Микробиологическая повышенная нефтеотдача ( MEOR ) - это технология, основанная на биологии, заключающаяся в манипулировании функцией или структурой, или и тем и другим, микробной среды, существующей в нефтяных коллекторах . Конечная цель MEOR - улучшить извлечение нефти, захваченной в пористой среде, при одновременном увеличении экономической прибыли. [1] [2] [3] [4] [5] MEOR - это технология третичной добычи нефти, позволяющая частично извлекать обычно остаточные две трети нефти [3], тем самым продлевая срок службы зрелых нефтяных пластов.
MEOR - это многопрофильная область, включающая, среди прочего, геологию , химию , микробиологию , механику жидкостей , нефтяную инженерию , экологическую инженерию и химическую инженерию . Микробные процессы, протекающие в MEOR, можно классифицировать по проблеме добычи нефти на месторождении:
- очистка ствола скважины удаляет грязь и другой мусор, блокирующие каналы, по которым течет нефть;
- интенсификация скважины улучшает поступление нефти из зоны дренирования в ствол скважины; а также
- усиление паводков за счет стимуляции микробной активности путем введения избранных питательных веществ, а иногда и местных микробов. [6] [1] [2] [3] [4] [5] С инженерной точки зрения MEOR представляет собой систему, объединенную резервуаром, микробами, питательными веществами и протоколом закачки в скважину. [1]
- Повышение нефтеотдачи истощающихся горизонтальных сланцевых нефтяных скважин с многостадийными трещинами в нетрадиционных коллекторах сланцевой нефти .
Итоги
Пока результаты MEOR объясняются двумя основными причинами:
Увеличение добычи нефти . Это достигается путем изменения межфазных свойств системы нефть-вода-минералы с целью облегчения движения нефти через пористую среду . В такой системе микробная активность влияет на текучесть ( снижение вязкости , смешивающееся затопление); эффективность вытеснения (уменьшение межфазного натяжения , повышение проницаемости); эффективность охвата (контроль подвижности, выборочное закупоривание) и движущая сила (пластовое давление).
Уменьшите обводненность. Местные микробы, стимулируемые введенными микробными питательными веществами, быстро растут и выборочно блокируют «зоны воров», отводят впрыскиваемую воду, чтобы смыть непрометенное масло.
Вышеупомянутые два обоснования демонстрируются в видеоролике Youtube, подготовленном New Aero Technology LLC .
Актуальность
Несколько десятилетий исследований и успешных приложений подтверждают заявления о том, что MEOR является зрелой технологией . [1] [3] [5] Несмотря на эти факты, разногласия все еще существуют. [7] Успешные истории специфичны для каждого полевого приложения MEOR, однако опубликованная информация о поддерживающих экономических преимуществах отсутствует. Несмотря на это, существует консенсус в отношении того, что MEOR является одним из самых дешевых существующих методов повышения нефтеотдачи. [1] [3] [5] [7] Однако существует неясность в отношении того, будет ли развертывание MEOR успешным. Таким образом, MEOR является одним из приоритетных направлений будущих исследований, определенных Рабочей группой «Нефть и газ в 21 веке». [7] Вероятно, это связано с тем, что MEOR является дополнительной технологией, которая может помочь извлечь 377 миллиардов баррелей нефти, которые невозможно извлечь с помощью традиционных технологий. [3]
Предвзятость
До появления молекулярной микробиологии окружающей среды слово « бактерии » использовалось нечетко во многих областях для обозначения не охарактеризованных микробов [8], и такая систематическая ошибка затронула несколько дисциплин. Следовательно, слово «микроб» или « микроорганизм » будет предпочтительным в дальнейшем в тексте.
В Microbial EOR стимулируются только полезные микробы, такие как бактерии, уменьшающие количество нитратов (NRB). Неполезные бактерии, такие как сульфатредуцирующие бактерии (SRB), не стимулируются, потому что процесс MEOR только вводит нитрат в резервуар, но не вводит в него сульфат. Между тем, растущий NRB может контролировать активность SRB, снижать концентрацию H2S. В некоторой степени процесс MEOR может восстановить резервуар от кислого до сладкого.
