СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА МИКРОФЛОРОЙ Российский патент 1997 года по МПК E21B43/22 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к способам контроля состояния нефтяного пласта, в частности, степени загрязнения микрофлорой.

Известен способ контроля степени загрязнения нефтяного пласта микрофлорой по оценке содержания микроорганизмов в пробе изливаемой жидкости[1] Недостатком способа является отсутствие непосредственного влияния пористой среды на развитие микроорганизмов на момент эксперимента.

Известен также способ определения степени загрязнения пористой среды микроорганизмами методом предельных разведений [2] заключающийся в дезинтеграции пористой среды и последовательном разведении суспензии пористой среды, высеваемой в колбы с соответствующей питательной средой.

Недостатками способа являются исследование процесса размножения микроорганизмов в идельной среде, а также грубая статистическая оценка численности микроорганизмов. Кроме того, метод не предусматривает прогнозирования динамики роста микроорганизмов.

Наиболее близок к предлагаемому способ оценки степени загрязнения нефтяного пласта микрофлорой [3] лабораторного исследования образца пористой среды, включающий фильтрацию через него определенного объема культуральной жидкости, фиксирование соответствующего перепада давления и определение степени загрязнения образца по изменению перепада давления.

Недостатки известного способа: отсутствие количественных параметров, характеризующих процесс размножения микроорганизмов в пористой среде во времени, и соответственно сложность переноса результатов опытов на месторождения и невозможность прогнозирования степени загрязнения.

Задача изобретения создание работоспособного способа оценки загрязнения нефтяного пласта микрофлорой и обеспечение возможности прогнозирования степени загрязнения месторождения микрофлорой. Техническим результатом явится получение количественных кинетических параметров развития микрофлоры в пористой среде, постоянных для каждого пласта месторождения, аналогичных другим характеристикам коллектора, таким как проницаемость, пористость и т.д. которые, будучи заложены в базы данных географических параметров месторождения, могут быть в любой момент времени привлечены для быстрого определения степени загрязнения нефтяного пласта микрофлорой и решения проектно-технических задач.

Задача достигается тем, что предварительно фильтруют через пористую среду жидкость, свободную от микроорганизмов, и фиксируют переменную характеристику фильтрации, а фильтрацию через пористую среду культуральной жидкости осуществляют в укороченном интервале времени, достаточном для определения кинетических констант процесса развития микрофлоры в пористой среде, из зависимости:

где
Z фиксируемая переменная характеристика процесса фильтрации культуральной жидкости;
Z₀ зафиксированная переменная характеристика фильтрации жидкости, свободной от микроорганизмов, постоянная для исследуемой пористой среды;
K, n кинетические константы процесса развития микрофлоры в пористой среде, K мин^-n;
τ время фильтрации культуральной жидкости;
после чего рассчитывают переменную характеристику фильтрации культуральной жидкости на любой момент времени по приведенной зависимости и определяют степень загрязнения нефтяного пласта микрофлорой по отношению:

где
γ степень загрязнения нефтяного пласта микрофлорой;
Z_{загрязн.} рассчитанная переменная характеристика фильтрации.

В качестве фиксируемой переменной характеристики процесса фильтрации культуральной жидкости в пористой среде используют перепад давления при постоянном расходе фильтруемой культуральной жидкости; или расход фильтруемой культуральной жидкости при постоянном перепаде давления.

Константа K, мин^-n, характеризует скорость фильтрации в пористой среде пласта; константа n характеризует анизотропию пласта относительно процесса фильтрации (неоднородность пласта).

Знак при экспоненте в зависимости (1) определяется типом фиксируемой переменной. При загрязнении образца пористой среды микрофлорой объем фильтруемой жидкости снижается (знак "-" при фиксировании расхода), а давление возрастает (знак "+" при фиксировании перепада давления).

Зависимость (1) имеет четкий физико-химический смысл, если процесс образования популяций микрофлоры в пористой среде рассматривать как топохимический процесс. В этом случае образование микрофлоры тождественно образованию новой фазы биофазы за счет химических реакций окисления углеводородов и восстановления сульфатов до сероводорода, а также сапрофитного процесса анаболизма гетеротрофной микрофлоры. В процессе метаболизма в пористой среде зарождается качественно новая фаза как гомогенная часть гетерогенной системы. Химические процессы такого рода известны как топохимические и описываются уравнениями типа Аврами-Ерофеева.

