автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Предупреждение биодеструкции химреагентов при разработке нефтяных месторождений

/

Башкирский научно-исследовательский и проектный институте нефти (БашНИПИнефть) - филиал АНК Башнефть Научно-исследовательский институт по повышению нефтеотдачи пластов (НИИнефтеотдача) Академии наук Республики Башкортостан

На правах рукописи УДК 622.276.6

Резяпова Ирина Борисовна

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ БИОДЕСТРУКЦИИ ХИМРЕАГЕНТОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.15.06 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук Хазипов Рим Халитович

Уфа-1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Зараженность нефтяных месторождений сульфатвосстанав- 11 ливающнми бактериями, отрицательные последствия их жизнедеятельности при добыче нефти (аналитический обзор литературы)

1.1. Распространенность сульфатвосстанавливающих бактерий в 13 водах нефтяных месторождений

1.2.Место сульфатвосстанавливающих бактерий в смешанном 14 сообществе микроорганизмов

1.3.Факторы, влияющие на сульфатредукцию в призабойной зо- 17 не и нефтяном пласте

1.4.Методы исследования сульфатвосстанавливающих бактерий 24

1.5.Влияние сульфатвосстанавливающих бактерий на прони- 29 цаемость пород

1 .б.Ингибиторная защита металлов от коррозии в средах, со- 33

держащих сульфатвосстанавливающие бактерии

2. Экспериментальное определение распространенности суль- 37 фатвосстанавливающих бактерий на нефтяных месторождениях

2.1. Разработка способа обнаружения сульфатвосстанавливаю- 3 7

щих бактерий в нефтепромысловых средах 2.2.Определение видовой принадлежности сульфатвосстанав- 39

ливающих бактерий методом геномной дактилоскопии 2.3. Экспериментальное определение зараженности нефтяных 44

месторождений сульфатвосстанавливающими бактериями

3. Влияние химических продуктов, применяемых при добыче 52 нефти, на сульфатредукцию

3.1. Поверхностно-активные вещества и композиции на их ос- 56 нове

3.2. Деэмульгаторы 62 3.3 .Ингибиторы коррозии и ингибиторы асфальто-смолистых 65

и парафиновых отложений

3.4. Полимеры 70

3.5. Бактерициды 72

4. Биодеструкция нефтевытесняющих агентов под действием 78 сульфатвосстанавливающих бактерий

4.1.Исследование биодеструкции неионогенных ПАВ под дей- 78 ствием сульфатвосстанавливающих бактерий

4.2.Изучение кинетики биодеструкции НПАВ с учетом факто- 81 ров, влияющих на нее в пласте

4.3.Изучение биодеструкции НПАВ в составе товарных форм 91

5. Влияние сульфатвосстанавливающих бактерий и биоцид- 95 ной обработки на проницаемость пористых сред

6. Предупреждение биоповреждений, вызываемых сульфат- 104 восстанавливающими бактериями

6.1 .Биостойкие нефтевытесняющие составы на основе поверх- 105

ностно-активных веществ с синергизмом антимикробных свойств

6.2.Технико-экономическая эффективность применения 113

результатов исследований ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 116

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 117

ПРИЛОЖЕНИЕ 130

ВВЕДЕНИЕ

Заводнение нефтяных пластов, проводимое для поддержания пластового давления и интенсификации добычи нефти является основной причиной распространенности микроорганизмов различных физиологических групп на нефтяных месторождениях, наибольший ущерб из которых причиняют сульфатвос-станавливающие бактерии (СВБ).

Жизнедеятельность СВБ вызывает ряд серьезных проблем, связанных с экологическим и экономическим ущербом на нефтяных месторождениях. К ним относятся: биологическая коррозия металла, загрязнение сероводородом добываемой нефти, газа и воды; закупоривание призабойной зоны скважин и продуктивного пласта и снижение фильтрационных характеристик пород и нефтеотдачи.

Поэтому выявление и идентификация сульфатвосстанавливающих бактерий на нефтяных месторождениях, прогнозирование и исследование влияния факторов на образование биогенного сероводорода и других отрицательных последствий их жизнедеятельности является актуальным.

