СОСТАВ ДЛЯ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/22 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к составам на основе биологических поверхностно-активных веществ для заводнения пластов с целью увеличения нефтеотдачи.

В настоящее время известны и широко используются для увеличения нефтеотдачи различные ПАВ биологического происхождения.

Технологии применения биоПАВ также варьируются в широком диапазоне. Это может быть, например, закачка водной дисперсии биоПАВ, приготовленной заранее [1] на пункте приготовления или создание в пласте условий, способствующих образованию биоПАВ в результате жизнедеятельности микроорганизмов [2].

Как известно, положительный эффект при заводнении поверхностно-активными веществами определяется межфазной активностью вытесняющего агента на границах с нефтью и породой, а также эмульгирующей активностью агента по отношению к нефти.

Известные биоПАВ обладают высокой межфазной активностью на границе с нефтью, соответствующей уровню лучших образцов синтетических ПАВ. В то же время биоПАВ по сравнению с синтетическими обладают принципиальным преимуществом - они биоразлагаемы, т.е. технологии применения биоПАВ экологически чисты. Недостатком известных биоПАВ является их низкая эмульгирующая активность по отношению к углеводородам.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является техническое решение, согласно которому для заводнения месторождений и нефтеносных песков применяются водные дисперсии биоПАВ [3].

В указанном решении в качестве биоПАВ используются гликолипиды, способные существенно снижать межфазное натяжение на границе вытесняющий агент - нефть до значений 0,1 мН/м и менее. Однако водные дисперсии данных гликолипидов не обладают достаточной эмульгирующей активностью. Эмульсии, образуемые такими биоПАВ с нефтью (или углеводородами), быстро расслаиваются. В то же время известно, что для целей увеличения нефтеотдачи эмульгирующая активность (способность к образованию устойчивых эмульсий с нефтяной фазой) имеет важное значение.

Цель изобретения - повышение эффективности состава для вытеснения нефти за счет усиления эмульгирования нефти при упрощении приготовления.

Это достигается тем, что предлагаемый состав содержит в качестве биоПАВ культуральную жидкость штамма Pseudomonas aeruginosa S-7 при степени мицеллярного разведения водой до 100 раз.

Положительный эффект изобретения достигается за счет применения культуральной жидкости, в состав которой, помимо известных гликолипидов, входит биополимер - эмульгатор, обеспечивающий высокие эмульгирующие свойства природной композиции к углеводородам, в частности к нефти. Высокая эмульгирующая активность культуральной жидкости штамма Pseudomonas aeruginasa S-7 по отношению к различным углеводородам и массам обусловлена присутствием экстрацеллюлярного биополимера - эмульгатора.

Для получения предлагаемой культуральной жидкости - образца природной композиции использовались культуры-продуценты микроорганизмов рода Pseudomonas aeruginosa штамм S-7 (из коллекции Львовского ОФХТГИ института физико-химии АН Украины).

Технология производства осуществляется согласно опытно-промышленному регламенту по производству биоПАВ ОПР 39-5794688-008-91, экземпляр которого находится в фонде РМНТК Нефтеотдача. В материалах к заявке приведена принципиальная технологическая схема и иллюстрация режима культивирования микроорганизмов на лабораторной стадии с получением маточной культуры на качалочных колбах (стадия II), засеваемой в лабораторный ферментер объемом 2 л (стадия III). После проведения ферментации культуры микроорганизмов в течение 40 ч при 28-30^oC и pH среды 7,0 ед культуральная активность с наличием Ps. aeruginosa может быть использована как засевная культура для дальнейшего постадийного культивирования в промышленных ферментерах (ф-0,32, ф-3,2, ф-32 м³).

Стадии разработанной технологической схемы приведены на фиг. 1-6.

Схема стадии V не приводится (на пятой стадии получают концентрат поверхностно-активного продукта).

Состав культуральной жидкости бактериальной культуры Pseudomonas aeruginasa S-7
NaNO₃ - 0,5 ^oC 1,0 г/л
Фосфаты калия - 0,5 ^oC 1,0 г/л
MgSO₄ - Следы
FeSO₄ - Следы
CaCl₂ - Следы
Жидкие парафины - 1 ^oC 2 г/л
Липополисахариды - 5 ^oC 8 г/л
Гликолипиды - 2 ^oC 5 г/л
Пептиды - Следы
Флуоресцентный пигмент - 0,2 ^oC 0,4 г/л
Агрегатное состояние - Водный раствор
pH - 6,8 ^oC 7,0
Важной характеристикой биоПАВ является концентрация мицеллярного разведения (СМД - concentration micellar dilation). Для определения оптимального времени культивирования микроорганизмов, необходимого для накопления максимального количества биоПАВ, измеряют СМД. Этот параметр является мерой разведения культуральной жидкости до достижения значения критической концентрации мицеллообразования (ККМ) и служит для определения относительной концентрации биоПАВ в культуральной жидкости микроорганизмов. Прекращение роста уровня микроорганизмов СМД культуральной жидкости свидетельствует о замедлении биосинтетических процессов, что является сигналом для прекращения ферментации культуры. Определение значения СМД производится через 48 ч после начала ферментации два раза в сутки до достижения постоянного уровня этого параметра.

Измерение значения СМД основано на определении поверхностного активного натяжения жидкости с помощью платиновой пластинки (метод Вильгельми). С помощью дистиллированной воды готовится ряд разведений культуральной жидкости Ps. aeruginosa S-7 (разведения в 2, 4, 8, 16, 32, 64, 100, 128, 200, 400 раз), затем определяются значения поверхностного натяжения каждого из разведений. По полученным результатам строится график зависимости поверхностного натяжения (σ_s) от ln разведения (фиг. 7). Характерная зависимость для культуральной жидкости Pseudomonas aeruginosa S-7 приведена на фиг. 7.

