Способ извлечения нефти из нефтяного резервуара (варианты)

Способ извлечения нефти из нефтяного резервуара (варианты)

Реферат

 

Назначение: изобретение относится к процессу извлечения нефти из нефтяных резервуаров с помощью микроорганизмов. Сущность изобретения: в резервуар вводят питательные вещества для эндогенных микроорганизмов, находящихся в резервуаре. Выдерживают резервуар с питательными веществами и микроорганизмами в течение времени и в условиях, достаточных для истощения по крайней мере одного из питательных веществ, и извлекают нефть. В качестве питательных веществ используют неглюкозный источник углерода. Питательные вещества вводят в резервуар в воде или нефти. 4 с. и 9 з.п.ф-лы, 2 ил., 13 табл.

Изобретение касается способов извлечения нефти из нефтяного резервуара, предусматривающих использование эндогенных микроорганизмов для расширенной добычи нефти из резервуара.

При первичной добыче нефти давление в резервуаре понижается и соответственно уменьшается добыча нефти. Чтобы компенсировать этот процесс уменьшения, а резервуар впрыскивается вода или газ. Этот процесс относят к так называемой вторичной добыче нефти.

Соотношение вода-нефть увеличивают до тех пор, пока вторичная добыча нефти является экономически оправданной. Остаточная нефть до 65% начального содержания нефти в пласте (001Р) распределяется в значительно отличающихся от 001Р структурах. Невозможность при вторичной добыче нефти извлечения остаточной нефти происходит в результате наличия капиллярных сил в системе нефть-вода-порода и неспособности вводимых жидкостей проникнуть в части резервуарной формации. Для понижения межповерхностного натяжения между резервуарными жидкостями и остаточной нефтью используются поверхностно-активные вещества, так что нефть, которая не может быть удалена с помощью одной только впрыскиваемой жидкости, вытесняется.

Поверхностно-активные вещества, используемые в химической расширенной добыче нефти, показывают оптимальную активность в узком диапазоне температур, величин гидрофобно-липофильного равновесия, минерализации и типов горных пород.

Таким образом, процессы расширенной нефтепереработки с применением поверхностно-активных веществ в общем разрабатывались для конкретных резервуаров.

Показано, что поверхностно-активные вещества на основе сырой нефти (например, нефтяные сульфонаты) в полупромышленных испытаниях приводят к десорбции остаточной нефти, но по цене значительно выше, чем рыночная цена нефти, извлеченной таким образом. Поверхностно-активные вещества сами по себе дороги; они стремятся адсорбироваться на породе, вследствие чего необходимы в больших количествах.

Полимеры также успешно применяются, но опять же по дорогой цене. Использован полиакриламид, полученный как из нефти-сырца, так и из микробных продуктов ксантигидрольных смол; первый является менее дорогим, но неэффективным при высоких температурах и уровнях минерализации, обычных для многих резеpвуаров. Последний является более приемлемым, хотя существуют проблемы образования микрогелей, вызывающих блокирование на поверхности впрыскивания, в резервуаре может происходить разрушение, стоимость материала значительна.

Предложено использовать образованные микроорганизмами поверхностно-активные вещества для расширенной добычи нефти. Эта технология известна, как микробная расширенная добыча нефти.

Производство поверхностно-активных средств при помощи микроорганизмов было известно много лет. Эти биологические поверхностно-активные соединения почти всегда содержат липидный компонент и обычно являются гликолипидами. Другие классы биологических поверхностно-активных веществ включают липопептиды, фосфолипиды, жирные кислоты и нейтральные липиды.

Существует ряд потенциальных преимуществ в использовании процессов микробной добычи, в том числе это обширный ряд соединений с полезными для расширенной добычи нефти свойствами, которые могут быть получены микробным биосинтезом; стоимость и способность производить биометаболиты внутри резервуара с уменьшением в результате количества химических поверхностно-активных веществ.

Современная микробная расширенная добыча нефти включает введение и поддержание экзогенной микробной популяции в нефтяном резервуаре. Эта популяция снабжается такими питательными веществами, как меласса, или другими ферментируемыми сахарами, источниками азота и минеральных солей в виде добавок к потоку воды, используемой для вторичного вытеснения нефти.

Были исследованы другие углеводородные субстраты, однако экономическое преимущество ферметируемых сахаров сделало их более предпочтительными.

