлаждающие средства. Один из подходов к решению этих проблем описан в WO 92/13172. В нем описан микробиологический способ увеличения нефтеотдачи для получения нефти из второго нефтенос 3 ного пласта, причем в пласте имеется входная скважина в одной точке и выходная скважина в другой точке, а способ включает подачу в пласт воды, содержащей источник кислорода, способный давать, по меньшей мере, 5 мг/л свободного кислорода, через первую точку, находящуюся на некотором расстоянии от второй точки, при этом создаются условия для роста микроорганизмов, либо уже находящихся в пласте, либо введенных вместе с содержащей кислород водой, используется нефть в качестве главного источника углерода и содержащийся в нагнетаемой воде кислород в качестве главного источника кислорода, и при этом образуется слой биомассы, вытесняющей из породы нефть, которая затем выходит через выходную скважину при закачке воды. В этой системе, по мере удаления от нагнетательной скважины, кислород становится лимитирующим фактором роста вследствие расходования его микроорганизмами. Скорость роста микроорганизмов, конечно, зависит от наличия кислорода. В этой системе требуется максимальный рост, поэтому желательно поддерживать высокую концентрацию кислорода в подаваемой воде (а также в нарастающем слое биомассы). В последние годы полевые испытания в Австрии показали, что применение этой системы позволяет достичь трехкратного увеличения нефтедобычи. Однако обнаружилось, что эта система эффективна только на близком расстоянии от точки подачи кислорода. Кроме того, было бы желательно избежать подачи кислорода, чтобы избежать проблемы коррозии. Это особенно важно в ситуациях, когда подверженное коррозии оборудование находится далеко и/или его замена трудна или дорого обходится. Сущность изобретения Известно, что сульфат-редуцирующие бактерии (СРБ), нитрат-редуцирующие бактерии(НРБ), железо-редуцирующие бактерии (ЖРБ) и ацетогенные бактерии могут расти анаэробно на нефти, если они получают необходимые неорганические вещества. Лабораторные исследования показали, что кислород можно заменить определенными ростовыми факторами, например витаминами, и при этом добиться снижения остаточной концентрации нефти. Таким образом, целью настоящего изобретения является получение нефти методом микробиологического увеличения нефтеотдачи, в котором предпочтительно не применяется закачка кислорода. Другой целью настоящего изобретения является создание микробиологического способа увеличения нефтеотдачи, который будет эффективным на большем расстоянии. Согласно изобретению предусматривается микробиологический способ увеличения нефтеотдачи для получения нефти из нефтеносного пласта, причем в пласте имеется входная и вы 003892 4 ходная скважины, а способ включает подачу в пласт воды, содержащей источник витаминов,фосфаты и акцептор электронов, при этом создаются условия для роста микроорганизмов(анаэробных или факультативно анаэробных бактерий), либо уже находящихся в пласте, либо введенных вместе с витаминами, фосфатами и акцептором электронов, используется нефть в качестве главного источника углерода, и при этом образуется слой биомассы, вытесняющей из породы нефть, которая выходит через выходную скважину. Донором электронов предпочтительно служит нитрат, добавляемый в виде соли кальция, калия, натрия или аммония, хотя могут применяться и сульфаты. Предпочтительно входная скважина в первой точке находится на некотором расстоянии от выходной скважины во второй точке, хотя эти скважины могут совпадать, представляя собой эксплуатационную скважину. Предпочтительно в подаваемой воде практически не содержится кислорода. Бактерии - это разлагающие нефть анаэробные и/или факультативно анаэробные бактерии. Предпочтительно они, в основном, включают виды СРБ, НРБ, ЖРБ и/или ацетогенных бактерий. Витамины предпочтительно включают один или несколько или смесь из витаминов В 12, биотина, фолиевой кислоты, никотиновой кислоты, аминобензойной кислоты, пантотената кальция, пиридоксинаHCl, рибофлавина, тиамина и липоевой кислоты. Витамины и др. предпочтительно вводятся в пласт непрерывно. С другой стороны, их можно вводить периодически, к примеру 1 раз в день. Индивидуальные концентрации витаминов в подаваемой воде предпочтительно находятся в пределах от 1 до 1000 мкг/л, более