МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 73, № 5, с. 687-697
== ОБЗОР =
УДК 579.66: 553.982(047)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ
© 2004 г. С. С. Беляев*, И. А. Борзенков*, Т. Н. Назина*, Е. П. Розанова*, И. Ф. Глумов**, Р. Р. Ибатуллин**, М. В. Иванов*
*Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва **Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефти, Бугулъма
Поступила в редакцию 17.05.2004 г.
Существующие способы разработки нефтяных месторождений дают возможность извлекать из недр не более половины геологических запасов нефти, а на месторождениях с карбонатными коллекторами величина нефтеизвлечения снижается до 20% [1]. Более того, коэффициент извлечения нефти имеет тенденцию к снижению в связи с вовлечением в эксплуатацию месторождений с вязкими нефтями, сравнительно небольшими запасами и сложными геолого-физическими свойствами. Таким образом, чтобы поддерживать объем нефтедобычи хотя бы на существующем уровне, необходима разработка новых эффективных методов повышения нефтеотдачи.
Известны различные химические и физико-химические методы воздействия на нефтяные пласты с целью повышения нефтеотдачи. Во многих нефтедобывающих странах широко используется метод вторичного заводнения нефтяных пластов, предложенный в 30-х годах прошлого века советским академиком А.П. Крыловым. Сущность метода состоит в принудительной закачке в нефтяной пласт поверхностной воды под давлением через систему водонагнетательных скважин, что приводит к повышению пластового давления. Эта технология позволяет существенно повысить извлечение нефти. К так называемым третичным методам повышения нефтеотдачи относятся химические методы, применяющиеся в сочетании с вторичным заводнением, и которые включают несмешивающееся заводнение (щелочное и полимерное) и смешивающееся заводнение - нагнетание растворителей или кислот. К химическим методам относится и заводнение с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ) или сур-фактантов - сурфактантное заводнение и микроэмульсионное. В качестве ПАВ на месторождениях Европы и Америки широко используют химически синтезированные нефтяные сульфо-наты. С целью повышения нефтеизвлечения применяется также закачка в нефтяные пласты различных газов, прежде всего С02, а также N и углеводородных газов. Известны тепловые методы, заключающиеся в закачке теплоносителя в пласт
(горячей воды или пара) или в осуществлении внутрипластового горения. Меньшее применение на нефтяных месторождениях Европы и Сибири находят физико-химические методы избирательной закупорки высокопроницаемых пропластков для выравнивания охвата залежи заводнением. Однако такие методы широко используются на месторождениях Северной Америки и, особенно, Канады [2].
Микробиологические методы повышения нефтеотдачи, интенсивная разработка которых началась в середине 20-го века в связи с развитием биотехнологии, привлекают внимание высокой эффективностью, широким разнообразием, экологической безопасностью, относительно невысокими затратами, но, вместе с тем, высокой на-укоемкостью. Существуют, по крайней мере, три достаточно убедительные предпосылки, позволяющие говорить о возможности создания новых эффективных биотехнологий повышения нефтеотдачи пластов, основанных на геохимической деятельности микроорганизмов. Первая предпосылка заключается в широком распространении аэробных и анаэробных микроорганизмов разных физиологических групп в нефтяных месторождениях, разрабатываемых с применением заводнения поверхностными водами. Ряд микроорганизмов не теряет жизнеспособности в условиях пласта и остается биохимически активными. Вторая предпосылка основывается на многообразных способностях микроорганизмов к преобразованию сложных углеводородов нефти до более простых и лабильных органических соединений, а также на способности их к образованию таких признанных агентов нефтевытеснения, как С02, СН4, жирные кислоты, спирты, полисахариды, поверхностно-активные вещества и другие технологически активные соединения. И, наконец, третья предпосылка состоит в способности микроорганизмов продуцировать нефтевытесняющие соединения непосредственно в пласте: в зонах и микрозонах, содержащих остаточную нефть.
Задача современных научно-исследовательских работ по разработке новых биотехнологий
повышения нефтеотдачи, по нашему мнению, заключается в изучении закономерностей распространения и геохимической активности микроорганизмов в нефтяных месторождениях с разными геолого-физическими условиями, углубленном исследовании физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов и разработке способов регуляции микробиологических процессов в нефтяных месторождениях с целью повышения нефтеотдачи [3].
КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
Первые работы по нефтяной микробиологии, получившие известность, были выполнены в 1926 году одновременно российскими и американскими исследователями. Т.Л. Гинзбург-Кара-гичева [4, 5] свои первые работы посвятила микробиологическим исследованиям пластовых вод нефтяных месторождений Апшерона, главным образом, вопросам микробиологического образования сероводорода. E.S. Bastin [6] была выполнена работа по выявлению сульфатвосстанавли-вающих бактерий в водах нефтяных месторождений штатов Калифорния и Иллинойс в США. В это же время появились первые публикации В.О. Таусона [7, 8] и Дж.В. Бекмана [9], в которых была показана способность микроорганизмов к окислению нефтей или их отдельных компонентов. Более того, Дж.В. Бекманом [9] было высказано предположение о возможности использования бактерий для разрушения тяжелых фракций нефти, остающихся в нефтематерин-ской породе. Однако эта важная мысль долгое время не была востребована обществом, и только в конце 40-х годов прошлого столетия идея использования микроорганизмов для повышения извлечения нефти получила развитие в работах американского микробиолога C.E. ZoBell [10-12]. Для обработки нефтяного пласта на основании лабораторных экспериментов предлагалась культура рода Desulfovibrio, выделенная из нефтеносных сланцев, и, по мнению автора, способная использовать нефть в качестве источника углерода. Предполагалось, что результатом деятельности бактерий может быть: а) выделение газообразных продуктов (N2, CO2, CH4), способствующих повышению давления в пласте и увеличению подвижности нефти; б) образование кислот, в частности углекислоты, которые увеличивали бы поры известняковых коллекторов нефти и тем самым облегчали ее подвижность; в) образование поверхностно-активных веществ; г) разрушение высокомолекулярных углеводородов с образованием низкомолекулярных соединений, уменьшающих вязкость нефти.
Другие исследователи рекомендовали вводить в пласт суспензии бактерий из родов Bacillus,
Desulfovibrio, Aspergillus, Clostridium, Micrococcus, Pseudomonas, Artrobacter, Peptococcus, Micobacteri-um и микроорганизмы других таксономических групп.
К сожалению, нефтеизвлекающая активность большинства предложенных микроорганизмов основывалась лишь на их способности продуцировать те или иные технологически полезные метаболиты в условиях лабораторного культивирования. Сам процесс вытеснения нефти проводился в лучшем случае лишь на лабораторных моделях нефтяных пластов, а до промысловых испытаний дело доходило лишь в работах Е. Караскевича [15] и Дж. Б. Дэвиса [14], проводивших закачку в нефтяные пласты культур Clostridium и растворов мелассы [13-17].
Описан метод повышения нефтеотдачи, заключающийся во введении в пласт так называемого геобиореагента, составленного из озерных илов и торфяной крошки [18], содержащих богатую микрофлору. Впоследствии геобиореагент был заменен активным илом, состоящим из осадков сточных вод биохимических производств, включающих популяции различных микроорганизмов [19]. К сожалению, механизм повышения нефтеотдачи с помощью геобиореагентов изучен явно недостаточно.
Оригинальным направлением в развитии микробиологических способов повышения нефтеотдачи пластов являются исследования И.Л. Андреевского [20, 21]. Суть этих лабораторно-теоретиче-ских работ заключалась в активации естественной микрофлоры нефтяного месторождения введением в пласт минерального питательного раствора, содержащего сульфаты и фосфаты. Не рекомендовалось вводить соединения азота, так как по замыслу автора бактерии должны были использовать азот нефти и переводить нефть в более лабильные органические компоненты.
Третьим направлением можно считать использование микроорганизмов и их метаболитов для улучшения нефтевымывающих свойств закачиваемой в пласт воды. Сюда относятся исследования М.А. Мессиневой [22], направленные на приготовление щелочной воды за счет разложения мочевины культурами уробактерий. На улучшение свойств закачиваемой в пласт воды направлены также рекомендации использовать гетеропо-лисахариды, получаемые при развитии бактерий рода Xanthomonas на среде с крахмалом и сахаром, для загущения закачиваемой воды, а также добавки к закачиваемой в пласт воде культураль-ных жидкостей, содержащих ПАВы, ферменты и другие микробные метаболиты [23].
Важное место в исследовании микрофлоры нефтяных месторождений занимают работы С.И. Кузнецова, проработавшего в Институте микробиологии РАН около 45 лет, и его учеников - М.В. Ива-
нова, Е.П. Розановой и H.H. Ляликовой, обобщенные в двух монографиях - "Введение в геологическую микробиологию" [13] и "Микрофлора нефтяных месторождений" [24], в которых были сформулированы закономерности распространения микроорганизмов в зависимости от типа водообмена или степени открытости нефтеносных структур; описан ряд таксономических и физиологических групп микроорганизмов, населяющих нефтяные пласты; изучена возможность современного бактериального образования метана в нефтегазоносных фациях района Среднего Поволжья. С.И. Кузнецовым совместно с Г.А. Воробьевой [13, 25] был проведен первый в СССР опытно-промысловый эксперимент на скважине № 2 месторождения Серные воды Куйбышевской (Самарской) области, содержащего высоковязкую нефть. Пласт залегал на глубине 1300 м и содержал высокоминерализованный хлоридо-каль-циевый рассо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.