INGEOOIL MEOR
О Компании INGEOOIL Услуги Компании INGEOOIL MEOR от INGEOOIL Литература
Консалтинговый совет MEOR-технология Преимущества Вопросы и ответы
Наши координаты Удаление АСПО Как это работает SPE
Схема проезда Биоремедиация
Решение Ваших проблем оказывает благоприятное воздействие на окружающую среду

SPE 29518
Коммерческое применение микробиологических методов увеличения нефтеотдачи

Автор - Дж. Т. Портвуд (J. T. Portwood)
Компания Alpha Environmental Midcontinent, Inc.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ
В настоящей статье обсуждается информация, собранная в 322 проектах, где применялся микробиологический метод увеличения нефтеотдачи (MEOR). Анализ полученных данных выражает в цифрах сведения относительно эффективности и рентабельности этого процесса; он также является источником информации, полезным для прогнозирования результатов применения MEOR на любых других месторождениях.

ВВЕДЕНИЕ
В течение последних десяти лет большое внимание уделялось оценке единичных промысловых применений различных составляющих MEOR. Однако о результатах применения конкретного процесса MEOR при большом разнообразии месторождений и производственных стратегий было опубликовано совсем незначительное количество работ. В результате нефтедобывающие компании достаточно осторожно относятся к технологии MEOR, полагая, что она еще не прошла обширных полевых испытаний на большом количестве объектов.

Настоящая статья содержит сведения, иллюстрирующие эффективность процесса MEOR, который успешно применялся в коммерческих проектах, охватывающих более 2000 продуктивных нефтяных скважин на территории США. Так как в этих проектах представлено большое количество месторождений, включая самые разнообразные типы пластов, условия залегания и движения нефти, то появляется возможность предсказать результаты применения MEOR на любом месторождении и обеспечить производственные компании необходимыми данными.

Нам представляется, что база данных по этой теме получена впервые. Она была создана на основе статистической информации, полученной при всестороннем использовании технологии MEOR. Данные организованы таким образом, что становится возможным произвести сравнение таких характеристик, как литология, пористость, проницаемость, плотность нефти и т. д. до и после применения MEOR. Информация, содержащаяся в базе данных, может быть использована производственными компаниями как инструмент для определения того, какие месторождения больше всего подходят для применения процесса. Она также обеспечивает нефтедобывающие компании выкладками для принятия обоснованных решений, когда рассматривается вопрос о применении MEOR на выбранном месторождении.

ОСНОВАНИЕ
На всей территории США к настоящему времени пробурено почти 3 млн нефтяных скважин и открыты месторождения нефти более чем на 500 млрд баррелей (около 70 млрд т). Первичное и вторичное извлечение при использовании обычных технологий могут дать, как ожидается, извлекаемость только в 33% от первоначальных запасов (175 млрд баррелей); из них приблизительно 150 млрд баррелей (или 86%) уже фактически извлечено. Таким образом, национальные запасы извлекаемой нефти в США составляют около 25 млрд баррелей. В прежние годы нефтедобывающие компании поддерживали или увеличивали количество извлекаемых запасов путем бурения. К настоящему времени, так как большинство основных месторождений уже открыто, остается доступным все меньше и меньше мест для бурения. Следовательно, необходимо обратить внимание на ту нефть, которая остается в месторождениях после того, как первичные и вторичные методы нефтедобычи исчерпали себя, и использовать эти ресурсы для поддержания или увеличения объема извлекаемых запасов. Именно на эту нефть и нацелена технология MEOR.

Еще в 1926 году Дж. У. Бекхэм определил, что большая часть нефти в месторождениях по всему миру останется неизвлекаемой и что необходимо разрабатывать методы для повышения ее извлекаемости. Он высказал предположение, что решению проблемы могут способствовать микроорганизмы. Бекхэм писал: "Без всякого сомнения, мировые запасы нефти ограничены. Тем не менее, также представляется очевидным, что значительный процент нефти остается в земных недрах после того, как поток из скважин иссякает, потому что трение вязкой нефти о породы слишком велико. Приведет ли внесение ферментопродуцирующих бактерий, вступающих в контакт с оставшейся нефтью, к изменению ее вязкости и плотности и, следовательно, к возобновлению потока?".

