Способ обработки углеводородоносного пласта

1 Настоящее изобретение относится к способу обработки углеводородоносного пласта, и в особенности такой способ применим к добыче нефти усовершенствованным микробиологическим способом из пласта нефтеносной породы. В том случае, когда нефть присутствует в таких пластах подземных формаций, как песчаник или известняк, обычно указанные породы разрабатывают путем бурения нефтеносных пластов, в результате чего существующее избыточное давление вытесняет нефть на поверхность буровой скважины. Такую операцию обычно называют первичным извлечением. По мере истощения пласта естественного избыточного давления становится недостаточно, и его(избыточное давление) обычно создают искусственно, например, нагнетанием воды в формации с целью вымывания заполимеризованной нефти. Такая операция известна под названием вторичного извлечения. Однако даже после вторичного извлечения большая часть нефти остается в формации; при добыче нефти в Северном море это количество составляет до 75% от исходного количества нефти. Вероятно, более половины такой оставшейся нефти находится в виде капелек и каналов, прилипших к заводненным пластам формации, тогда как остаточное количество нефти может находиться в карманах, которые образуются на выходах из породы. Настоящее изобретение относится к извлечению доступной, но прилипшей нефти,оставшейся в пластах породы. Для решения такой задачи было предложено большое число усовершенствованных способов нефтедобычи. Один из предложенных подходов состоит в объединенном действии давления и изменении вязкости нефти и/или присутствующей воды. В соответствии с таким предложением в пласт добавляют разбавитель,или СО 2, или пар с целью уменьшения вязкости нефти, в результате чего нефть приобретает способность к движению. Другое решение состоит в том, что используют добавки, повышающие вязкость, например полимеры, которые добавляют в нагнетаемую воду, в результате чего происходит преимущественное вытеснение нефти. Однако применение СО 2 нежелательно в связи с образованием накипи, использование пара эффективно только в случае неглубоких пластов с низкой температурой, а другие добавки очень дороги. Другой подход к решению указанной проблемы состоит в изменении поверхностного натяжения и капиллярных сил, вследствие чего вода под давлением более доступна в отношении пор и каналов. Такой эффект может достигаться путем щелочного заводнения или с помощью поверхностно-активных веществ. Однако такие решения также имеют тенденцию к удорожанию процесса. Другой способ представляет собой сжигание in situ. Указанная операция осуществляется 2 путем прокачивания через формацию воздуха или кислорода и возгорания присутствующих газа/нефти. Согласно теории образовавшееся тепло должно мобилизовать более легкие фракции по мере прохождения фронта горения через формацию, и при этом тяжелые смолы подвергаются горению. Однако на практике фактически невозможно регулировать течение такого процесса, поскольку газы проявляют тенденцию к перемещению в верхнюю часть зоны, а вода опускается вниз, вследствие чего образуется неровный фронт горения. Четвертый подход состоит в усовершенствовании нефтедобычи в результате использования микробов (MEOR). Такой способ предусматривает применение таких микроорганизмов, как бактерии для вытеснения нефти, и для указанной цели были предложены различные системы. В случае неуплотненных объектов,таких как битуминозные сланцы, нефтеносная порода может перекачиваться как водная суспензия в отстойные бассейны или резервуары,где на нее воздействуют аэробные бактерии,например, в соответствии со способом, раскрытым в патенте США 2907389. Доступность кислорода обеспечивает возможность размножения бактерий с использованием нефти в качестве источника углерода. При осуществлении такого процесса бактерии вырабатывают поверхностно-активные вещества, которые способствуют свободному перемещению нефти в виде капелек. Поскольку такие капельки нефти обладают меньшей плотностью, чем вода, они всплывают на поверхность. В результате, осуществляется извлечение нефти. К сожалению,подобную систему неудобно использовать на уплотненных породах, особенно в том случае,когда они расположены ниже уровня моря.In situ MEOR способы обычно подразделяют на две категории, аэробные бактериальные системы, типичные представители которых описаны в патенте США 3332487, и анаэробные бактериальные системы, описанные в WO 89/10463. Наличие нефти в формации означает, что в этом случае не могут присутствовать какие-либо анаэробные бактерии, питающиеся нефтью в превалирующих условиях. Таким образом, в случае анаэробных бактериальных систем предполагается, что должен поставляться источник углерода или пищи. Однако в таких обстоятельствах отобранные бактерии (преднамеренно или естественным путем) в превалирующих условиях должны быть максимально приспособлены к потреблению используемой конкретной пищи. Эти микроорганизмы специально не адаптированы к воздействию на нефть, и в этой связи их воздействие на нефть уподобляется функциям побочных продуктов, и поэтому рассматриваемые анаэробные системы действуют очень медленно в плане достижения желательного извлечения нефти. 