предпочтительно в пределах от 10 до 100 мкг/л. Предпочтительно скорость прохождения подаваемой воды через нефтеносный пласт составляет от 0,1 до 15 м/день, более предпочтительно от 0,3 до 2 м/день. Поскольку вытесняемая нефть движется вперед, то микроорганизмы, находящиеся за линией фронта, не будут получать нефть и перейдут в состояние покоя или будут пожирать друг друга. Тем самым регулируется толщина слоя биомассы и обеспечивается поступление витаминов, фосфатов и акцептора электронов в переднюю часть слоя и обработка новой порции нефти. Таким образом, фронт проходит через нефть в сторону выходной скважины, а вытесняемая нефть постоянно уносится нагнетаемой водой. В процессе естественного отбора будут развиваться только наиболее приспособленные микроорганизмы, и именно они будут наиболее эффективно использовать нефть. Поэтому они будут наиболее эффективно вытеснять нефть,вероятно, путем выделения поверхностно 5 активных веществ. Однако вследствие вымывающего действия нагнетаемой воды происходит удаление вытесняемой нефти, так что лишь очень небольшая часть нефти в действительности будет потребляться самой биомассой. Одна из теорий того, как происходит вытеснение нефти, состоит в том, что нефть расщепляется на мелкие капли под действием поверхностно-активных веществ, а затем эти капли уносятся водой. Однако авторы настоящего изобретения считают, что нефть изначально находится в виде длинных нитей или полосок в пористой породе, а поверхностно-активные вещества действуют только на какую-то их часть. При этом происходит общее уменьшение сил внутреннего трения, удерживающих полоску, и она не разбивается на части под действием поверхностно-активных веществ, а вытесняется полностью под давлением нагнетаемой воды. Микроорганизмами могут служить любые подходящие анаэробные и/или факультативно анаэробные бактерии. К их числу относятся СРБ, НРБ, ЖРБ и ацетогенные бактерии. Эти бактерии можно подвергнуть предварительной селекции, культивируя в подаваемой воде в конкретных условиях. Примеры подходящих нитратов и фосфатов - NaNO3, KНО 3, NH4NO3, Са(NО 3)2, Na2HPO4 и K2 НРO4. Если же нужны сульфаты, то они уже имеются в морской воде. Предполагается, что при применении системы согласно настоящему изобретению подвижный слой биомассы может эффективно удалить всю нефть на своем пути. Она будет либо вытесняться и уноситься водой, либо будет потребляться и подвергаться химическим превращениям, хотя какая-то часть останется. Высвобожденную нефть можно отделить от воды, минералов и органического материала общепринятыми способами, однако желательно свести к минимуму контакт с воздухом до отделения,чтобы избежать дальнейшего воздействия микроорганизмов на нефть. Перечень фигур Изобретение может осуществляться различными способами, и далее будет описано одно воплощение в качестве примера с помощью прилагаемых чертежей, на которых на фиг. 1 представлено схематическое вертикальное сечение, показывающее момент запуска способа по настоящему изобретению в остаточном нефтеносном пласте; на фиг. 2-4 представлены такие же упрощенные схемы, показывающие последовательные стадии процесса. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1 представлена подводная нефтяная скважина, которая служила для первичной/вторичной добычи посредством нагнетательной скважины 10. Ниже уровня моря 11 находятся различные глубинные слои 12, оста 003892 6 точный нефтеносный пласт 13 и подстилающая коренная порода 14. Эксплуатационная (выходная) скважина 15 и нагнетательная (входная) скважина 10 доходят до пласта 13. В случае нефтепромыслов Северного моря типа месторождения Gullfaks пласт 13 может представлять собой сцементированный песчаник, в котором имеется большое количество плотно вкрапленной нефти и который заводнен пластовой и нагнетаемой водой, не содержащей кислорода. Подаваемая вода 17 закачивается в пласт 13 через нагнетательную скважину 10. Если в пласте 13 нет подходящих анаэробных бактерий, попавших туда естественным путем либо при проводившихся ранее работах, то анаэробные бактерии вводятся через нагнетательную скважину 10, например, вместе с подаваемой водой 17. Подаваемая вода 17 содержит витамины и минеральные добавки, включая нитраты и фосфаты, но практически не содержит кислорода. Когда бактерии приходят в контакт с витаминами