СПОСОБ ЗАВОДНЕНИЯ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА Российский патент 1994 года по МПК E21B43/22 

Изобретение относится к нефтедобыче и предназначено для увеличения нефтеотдачи пластов.

Известен способ заводнения пластов, включающий закачку в нагнетательную скважину полимерно-гелевой системы с последующей закачкой воды и отбор нефти из добывающих скважин [1].

В этом способе нагнетаемая в пласт полимерно-гелевая система поступает в наиболее гидропроводные зоны (обводненные песчаники, трещины) и закупоривает их, а нагнетаемая вода вытесняет нефть из необводненных участков пласта.

Недостатком такого способа является необходимость использования специального сшивающего агента, содержащего вредные для окружающей среды соли тяжелых металлов. Кроме того, этот способ дает только однократный эффект.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ заводнения нефтяного пласта с использованием полимер-дисперсной системы [2]. Способ состоит в том, что в пласт первоначально закачивают раствор полиакриламида, после чего производят закачку в пласт суспензии глины. Сущность способа состоит в том, что в результате смешения раствора полимера и глинистой суспензии происходит процесс коагуляции частиц глины и образуется полимер-дисперсная система, в которой частицы глины связаны между собой макромолекулами в флокулы, которые закупоривают поровые каналы, оказывающая более высокое фильтрационное сопротивление потоку жидкости, чем раствор полимера или глинистая суспензия, в отдельности. Происходящие процессы приводят к выравниванию профиля вытеснения нефти по объему пласта и увеличению нефтеотдачи.

Недостатком известного способа является получение одноразового эффекта. После блокировки имеющихся гидропроводных зон через некоторое время в результате вытеснения нефти из пласта образуются новые обводненные зоны. Это снижает охват пласта заводнением и увеличивает обводненность добываемой нефти. Кроме того, эффективность метода снижается с увеличением количества и размера трещин в пласте.

Целью изобретения является повышение нефтеотдачи и снижение обводненности добываемой нефти за счет увеличения охвата пласта заводнением и изоляции обводненных зон.

Это достигается тем, что в пласт закачивают полимерно-гелевую систему, содержащую 0,5-5% гидрогеля с иммобилизованными в нем клетками аэробной водной микрофлоры совместно с химической добавкой акцептора электронов - коферментом к ферментам окислительно-восстановительного цикла при следующем содержании компонентов, мас.%:
Иммобилизированные
в геле микробные клетки 10-90
Кофермент - акцептор электронов До 0,01-5 Гель Остальное,
после чего нагнетают в пласт воду с содержанием кислорода не менее 2 мг/л и извлекают нефть из добывающих скважин.

Для того, чтобы реализовать способ необходимо чтобы, с одной стороны, объем полимерно-гелевой системы был минимальным, что обеспечивается повышением концентрации полимера в системе. Однако с ростом концентрации полимера возрастает общая вязкость системы, что затрудняет процесс закачки в пласт, поэтому вводится ограничение на верхний предел содержания полимера в системе 5% . Путем разбавления полимерно-гелевой системы можно снизить вязкость, но одновременно возрастают объемы закачиваемой в пласт полимерно-гелевой системы и как следствие происходит удорожание работ. Поэтому нижний предел концентрации полимера в полимерно-гелевой системе установлен 0,5%.

После закачки полимерно-гелевой системы с иммобилизованными клетками в пласт закачивают воду, которая должна содержать кислород в количестве не менее 2 мг/л. Это необходимо для первоначальной активации жизнедеятельности аэробной микрофлоры.

Вместе с иммобилизованными на геле клетками аэробной водной микрофлоры в пласт закачивают добавку - кофермент к реакциям окислительно-восстановительного цикла. Добавка-кофермент связывается за счет гидрофобии с активным центром фермента. Не являясь субстратом для роста микроорганизмов, кофермент ускоряет деятельность оксиредуктаз, что приводит к ускорению потребления органических веществ и увеличению биомассы бактерий.