Развитие методов с применением введения микроорганизмов в нефтяные резервуары было ограничено условиями, существующими в них.

В особенности небольшие и изменяющиеся размеры пор, наряду с экстремально высокими температурами, минерализационно-ионными силами, давлением, жестко ограничивают штаммы, микроареал и число микроорганизмов, которые могут быть введены.

Кроме того, и большое значение имеет то, что во многих резервуарах среда сильно восстановленная. Отсутствие кислорода жестко лимитирует ряд биометаболитов, которые могут быть синтезированы микроорганизмами, вводимыми в резервуар.

Недостатками использования микроорганизмов в современной технологии микробной расширенной добыче нефти является то, что они могут быть склонны к окклюдированию (закупориванию) резервуарных пор вследствие большого объема клеток, вызванного богатыми условиями питания, созданными в потоке воды.

Кроме того, этим крупным микробным телам затруднено проникновение в маленькие поры породы.

По этим причинам, известные до сих пор технические решения в этой области (например, патент США NN 4 475 590 (Браун), 4 971 151 (Шихи)) не обеспечивают достаточно эффективной микробной расширенной добычи нефти.

Неожиданно было установлено, что поверхностно-активные свойства микроорганизмов, приспособившихся к росту в условиях нефтяных скважин, могут быть существенно усилены, если вслед за ростом микроорганизмов наступает истощение питательного вещества. Эффект расширенной добычи нефти по изобретению также объясняется следующим. Обычно микроорганизмы в нефтяном резервуаре находятся в среде, практически не содержащей питательных веществ, на границе между нефтяной и водной фазами. При добавлении питательны веществ происходит рост микроорганизмов, но затем наступает истощение питательных веществ и это до предела усиливает детергентные свойства микроорганизмов.

Клеточный объем микроорганизмов, полученных при истощении питательных веществ, значительно меньше клеточного объема микроорганизмов, получавших достаточно питательных веществ. Уменьшение клеточного объема на 70% обычное явление. Уменьшенный клеточный объем позволяет мелким микроорганизмам лучше проникать в поры горных пород, что в сочетании с поверхностно-активными свойствами микроорганизмов обеспечивает расширенное извлечение нефти из резервуара.

Изобретения предусматривает использование в питательной среде неглюкозного источника углерода, что очень важно для достижения желаемого эффекта. Было обнаружено, что соединения, содержащие глюкозные звенья, например, меласса, не улучшают поверхностно-активных свойств микроорганизмов. Питательная ценность глюкозы и глюкозосодержащих соединений является в данной ситуации избыточной и только увеличивает популяцию микроорганизмов большого клеточного объема.

Соответственно согласно одному из аспектов настоящего изобретения предлагается способ извлечения нефти из нефтяного резервуара, предусматривающий введение в резервуар питательных веществ для эндогенных микроорганизмов, находящихся в резервуаре, выдерживание резервуара с питательными веществами и нефтью, и извлечение нефти, причем в качестве питательных веществ используют неглюкозные источники углерода, а выдерживание резервуара осуществляют в течение времени и в условиях, достаточных для существенного истощения по крайней мере одного из добавленных питательных веществ.

В качестве неглюкозного источника углерода предпочтительно используют пептон или белок и/или продукты их переработки, или экстрагенты, или их источники.

В качестве эндогенных микроорганизмов предпочтительно используют местные микроорганизмы, но возможно и дополнительное введение в резервуар экзогенных микроорганизмов.

Микроорганизмы, экзогенные или эндогенные, а также питательные вещества предпочтительно вводят в резервуар в воде или в нефти.

Все операции предпочтительно проводить в анаэробных условиях.

В варианте выполнения вышеуказанного способа предусматривается, что воду в резервуар вводят циклически, причем на стадии первого цикла добавляют в воду питательные вещества и/или экзогенные микроорганизмы с последующим введением воды в резервуар, выдерживают воду в резервуаре в течение времени и в условиях, достаточных для осуществления извлечения нефти, и извлекают воду из добытой нефти, а на стадии второго цикла предпочтительно определяют содержание в воде питательных веществ и/или микроорганизмов, доводят их концентрацию до необходимого уровня и повторно вводят воду в резервуар.