Поскольку потенциал MEOR впервые был осознан около 70 лет тому назад, можно было бы предположить, что технология будет широко распространена в наше время. К сожалению, это далеко не так. Подобная ситуация возникла по причине неэффективности передачи технологий внутри самой нефтяной отрасли. Например, если некто желал бы основываться на публикациях о нефтяной промышленности как на первичном источнике информации о новых технологиях, то он мог бы встретить статью от сентября 1994 г., касающуюся фактического использования процессов по увеличению добычи нефти в США: "Технология MEOR остается непонятой, хотя тестовые испытания показали, что процесс является осуществимым при низких температурах, низкой солености и малой глубине залегания. Только один респондент указал, что имеет подобный действующий проект в США". Случайный читатель скорее всего сделает из прочитанного нижеследующие выводы: 1) технология MEOR может быть использована только при малой глубине залегания, низкой температуре и солености; 2) MEOR не используется в настоящее время нефтяными компаниями США. Данные же, представленные нами, выявляют, что обширные промысловые испытания MEOR в США имеют место, а также что использование MEOR не ограничено условиями месторождений, как подразумевает цитируемая статья.

МЕХАНИЗМЫ И МАТЕРИАЛЫ
Существующие технологии первичного и вторичного извлечения нефти считаются успешными при достижении коэффициента извлекаемости в 33% от начальных запасов; остающиеся 67% либо слишком вязкие, либо связь между нефтью и окружающей месторождение породой (поверхностное натяжение) слишком сильна. Традиционные химикаты, такие как растворители и поверхностно-активные вещества (ПАВ), используются для увеличения подвижности нефти и способствуют ее извлекаемости. Растворители понижают вязкость нефти, делают ее более текучей, а ПАВ разрывают связи между нефтью и породой или между нефтью и водой, уменьшая силу поверхностного натяжения. Тем не менее, эти химикаты являются "пассивными" материалами, поскольку они могут быть доставлены в нужное место только механическим путем.

При заводнении химикаты перемещаются в месторождении с помощью потока закачанной воды, в основном попадая только в те области, где нефть была уже вытеснена водой, - или же расходуются еще до того, как попадут в место, где они требуются более всего.

Результаты применения химических растворителей и ПАВ, закачанных под давлением в отдельные скважины, в первой фазе их действия неудовлетворительны - просто потому, что химикаты не могут вступить в контакт с достаточным количеством пластовой породы, чтобы можно было рассчитывать на долговременный эффект. Так как большинство месторождений являются гетерогенными, химикаты неизбежно распространяются вертикально, следуя по путям наименьшего сопротивления, какими обычно являются пути с наименьшей концентрацией оставшейся нефти.

Уже в течение десятков лет известно, что специально подобранные естественные микроорганизмы способны метаболизировать углеводороды, производя органические растворители, такие как спирты и альдегиды, жирные кислоты поверхностно-активного действия, а также ряд других биохимикатов, известных своей способностью увеличивать подвижность нефти. Следовательно, весьма разумно предположение о том, что если такие живые, подвижные организмы будут внесены в месторождения, они смогут передвигаться в места залегания оставшейся нефти - и приводить в движение нефть, считавшуюся ранее неподвижной и неизвлекаемой. Такой процесс будет эффективным, так как микроорганизмы постоянно производят требуемые биохимикаты в тех зонах, где это нужно более всего, - а именно в пористых зонах пластов.