При использовании заявляемого технического решения вытеснение нефти из пласта водой осуществляется в условиях, когда вся закачиваемая вода проходит через область пласта, которая представляет собой проточный "живой" биореактор, заполненный иммобилизованными в гидрогеле клетками аэробной водной микрофлорой. Иммобилизация клеток в геле снижает их подвижность, так как размещение бактерий происходит на мелкой макромолекулярной сетке, куда облегчена доставка питательного субстрата за счет диффузии через гель, что позволяет образовывать биомассу в трещинах пласта.

В этой области пласта поддерживается режим хемостата за счет постоянного нагнетания новых порций закачиваемой воды, содержащей органические компоненты и растворенный кислород, что обеспечивает быстрый и стабильный рост биомассы в зоне биореактора. Этому процессу способствует иммобилизация в гидрогеле химической добавки - акцептора электронов - кофермента к реакциям окислительно-восстановительного цикла, ускоряющего процесс дыхания бактерий.

На первом этапе добавка действует как переносчик электронов в дыхательной цепи микроорганизмов, а после его расходования заменяет кислород в качестве акцептора электронов в анаэробных условиях. В качестве субстрата микроорганизмы используют растворенную в воде органику и неизвлекаемые остатки нефти в порах коллектора. Продукты метаболизма, обладающие поверхностно-активным действием, являются благоприятным фактором для вытеснения нефти из порогового пространства. Избыточная биомасса, образующаяся на поверхности геля, удерживается слабее и увлекается в глубину пласта по мере образования. При этом наибольше количество биомассы, метаболитов и внеклеточных полисахаридов поступает в наиболее проницаемые пропластки и задерживается в них, снижая проницаемость этих участков. Это приводит к тому, что новые порции нагнетаемой воды поступают в менее промытые зоны пласта, тем самым увеличивая охват пласта заводнением. В конечном счете это приводит к увеличению нефтеотдачи пласта и снижению обводненности добываемой продукции.

Указанные выше пропорции содержания компонентов полимерно-гелевой системы с иммобилизованными клетками микроорганизмов и химической добавки выбраны эмпирически и обеспечивают эффективность предлагаемого метода. Использование гидрогеля с содержанием ингредиентов вне указанных пределов.

При реализации предлагаемого способа перед закачкой в пласт гидрогеля с иммобилизованными клетками микроорганизмов производят закачку в нагнетательную скважину полимерно-гелевой системы до снижения приемистости скважины не менее чем на 10%. Предварительное нагнетание в пласт полимерно-гелевой системы позволяет выровнять профиль приемистости нагнетательной скважины при последующей закачке гидрогеля с иммобилизованными клетками микроорганизмов позволит улучшить эффективность способа за счет воздействия не менее промытые зоны и где имеется остаточная нефть - субстрат для микроорганизмов.

Опытным путем установлено, что заметное изменение приемистости нагнетательной скважины происходит при закачке полимерно-гелевой системы, позволяющей снизить приемистость скважины не менее чем на 10%. Верхний предел снижения приемистости лимитируется конкретными условиями разрабатываемого объекта.

Скорость роста биомассы, а следовательно и эффективность метода, может быть повышена, если после закачки в пласт гидрогеля с иммобилизованными клетками в пласт закачивают питательный субстрат, содержащий фосфор и азотсодержащие компоненты.

С целью оперативного управления процессами развития микроорганизмов в пласте в него закачивают многоступенчатый биоцид, который подавляет чрезмерный рост биомассы.

В пласт закачивают 0,5-5%-ный гидрогель с иммобилизованными клетками аэробной микрофлоры и акцепторов электронов-кофермент к реакциям окислительно-восстановительного цикла при указанном соотношении компонентов.

Затем в пласт закачивают воду с содержанием кислорода не менее 2 мг/л.

П р и м е р 1. Предложенный способ был испытан в лабораторных условиях. Для этого провели изучение влияния закачки полимерно-гелевой системы с иммобилизованными клетками в модель пласта на его фильтрационное сопротивление. Кроме того, параллельно в тех же условиях проводили определение качества микробных клеток в водной среде.