Другой аспект настоящего изобретения касается способа извлечения нефти из нефтяного резервуара, включающий помещение микроорганизмов в питательную среду, выдерживание микроорганизмов в питательной среде и извлечение нефти, причем предварительно, перед помещением микроорганизмов в питательную среду, извлекают микроорганизмы из резервуара или другого источника, который может быть адаптирован к условиям нефтяного резервуара, микроорганизмы выдерживают в питательной среде в течение времени и в условиях, достаточных для существенного истощения по крайней мере одного из компонентов питательной среды, после чего микроорганизмы вводят в резервуар. Здесь также в качестве питательной среды используют неглюкозные источники углерода, предпочтительно такие, как описано выше.

Еще один аспект изобретения касается способа извлечения нефти из нефтяного резервуара, предусматривающего введение в резервуар питательных веществ для эндогенных микроорганизмов, находящихся в резервуаре, выдерживание резервуара с питательными веществами и нефтью и извлечение нефти, причем предварительно извлекают эндогенные микроорганизмы из резервуара, выращивают выделенные микроорганизмы в условиях, достаточных для увеличения их популяции с последующим ограничением их в питательных веществах, приводящим к уменьшению их клеточного объема до уровня, совместимого с введением в резервуар, при этом в качестве питательных веществ используют неглюкозные источники углерода, а выдерживание резервуара с микроорганизмами осуществляют в течение времени и в условиях, достаточных для истощения по крайней мере одного из питательных веществ.

И последний аспект изобретения касается способа извлечения нефти из нефтяного резервуара, согласно которому осуществляют введение в резервуар питательных веществ для находящихся в резервуаре эндогенных микроорганизмов, выдерживание резервуара с питательными веществами и извлечение нефти, причем в качестве питательных веществ используют по крайней мере один анаэробно деградируемый неглюкозный источник углерода и по крайней мере одну органическую молекулу, а выдерживание резервуара осуществляют в течение времени и в условиях, достаточных для существенного истощения по крайней мере одного из добавленных питательных веществ, при этом истощение контролируют по времени или по увеличению популяции эндогенных микроорганизмов.

Далее изобретение описывается более подробно со ссылкой на сопровождающие иллюстрации, на которых показано: фиг. 1 графическое изображение добычи нефти в баррелях в день [BRD(+)] на скважине Alton 3 после впрыскивания технологической воды без питательных веществ, фиг. 2 графическое изображение добычи нефти в баррелях в день [BRD(+)] на скважине Alton 3 после впрыскивания технологической воды с питательными веществами.

Прежде всего, извлекают пробу микроорганизмов вместе с пробой жидкости из резервуара, в которой обитают микроорганизмы, чтобы анализом пробы жидкости определить вероятность ограничения роста в связи с истощением питательных веществ.

Понятие "питательные вещества" используется в самом широком смысле и включает неорганические и органические соединения, необходимые микроорганизму для роста или способствующие их росту.

Неорганические соединения, рассмотренные здесь, включают те, которые содержат по меньшей мере один из перечисленных элементов: C, H, P, N, Mg, Fe или Ca.

Только для примера такие неорганические соединения включают: PO²₄^-, NH⁺₄, NO^-₂, NO^-₃ и SO²₄^- среди других. Определенные однажды питательные(ое) вещества(о) затем добавляют в резервуар в течение времени и при условиях, способствующих росту эндогенных микроорганизмов. При отборе проб также определяется количество усвоенного органического углерода.

Более конкретно, пробу из резервуара, после введения в него ограничивающего питательного вещества, отбирают с целью определения возможности роста эндогенного организма и получения им углерода и энергии из эндогенных органических соединений.

Для определения углерода, содержащегося в соединениях, используют стандартные методики, такие как спектрофотометрия, N.M.P. инфракрасная, ВЭЖХ, газовая хроматография, химические тесты и т.п.

Если необходимо, источник углерода поставляется с ограничивающим питательным веществом. В предпочтительном варианте выполнения используется неглюкозное углеродное вещество, т.к. глюкоза и соединения, включающие глюкозные единицы (например меласса), не обнаруживали увеличения поверхностно-активных свойств эндогенных микроорганизмов после их роста на таких соединениях. Примером представленного неглюкозного источника углерода является пептон и т.п.