Диссертация выполнена по планам НИР БашНИПИнефти и НИИнефте-отдача в соответствии с координационными программами и постановлениями ГКНТ, Миннефтепрома, в том числе: проблема 0.10.08, задание 04; 34.4: разработать, испытать и внедрить высокоэффективные бактерициды, ингибиторы-бактерициды, технологию их применения для подавления жизнедеятельности коррозионноопасных микроорганизмов и защиты нефтепромыслового оборудования от коррозии; программа работ по повышению эффективности разработки нефтяных месторождений (протокол коллегии МНП № 45 от 28-29.10.85 г.); общесоюзная программа 017 «Нефтедобыча», задание 02.02.01Т, Т2б; 013.015, 013004, задание 01.02, Т1а; планы НИОКР МНТК «Нефтеотдача» 04.02.0, этап Т2а и 04.02.05.Т, Т1б; общесоюзная программа фундаментальных исследований

«Проблемы биоповреждений» на 1989-2000 г.г., раздел 1.5. «Биоповреждения в нефтяной промышленности. Защита».

Целью данной диссертационной работы является повышение эффективности разработки нефтяных месторождений за счет предупреждения отрицательного воздействия сульфатвосстанавливающих бактерий на фильтрационно-емкостные характеристики пород продуктивных пластов и на технологические реагенты, используемые в процессах добычи нефти. При выполнении работы решались следующие задачи:

1. Разработка и усовершенствование способа обнаружения сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтепромысловых средах, апробация новой методики идентификации их видового состава.

2. Исследование и анализ уровня зараженности пластовых вод и системы ППД залежей Урало-Поволжья и Западной Сибири сульфатвосстанавливающими бактериями. Классификация нефтяных месторождений по степени зараженности закачиваемых вод.

3. Оценка влияния химических реагентов, применяемых при разработке и эксплуатации нефтяных месторождений, на процесс образования биогенного сероводорода.

4. Изучение и предупреждение биодеструкции неионогенных и анионактивных ПАВ, используемых для интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи пласта, под действием сульфатвосстанавливающих бактерий, в том числе в сообществе с микроорганизмами нефтяных месторождений.

5. Оценка эффективности композиций поверхностно-активных веществ и биоцидов для подавления сульфатвосстанавливающих бактерий. Создание биостойких нефтевытесняющих составов.

6. Исследование влияния сульфатвосстанавливающих бактерий в сообществе с микроорганизмами нефтепромысловых вод на фильтрационно-емкостные характеристики продуктивных пластов.

Научная новизна.

1. Впервые разработана методика оценки влияния химических продуктов, применяемых в процессах разработки нефтяных месторождений, на суль-фатредукцию. Выявлен характер влияния ПАВ, деэмульгаторов, ингибиторов коррозии, ингибиторов АСПО, полимеров и бактерицидов на образование биогенного сероводорода.

2. Впервые экспериментально установлена способность сульфатвосстанавли-вающих бактерий подвергать биодеструкции неионогенные ПАВ и использовать продукты деструкции для построения внутриклеточных структур.

3. Установлена зависимость степени снижения концентрации неионогенных ПАВ за счет биодеструкции сообществами микроорганизмов нефтяных месторождений, включающих СВБ, от активности микроорганизмов, общей минерализации воды и начальной концентрации НПАВ. Предложена эмпирическая формула для расчета этой зависимости.

4. Обнаружен синергетический эффект смеси биоцидов с неионогенными и анионактивными ПАВ для подавления сульфатвосстанавливающих бактерий. Найдено оптимальное соотношение компонентов, составляющее 1:2 для смеси ЛПЭ-11в : АФ 9-12; и 1:1 для смеси ЛПЭ-1369 : сульфонол.

5. В лабораторных модельных условиях установлено существенное влияние микроорганизмов на ухудшение фильтрационно-емкостных характеристик пористой среды и показана возможность эффективного восстановления последних при биоцидной обработке.

В диссертационной работе разработаны и защищаются следующие положения:

1. Способ обнаружения сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтепромысловых средах.