3 Отсутствие кислорода в нефтеносных формациях означает, что в случае использования аэробных бактерий кислород следует вводить в формацию. Однако при использовании аэробных бактерий и введении кислорода (или воздуха, содержащего кислород) в формацию создается довольно неудовлетворительная ситуация. Вопервых, происходит немедленное разделение на газообразную и водную фазы, что сильно затрудняет контроль такой системы, и в практических условиях такая система может использоваться лишь периодическим образом. Во-вторых, происходит выделение большого количества тепла, что увеличивает опасность взрыва, учитывая наличие обогащенной кислородом газовой фазы и присутствие легкодоступного горючего материала. В этом случае также должна использоваться охлаждающая среда. Один из способов, имеющих отношение к рассматриваемой проблеме, описан в WO 92/13172. В этой ссылке описывается усовершенствованный микробиологический способ нефтедобычи, предназначенный для добычи нефти из вторичного нефтеносного пласта породы, причем в одном месте рассматриваемого пласта расположен вход, а в другом - выход,причем рассматриваемый способ включает нагнетание воды, содержащей источник кислорода, способный обеспечивать концентрацию, по меньшей мере, 5 мг/л свободного кислорода в первый участок, находящийся на некотором расстоянии от второго участка, что обеспечивает размножение микроорганизмов, уже присутствующих в пласте или введенных в него одновременно с нагнетаемой водой, содержащей кислород, с использованием нефти в качестве основного источника углерода и кислорода из нагнетаемой воды в качестве их основного источника кислорода, в результате чего образуется слой биомассы, способствующий отделению нефти от пласта породы, причем отделенная нефть далее удаляется через выходной участок под воздействием нагнетаемой воды. При использовании рассматриваемой системы на задней стороне нагнетательной скважины кислород становится фактором, лимитирующим рост биомассы из-за потребления кислорода микроорганизмами. Естественно, скорость роста микроорганизмов зависит от имеющегося в распоряжении кислорода. При использовании рассматриваемой системы желателен максимальный рост и поэтому желательно поддерживать высокую концентрацию кислорода в нагнетаемой воде (как и в развивающемся слое биомассы). Полевые испытания, проведенные в последние годы в Австрии, показали, что использование рассматриваемой системы позволяет достичь трехкратного повышения нефтедобычи. Однако было установлено, что рассматриваемая система эффективна лишь на небольшом расстоянии от места введения кислорода. Кроме этого, в связи с проблемами коррозии желатель 003893 4 но избегать использования нагнетаемого кислорода. Указанная проблема приобретает особую важность при ремонте оборудования, подверженного коррозии, в то время как его замена является трудной и дорогостоящей операцией. Известно, что сульфат-восстанавливающие бактерии (SRB), нитрат-восстанавливающие бактерии (NRB), железо-восстанавливающие бактерии (IRВ)и ацетогенные бактерии способны к анаэробному росту на нефти, если их обеспечивают необходимыми неорганическими питательными веществами. Как показали лабораторные исследования, кислород может быть заменен некоторыми факторами роста с целью достижения уменьшения остаточной концентрации нефти. Основное препятствие для рассматриваемого процесса состоит в том, что, как и в случае с кислородом, факторы роста потребляются вблизи места их введения, что ограничивает интервал эффективности рассматриваемого процесса. В этой связи цель настоящего изобретения заключается в разработке способа введения фактора роста глубоко в пласт с целью обеспечения улучшенного микробиологического способа нефтедобычи. В соответствии с настоящим изобретением предусматривается способ обработки углеводородоносного пласта, который включает приведение микроорганизмов в контакт с пластом; обеспечение микроорганизмов факторами роста; обеспечение размножения микроорганизмов с использованием углеводорода в качестве их основного источника углерода, в результате чего образуется слой биомассы, способствующий отсоединению углеводорода от пласта; и удаление отсоединенного углеводорода; причем рассматриваемый способ предусматривает подачу факторов роста с помощью среды, регулирующей их