Далее, может быть проведена корректировка в зависимости от числа присутствующих микроорганизмов. Если имеется большое число микроорганизмов, то можно ввести недостающие питательные вещества непосредственно в резервуар для стимуляции роста в течение некоторого периода времени. С другой стороны, если популяция микроорганизмов невелика, она может быть увеличена тем, где позволяют условия, в лаборатории или в подходящей среде, куда поставляются недостающие питательные вещества для увеличения их количества.

Это особенно предпочтительно, если микроорганизмы подвергают более, чем одному циклу, в котором добавляются питательные вещества для осуществления роста, с последующим действием на микроорганизмы условий, в которых снова питательные вещества находятся в недостатке.

После этой процедуры микроорганизмы вводят в резервуар. В ходе каждого вышеупомянутого цикла стимулирования роста и его подавления может быть проведен анализ для определения, находятся ли микроорганизмы в состоянии роста.

Анализ конфигурации жирных кислот при помощи ВЭЖХ или ГЖХ особенно удобен для определения степени насыщения и цис-трансконфигурации мембранных липидов имеют изменения, т.к. рост замедляется в ответ на ограничение питательных веществ.

Известные способы расширенной добычи нефти с использованием микроорганизмов были созданы, исходя из предположения, что некоторые штаммы микроорганизмов более подходят для производства поверхностно-активных веществ, чем другие, и единственно необходимым требованием является выделение штаммов, эффективно продуцирующих поверхностно-активные вещества, от всех прочих микроорганизмов.

Напротив, настоящее изобретение основано на том, что свойства ПАВ являются присущими или наведенными характеристиками микроорганизмов, обитающих внутри нефтяного резервуара, и что их поверхностно-активные свойства зависят от физического состояния самих микроорганизмов.

Поэтому, под понятием "поверхностно-активное свойство" подразумевается свойство микроорганизма, который уменьшает поверхностное натяжение, и это указанное свойство может быть эндогенными или экзогенным по отношению к клетке и может включать производство поверхностно-активных веществ.

Микроорганизмы могут не только обладать поверхностными свойствами, но могут вызывать газообразование, которое может способствовать добыче нефти. Кроме того, в известных способах введенные микроорганизмы могут оказаться не очень пригодными для выживания в конкретной среде отдельного резервуара, поскольку среда резервуаров очень значительно различается по температуре, давлению, рН и т. п. Таким образом, перспективы успешного распространения микроорганизмов по резервуару невысоки.

В аспекте изобретения, использующем микроорганизмы, уже обитающие в резервуаре, изначально известно, что они способны выжить в среде резервуара и их можно вводить в резервуар без риска вредных экзогенных последствий, вызываемых экзогенными микроорганизмами.

Также, как правило, микроорганизмы внутри нефтяного резервуара находятся в состоянии нехватки питательных веществ, так как условия в нефтяных резервуарах обычно неблагоприятны для разрастания популяций микроорганизмов. Микроорганизмы находятся на разделе двух фаз вода-нефть внутри резервуара и физически локализованы вокруг той границы соответственно тому, нуждаются ли они в питательных веществах или нет.

При изучении условий недостатка питательных веществ было обнаружено, что микроорганизмы становятся более гидрофобными. С другой стороны, возможно, что микроорганизм будет при этом условии производить и выделять поверхностно-активные вещества, либо клетки смогут сами принимать гидрофобный характер или качества, подобные поверхностно-активным свойствам. Таким образом, непосредственно жизнеспособные клетки микроорганизмов, находящиеся в состоянии покоя или возможно после смерти микроорганизмов, проявляют свойства поверхностно-активных веществ.

В случае, если в пробе, взятой из нефтяного резервуара, обнаружены многочисленные микроорганизмы (например, более чем 10³ клеток на 1 мл), принимается, что в резервуаре имеется достаточное количество микроорганизмов для обеспечения соответствующего получения поверхностно-активных веществ.

В этом случае в резервуар подают такие питательные вещества, которые ограничивают рост микробов, после чего микроорганизмы подвергают по крайней мере одному циклу ограничения в питательных веществах, в результате чего возрастает поверхностно-активная деятельность микроорганизмов и увеличивается добыча нефти.