Интересно, что зависимость (1) получена авторами независимо и другим путем, связанным с описанием кинетики выноса микроорганизмов из пористой среды фильтрационным потоком. Исследования последних лет показывают, что пористая среда состоит из поровых каналов различного радиуса, распределение которых подчиняется фрактальным законам [4] Предположим, что кинетическое уравнение, описывающее изменение концентрации S_x бактерий в поровых каналах радиуса x имеет вид:
,
где:
α_x коэффициент выноса бактерий из каналов масштаба x;
q_x интенсивность роста числа бактерий за счет закачки свежих порций культуральной жидкости.

Переписав это уравнение в другом виде, получим:

где характерное время установления стационарной концентрации бактерий в порах размеров x.

Вследствие фрактальности пористой среды функция распределения поровых каналов по размерам подчиняется скейлинговому закону [5]
ρ(x) = ρ_oexp(-λx)
Фрактально также распределение характерных времен:
τ = τ_ox^γ
Интегрируя концентрацию бактерий по порам всех размеров и используя при интегрировании метод перевала [5] получим функцию релаксации средней концентрации бактерий в пористой среде S в виде

где

что совпадает по форме с зависимостью (1).

Способ осуществляется следующей последовательностью операций:
1. Отбор и подготовка керна исследуемого нефтяного пласта. Подготовка образца пористой среды к фильтрационным исследованиям.

2. Подбор и приготовление культуральной жидкости.

3. Фильтрация чистой жидкости, свободной от микроорганизмов, и фиксирование переменной характеристики ее фильтрации постоянной для исследуемой пористой среды.

4. Фильтрация культуральной жидкости через образец пористой среды в определенном режиме (при постоянном расходе жидкости или при постоянном перепаде давления) на лабораторной установке и фиксирование текущего значения переменной характеристики фильтрации (соответственно перепада давления или расходе жидкости).

5. Определение кинетических констант процесса развития микрофлоры в пористой среде К и П из зависимости

Z фиксируемая переменная характеристика процесса фильтрации культуральной жидкости; Z₀ зафиксированная переменная характеристика фильтрации жидкости, свободной от микроорганизмов, постоянная для исследуемой пористой среды; К и П кинетические константы процесса развития микрофлоры в пористой среде; τ время фильтрации.

6. Расчет Z_{загрязн.} на любой момент времени.

7. Определение степени загрязнения исследуемого керна по отношению

Пример 1. В качестве пористой среды используют дезинтетрированный образец керна пласта БС₁₀ Южно-Сургутского месторождения. Закачивают активный ил Благовещенского биохимического комбината.

В качестве фиксируемой переменной фильтрации используют давление при постоянном расходе жидкости (табл.1).

Давление, соответствующее стационарному процессу фильтрации чистой жидкости, ΔP_o 128 мм рт.ст.

Результаты определения констант методом наименьших квадратов апроксимацией в логарифмической системе координат y=f(x)
ylnK + nX
где
показывают, что средняя относительная ошибка по всем опытам ε 5,76%
Коэффициент корреляции R 0,97
K 3,98•10^-29 мин^-n
n 12,000
Пример 2. В качестве образца пористой среды используют смесь кварцевого песка и дезинтегрированный керн пласта ВС-10, Усть-Балыкского месторождения.

Культуральная жидкость содержит в равных объемах образцы сульфатвосстанавливающих, гетеротрофных и углеводородокисляющих бактерий.

В качестве фиксируемой переменной фильтрации используют относительный объем жидкости, продавливаемый при постоянном давлении P 7 атм. Результаты фильтрации приведены в табл.2.

Кинетические параметры вычисляли аналогично примеру 1.

K 5,125•10^-4 мин^-n
n 1,392
Таким образом, предлагаемый способ обладает достоверностью, позволяет прогнозировать степень загрязнения нефтяного пласта коллектора. Способ промышленно применим, так как используется доступное лабораторное оборудование. Расчеты могут быть выполнены без применения ЭВМ.