выделение и распределение по пласту в результате их подачи в течение определенного периода времени. Описанный способ особенно подходит для мобилизации и выделения нефти из нефтеносного пласта породы. Кроме этого, рассматриваемый способ хорошо адаптируется к повышению эффективности микробиологической обработки, предназначенной для удаления парафина,асфальта и отложений накипи с поверхности эксплуатационной скважины в результате продолжения процесса в течение более длительного периода времени. Указанный способ также может применяться для восстановления почвы в случае ее загрязнения углеводородами. Предпочтительно указанные микроорганизмы находятся в форме анаэробных или специальных анаэробных бактерий. Среда для регулируемого выделения предпочтительно включает пористый инертный носитель, пропитанный факторами роста. Типичные носители могут включать сферические частицы из акрилат 5 ного и/или стирольного полимеров, имеющие размер порядка 20 мкм, предпочтительно 1-5 мкм. С другой стороны, для этой цели могут использоваться микрокапсулы, содержащие факторы роста или микроэмульсии и микрогранулы. Обычно в качестве факторов роста используют витамины, однако, для этой цели могут применяться также другие органические материалы, такие как органические кислоты и сахара, которые выполняют функции предшественников продукции витаминов in situ. Предпочтительно носитель фактора роста вводится в пласт с использованием воды. Нагнетаемая вода также содержит источник фосфатов и акцептор электронов. Удобно, когда рассматриваемые бактерии либо уже присутствуют в пласте, либо вводятся одновременно с витаминами, фосфатами и акцептором электронов. Предпочтительно донор электронов представляет собой нитрат, добавляемый в виде соли кальция, калия, натрия или аммония, хотя для указанной цели могут использоваться и сульфаты. Предпочтительно, чтобы с нагнетаемой водой не вводилось существенное количество кислорода. Используемые бактерии представляют собой деградирующие нефть анаэробные и/или специальные анаэробные бактерии. Предпочтительно рассматриваемые бактерии относятся к разновидностям видов SRB, NRB, IRB и/или представляют собой ацетогенные бактерии. Механизм процесса выделения во времени зависит от соотношения скорость диффузии/нестабильность фактора роста внутри носителя. Обычно для выделения половины содержимого фактора роста требуется период времени, измеряемый неделями. Однако скорость выделения должна иметь примерно постоянное значение, поскольку окружающая температура способна ускорять процесс, по крайней мере,его начальный период. Предпочтительно указанные витамины включают один или более из следующих веществ или их смеси: В 12, биотин, фолиевая кислота, никотиновая кислота, аминобензойная кислота, пантотенат кальция, пиридоксин HCl,рибофлавин, тиаминовая или тиоктеновая кислота. Указанные витамины предпочтительно вводят в пласт последовательно. С другой стороны, указанные вещества можно вводить периодически, например 1 раз в день. Предпочтительно индивидуальная концентрация витаминов при их введении в нагнетаемую воду составляет величину, лежащую в интервале значений 0,1-100 мкг/л, и более предпочтительно в интервале значений 1-10 мкг/л. Предпочтительно поверхностная скорость нагнетания воды через пласт в том случае, когда рассматриваемый пласт представляет собой нефтеносную формацию, составляет величину,находящуюся в интервале значений 0,1-15 м/день, более предпочтительно 0,3-2 м/день. Указанная формация может включать входной и 6 выходной участки. Предпочтительно входной и выходной участки находятся в различных положениях на расстоянии друг от друга, хотя вход и выход могут быть совмещены, как это имеет место в эксплуатационной скважине. При прямоточной промывке вытеснительной скважины водой микроорганизмы в задней части фронта лишены нефти и находятся в спячке либо поедают друг друга. Такое явление эффективно регулирует толщину слоя биомассы, обеспечивая проникновение витаминов, фосфатов и акцептора электронов в переднюю часть слоя, приводя в действие порции свежей нефти. Таким образом,фронт продвигается через нефть в направлении выхода, а отсоединенная нефть непрерывно омывается нагнетаемой водой. В результате процесса естественной селекции вырастают и развиваются только наиболее жизнеспособные микроорганизмы, которые представляют собой наиболее эффективных потребителей нефти. В результате этого такие микроорганизмы наиболее эффективны в извлечении нефти, возможно, в результате продуцирования поверхностно-активных веществ. Однако вследствие смывающего действия нагнетаемой воды вытесненная нефть удаляется и лишь небольшая ее часть в действительности потребляется биомассой. Одна из теорий, объясняющих природу диссоциации нефти, состоит