История
Это было в 1926 году, когда Бекам предложил использовать микроорганизмы в качестве агентов для извлечения остатков нефти, захваченных в пористой среде. [1] [2] [3] [5] С тех пор было проведено множество исследований, которые тщательно анализируются. [1] [5] В 1947 году Зобелл и его коллеги установить основу нефтяной микробиологии применительно к добыче нефти, чей вклад будет полезен для первого патента MEOR предоставленного Updegraff и его коллегами в 1957 г. относительно на месте производства агентов по добыче нефти таких как газы, кислоты, растворители и биосурфактанты от микробной деградации мелассы. В 1954 году были проведены первые полевые испытания на месторождении Лиссабон в Арканзасе, США. В то время Кузнецов открыл производство микробного газа из нефти. С этого года и до 1970-х годов интенсивные исследования велись в США, СССР, Чехословакии, Венгрии и Польше. Основной вид полевых экспериментов, разработанных в этих странах, заключался во введении экзогенных микробов. В 1958 году Хейннинген и его коллеги предложили селективное закупоривание биомассой, произведенной микробами. Нефтяной кризис 1970 г. вызвал большой интерес к активным исследованиям MEOR более чем в 15 странах. [1] С 1970 по 2000 годы основные исследования MEOR были сосредоточены на микробной экологии и характеристике нефтяных пластов. В 1983 году Иванов и его коллеги разработали технологию послойной микробной активации. К 1990 году MEOR приобрела статус междисциплинарной технологии. В 1995 году обзор проектов MEOR (322) в США показал, что 81% проектов успешно увеличили добычу нефти, и не было ни одного случая снижения добычи нефти. [1] Сегодня MEOR привлекает внимание из-за его низкой стоимости (менее 10 долларов за дополнительный баррель) и низких требований к капитальным затратам (оператору не нужно вкладывать средства в наземные сооружения, такие как традиционные химические или CO2 EOR, и он может сократить количество заполнение буровых скважин). [9] Некоторые страны указали, что они могут быть готовы использовать MEOR в одной трети своих программ по добыче нефти к 2010 году. [3] Кроме того, поскольку Уолл-стрит, операторы сланцевой нефти и Министерство энергетики США осознают чрезвычайный коэффициент извлечения нефти. Скважины сланцевой нефти в США (менее 10%), SBIR в США спонсировал первую в мире пилотную установку MEOR многоступенчатой скважины сланцевой нефти с трещиноватым ГРП в 2018 г. [10] «Полевые пилотные испытания нового биологического процесса повышения нефтеотдачи пласта для извлечения захваченной нефти из нетрадиционных пластов. » , проведенного ООО« Нью Аэро Технолоджи » .
Преимущества
Существует множество проверенных заявлений о преимуществах MEOR. [1] [2] [3] [7] [11] На веб-сайте www.onepetro.com, поддерживаемом Обществом нефтяной инженерии и других веб-сайтах или базах данных, имеется множество публикаций . Некоторые полевые приложения также используются компаниями нефтяной микробиологии .
Преимущества можно резюмировать следующим образом: [1] [2] [3] [7] [11]
- Инъекционные микробы и питательные вещества дешевы; (введение микробов устарело. Новая микробная технология EOR не требует введения микробов в резервуар, а только вводит питательные вещества для стимуляции местных микробов [6] )
- проста в обращении в полевых условиях и не зависит от цен на нефть.
- Экономически привлекательно для зрелых нефтяных месторождений до ликвидации.
- Увеличивает добычу нефти.
- Существующие помещения требуют незначительных изменений.
- Легкое применение.
- Менее дорогая настройка.
- Низкое энергопотребление микробов для производства агентов MEOR.