На графике строятся касательные (A и B) к двум ветвям кривой, из точки их пересечения (O) строится перпендикуляр к точке перегиба (E) второго рода. Вычисляется значение разведения найденной точки на оси абсцисс. Найденная величина представляет собой значение СМД культуральной жидкости.

Из графика на фиг. 7 видно, что по физическому смыслу величина СМД определяет возможную степень разбавления биореагента водой без снижения поверхностно-активных свойств и является поэтому критериальной в технологиях увеличения нефтеотдачи.

При СМД 4,6 (что соответствует разведению в 100 раз) содержание гликолипидов в культуральной жидкости от 2 до 10 г/л, полимера-эмульгатора - от 2 до 12 г/л. Этот диапазон накопленных биореагентов в процессе ферментации обеспечивает высокую поверхностную, межфазную и эмульгирующую активность предлагаемого продукта. Сохранение поверхностных свойств в процессе последовательного разбавления культуральной жидкости водой до 100 раз следует из фиг. 7. Аналогично сохраняется эмульгирующая способность культуральной жидкости в процессе ее последовательного разбавления. Изменение величины индекса эмульгирования в зависимости от разбавления культуральной жидкости приведено в табл.1.

Из табл. 1 видно, что резкое снижение эмульгирующей активности примерно соответствует точке E на фиг.1.

Отсюда следует, что состав для вытеснения нефти на основе водной дисперсии культуральной жидкости штамма Pseudomonas aeruginosa S-7 обладает необходимыми поверхностно-активными и эмульгирующими свойствами при степени разведения культуральной жидкости водой до 100 раз.

В экспериментах поверхностное σ_s и межфазное σ_i натяжения определялись по методике Вильгельми с помощью платиновой пластинки.

Эмульгирующая активность определялась следующим образом. 5 мл испытуемого образца культуральной жидкости и 4 мл нефти или керосина перемешивали с помощью гомогенизатора в течение 2 мин. Индекс эмульгирования E₂₄ определяли через 24 ч как величину отношения высоты эмульсионного слоя к общей высоте жидкости в измерительной пробирке N 5-14 (ГДР) и выражали в процентах.

В опытах использовалась нефть Арланского месторождения.

Из табл.2 видно, что эмульгирующая активность предлагаемой культуральной жидкости действительно проявляется только в присутствии биополимера-эмульгатора, представленного липополисахаридами, т.к. после осаждения биополимера-эмульгатора импульс эмульгирования падает до 5%. В то же время после осаждения гликолипидов по методу [4] резко увеличиваюется поверхностное и межфазное натяжения. Предлагаемая природная композиция обладает одновременно высокой поверхностной и эмульгирующей активностью.

Поскольку агрегатное состояние культуральной жидкости - водный раствор, то процесс ее растворения в пресной и минерализованной воде протекает легко.

Проводились испытания по нефтевытеснению растворами биоПАВ на нефтенасыщенной модели пласта. По методике использовался 1,0 раствор биоПАВ (культуральная жидкость биоПАВ КШАС, разбавленная водой в 100 раз). По сравнению с обычным заводнением коэффициент нефтевытеснения увеличился на 8%.

Преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом является, наряду с повышением эмульгирующей активности состава, упрощение его приготовления. В пласт непосредственно будет закачиваться водная дисперсия культуральной жидкости, содержащей микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности, в то время как прототип предлагает трудоемкую стадию выделения гликолипидов.

БиоПАВ биодеградируемы, что исключает загрязнение окружающей среды. Обширные исследования применения биоПАВ для интенсификации процессов нефтеизвлечения ведутся практически во всех нефтедобывающих странах.

Проводились испытания технологии повышения нефтеотдачи с применением водных растворов биоПАВ на промыслах Башкартостана. Удельная технологическая эффективность от применения биоПАВ КШАС составила 38 т дополнительной нефти на 1 т биоПАВ.

Товарное наименование реагента - КШАС.

Источники информации
1. Пат. США N 4811791, 166-245, 1989.

2. Пат. США N 4450908, 166-246, 1984.

3. Пат. ФРГ N 2805823, E 21 B 43/22, 1979.

4. C. Jyldatk, S. Land, F. Wanger Z. Naturgoisch, V 40 с., p. 51-60, 1985.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к составам для добычи нефти на основе биологических поверхностно-активных веществ. Задача изобретения - повышение эффективности состава для вытеснения нефти за счет усиления эмульгирования нефти при упрощении приготовления. Поставленная задача достигается тем, что предполагаемый состав содержит в качестве биоПАВ культуральную жидкость штамма Pseuclomonas aeruginosa s-7 при степени мицелярного разведения водой до 100 раз. Положительный эффект при заводнении определяется межфазной активностью вытесняющего агента на границе с нефтью и породой, а также эмульгирующей активностью агента по отношению к нефти. БиоПАВ по сравнению с синтетическими обладают принципиальным преимуществом - они биоразлагаемы, т.е. технологии применения биоПАВ экологически чисты. 2 табл., 7 ил.

Состав для вытеснения нефти, представляющий собой водную дисперсию биологических поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что в качестве биологических поверхностно-активных веществ он содержит культуральную жидкость штамма Pseudomonas aeruginosa S-7 со степенью мицеллярного разведения водой до 100 раз.