2. Методика и результаты испытаний влияния химических реагентов, применяемых при разработке нефтяных месторождений, на сульфатредукцию.

3. Способность сульфатвосстанавливающих бактерий подвергать биодеструкции неионогеиные ПАВ и использовать продукты деструкции для построения внутриклеточных структур.

4. Синергизм биоцидной активности смесей НПАВ и АПАВ с бактерицидами ЛПЭ-11в и ЛПЭ-1369.

5. Результаты экспериментов по исследованию влияния микроорганизмов и бактерицида ЛПЭ-11в на фильтрационные характеристики пород и на коэффициент вытеснения.

Практическая ценность.

1. Создан и внедрен на практике способ обнаружения сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтепромысловых средах (А. с. 1152261 СССР / Б.И.-1985.-№ 15).

2. Экспериментально проведено микробиологическое обследование закачиваемых и попутно добываемых вод более 30 нефтяных месторождений Урало-Поволжья и Западной Сибири, выполнена классификация этих месторождений по степени зараженности закачиваемых вод.

3. Разработан стандарт объединения СТО 03-135-84 «Влияние химических продуктов на сульфатредукцию. Методы испытаний», составлен перечень продуктов, используемых при добыче нефти с указанием экспериментально полученных данных о характере и степени их влияния на образование биогенного сероводорода.

4. Созданы и предложены к применению нефтевытесняющие составы на основе поверхностно-активных веществ с добавкой биоцидов с повышенной биостойкостью.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждены на VII съезде Всесоюзного микробиологического общества «Экологическая, геохимическая деятельность микроорганизмов и охрана окружающей среды» (Алма-Ата, 1985); областной научно-технической конференции «Проблемы разработки нефтяных и газовых месторождений и интенсификации добычи нефти» (Астра-

хань, 1989); на научно-технических конференциях, организованных Научным Советом по биоповреждениям АН СССР: «Современные средства и методы химической защиты от коррозии и биоповреждений» (Казань, 1990); на IV всесоюзной конференции по биоповреждениям (Н.Новгород, 1991); «Биоповреждения в промышленности» (Пенза, 1993); на научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (Уфа, 1998); на заседаниях Ученых советов БашНИПИнефти, НПО Союзнефтеотдачи и Отделения нефти и газа АН РБ (1984-1997 г.г.).

По результатам исследований опубликовано 24 печатные работы, в том числе 1 монография, 1 изобретение, 10 научных статей, 2 руководящих документа и стандарта и 10 тезисов докладов на республиканских и всесоюзных съездах и конференциях.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 131 стр. машинописного текста, в том числе содержит 23 таблицы и 16 рисунков. Список литературы включает 118 наименований.

Основные результаты в диссертации получены в результате экспериментальных и теоретических исследований.

В первой главе рассмотрены отрицательные последствия жизнедеятельности СВБ, связанные с экологическим и экономическим ущербом на нефтяных месторождениях : загрязнение сероводородом добываемой воды, нефти и газа; биологическая коррозия нефтепромыслового оборудования; закупоривание призабойной зоны скважин и пласта. В аналитическом обзоре литературы обобщены современные представления о физиологической группе сульфатвос-станавливающих бактерий, их распространенности, месте в смешанном сообществе микроорганизмов нефтяных месторождений, факторах, влияющих на их жизнедеятельность в призабойной зоне и нефтяном пласте. Проанализированы и систематизированы современные методы, применяемые для исследования сульфатвосстанавливающих бактерий. Обобщены данные по изучению жизне-

деятельности сульфатвосстанавливающих бактерий в комплексе с другими микроорганизмами в пористых средах, их влиянию на проницаемость пород. На основе аналитического обзора литературных данных сформулированы основные цели и задачи исследований.

Во второй главе для выявления сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтепромысловых водах и культивирования создан и использован новый способ обнаружения на основе усовершенствования питательной среды Постгейта, содержащей стимулирующую добавку, введение которой в состав в небольшом, по сравнению с другими компонентами среды, количестве ускоряет инициацию роста бактерий, увеличивает их сульфатредуцирующую активность. Это позволяет сократить время, необходимое на анализ, в 3-5 раз и повысить его точность.