Компоненты MEOR-процесса
Хотя исследователи уже много лет назад осознали потенциал MEOR, немногие оказались способными развить технологию до такой степени, что стало бы возможно применять ее в реальных условиях. Тем не менее, в MEOR-процессе, описываемом в данной работе, используются биологические и химические материалы, а также прикладные методы, которые были разработаны и доказали свою эффективность по преодолению указанных выше барьеров.

В MEOR-процессе используются три компонента: бактерии, утилизирующие углеводороды, неорганические питательные вещества и биокатализатор (последний является ноу-хау).

Природные бактерии, утилизирующие углеводороды, в течение ряда лет собирались из многих месторождений, где наблюдается существенная микробиологическая активность. Для применения в этом процессе были выделены бактерии, наиболее эффективные в метаболизации углеводородов. Также специально отобранные виды выращивались в лабораторных условиях исключительно на смеси углеводородов, с целью получения смешанных сообществ микроорганизмов. Конечный продукт в виде сухого порошка имеет концентрацию около 1 трлн клеток/г; он хранится в складских условиях минимум 1 год.

MEOR-бактерии - простые одноклеточные организмы, их максимальная длина и ширина приблизительно 1 мкм. Они представляют собой жидкую протоплазму, на 95% состоящую из воды и окруженную белковой клеточной стенкой. Клетки лишены скелета. Эти бактерии не производят сероводород и межклеточную слизь. Так как клеточные стенки саморазрушаются с гибелью организма, то не остается твердых клеточных отходов. Тесты, проведенные в лабораториях, подтверждают, что смешанная культура бактерий является безопасной для обработки и не представляет никакой угрозы для растений, животных и человека.

Гранулированные неорганические питательные вещества, в составе которых присутствуют азот, калий, фосфор и микроэлементы, действуют как витамины и минералы для MEOR-бактерий. Эти вещества используются в MEOR-процессе, так как позволяют бактериям метаболизировать углеводороды более эффективно.

Биокатализатор представляет собой жидкий ферментный препарат. Это ноу-хау, которое улучшает микробиологическую активность, увеличивает толерантность бактерий к высокой засоленности, а также максимизирует их способность использовать кислород.

Механизм освобождения нефти
В MEOR-процессе используется механизм освобождения нефти, который можно кратко описать следующим образом: три компонента смешиваются и инжектируются в выбранный пласт. В самом месторождении MEOR-бактерии переносятся с водой и группируются в пористых зонах, на границе сред нефть/порода и нефть/вода; бактерии перерабатывают очень незначительное количество нефти и вырабатывают органические биохимикаты, такие как растворители, ПАВ, слабые кислоты, углекислый газ. Биохимикаты понижают вязкость нефти, уменьшают силу поверхностного натяжения в средах нефть/порода и нефть/вода, а также могут помочь восстановлению проницаемости вследствие удаления парафина и закупоривающих масс у входа в пористые зоны. Затем образуются новые клетки микроорганизмов, и процесс продолжается. Суммарное воздействие приводит к тому, что ранее неподвижная и неизвлекаемая нефть становится подвижной, она выносится к продуктивным скважинам, что приводит к увеличению добычи.

Следует упомянуть о том, что кроме увеличения объема извлекаемых запасов существуют и иные плюсы применения MEOR-процесса. В большинстве случаев также наблюдается повышение эффективности нефтедобычи. Многие производственные проблемы, связанные с парафином, эмульсиями, отложениями, коррозией контролируются при помощи обычных растворителей и ПАВ-химикатов. Так как MEOR-бактерии при метаболизации нефти также производят органические растворители и ПАВ-продукты, следует ожидать, что вышеперечисленные обычные производственные проблемы будут возникать значительно реже.

На MEOR-процесс распространяется налоговая льгота в соответствии с пунктом об увеличении/улучшении нефтедобычи, предлагаемая некоторыми штатами США (Канзас, Луизиана, Миссисипи, Монтана, Нью-Мексико, Техас, Юта, Вайоминг). Производители эффективно пользуются MEOR-процессом для ее получения.