в том, что предполагается расщепление нефти на мелкие капельки под действием поверхностно-активных веществ и их вымывание. Однако авторы настоящего изобретения полагают, что вначале нефть располагается в пористой структуре породы в виде длинных жил или лент и поверхностноактивные вещества оказывают воздействие лишь на часть таких жил. Вследствие этого силы вязкости, удерживающие жилу, уменьшаются и под действием давления нагнетаемой воды происходит постепенное отделение жилы в целом, а не ее расщепление под действием поверхностно-активных веществ. В качестве микроорганизмов могут применяться любые традиционные анаэробные и/или специальные анаэробные бактерии. Подходящими бактериями могут служить SRB, NRB,IRB и ацетогенные бактерии. Рассматриваемые бактерии могут подвергаться предварительной селекции и культивации на выживание в нагнетаемой воде при превалирующих условиях. Примерами подходящих нитратов и фосфатов могут служить NaNO3, KNO3, NH4NO3,Са(NО 3)2, Na2HPO4 и К 2 НРO4. Если предполагается применять сульфаты, то могут использоваться соли, присутствующие в морской воде в естественных условиях. Следует отметить, что при использовании системы согласно изобретению развивающийся слой биомассы может эффективно убрать все количество нефти, с которым он сталкивается. Нефть извлекается из формации и вымывается 7 из нее либо она потребляется и подвергается превращению, хотя некоторая часть нефти может оставаться. Выделенная нефть может отделяться от воды, минералов и органических материалов традиционными способами, хотя желательно минимизировать любое предсепарационное воздействие воздуха с целью исключения дополнительного микробиологического воздействия на нефть. Настоящее изобретение может реализовываться на практике различными способами, и ниже описывается одно из технических решений в виде примера со ссылкой на следующие сопровождающие рисунки: фиг. 1 схематично изображает вертикальный разрез, демонстрирующий инициирование способа согласно изобретению в остаточной нефтеносной формации; и фиг. 2-4 представляют собой аналогичные упрощенные виды, демонстрирующие последующие стадии процесса. Фиг. 1 изображает подводную нефтяную скважину, подвергнутую первичному/вторичному извлечению с помощью нагнетательной скважины 10. Ниже уровня моря 11 расположены различные основные пласты 12, остаточная нефтеносная формация 13 и нижележащая основная горная порода 14. Эксплуатационная скважина 15 и нагнетательная скважина 10 входят в нефтеносную формацию 13. В случае нефтяного месторождения в Северном море, например месторождения Gullfaks, формация 13 может представлять собой уплотненный песчаник,содержащий большое количество прилипшей нефти, заводненный водой формации и нагнетаемой водой, не содержащей кислорода. Нагнетательную воду 17 вводят в формацию 13 через нагнетательную скважину 10. Если в формации 13 отсутствуют подходящие анаэробные бактерии естественным образом или за счет предварительных операций, анаэробные бактерии будут вводиться через нагнетательную скважину 10, например, совместно с нагнетательной водой. Нагнетательная вода 17 содержит витамины и минеральные питательные вещества, включающие нитраты и фосфаты, но практически не содержит кислорода. Витамины нанесены на инертный носитель, включающий акрилатные полимерные сферы. Носитель сконструирован таким образом, чтобы обеспечить пролонгированное выделение витаминов. Таким образом, по мере поступления нагнетательной воды в формацию витамины будут выделяться регулируемым способом. В случае присутствия витаминов и минералов в нагнетательной воде 17 бактерии и нефть приводятся во взаимный контакт, бактерии воздействуют на нефть и размножаются, в результате чего создается биологическая пленка 16, превращающая часть нефти в более легкие фракции и продуцирующая поверхностноактивные агенты. Эксплуатационная скважина 8 15 выполняет функции слива, и создается общий поток биоорганического материала (биопленка) с участием микроорганизмов, нефти и системы нагнетательная вода/вода формации из нагнетательной скважины 10 в направлении эксплуатационной скважины 15. Нагнетательная вода 17 движется через формацию 13 в направлении скважины 15 со скоростью около 0,1-15 м/день, перенося систему нагнетательная вода/вода формации. Вода формации отводится через скважину 15. Поверхностно-активные вещества, вырабатываемые биопленкой 16, помогают уменьшить силы сцепления нефти с пластом породы и, вследствие этого, текущая нагнетательная вода 17 в действительности извлекает нефть 18 и выносит ее из формации 13. По мере прохождения нагнетательной воды 17 через биопленку 16 витамины и минералы потребляются в результате размножения бактерий и нефть частично также потребляется, но, в