С использованием разработанного способа выполнено экспериментальное обследование зараженности сульфатвосстанавливающими бактериями более 30 нефтяных месторождений Урало-Поволжья, Западной Сибири и других регионов. Получены данные, которые свидетельствуют о практически повсеместной распространенности сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтепромысловых водах по всей системе пласт-скважина-наземное оборудование.

Совместно с Отделом биохимии и цитохимии УНЦ РАН выполнена работа по оценке возможности определения видового состава сульфатвосстанавливающих бактерий методом геномной дактилоскопии. Применительно к суль-фатвосстанавливающим бактериям данный метод рассмотрен впервые.

В третьей главе изучено влияние около 80 химических продуктов (ПАВ, ингибиторов коррозии и АСПО, деэмульгаторов, полимеров, бактерицидов) на сульфатредукцию музейных и накопительных культур сульфатвосстанавливающих бактерий, разработана и внедрена методика оценки, которая позволяет в лабораторных условиях определить характер (подавление, стимулирование, отсутствие влияния) и степень влияния химреагентов на сульфатредукцию. Проведенные исследования по оценке влияния химических продуктов на суль-

фатредукцию позволяют внести коррективы в технологию их применения при разработке и эксплуатации нефтяных месторождений и рекомендовать их использование с учетом влияния на сульфатредукцию. Составлен перечень химреагентов с указанием характера влияния на образование сероводорода суль-фатвосстанавливающими бактериями.

В четвертой главе установлена способность СВБ подвергать биодеструкции нефтевытесняющие агенты, получены эмпирические формулы, описывающие кинетику биодеструкции НПАВ с учетом факторов, влияющих на нее в пласте: его начальной концентрации, содержания минеральных солей в среде, деструктивной активности сообществ микроорганизмов, выделенных из нефтепромысловых сред конкретных нефтяных месторождений. Установлены особенности биодеструкции НПАВ в составе товарных форм.

В пятой главе изучено влияние сульфатвосстанавливающих бактерий на фильтрацию в пористых средах, выполнено моделирование бактериальной закупорки керна, показана возможность удаления биообразований и восстановления его проницаемости обработкой биоцидом ЛПЭ-11в.

В шестой главе предложены биостойкие нефтевытесняющие составы с синергизмом антимикробных свойств: АПАВ+ЛПЭ-1369; НПАВ+ЛПЭ-11; выявлено оптимальное соотношение компонентов в составе.

Работа выполнена в институтах БашНИПИнефть и НИИнефтеотдача (НПО Союзнефтеотдача) под руководством доктора технических наук Хазипова Р.Х., которому автор выражает благодарность за всестороннюю поддержку и внимание.

1. ЗАРАЖЕННОСТЬ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

СУЛЬФАТВОССТАНАВЛИВАЮЩИМИ БАКТЕРИЯМИ, ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ

ПОСЛЕДСТВИЯ ИХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ

(АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Сульфатвосстанавливающие бактерии представляют собой группу таксо-иомически очень разнообразных бактерий, имеющих сходную экологию и физиологию - все они являются строгими анаэробами, способны использовать сульфат или другие соединения серы в качестве терминального акцептора электронов в диссимиляторной энергетической реакции в противоположность другим бактериям, которые используют сульфат только для формирования серосодержащих компонентов клетки. Отличительной чертой всех известных видов сульфатвосстанавливающих бактерий является способность в качестве конечного продукта сульфатредукции образовывать сероводород в большом количестве [1].

Приняв во внимание физиологические особенности сульфатвосстанавливающих бактерий можно заключить, что их развитие в природе возможно в водах, где имеется достаточное количество органического субстрата и сульфата при отсутствии или незначительном содержании кислорода. Заводняемые нефтяные месторождения, обогащенные сульфатами, являются природной экосистемой, благоприятной для роста и активности этих микроорганизмов [2].

Жизнедеятельность сульфатвосстанавливающих бактерий вызывает ряд серьезных проблем на нефтяных месторождениях, которые рассмотрены в опубликованном обзоре [3]. К ним относятся загрязнение сероводородом добываемой продукции, к