- Более эффективен, чем другие методы увеличения нефтеотдачи, при применении в карбонатных нефтяных коллекторах.
- Микробная активность увеличивается с ростом микробов. Это противоположно случаю других добавок МУН по времени и расстоянию.
- Микробные питательные вещества поддаются биологическому разложению и поэтому могут считаться безвредными для окружающей среды .
Недостатки
Недостатки MEOR: [7]
- Росту микроорганизмов благоприятствуют: проницаемость слоя более 20 мД; пластовая температура уступает 85 0 С, соленость ниже 100000 частей на миллион и резервуар глубина меньше 3500м.
- Недавние случаи доказали отсутствие коррозии во время MEOR на основании результатов непрерывного полевого мониторинга. Кроме того, стимулированные местные микробы не влияют на качество сырой нефти, и нет никаких признаков увеличения количества микробов в производимой жидкости.
Окружающая среда нефтяного пласта
Нефтяные резервуары представляют собой сложные среды, содержащие живые ( микроорганизмы ) и неживые факторы ( минералы ), которые взаимодействуют друг с другом в сложной динамической сети питательных веществ и потоков энергии. Поскольку резервуар неоднороден, то же самое происходит и с разнообразными экосистемами, содержащими различные микробные сообщества, которые, в свою очередь, могут влиять на поведение резервуара и мобилизацию нефти. [2] [3] [4] [7]
Микробы - это живые машины , метаболиты которых , продукты экскреции и новые клетки могут взаимодействовать друг с другом или с окружающей средой, положительно или отрицательно, в зависимости от глобальной желаемой цели, например, повышения нефтеотдачи. Все эти объекты, то есть ферменты, внеклеточные полимерные вещества (EPS) [12] [13] и сами клетки, могут участвовать в качестве катализатора или реагентов. Такая сложность усугубляется взаимодействием с окружающей средой, которая играет решающую роль, влияя на клеточную функцию, то есть на генетическую экспрессию и производство белка.
Несмотря на эти фундаментальные знания о физиологии клетки , твердого понимания функции и структуры микробных сообществ в нефтяных резервуарах, то есть экофизиологии , по-прежнему не существует.
Целью MEOR является постоянное повышение нефтеотдачи за счет использования метаболических процессов местных полезных микробов.
Экологические ограничения
На рост и активность микробов одновременно влияют несколько факторов. [5] В нефтяных пластах такие экологические ограничения позволяют устанавливать критерии для оценки и сравнения пригодности различных микроорганизмов. Эти ограничения могут быть не такими суровыми, как в других средах на Земле . Например, у рыхлых солей соленость выше, чем у морской воды, но ниже, чем у соленых озер . Кроме того, давление до 20 МПа и температура до 85 ° C в нефтяных пластах находятся в пределах, необходимых для выживания других микроорганизмов.
Некоторые ограничения окружающей среды, создающие избирательное давление на клеточные системы, которое также может влиять на микробные сообщества в нефтяных коллекторах:
Температура
Ферменты - это биологические катализаторы , на функцию которых влияет множество факторов, включая температуру , которая в различных диапазонах может улучшать или препятствовать ферментативно- опосредованным реакциям . Это повлияет на оптимальный рост клеток или метаболизм . Такая зависимость позволяет классифицировать микробы по диапазону температур, в котором они растут. Например: психрофилы (<25 ° C), мезофилы (25–45 ° C), термофилы (45–60 ° C) и гипертермофилы (60–121 ° C). Хотя такие клетки оптимально растут в этих температурных диапазонах, они могут не иметь прямой связи с производством конкретных метаболитов .
Давление
Прямые эффекты
Влияние давления на рост микробов в условиях глубокого океана исследовали Зобелл и Джонсон в 1949 году. Они назвали те микробы , рост которых был усилен увеличением давления, барофильными. Другие классификации микроорганизмов основаны на том, подавляется ли рост микробов при стандартных условиях (пьезофилы) или выше 40 МПа (пьезотолеранты). С молекулярной точки зрения обзор Дэниела [14] показывает, что при высоких давлениях двойная спираль ДНК становится более плотной, и, следовательно, это влияет как на экспрессию генов, так и на синтез белка .