По изобретению, в способе, при котором микроорганизмы отбирают из нефтяного резервуара и последовательно возвращают в него для облегчения добычи нефти, отбор пробы может осуществляться любым удобным способом. Обычно пробу берут из резервуара непосредственно через скважину. Проба содержит водо-нефтяную формацию резервуара вместе с микроорганизмами. Извлеченная проба анализируется методами, известными специалистам в этой области, например, атомной абсорбционной спектрофотометрией, для того, чтобы определить питательные(ое) вещества(о), которые очевидно ограничивают рост микробных клеток.

Типично, такой анализ покажет отсутствие азота в виде нитратов и отсутствие фосфатов. Затем микроорганизмы выращивают, добавляя в питательную среду предварительно определенные недостающие ингредиенты.

Можно определить рост микроорганизмов в ряде сред и выбрать для культуры простейших ту среду, которая обеспечивает максимальный бактериальный рост.

В ходе выращивания микроорганизмов отбирают пробы и проверяют их поверхностно-активные свойства. Например, может быть проведен тест для определения их способности снижать поверхностное натяжение и составлен график двойного сравнения, показывающий взаимозависимость между исчерпыванием питательных веществ и конечными поверхностно-активными свойствами микробного тела.

Истощение питательных веществ может происходить также естественным путем, так как они потребляют вследствие микробного метаболизма, или посредством их взятия и переноса в другую среду, изначально взятую из резервуара.

Как правило, микроорганизмы подвергают нескольким циклам добавления и истощения питательных веществ до тех пор, пока поверхностно-активные свойства, которые могут быть установлены путем измерения уменьшения межповерхностного натяжения, вызванного микроорганизма, не повышаются до предела.

Как только производится требуемое количество микроорганизмов, уничтожение которых достаточно для того, чтобы дать оптимальный эффект с точки зрения уменьшения поверхностного натяжения, микроорганизмы вводятся в нефтяной резервуар.

Микроорганизмы могут быть введены непосредственно через скважину, после чего они распространяются по всему резервуару. Микроорганизмы проникают через поры породы, действуя как поверхностно-активные вещества, чтобы дать возможность уловленной нефти в породном материале быть вымытой выходящей из скважины водой.

Как уже отмечено выше, микроорганизмы, подвергшиеся циклам питания и истощения, имеют размер клеток значительно меньше, чем микроорганизмы, которые подвергались только снабжению питательными веществами. Обычным является уменьшение объема клетки на 70% Кроме того, такие микроорганизмы могут иметь меньший клеточный объем, чем объем микроорганизмов из скважины, не подвергшихся такой обработке.

Микроорганизмы, имеющие маленькие размеры, способны проникать через поры, что совместно с поверхностно-активными свойствами микроорганизмов облегчает добычу нефти.

Микробы, обладающие поверхностно-активными свойствами и способные выжить в условиях нефтяного резервуара, но которые не адаптированы к условиям специфического резервуара, куда они вводятся, могут быть подвергнуты циклам питания-истощения, чтобы улучшить их поверхностно-активные свойства согласно изобретению.

Такие микроорганизмы могут быть затем введены в нефтяную скважину для расширения добычи нефти.

В соответствии с настоящим изобретением было неожиданно установлено, что технологическая вода может являться адекватной водной базой, в которую могут добавляться требуемые питательные вещества и/или микроорганизмы перед их введением в резервуар.

Под определение "технологическая (или "продуктовая") вода" подразумевается водная фаза смеси вод-нефть, выделенной из резервуара. Технологической водой может быть побочно получаемая вода. Продуктовую воду буферизируют, чтобы она была совместима с экологией резервуара; для создания буферных условий часто используются карбонаты и бикарбонаты.

Выбор буферного соединения зависит от экологической рН резервуара, которая может фактически находиться в пределах рН 2-10.

Предпочтительно, требуемые питательные вещества, возможно, включающие источник углерода и/или экзогенные микроорганизмы, добавляют в продуктовую воду и вводят в резервуар при условиях и на время, достаточных в соответствии с изобретением.

Выделенную водно-нефтяную смесь собирают и разделяют на фазы. Водную фазу собирают и анализируют на концентрацию питательного(ых) вещества(в), углеродного источника и/или микроорганизмов, первоначально содержащихся там.

Если необходимо, концентрацию этих компонентов соответственно регулируют, также регулируя буферную способность водой фазы, прежде чем продукт будет введен в резервуар, где цикл повторяется.