В качестве модели пласта была использована трубка диаметром 1 и длиной 10 см, заполненная кварцевым песком проницаемостью 11 мкм². Закачку в пласт воды осуществляли при общем перепаде давления на входе в пласт и выходе из модели пласта, равным 20 кПа. В процессе опыта измеряли скорость фильтрации воды, которую использовали для расчета гидравлического сопротивления модели пласта.

В качестве микроорганизмов использовали смесь морских аэробных углеводородокисляющих бактерий, выделенных из различных географических районов мира: Pseudomonas fluoresces штамм 49С, Alteromonas sp., шт. 11Б, Bacillus subtilis шт. 410Б, Micrococcus sp. шт. SB, Flavobacterium japonicum шт. 45С, vibrio sp, moraxella sp., ps. sp, Delley sp. Flavobacteium sp., а также природные популяции углеводородокисляющих морских бактерий Каспийского моря.

В качестве кофермента использовали полициклические хиноны, содержащие гидрофобные группы (например, убихинон, витамины группы К, производные антрахинона и т.п.).

Концентрацию жизнеспособных морских бактерий определяли эпифлюоресцентным методом с применением флюорескомина на микроскопе "Люмам". Подсчет клеток производили на ядерных фильтрах с размером пор 0,08 мкм для природной популяции и 0,19-0,23 мкм для чистых культуру морских бактерий, окрашенных черным суданом.

Опыт по проверке предлагаемого способа начали с контрольных измерений фильтрационного сопротивления модели пласта, определенной по закачиваемой воде. Далее приготовляли полимерно-гелевую систему с иммобилизованными в этом геле микробными клетками аэробной водной микрофлоры. Для приготовления этой системы было взято 2 г безводного гидрогеля типа "Темпоскрин", содержащего 50% иммобилизованных в нем аэробных микроорганизмов, и 1% полициклического хинона (производное антрахинона). К полученной массе добавили 200 г морской воды и выдержали до образования полимерно-гелевой системы.

Далее в модель пласта закачали 0,1 порового объема этой системы, после чего проводили закачку морской воды, содержащую 7 мг/л растворенного кислорода. В процессе опыта определяли гидравлическое сопротивление потоку жидкости на модели пласта по отношению к исходному гидравлическому сопротивлению. Параллельно в отдельном колбе емкостью 0,5 л готовили полимерно-гелевую систему на основе морской воды с той же концентрацией, что и полимерно-гелевая система, закачиваемая в модель пласта. Одновременно с измерением гидравлического сопротивления пласта определяли концентрацию микроорганизмов в системе. Измерения показали, что в этих условиях рост гидравлического сопротивления модели пласта коррелируется с ростом количества клеток микробной биомассы. Через 6 сут. гидравлическое сопротивление модели пласта возросло с 4,2 до 8,9 отн.ед., а концентрация клеток возросла с 10³ до 10⁹ кл/мл.

В контрольном опыте исследовали эффективность использования способа-прототипа. Для этого в модель пласта закачали полимерно-дисперсную систему, содержащую 1,0% полиакриламида и суспензию глинистых частиц с концентрацией 10³ частиц на 1 мл, что равно начальной концентрации микробных клеток в описанном примере. Опыт показал, что после закачки полимерно-дисперсной системы гидравлическое сопротивление в процессе фильтрации меняется мало, а количество частиц в суспензии не меняется. Этот опыт показывает, что эффект от применения способа-прототипа является однократным и не зависит от времени.

Данные опытов, аналогичные описанному, но с другим количеством компонентов во флюидах, закачиваемых в модель пласта, представлены в табл. 1.

Из данных видно, что предлагаемый метод является работоспособным при заявляемых интервалах условий, являющихся отличительными признаками, и по сравнению с прототипом обеспечивает более высокое возрастание фильтрационного сопротивления модели пласта во времени, чем известный способ.

В реальных условиях нефтяного пласта увеличение фильтрационного сопротивления пород коллекторов нефти в промытых зонах обеспечивает снижение обводненности добываемой продукции и увеличение охвата пласта заводнением.

