НЕФТЕХИМИЯ, 2014, том 54, № 6, с. 415-421
УДК 622.276+004.04
ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЕЙ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛАСТОВОЙ МИКРОФЛОРЫ
© 2014 г. Л. К. Алтунина, Л. И. Сваровская, Ю. М. Полищук, И. Г. Ященко, Т. О. Перемитина
Институт химии нефти СО РАН, Томск E-mail: pto@ipc.tsc.ru Поступила в редакцию 07.12.2013 г.
Исследована зависимость численности и активности пластовой микрофлоры от химического состава и вязкости нефтей, позволяющая решать задачи повышения эффективности технологий и увеличения нефтеотдачи в условиях добычи трудноизвлекаемых видов нефтей с аномальными свойствами (вязкие, тяжелые, парафинистые, смолистые). Для изучения особенностей влияния химического состава нефти на численность, распространение и активность пластовой микрофлоры использованы данные о микробиологических свойствах пластовых вод 16 нефтяных месторождений различных нефтегазоносных бассейнов России, Монголии, Китая и Вьетнама. Данные о физико-химических свойствах нефтей этих месторождений получены из базы данных, созданной в Институте химии нефти СО РАН по физико-химическим свойствам нефтей мира. Установлено, что пластовые воды месторождений вязких нефтей характеризуются значительной численностью гетеротрофных и сульфатвосстанавливающих бактерий, а пластовые воды месторождений нефти с высоким содержанием парафинов — численностью денитрифицирующих бактерий.
Ключевые слова: трудноизвлекаемые нефти, пластовые воды, пластовая микрофлора, нефтеотдача, гетеротрофные бактерии, сульфатвосстанавливающие бактерии.
DOI: 10.7868/S0028242114050025
В последние годы растут объемы добычи трудноизвлекаемых нефтей — вязких, парафинистых, высокосмолистых и тяжелых. В связи с этим в настоящее время заметно возрос интерес к поиску путей повышения добычи трудноизвлекаемой нефти. Особая роль здесь отводится комплексным физико-химическим и микробиологическим методам увеличения нефтеотдачи пластов. Указанные методы повышения нефтеотдачи привлекают внимание достаточно высокой степенью экологической безопасности и относительно невысокими экономическими затратами. Физико-химические свойства нефтей и условия их залегания влияют на видовой состав микрофлоры пластовых вод и пределы ее распространения в конкретных геолого-геофизических условиях
Запасы тяжелых и высоковязких нефтей в несколько раз превышают запасы легких и маловязких нефтей и составляют 810 и 162 млрд т соответственно, являясь важнейшей частью сырьевой базы нефтяной отрасли России и других нефтедобывающих стран мира [1, 2]. Значительны запасы па-рафинистых и смолистых нефтей, составляющие соответственно 25.6 и 20.5% от общих мировых запасов нефти.
Из комплексных физико-химических и микробиологических методов повышения нефтеотдачи наиболее перспективны методы, основанные на закачке в пласт вместе с водой веществ, которые имеют высокие нефтевытесняющие свойства и одновременно стимулируют рост и развитие групп эндемичной микрофлоры [3—4]. Применение данных методов позволяет значительно повысить коэффициент нефтеотдачи за счет уменьшения вязкости нефти, увеличения охвата пласта, снижения межфазного натяжения на границе раздела "нефть—вода—порода", увеличения подвижности пластовых флюидов и прироста коэффициента нефтевытеснения [5—6]. Однако решение задач повышения эффективности указанных методов сдерживается недостаточной изученностью зависимости численности и активности пластовой микрофлоры от химического состава нефтей и условий их залегания, что и определило основную цель данной работы.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исследованы микробиологические процессы месторождений России: Советского, Самотлор-
Таблица 1. Микробиологические показатели пластовой воды и физико-химические свойства нефтей, применяемые при формировании многомерного массива данных
Характеристики Исследуемые свойства
Физико-химические и микробиологи- Степень кислотности или щелочности воды, в ед. рН ческие показатели пластовой воды Окислительно-восстановительный потенциал ЕЬ, мВ
Минерализация, г/л
Численность гетеротрофов, тысяч клеток/мл
Численность сульфовосстанавливающих бактерий (СВБ), тысяч клеток/мл Численность денитрифицирующих бактерий (ДНБ), тысяч клеток/мл Численность углеводородокисляющих бактерий (УОБ), тысяч клеток/мл Физико-химические свойства нефти Плотность, г/см3
Вязкость при 20°С, мм2/с Содержание серы, мас. % Содержание смол, мас. % Содержание асфальтенов, мас. % Содержание твердого парафина, мас. %
ского, Лас-Еганского, Малореченского, Усть-Ба-лыкского, Шингинского, Северного, Вахского, Ван-Еганского, Русского, Талинского, Урманско-го, Крапивинского, Арчинского, Западно--Крапи-винского (Западно-Сибирского НГБ), Ульяновско-ого (Волго-Уральского НГБ), Усинского (Тимано-Печорского НГБ); Монголии: Зуунбаян, Цаган-Элс (Восточно-Гобийского НГБ) и Тамсагбулаг (Тамсаг-булагского НГБ); Вьетнама — Белый Тигр (бассейна Вунг-Тау) и Китая — Фуларти (бассейна Сун-ляо). Месторождения характеризуются широким диапазоном пластовых температур, давлений, рН и величин окислительно-восстановительного потенциала пластовых и закачиваемых вод.