В соответствии с изобретением, кроме того, было обнаружено, что порядок, в котором компоненты вводят в продуктовую воду существенно влияет на конечный результат. Поэтому целесообразно тестировать резервуары индивидуально, используя песок и продуктовую воду, составные компоненты которых перечислены в примере 3 (среда "Кастенхольц").

Под понятием "резервуар", упоминаемым здесь, подразумевается любое место залегания. В дополнение понятия "способ добычи нефти" сюда относится практика стандартной добычи нефти, не ограниченной использованием воды или газа для нагнетания давления.

Дальнейшие детали способов по изобретению, обеспечивающих активацию поверхностно-активных свойств микроорганизмов и добычу нефти с использованием культур микроорганизмов и добычу нефти с использованием культур микроорганизмов, приведены в следующих примерах, не ограничивающих изобретение.

Пример 1. Этот пример демонстpирует резкое уменьшение поверхностного натяжения (lТ), которое может быть достигнуто применением циклов питательного обогащения и истощения питательной среды.

Поверхностное натяжение измеряется в миллиньютонах на метр.

Культуру Acineto bacter cocloaceticus с необнаружимыми поверхностно-активными свойствами помещают в питательный бульон NB 1/2 крепости с парафином и без него. Питательный бульон NB 1/2 крепости, как было обнаружено в предыдущих опытах, является оптимальным для истощения питательных веществ и производства поверхностной активности.

Все культуры инкубируют при температуре 32^oC до утра. Затем измеряют поверхностное натяжение среды по сравнению с гексадеканом, используя метод образования капли, при 24, 48 и 96-часовых инкубациях (см. табл.6).

Культуру из 1/2 NB затем пересевают в свежую среду и тест повторяют (см. табл. 7).

Этот феномен был воспроизведен с использованием ряда мезофилических и термофилических штаммов бактерий, включающих Psedomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Bacillus acilocaldarius, Thermus thermophilys u Thermophilus u Thermus aquaticus.

Пример 2. Этот пример демонстрируют влияние углеводорода, в данном случае парафина, на уменьшение поверхностного натяжения. Культуру Thermus aquaticus инокулируют в среду "Кастенхольц" (Castenholz. R.W. (1969) Bacteriol. Rev. 33, 476). Одна пробирка из каждой пары культур покрыта парафином. Затем культуры инкубируют при 70^oC и измеряют поверхностное натяжение по сравнению с гексаном с использованием метода образования капли (см. табл. 8).

Культуры с наименьшим поверхностным натяжением пересевают на свежую среду и подвергают еще трем циклам питания и истощения. Результаты для четвертого цикла истощения питательных веществ представлены в табл. 9.

Пример 3. Этот пример описывает исследования проб формаций "вода-нефть", взятых из нефтяной скважины "Alton" в Суратском Бассейне Южного Королевства Австралии.

Протокол выборочного исследования резервуарных жидкостей.

I. Пробы для микробиологических исследований.

Главными задачами были взятие пробы формации, представленной в резервуарных жидкостях, сведения к минимуму контактирования образца с воздухом. Таким образом, пробы из Alton брали на головке скважины, используя следующий протокол: 1). Образец отбирался в 50 мл-ми пластиковыми типовыми шприцами. Шприцы полностью заполняли образцом так, чтобы воздух не проник внутрь во время всасывания.

2). Игла на шприце с образцом вставлялась через резиновую прокладку колбы, содержащей 0,1% диарезорцин (редокс-индикатор).

3). Вторую иглу (B) вводили непосредственно через прокладку.

4). Резервуарные жидкости вводили в колбу для проб до тех пор, пока они не выбрызгивались через иглу. Когда это происходило, иглу быстро удаляли. Затем удаляли шприц с иглой.

5). Во все образцы, которые оставались розовыми в течение более 30 минут, вводили 0,2 мл аликвоты 10% Na₂ 9H₂O, пока раствор не становился бесцветным.

6). Образцы немедленно транспортировали в лабораторию для анализа.

II. Пробы для химических исследований.

Пробы для химического анализа брали в соответствии со стандартной методикой, например Collins A.G. (1975) Geochemistry of oilfield Waters. Developments in science series N 1, Elsevier Scientific Publishing Company, New York.