Косвенный эффект
Повышение давления увеличивает растворимость газа , и это может повлиять на окислительно-восстановительный потенциал газов, участвующих в качестве акцепторов и доноров электронов , таких как водород или CO 2 .
Размер / геометрия пор
Одно исследование пришло к выводу, что значительная бактериальная активность достигается, когда есть соединения пор, имеющих диаметр не менее 0,2 мкм. [15] Ожидается, что размер и геометрия пор могут влиять на хемотаксис . Однако это не было доказано в условиях нефтяного пласта .
pH
Кислотность от щелочности оказывает влияние на протяжении нескольких аспектов в жизни и не являющихся живых системах. Например:
Поверхностный заряд
Изменениям клеточной поверхности и толщины мембран может способствовать pH из-за его ионизирующей способности белков, встроенных в клеточную мембрану . Модифицированные ионные области могут взаимодействовать с минеральными частицами и влиять на движение клеток через пористую среду.
Ферментативная активность
Встроенные клеточные белки играют фундаментальную роль в транспортировке химических веществ через клеточную мембрану . Их функция сильно зависит от их состояния ионизации , которое, в свою очередь, сильно зависит от pH .
В обоих случаях это может происходить в изолированных или сложных микробных сообществах окружающей среды . До сих пор понимание взаимодействия между pH и микробными сообществами окружающей среды остается неизвестным, несмотря на усилия последнего десятилетия. Мало что известно об экофизиологии сложных микробных сообществ, и исследования все еще находятся в стадии разработки. [16] [17] [18]
Окислительный потенциал
Окислительный потенциал (Eh, измеренный в вольтах), как и в любой реакционной системе, термодинамический движущей силой анаэробного дыхания , которое происходит в обедненной кислородом среде. Прокариоты относятся к клеткам, для которых анаэробное дыхание является метаболической стратегией выживания. Перенос электронов происходит вдоль и поперек клеточной мембраны (прокариоты не имеют митохондрий). Электроны передаются от донора электронов (молекула, которая окисляется анаэробно) к акцептору электронов (NO 3 , SO 4 , MnO 4 и т. Д.). Чистый Eh между данным донором и акцептором электронов; ионы водорода и другие частицы на месте определят, какая реакция произойдет в первую очередь. Например, нитрификация иерархически более предпочтительна, чем восстановление сульфата. Это позволяет увеличить нефтеотдачу за счет отказа от H 2 S, производимого биологическим путем , который является производным восстановленного SO 4 . В этом процессе влияние снижения содержания нитратов на смачиваемость , межфазное натяжение , вязкость , проницаемость , производство биомассы и биополимеров остается неизвестным.
Состав электролита
Концентрация электролитов и других растворенных веществ может влиять на физиологию клетки. Растворение электролитов снижает термодинамическую активность (aw), давление пара и автопротолиз воды . Кроме того, электролиты способствуют градиенту ионной силы через клеточную мембрану и, следовательно, обеспечивают мощную движущую силу, позволяющую диффузию воды внутрь или наружу клеток. В естественной среде большинство бактерий неспособно жить при значении aw ниже 0,95. Однако некоторые микробы из гиперсоленой среды, такие как виды Pseudomonas и Halococcus, процветают при более низких значениях w и поэтому представляют интерес для исследований MEOR.
Неспецифические эффекты
Они могут возникать при pH и Eh. Например, увеличение ионной силы увеличивает растворимость неэлектролитов («высаливание»), как в случае растворения диоксида углерода , регулятора pH в различных природных водах.