основном, извлекается и выносится нагнетательной водой. Бактерии в передней части слоя сталкиваются с прилипшей нефтью и тем самым усиливают степень отделения нефти. Однако бактерии, находящиеся на периферии, лишены пищи (нефти), и вследствие этого они погибают. Таким образом, слой бактерий равномерно движется через формацию 13 со скоростью около 0,1-15 м/день. Как показано на фиг. 3, отделенная нефть 18 перетекает в скважину 15 совместно с нагнетательной водой. Органический материал разделяют на поверхности и разделение проводят традиционным способом. В конечном счете, биопленка 16 достигает буровой скважины 15 и скважину закрывают,как показано на фиг. 4. После этого ресурс нефти, предварительно присоединенной к пласту формации 13, истощается. Хотя фиг. 1-3 изображают этапы настоящего изобретения в одном измерении, следует иметь в виду, что на практике сталкиваются со значительно более сложными ситуациями. Главным образом, это касается того, что бактерии биопленки 16 должны быть организованы таким образом, чтобы сходиться в буровой скважине 15 по многим или всем направлениям,как это схематически показано на фиг. 4. Кроме этого, имеется вероятность использования нескольких буровых скважин, работающих одновременно. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки углеводородоносного пласта, включающий стадии приведения микроорганизмов в контакт с пластом; обеспечения микроорганизмов факторами роста; создания условий для размножения микроорганизмов с использованием углеводорода в качестве их основного источника углерода, вследствие чего создается слой биомассы, выполняющий функции вещества, отделяющего углеводород; причем факторы роста поставляются с помощью среды с регулируемым их выделением и распределяются по пласту в результате их поставки в течение заранее определенного периода времени. 2. Способ по п.1, в котором микроорганизмы представляют собой анаэробные и специальные анаэробные бактерии. 3. Способ по п.1 или 2, в котором среда с регулируемым выделением включает пористый инертный носитель, пропитанный фактором роста. 4. Способ по п.1 или 2, в котором среда с регулируемым выделением включает микрокапсулы, содержащие фактор роста. 5. Способ по п.1 или 2, в котором среда с регулируемым выделением включает микроэмульсию или микрогранулы, содержащие фактор роста. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором фактор роста нагнетают в пласт с использованием воды. 7. Способ по п.6, в котором нагнетательная вода также содержит источник фосфатов и акцептор электронов. 8. Способ по п.7, в котором бактерии либо уже присутствуют в пласте, или их вводят в него совместно с фактором роста, фосфатами и акцептором электронов. 9. Способ по п.7 или 8, в котором акцептор электронов представляет собой нитрат. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором с нагнетательной водой практически не вводится кислород. 11. Способ по любому из пп.2-10, в котором рассматриваемые бактерии, в основном, представляют собой разновидности сульфат-восстанавливающих бактерий, нитрат-восстанавливающих бактерий, железо-восстанавливающих бактерий или ацетогенных бактерий. 10 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором фактор роста непрерывно вводят в пласт. 13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором поверхностная скорость нагнетания воды в пласт составляет 0,1-5 м/день. 14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором фактор роста представляет собой витамины. 15. Способ по п.14, в котором витамины включают одно или более из следующих веществ: В 12, биотин, фолиевая кислота, никотиновая кислота, аминобензойная кислота, пантотенат кальция, пиридоксин HCl, рибофлавин,тиамин и тиоктеновая кислота. 16. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором концентрация витаминов при выделении в нагнетательную воду составляет величину, лежащую в интервале значений 0,1-100. 17. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором микроорганизмы вырабатывают поверхностно-активные вещества, выполняющие функции агентов, отслаивающих нефть. 18. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором обрабатываемый объект представляет собой почву, загрязненную углеводородами. 19. Способ по любому из пп.1-17, в котором объект обработки представляет собой углеводородсодержащий пласт породы. 20. Способ по п.19, в котором формация включает участок входа и участок выхода. 21. Способ по п.20, в котором участок входа находится в одном месте, а участок выхода в другом месте, находящемся на расстоянии от первого участка. 22. Способ по п.20, в котором вход и выход совмещены друг с другом. 23. Способ по любому из пп.19-22, который может применяться на более чем одном выходном участке из нефтеносной формации.