П р и м е р 2. Предлагаемый способ может быть также реализован на поздней стадии разработки пласта заводнением следующим образом. Через нагнетательную скважину на участке с одной нагнетательной и пятью эксплуатационными скважинами (площадь участка 3 км², мощность пласта 5 м) закачивают 30 м³ 0,5% -ой полимерно-гелевой системы на основе добавки типа "Темпоскрин" для выравнивания профиля приемистости нагнетательной скважины. Закачку производят до снижения приемистости скважины на 10-30%. Далее в пласт закачивают гидрогель с иммобилизованными клетками аэробной микрофлоры, после этого - морскую воду, содержащую 5 мг/л растворенного кислорода.

В результате закачки полимерно-гелевой системы в пласт была снижена приемистость нагнетательной скважины на 25% и получен немедленный эффект изменения профиля приемистости в нагнетательной скважине и снижение обводненности добываемой продукции в добывающих скважинах на 7%.

Через 30 сут. проявилось действие иммобилизованных в геле клеток аэробной микрофлоры. В результате выноса микроорганизмов, размножающихся на поверхности геля, происходит закупорка пор в глубине пласта. В результате более глубокого охвата пласта воздействием микробной массы было дополнительно достигнуто снижение обводненности добываемой нефти на 5%.

П р и м е р 3. По аналогии с опытом, описанным в примере 1, был поставлен опыт, отличающийся тем, что после закачки в пласт гидрогеля в пласт закачали 0,1 поровых объема питательного субстрата, содержащего 1% фосфата натрия и хлористого аммония. В результате через 6 сут. после начала процесса закачки гидравлическое сопротивление модели пласта возросло 10,3 раза. Это больше, чем в примере 1, в котором закачка питательного субстрата не проводилась.

П р и м е р 4. По аналогии с опытом, описанным в примере 1, был поставлен опыт, отличающийся тем, что после закачки в пласт гидрогеля, и воды, на 4-е сутки опыта после увеличения гидравлического сопротивления модели пласта с 4,9 до 7,9 отн.ед., в модель пласта закачали 0,05 поровых объема 1% -ного раствора формальдегида. При этом оказалось, что на 6- сутки после начала опыта гидравлическое сопротивление модели пласта снизилось до 7,2 отн. ед. Это указывает на возможность регулирования процессами развития бактерий в пласте.

П р и м е р 5. По аналогии с опытом, описанным в примере 1, был поставлен опыт, отличающийся тем, что вместо смеси чистых культур морских аэробных бактерий, была использована колония бактерий Каспийского моря (а), популяция бактерий Балтийского моря (б) и популяция бактерий, выделенная из биоценоза нагнетательной скважины месторождения Узень (в).

Исходя из получаемых результатов табл. 1 и 2 можно сделать вывод, что наилучшие результаты получаются при использовании специально подобранной смеси чистых культур морских микроорганизмов.

Использование: нефтедобывающая промышленность. Сущность изобретения: в нефтяной пласт закачивают полимерно-гелевую систему, содержащую 0,5-5,0% гидрогеля с иммобилизованными клетками морской аэробной микрофлоры и полициклическими хинонами при следующем содержании компонентов, (мас.%): иммобилизованные в геле микробные клетки 10-90; полициклический хинон 0,01-5; гель - остальное. 2 табл.

1. СПОСОБ ЗАВОДНЕНИЯ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА, включающий закачку в пласт гидрогеля и воды через нагнетательные скважины и извлечение нефти из добывающих скважин, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, в пласт закачивают полимерно-гелевую систему, содержащую 0,5 - 5,0 гидрогеля с иммобилизованными в нем клетками морской аэробной микрофлоры и полициклическими хинонами при следующем содержании компонентов, мас.%:
Иммобилизованные в геле микробные клетки 10 - 90
Полициклический хинон 0,01 - 5,0
Гель Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после закачки в пласт гидрогеля с иммобилизованными клетками микроорганизмов в пласт закачивают многофункциональный биоцид.