и минералами в подаваемой воде 17 и с нефтью, они поедают нефть и размножаются,образуя биопленку, превращают часть нефти в легкие фракции и вырабатывают поверхностноактивные вещества или детергенты. Эксплуатационная скважина 15 действует в качестве стока, при этом происходит общее перемещение продуцируемого микроорганизмами биоорганического материала (биопленки), нефти и пластовой/закачиваемой воды от нагнетательной скважины 10 по направлению к эксплуатационной скважине 15. Закачиваемая вода 17 движется через пласт 13 по направлению к скважине 15 со скоростью около 0,1-15 м/день, перемещая перед собой пластовую/нагнетаемую воду. Пластовая вода выходит через скважину 15. Поверхностноактивные вещества, вырабатываемые биопленкой 16, способствуют уменьшению тех сил, что удерживают нефть в породе, при этом поток нагнетаемой воды 17 вытесняет нефть 18 и перемещает еe вперед через пласт 15. По мере того, как нагнетаемая вода 17 проходит через биопленку 16, растущие бактерии потребляют витамины и минералы, а также часть нефти, но основная масса нефти вытесняется и перемещается вперед нагнетаемой водой. Бактерии на переднем конце слоя попадают на налипшую нефть и размножаются, вытесняя при этом нефть. Однако бактериям на заднем конце не хватает пищи (нефти), поэтому они погибают. При этом слой бактерий постоянно перемещается через пласт 13 со скоростью от 0,1 до 15 м/день. Как видно из фиг. 3, вытесняемая нефть 18 вытекает из скважины 15 вместе с нагнетаемой водой. Ее собирают на поверхности и проводят разделение известными способами. В конечном счете биопленка 16 достигает скважины 15, которую затем закрывают, как показано на фиг. 4. После этого в пласте 13 больше не останется нефти, которая раньше там была. Следует иметь в виду, что фиг. 1-3 показывают действие изобретения в одном измерении,но на практике все будет значительно сложнее. В частности, на скважину 15 будут сходиться бактерии 16 с нескольких или со всех направлений, как изображено схематически на фиг. 4. Кроме того, вероятно, в эксплуатации будут находиться несколько скважин одновременно. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ микробиологического увеличения нефтеотдачи для получения нефти из нефтеносного пласта, в котором имеется входная скважина и выходная скважина, включающий подачу в пласт воды, содержащей источник витаминов, фосфаты и акцептор электронов, при этом создаются условия для роста микроорганизмов (анаэробных или факультативно анаэробных бактерий), либо уже находящихся в пласте, либо введенных вместе с витаминами,фосфатами и акцептором электронов, используется нефть в качестве главного источника углерода, при котором образуется слой биомассы,вытесняющей из породы нефть, выходящую через выходное отверстие. 2. Способ по п.1, в котором акцептором электронов служит нитрат. 3. Способ по п.1 или 2, в котором входная скважина в первой точке находится на некотором расстоянии от выходной скважины во второй точке. 8 4. Способ по п.1 или 2, в котором входная скважина совпадает с выходной скважиной. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором подающаяся вода практически не содержит кислорода. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором бактерии, в основном,включают виды сульфат-редуцирующих бактерий, нитрат-редуцирующих бактерий, железоредуцирующих бактерий и/или ацетогенных бактерий. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором витамины включают один или несколько из следующих витаминов: В 12,биотина, фолиевой кислоты, никотиновой кислоты, аминобензойной кислоты, пантотената кальция, пиридоксинаHCl, рибофлавина, тиамина и липоевой кислоты. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором витамины вводят в пласт непрерывно. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором концентрация витаминов в подаваемой воде составляет от 1 до 1000 мкг/л. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором скорость прохождения подаваемой воды через нефтеносный пласт составляет от 0,1 до 15 м/день. 11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором микроорганизмы вырабатывают поверхностно-активные вещества, под действием которых происходит вытеснение нефти. 12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором нефтеносный пласт содержит более одной выходной скважины.