Исходная оценка проб: I. Микробиологическая оценка Микроорганизмы в образцах, содержащих нефть и воду, исследовали с помощью фазового микроскопа и красителей, например ГРАМ. Были рассмотрены различные микроорганизмы, включающие ряд высоко подвижных форм. Образцы были сгруппированы в соответствии с различиями в морфологических и окрашивающих характеристиках. Преобладающими формами были две различные бактерии; первая была относительно короче и шире, чем вторая. Короткие бактерии имели раздутые участки, особенно на их концах, более длинные бактерии иногда образовывали короткие цепи или гроздья.

Третьим типом одноклеточных были короткие грамположительные кокки. Число бактерий, которое можно было наблюдать, было пропорционально количеству нефти в исследуемом образце.

II. Химический анализ.

Химическая природа воды из нефтяного резервуара оценивалась с использованием ряда анализов водных и нефтеводных образцов. Эти анализы проводили с использованием стандартных методик, например Collins A.G. (1975) Geochemistry of oilfield Waters Developments in science series N 1, Elsevier Scientific Publishing Company, New York Американский институт нефти (1986). Эти методики включают атомную спектрофотометрию (AAS), пламенную фотометрию и использование селективных ионных электродов, рекомендуемое для анализа вод нефтяного месторождения.

Выборочные результаты анализа представлены в табл. 10.

Был сделан вывод, что эти результаты довольно типичны и для свежей артезианской воды, полученной в hower-Cretaceous Iurassic водоносных пластах в районе Суратского Бассейна, окружающего скважину "Алтон".

Состав среды для бактериального роста.

Была исследована способность нескольких источников углерода увеличивать рост микробов в нефтеводных образцах. Это включало изменение лактата, ацетата, пропионата, пальмитата, бензоата, соли муравьиной кислоты, гексадецена, смесь C₄C₆C₈, а также H₂/CO₂/ ацетат.

Ни один из проверенных углеродных источников не обеспечивал роста бактериальных клеток. Исходя из этих результатов и результатов химических анализов образцов воды из Alton был сделан вывод, что нитраты и фосфаты, являющиеся потенциально необходимыми питательными веществами, практически полностью были истощены.

Была предпринята серия опытов с целью определения влияния периодического добавления и истощения питательных веществ на возникновение поверхностно-активных характеристик. Одновременно было изучено, приведет ли добавление установленных стимуляторов бактериального роста, таких как пептон и дрожжевой экстракт, к усилению поверхностной активности.

Наконец, среда, проявляющая потенциальном желаемые свойства, была испытана на извлечение Алтонской нефти из пористого материала.

Исходная ростовая среда.

Состав исходной ростовой среды был основан на результатах химических анализов и предыдущих наблюдений, что бактерии в резервуаре Alton нуждаются в бикарбонат/карбонатной буферизации.

Материалы и методы.

125 мл колбы Уитона наполняли 25 мл нефти и 75 мл исследуемой среды. Затем колбы герметично закрывали. Стерилизованные образцы нефти Alton инокулировали в необогащенную добавками среду в качестве контроля. Состав основной среды и добавок показаны в табл. 1.

Из этих компонентов было приготовлено 4 культуральные среды и контроль. Все культуральные среды и контрольная группа содержали основную среду и карбонат натрия. Добавки показаны в табл. 2.

Изо всех колб химически удалили кислород с помощью 0,5 мл 0,5% раствора сульфида натрия, а затем их анаэробность была проверена в присутствии восстановленного 0,1% диазорезорцина, Была установлена инкубационная температура около 72^oC, которая приблизительно соответствовала температуре в резервуаре Алтон.

Ежедневно контролировали рост и поверхностное натяжение образцов. Рост измеряли полуколичественно с помощью микроскопа. Поверхностное натяжение измеряли по сравнению с гексадеканом с использованием метода образования капли (Harkine M.E. and Brown B (1919) I.Amer, Chem, Soc. il p. 499). Этот метод включает выталкивание образца из шприца в растворе гексадекана. Устанавливается объем жидкости, необходимый для образования капли и измеряется поверхностное натяжение с использованием стандартных формул.

Результаты.

У исследованных сред не было обнаружено заметных отличий в полуколичественном росте (см. табл. 3).