ПРОЦЕДУРЫ MEOR-ОБРАБОТКИ
В течение последних семи лет MEOR систематически применяется в большом количестве проектов, включая процедуры обработки одиночных скважин еще в их начальной продуктивной фазе, а также для улучшения существующего процесса заводнения микробиологическим методом.

Все проекты на местах предварительно оцениваются на совместимость с MEOR, с учетом физико-химических свойств месторождения и производственных показателей. Выполняются предварительные этапы, а там, где возможно, - собираются образцы жидкостей. Эти образцы тестируются на совместимость с MEOR-системой, выявляется базовая популяция аборигенных бактерий, потребляющих углеводороды. Также собираются и изучаются необходимые данные о полевых условиях и о самом месторождении. На основе всего этого вырабатывается наилучшая стратегия действия по каждому проекту.

Для каждого проекта собираются табличные статистические данные по добыче нефти. Усредненные кривые падения производительности получаются в результате компьютерной обработки данных по продуктивности до применения MEOR-процесса. Эти данные затем экстраполируются для получения значений ожидаемой продуктивности без влияния MEOR-процесса.

Проекты для одиночных скважин
MEOR применяется на одиночных скважинах с целью стимулирования и увеличения производства нефти: 1) только из той скважины, которая подвергается обработке; 2) из скважины, подвергаемой обработке, плюс соседних скважин, добывающих нефть из одного и того же месторождения. Раствор MEOR закачивается в соседнюю скважину с помощью технологии, аналогичной закачке воды в пласт под давлением: математически рассчитывается объем биологического материала MEOR, который позволит на 100% заполнить пористые зоны месторождения; затем раствор смешивается и закачивается вниз по затрубному пространству; далее туда же поступает объем жидкости (обычно добытой на этом же месторождении нефти или воды), достаточный для продвижения всего биологического раствора в пласт через зону перфорации. Далее скважина закрывается на необходимый период (обычно от 24 часов до 7 дней), после чего ее вновь переводят в режим добычи. Эта процедура повторяется раз в три-шесть месяцев, что дает микроорганизмам возможность переместиться глубже в месторождение, так что они могут контактировать с большим количеством нефти.

Объем биологической обработки MEOR определяется как

.*R2*h*ф*(1.2)
________________ (1)
5,615


Улучшение процесса заводнения микробиологическим методом
MEOR применяется к скважинам заводнения для повышения эффективности и увеличения нефтедобычи при обработке всего месторождения. Биологические материалы постоянно или периодически добавляются в резервуары с водой в цехе поддержания пластового давления. Далее они попадают в пласт с водой через существующую систему заводнения без изменений темпа работы или параметров давления. Требуются совсем незначительные (или не требуются вовсе) изменения существующего оборудования системы водной инжекции для приспособления к MEOR-процессу, так что процедура заводнения не прерывается.

Мониторинг и оценка проекта
После того как начался проект по применению технологии MEOR, его состояние определяется мониторингом популяции MEOR-бактерий и объемом добытой нефти за некоторый промежуток времени.

Популяция бактерий, потребляющих углеводороды (БПУ), после внесения MEOR- продуктов находится под постоянным наблюдением. Она сравнивается с базовой популяцией аборигенных БПУ, которая существовала до начала процесса. Обычно популяция таких бактерий после начала процесса медленно увеличивается. Также проводится мониторинг произведенных жидкостей на предмет наличия БПУ для определения степени их проникновения в месторождение после того, как была выполнена инжекция.

Идут наблюдения за объемом добываемой нефти, он сравнивается с графиком, полученным в результате экстраполяции кривой падения производительности. Положительный результат применения MEOR-процесса определяется как фактический объем добычи сверх того значения, которое отражено на графике ожидаемого объема добычи. Термин "дополнительно добытая нефть" определяется уравнением

I = P2 - P1 (2)


Табличные данные по нефтедобыче были преобразованы с помощью программного обеспечения Microsoft Excel в полулогарифмические линейные графики для каждого проекта из базы данных. Эти графики были проанализированы для определения влияния процесса MEOR на добычу нефти.