Источники информации
1. РД 39-3-973-83 Методика контроля микробиологической зараженности нефтепромысловых вод и оценка защитного и бактерицидного действия реагентов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1984.

2. В. В. Аникеев, К.А.Лукомская. Руководство и практическим занятием по микробиологии. М: Просвещение, 1983, с.69.

3. К. Б. Аширов, И.В.Сазонова, В.М.Сурудин. О возможности выравнивания проницаемости коллекторов с помощью бактерий. Геология и разработка нефтяных месторождений. Труды "Гипровостокнефть", в. XXIX, Куйбышев, 1977, с.43.

4. Федер Е. Фракталы. М: Мир, 1991, 254 с.

5. Фракталы в физике (под ред. Пьетронеро Л. Тозатти Э.). М: Мир, 1988, 672 с.

Способ определения степени загрязнения нефтяного пласта микрофлорой относится к нефтяной промышленности, а именно к способам контроля состояния нефтяного пласта, в частности, степени загрязнения микрофлорой. Для прогнозирования степени загрязнения нефтяного пласта микрофлорой предварительно фильтруют через пористую среду жидкость, свободную от микроорганизмов, и фиксируют переменную характеристику фильтрации, а фильтрацию культуральной жидкости осуществляют в укороченном интервале времени, достаточном для определения кинетических констант процесса развития микрофлоры в пористой среде, из зависимости: , где Z - фиксируемая переменная характеристика процесса фильтрации культуральной жидкости; Z₀ - зафиксированная переменная характеристика фильтрации жидкости, свободной от микроорганизмов, - постоянная для исследуемой пористой среды; K, n - кинетические константы процесса развития микрофлоры в пористой среде, K - в мин^-n, τ - время фильтрации культуральной жидкости, мин; после чего рассчитывают переменную характеристику фильтрации культуральной жидкости на любой момент времени по приведенной зависимости и определяют степень загрязнения нефтяного пласта микрофлорой по отношению : , где γ - степень загрязнения нефтяного пласта микрофлорой; Z_{загрязн.} - рассчитанная переменная характеристика фильтрации. В качестве фиксируемой переменной характеристики процесса фильтрации культуральной жидкости в пористой среде используют перепад давления при постоянном расходе фильтруемой культуральной жидкости; или расход фильтруемой культуральной жидкости при постоянном перепаде давления. Предлагаемый способ определения степени загрязнения нефтяного пласта микрофлорой достоверен и позволяет прогнозировать степень загрязнения нефтяного пласта коллектора. Способ промышленно применим, так как используется доступное лабораторное оборудование. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ определения степени загрязнения нефтяного пласта микрофлорой путем лабораторного исследования образца пористой среды, включающий фильтрацию через него культуральной жидкости в определенном режиме и фиксирование переменной характеристики фильтрации с последующим определением степени загрязнения по изменению этой характеристики, отличающийся тем, что предварительно фильтруют через пористую среду жидкость, свободную от микроорганизмов, и фиксируют переменную характеристику фильтрации, а фильтрацию через пористую среду культуральной жидкости осуществляют в укороченном интервале времени, достаточном для определения кинетических констант процесса развития микрофлоры в пористой среде из зависимости

где Z фиксируемая переменная характеристика процесса фильтрации культуральной жидкости;
Z₀ зафиксированная переменная характеристика фильтрации жидкости, свободной от микроорганизмов, постоянная для исследуемой пористой среды;
k и n кинетические константы процесса развития микрофлоры в пористой среде;
τ - время фильтрации культуральной жидкости, мин,
после чего рассчитывают переменную характеристику фильтрации культуральной жидкости на любой момент времени по приведенной зависимости и определяют степень загрязнения нефтяного пласта микрофлорой по отношению

где Z_{загрязн} рассчитанная переменная характеристика фильтрации. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фиксируемой переменной характеристики процесса фильтрации культуральной жидкости в пористой среде используют перепад давления при постоянном расходе фильтруемой культуральной жидкости или расход фильтруемой культуральной жидкости при постоянном перепаде давления.