Полученная картина в общем согласуется с истощенным состоянием после начальной инокуляции (лаг-фаза, первая неделя), за которым следует период активного роста (экспоненциальная фаза, неделя 2).

Дальнейшее состояние истощения наступает при последующей пролиферации (стационарная фаза, недели 3 и 4). Среды 1 и 2 были очень богатыми. Поэтому истощение питательных веществ в них наступило лишь частично на 4-ой неделе.

Выводы.

1). Добавление дрожжевого экстракта ухудшало снижение поверхностного натяжения в данном временном периоде.

2). Добавление раствора с микроэлементами не приводило ни к увеличению микробиального роста, ни к снижению поверхностного натяжения.

В результате этих опытов, среду 4 выбрали для экспериментов по добыче нефти.

Извлечение нефти из уплотненного песка.

Извлечение остаточной нефти из уплотненного песка исследовали следующим образом.

Материалы.

Песок: May Baker, Batch MX 6210, кислотно-промытый, средне-мелкий, стерилизованный в течение 10 ч при 170^oC. Размер зерна не более 35% проходит через 300-микронное сито и не более 20% проходит через 150-микронное сито.

Смесь песок/нефть: 5 мл нефти на 34 г песка Среда: среда 4 (как выше) Тест-пробирки: Пирекс 9827 Пробки: "Субасил" N 33 + проволочные закрутки.

Методы.

1. Смесь песок-нефть. Песок и нефть смешивают в одной емкости, используя 5 мл нефти на 34 г песка. Соотношение песок-нефть устанавливали заранее путем промывания песка водой до тех пор, пока больше не извлекалась остаточная нефть. Песчано-нефтяную смесь в пробирках уплотняли с использованием ультразвуковой ванны в течение 10 мин.

2. Смесь в количестве, эквивалентном 5 мл нефти и 34 г песка, добавляли в каждую пробирку. Сверх того, 22 мл среды N 4, с карбонатом и без него, добавляли в каждую пробирку. Пробирки закрывали, пробки закрепляли узлом.

3. Все пробирки инкубировали при 72^oC в воздушной печи.

4. Количество нефти, извлеченной из уплотненного песка, определяли по разнице в весе пробирки, после того, как вся нефть на поверхности воды была собрана шприцем.

5. В завершении эксперимента количество нефти, оставшейся в песке, было проверено путем ее экстракции органическим растворителем, содержащим 87% хлороформа и 13% метанола, в аппарате Сокслета.

Результаты представлены в табл. 4.

Обсуждение.

Так как микробиологическое увеличение извлечения нефти при использовании среды N 4 оказалось эквивалентным тому, которое достигалось при использовании коммерческого поверхностно-активного вещества, эту среду приняли для окончательного тестирования.

Эксперименты с высоким давлением и высокой температурой.

Последней фазой предварительного экспериментирования был анализ добычи нефти при условиях, имитирующих Alton резервуар.

Материалы и методы.

Извлечение остаточной нефти при условиях, подобных существующим в резервуаре "Алтон", было исследовано с применением аппарата, специально созданного для этой цели. Он содержит металлическую трубку внутри водяной рубашки. Трубку упаковали пористым материалом и образец запечатали. Температуру поддерживали системой циркуляции, в которую вода подается через силиконовую масляную баню, и затем вокруг трубки по водяной рубашке.

Температуру 73^oC поддерживали термостатом.

Начальное давление около 5000 кПа создавали гидравлическим насосом "Хаскель".

1. Нефть и песок, как описано выше, смешивали до тех пор, пока был избыток нефти. Этой смеси давали стечь и упаковывали в колонку из нержавеющей стали. Затем колонку помещали в центр зоны высокой температуры и высокого давления. После этого на колонку подают давление и повышают температуру.

2. Как только упакованная смесью песок-нефть колонка уравновесилась, ее промывали водой через регулярные интервалы. Промывку повторяли до тех пор, пока из колонки извлекалась нефть.

3. Среду N 4, которую модифицировали для имитации химического равновесия, существующего в резервуаре "Алтон", вводили в колонку, пока она полностью не заменила воду. Затем колонку герметично закрывали и поддерживали соответствующие температуру и давление.

4. Пробы брали из колонки и выделенную нефть изучали. В то же время тестировали пищевое состояние бактерий и промывку питательной смесью повторяли или нет, в зав