БАЗА ДАННЫХ ПО MEOR
База данных по MEOR была создана при использовании программного обеспечения Microsoft Excel, Version 4. Каждый проект отсортирован по алфавиту начиная с наименования компании-оператора, далее - по номеру проекта, наименованию месторождения, расположению, методу добычи, количеству скважин в проекте. Данные о месторождении включают в себя литологию, пористость, проницаемость, глубину, температуру, давление; также имеются данные о плотности нефти, солености и проценте обводненности. Дополнительный объем нефти, добытый в результате применения MEOR-процесса, отражен в базе данных по каждому проекту, он выражается в баррелях и процентах.

Содержание базы данных
Для того чтобы проект был внесен в базу данных, требовалось следующее:

- Согласованные данные по производительности до применения MEOR-процесса (не менее чем за 12 месяцев).
- Аналогичные данные после применения MEOR-процесса (не менее чем за 12 месяцев).
- Подтверждение того, что прирост производительности достигнут за счет применения MEOR, а не является результатом капитального ремонта, замены оборудования, бурения, увеличения давления или темпа закачки воды, а также иных внешних причин.

Информация в базе данных была проанализирована для определения того, какое количество проектов дало повышение нефтедобычи в результате применения MEOR- процесса. Было выявлено, что в 78% всех проектов произошло замедление падения производительности, стабилизация или увеличение нефтедобычи. В остальных 22% случаев MEOR-процессы не оказали влияния на производительность. Не отмечено ни одного случая падения нефтедобычи по причине использования MEOR. В среднем MEOR- процессы привели к росту производительности на 36%. Это указывает на то, что MEOR положительно влияет на добычу нефти в течение 6 месяцев с момента первого применения. Влияние длится до 12 месяцев. В таблице 2 сведены графики производительности реальных проектов при применении MEOR-процессов, иллюстрирующие различные изменения в добыче нефти, наблюдаемые после инжекций.

Технологическая оценка
База данных была использована для определения того, являются ли какие-либо характеристики месторождения доминирующим фактором в определении возможности применения MEOR-процесса. Чтобы проиллюстрировать среднее увеличение нефтедобычи, наблюдаемое при различных характеристиках литологии, пористости, проницаемости, плотности, температуры, формации, обводненности, были построены столбчатые диаграммы.

Эти данные указывают на то, что технология MEOR является эффективной при широком диапазоне характеристик месторождений. Также выявлено, что ни одна из характеристик месторождения не является доминирующим фактором в определении возможности применения MEOR-процессов.

Экономическая оценка
Экономический раздел базы данных рассматривает чистый финансовый результат (NV) от накопленного роста производительности по каждому проекту MEOR в соответствии с уравнением:

NV = баррели доп. нефти * цена нефти * NRI * ставка налога (3)


Чистый финансовый результат от дополнительной добычи нефти, полученной в каждом проекте вследствие применения MEOR-процессов, поделен на полную сумму инвестиций, вложенных в каждый проект, для определения параметра "возврат инвестиций" (ROI).

ROI = чистый финансовый результат / сумма всех инвестиций (4)


В соответствии с данными среднее значение возврата инвестиций у нефтяной компании достигает значения 5:1 после 24 месяцев действия проекта MEOR; средний период возврата инвестиций (период окупаемости) равен 6 месяцам.

Процесс MEOR является доступным. Его себестоимость составляет от $0,25 до $0,5 за баррель нефти, полученной к началу действия проекта MEOR, и более не возрастает, хотя производительность растет по мере действия процесса. Себестоимость каждого дополнительного барреля нефти, полученного вследствие действия MEOR-процесса, рассчитывается по уравнению

Себестоимость / баррель = сумма всех инвестиций / баррели доп. нефти (5)


В соответствии с этими данными MEOR-процесс может обеспечить добычу дополнительного количества нефти по себестоимости около $2 за дополнительный баррель.