Вовлечение в разработку трудноизвлекаемых нефтей ведет к необходимости выявления закономерностей пространственного распределения и анализа изменения физико-химических свойств в зависимости от геологических и термобарических условий залегания. Разработка новых технологий извлечения и транспорта нефтей с аномальными физико-химическими свойствами требует знаний особенностей свойств нефтей и установления взаимосвязи изменения физико-химических свойств с изменениями микробиологического состава пластовой воды. Эти знания позволят разработать научные основы комплексных физико-химических и микробиологических методов увеличения нефтеотдачи вязких, тяжелых, парафи-нистых и высокосмолистых нефтей.
По результатам проведенных физико-химических и микробиологических исследований нефти и пластовых вод сформирован многомерный массив данных. Перечень показателей, по которым формировался массив данных, приведен в табл. 1.
Геофизические характеристики пластов исследуемых месторождений включают: глубину пласта, температуру (Тпласт), давление (Рпласт), проницаемость породы, обводненность продукции и др. (табл. 2).
В табл. 3 приведены микробиологические показатели пластовой воды. Известно [8], что для размножения бактерий необходимо обеспечить подходящие условия. К ним относятся кислотность среды (рН), окислительно-восстановительный потенциал (ЕЬ) и минерализация пластовой воды, которые влияют на скорость роста, выход биомассы, метаболизм и химический состав бактерий. Водородный показатель рН характеризует активность ионов водорода, многие виды бактерий растут в относительно узком интервале рН, а большинство из них — при значениях рН, близких к 7. Как следует из табл. 3, величина рН изменяется для исследованных образцов от 6.5 до 8 (Белый Тигр). Чем более положительна величина окислительно-восстановительного потенциала ЕЬ, тем выше концентрация окислителя по отношению к восстановлению в растворе. При высоких положительных значениях ЕЬ, обусловленных присутствием растворенного кислорода, подавляется рост анаэробных бактерий. В табл. 3 в образце пластовой воды Усинского месторождения самый высокое значение ЕЬ — более 250 мВ.
Физико-химические характеристики нефтей исследуемых месторождений, значения которых взяты из базы данных ИХН СО РАН [9,10] приведены в табл. 4.
Существенными особенностями данных о нефтях, представленных большой совокупностью показателей, является их разнородность и многомерность.
Таблица 2. Геофизические характеристики пластов исследованных месторождений
Номер образца Месторождения Продуктивные горизонты и пласты Глубина пласта, м Т °с А пласт' ^ Р пласт мПа Проницаемость, мкм2 Нефте-насыщенность, % Обводненность, %
1 Арчинское Ю2 2529-3171 96.5 32.3 - - -
2 Арчинское палеозой 3012-3171 98.71 31.93 - - -
3 Вахское, 1990 г. Юх 2179-2235 80 23 0.045 - -
4 Вахское, 2004 г. Ю1 2190-2278 90 22.9 0.01-0.30 45-48 54-56
5 Крапивинское Ю2 2560-2851 91.91 27.57 - 16.8 -
6 Самотлорское АВ1-2 1580 60 17.1 0.1-0.376 52.6-67.1 78
7 Самотлорское АВ2-3 1650 64 17.1 0.1-0.376 52.6-67.1 78
8 Самотлорское БВю 1750 79 24 0.1-0.376 52.6-67.1 89
9 Северное БВю 1740 75 21.2 0.21 55 50-90
10 Советское, 1990 г. АВ1 1653-1701 54 16.5 0.05 27.2 -
11 Советское, 2004 г. АВ1 1618-1700 54.75 17.6 0.13 42-60 65-85
12 Русское ПК1 663-940 18 8.42 0.8 30 -
13 Ульяновское Д0-1 725-1738 36 18.15 - - -
14 Урманское палеозой 2816-3240 102.4 31.9 - - -
15 Усинское пермо-кар-боновый 1260 23.06 12.84 0.034 77 53-70
16 Шингинское Ю3 2619-2667 101.6 - - - -
17 Зуунбаян К1 1125-1372 28.5 20.1 0.1-0.2 56 25
18 Тамсагбулаг Ю3 2300-2600 64.5 18.6 0.2-20 31-59 10
19 Цагаан-Элс К1 995-1300 42 13 3.5-16 39-56 12-40
20 Белый Тигр фундамент 3500 143 45 0.2-0.3 - 0.4-44
21 Белый Тигр олигоцен 4100 135 45 0.11-0.17 - 7-60
22 Белый Тигр миоцен 2900 105 - 0.16-0.19 - 17-45
23 Фуларти кайнозой 450 18 4.9 0.1-0.2 60-80 60
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для проведения комплексного анализа сформирован многомерный массив данных, включающий описание 23 образцов нефтей и пластовых вод с использованием 13 характеристик (табл. 1—4). На первом этапе была проведена классификация данных с использованием программы комплексного анализа многомерных данных на основе ме-
тода кластерного анализа, описанного в [11]. При этом использовали алгоритм кластеризации, реализующий метод максимального локального расстояния, что позволило разделить все объекты исследования на два однородных класса в исходном 13-ти мерном пространстве (рис. 1). В первый класс вошли 15 образцов, во второй — 8 образцов пластовой воды и нефти из 23 пластов рассматриваемых месторождений.
Таблица 3. Микробиологические показатели пластовой воды рассматриваемых месторождений
Номер образца Месторождение рН ЕЬ, мВ Минерализация, г/кг Численность микроорганизмов, тыс. кл/мл
гетеротрофы СВБ ДНБ УОБ
1 Арчинское 6.5 95.0 65.3 20.1 0.03 30.6 15.2
2 Арчинское 6.5 95.0 65.3 46.5 0.03 52.6 33.1
3 Вахское, 1990 г. 7.6 156.9 1
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.