Биологические факторы
Хотя широко распространено мнение, что хищничество , паразитизм , синтрофизм и другие взаимосвязи также встречаются в микробном мире, мало что известно об этих взаимосвязях на MEOR, и они не учитывались в экспериментах MEOR.
В других случаях некоторые микроорганизмы могут процветать в среде с дефицитом питательных веществ (олиготрофия), например, в глубоких гранитных и базальтовых водоносных горизонтах . Другие микробы, живущие в отложениях, могут использовать доступные органические соединения ( гетеротрофия ). Органическое вещество и продукты обмена между геологическими образованиями могут диффундировать и поддерживать рост микробов в отдаленных средах. [19]
Механизм
Понимание механизма MEOR все еще далеко не ясное. Хотя в отдельных экспериментах было дано множество объяснений [1] [2] [3] [5] [7], неясно, проводились ли они для имитации условий нефтяных пластов.
Механизм можно объяснить с точки зрения клиента-оператора, который рассматривает ряд сопутствующих положительных или отрицательных эффектов, которые приведут к глобальной выгоде:
- Благоприятные эффекты . Биоразложение больших молекул снижает вязкость ; производство поверхностно-активных веществ снижает межфазное натяжение ; добыча газа обеспечивает дополнительную движущую силу давления; микробные метаболиты или сами микробы могут снижать проницаемость за счет активации вторичных путей потока. Растущие нитратредуцирующие бактерии будут конкурировать с пищевыми продуктами с сульфатредуцирующими бактериями и генерировать нитрит для уничтожения сульфатредуцирующих бактерий, таким образом подавляя активность сульфатредуцирующих бактерий, снижая концентрацию H2S, смягчая внутрискважинную коррозию, вызванную сульфатредуцирующими бактериями, кислотообразующими бактериями, и т.п.
- Смести не промокшее масло. Снижение проницаемости может быть выгодным из-за биоблокировки, если MEOR спроектирован и реализован должным образом. Если он не спроектирован и не используется должным образом, микробные метаболиты или сами микробы могут снизить проницаемость за счет активации вторичных путей потока путем осаждения: биомассы (биологическое засорение), минералов (химическое засорение) или других взвешенных частиц (физическое засорение). Положительно то, что прикрепление бактерий и развитие слизи, то есть внеклеточных полимерных веществ (EPS), способствует закупориванию высокопроницаемых зон (воровских зон), что приводит к повышению эффективности очистки.
Стратегии
Изменение экофизиологии нефтяного коллектора в пользу MEOR может быть достигнуто путем дополнения различных стратегий. Стимуляция микробов in situ может быть усилена химическим путем путем инъекции акцепторов электронов, таких как нитрат; легко ферментируемая патока, витамины или поверхностно-активные вещества . Альтернативно, MEOR стимулируется путем введения экзогенных микробов, которые могут быть адаптированы к условиям нефтяного пласта и способны продуцировать желаемые MEOR-агенты (Таблица 1).