ВЫВОДЫ

1. MEOR-процесс прошел всесторонние промысловые испытания в 322 коммерческих проектах, охватывающих более 2000 эксплуатационных скважин на территории США.
2. Статистический анализ экономических и технологических данных, полученных вследствие широкого применения этой коммерческой технологии, обеспечивает нефтяные компании инструментом для более точного прогнозирования рисков и экономического потенциала применения MEOR-процесса на любом месторождении.
3. Предлагаемый MEOR-процесс приводит в движение те ресурсы нефти, которые в противном случае оставались бы неподвижными и неизвлекаемыми.
4. MEOR-процесс преодолевает природные и химические барьеры, которые существуют в нефтяных месторождениях и обычно препятствуют росту микроорганизмов.
5. MEOR безопасен для нефтяных месторождений и окружающей среды. Он не представляет угрозы для растений, животных и человека.
6. При применении MEOR-процесса существенно облегчается решение распространенных на производстве проблем, связанных с отложениями парафинов, микробиологическом заводнении. АСП и коррозией оборудования.
7. Во многих штатах США на MEOR распространяется налоговая льгота в соответствии с пунктом об увеличении/улучшении нефтедобычи. 8. Применение MEOR-процесса технологически и экономически оправдано как в начальной фазе производственной деятельности скважины, так и при
9. MEOR-процесс легок в применении, обычно требуется минимальное (если требуется вообще) изменение существующего производственного оборудования.
10. MEOR-процесс легко поддается мониторингу.
11. MEOR эффективен для увеличения добычи нефти. 78% всех проектов показали прирост добычи нефти после применения данного процесса.
12. MEOR обеспечил прирост добычи в среднем на 36%.
13. Ни в одном случае не наблюдалось падение добычи нефти после применения MEOR.
14. Данный процесс может успешно применяться на большинстве нефтяных месторождений.
15. MEOR дает быстрые результаты. Показатель возврата инвестиций ROI составляет 5:1, период окупаемости - в среднем 6 месяцев.
16. Технология MEOR является доступной. Себестоимость процесса колеблется в диапазоне от $0,25 до $0,5 на баррель нефти, добываемой на момент начала применения MEOR-процесса, и остается неизменной, тогда как добыча нефти возрастает. Себестоимость дополнительной нефти, добытой в результате применения MEOR-процесса, составляет $2 за баррель.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

? - 3,14
R - радиус (желаемая глубина проникновения в пласт)
h - высота (толщина пласта)
ф - средняя пористость месторождения
I - дополнительно добытая нефть
P1 - предполагаемое суммарное извлечение нефти (после MEOR-процесса), определяемое экстраполяцией кривой падения, в баррелях
P2 - фактическое суммарное извлечение нефти (после MEOR-процесса, в баррелях)
NV - чистая стоимость дополнительной нефти
NRI - чистая доля доходов производителя от проекта

БЛАГОДАРНОСТИ
Автор выражает благодарность компании Alpha Environment Midcontinent, Inc. за ее разрешение на публикацию данной статьи. Я также хотел бы поблагодарить все производственные компании, готовые к инновациям, за использование MEOR-технологии и предоставленные данные, которые явились основанием для моих выводов. Особую благодарность выражаю моей помощнице Келли Ишмаэль (Kelly Ishmael) за содействие в подготовке статьи.

ЛИТЕРАТУРА
1. US Department of Energy, October 1992, DOE/BC-92/I/SP, "An assessment of the oil resources base of the United States".
2. Oil and Gas Journal, December 28, 1992 (OGJ Special).
3. Beckham, J. W . The action of bacteria on mineral oil. Ind. Eng. Chem. News, 4 (November 10, 1926): 3.
4. Oil and Gas Journal, September 26, 1994 (OGI Special), pg 58.