Агенты MEOR | Микробы | Продукт | Возможное применение MEOR |
Биомасса, т.е. стая или биопленка | Bacillus sp. | Клетки и ЭПС (в основном экзополисахариды) | Выборочное закупоривание нефтенасыщенных зон и изменение угла смачиваемости |
Leuconostoc | |||
Ксантомонады | |||
ПАВ | Acinetobacter | Эмульсан и аласан | Эмульгирование и деэмульгирование за счет снижения межфазного натяжения |
Bacillus sp. | Сурфактин, рамнолипид , лихенизин | ||
Псевдомонады | Рамнолипид, гликолипиды | ||
Rhodococcus sp. | Вискозин и трегалоселипиды | ||
Артробактер | |||
Биополимеры | Xanthomonas sp. | Ксантановая камедь | Изменение профиля приемистости и вязкости, селективное закупоривание |
Aureobasidium sp. | Пуллулан | ||
Bacillus sp. | Леван | ||
Alcaligenes sp. | Курдлан | ||
Leuconostoc sp. | Декстран | ||
Sclerotium sp. | Склероглюкан | ||
Brevibacterium | |||
Растворители | Clostridium , Zymomonas и Klebsiella | Ацетон, бутанол, пропан-2-диол | Растворение породы для увеличения проницаемости, снижение вязкости нефти |
Кислоты | Clostridium | Пропионовая и масляная кислоты | Повышение проницаемости, эмульгирование |
Энтеробактер | |||
Смешанные ацидогены | |||
Газы | Clostridium | Метан и водород | Повышенное давление, набухание масла, уменьшение межфазного сечения и вязкости; увеличить проницаемость |
Энтеробактер | |||
Метанобактерии | |||
Эти знания были получены в результате экспериментов с чистыми культурами, а иногда и со сложными микробными сообществами, но экспериментальные условия далеки от имитации условий, преобладающих в нефтяных коллекторах. Неизвестно, зависят ли продукты метаболизма от роста клеток , и к заявлениям в этом отношении следует относиться с осторожностью, поскольку выработка метаболита не всегда зависит от роста клеток. [20]
Биомасса и биополимеры
При селективном закупорке кондиционированные клетки и внеклеточные полимерные вещества закупоривают зоны с высокой проницаемостью, что приводит к изменению направления заводнения на богатые нефтью каналы, что, в свою очередь, увеличивает эффективность извлечения нефти при заводнении. На производство биополимеров и образовавшуюся в результате биопленку (менее 27% клеток, 73-98% EPS и пустоты) влияют химический состав воды, pH, поверхностный заряд , физиология микробов, питательные вещества и поток жидкости. [12] [13]
Биосурфактанты
Поверхностно-активные вещества, полученные из микробов, то есть биосурфактанты, снижают межфазное натяжение между водой и маслом, и поэтому требуется более низкое гидростатическое давление для перемещения жидкости, захваченной в порах, чтобы преодолеть капиллярный эффект . Во-вторых, биосурфактанты способствуют образованию мицелл, обеспечивая физический механизм мобилизации масла в движущейся водной фазе. Гидрофобные и гидрофильные соединения играют роль и привлекли внимание в исследованиях MEOR, а основными структурными типами являются липопептиды и гликолипиды, являющиеся гидрофобной частью молекулы жирной кислоты . Биосурфактант, продуцируемый Pseudomonas putida, демонстрирует более высокое межфазное натяжение ( 51-8 мН / м) между маслом и водой, что необходимо для легкой мобилизации масла [21]
Газ и растворители
В этой старой практике добыча газа оказывает положительное влияние на добычу нефти за счет увеличения перепада давления, управляющего движением нефти. Метан, получаемый в результате разложения нефти в анаэробных условиях, мало влияет на MEOR из-за его высокой растворимости при высоких давлениях. Двуокись углерода также является хорошим агентом MEOR. Смешивающийся CO 2 конденсируется в жидкую фазу, когда легкие углеводороды испаряются в газовую фазу . Несмешивающийся CO 2 способствует насыщению масла, что приводит к набуханию и снижению вязкости жидкой фазы и, как следствие, к улучшению мобилизации за счет дополнительного рабочего давления. Одновременно другие газы и растворители могут растворять карбонатную породу , что приводит к увеличению проницаемости и пористости породы.
Полевые исследования
Подробно рассмотрены полевые приложения MEOR во всем мире. [1] [2] [3] [5] Хотя точное число полевых испытаний неизвестно, Lazar et al. [1] предложил порядка сотен. Успешные полевые испытания MEOR были проведены в США, России, Китае, Австралии, Аргентине, Болгарии, бывшей Чехословакии, бывшей Восточной Германии , Венгрии, Индии, Малайзии, Перу, Польше и Румынии. [1] [3] [7] Лазар и др. [1] предположили, что Китай лидирует в этой области, а также обнаружили, что наиболее успешное исследование было проведено на месторождении Альтон в Австралии (40% -ное увеличение добычи нефти за 12 месяцев).
Большинство полевых испытаний было проведено в коллекторах песчаника и очень мало - в трещиноватых коллекторах и карбонатах. [7] Единственные известные морские полевые испытания проводились в Норне (Норвегия) и Бокоре (Малайзия). [7]
Как указано в обзоре Lazar et al., [1] в полевых условиях использовались различные подходы, такие как введение экзогенных микроорганизмов (микробное затопление); контроль отложения парафина; стимуляция аборигенных микробов; закачка биополимеров, произведенных ex situ ; голодали отобранные ультрамикробы (отобранные закупорки); селективная закупорка за счет уплотнения песка из-за биоминерализации и закупоривания трещин в карбонатных пластах; манипуляции с питательными веществами местных резервуарных микробов для производства ультрамикробов; и адаптированные смешанные накопительные культуры.
Сообщаемые результаты MEOR из полевых испытаний сильно различаются. Строгие контролируемые эксперименты отсутствуют и могут быть невозможны из-за динамических изменений в пласте при добыче нефти. Кроме того, неизвестны экономические преимущества этих полевых испытаний, и неизвестен ответ на вопрос, почему другие испытания не увенчались успехом. Невозможно сделать общие выводы, поскольку физические и минералогические характеристики представленных нефтяных коллекторов были разными. Следовательно, экстраполяция таких выводов нецелесообразна.
Большинство успешных полевых исследований было проведено Glori Energy Inc. в Хьюстоне. У него есть успешные истории в Канзасе, Калифорнии, Канаде, Бразилии и т . Д. Полевые приложения можно найти на веб-сайте нового владельца интеллектуальной собственности Глори .
Модели
Было опубликовано множество попыток моделирования MEOR. [3] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28]] До сих пор неясно, отражают ли теоретические результаты немногочисленные опубликованные данные. Разработка математических моделей для MEOR является очень сложной задачей, поскольку необходимо учитывать физические, химические и биологические факторы.
Опубликованные модели MEOR состоят из транспортных свойств, законов сохранения , локального равновесия, нарушения теории фильтрации и физического напряжения. [3] [29] [23] [24] [25] [26] [30] Такие модели пока упрощены, и они были разработаны на основе:
(A) Основные законы сохранения, рост клеток, кинетика удерживания биомассы и биомассы в масляной и водной фазах. Основная цель заключалась в прогнозировании сохранения пористости в зависимости от расстояния и времени.
(B) модель фильтрации для выражения бактериального транспорта как функции размера пор; и связать проницаемость со скоростью проникновения микробов, применяя закон Дарси.
Химическая кинетика является фундаментальной для связывания образования биопродуктов с потоками водных организмов и взвешенных микробов. [31] Также использовались полностью численные подходы. [22] [32] Например, связанные нелинейные параболические дифференциальные уравнения: добавление уравнения для скорости диффузии микробов и их захвата пористой средой; уравнения дифференциального баланса для переноса питательных веществ, включая эффект адсорбции; и предположение о кинетике роста бактерий на основе уравнения Моно .
Уравнение Моно обычно используется в программном обеспечении для моделирования, но его поведение ограничено из-за несоответствия закону действия масс, который составляет основу кинетической характеристики роста микробов. Применение закона действия масс к микробным популяциям приводит к линейному логистическому уравнению . Если закон действия масс применяется к процессу, катализируемому ферментами, он приводит к уравнению Михаэлиса-Ментен , на которое опирается Моно. Это затрудняет производство биоповерхностно-активного вещества in situ, поскольку требуется контролируемое экспериментирование для определения конкретной скорости роста и параметров Михаэлиса-Ментен ограничивающей скорость ферментативной реакции.
Моделирование биоблокировки затруднено, потому что производство закупоривающего метаболита нелинейно связано с ростом микробов и потоком питательных веществ, переносимых в жидкости.
Экофизиология всего микробного микрокосма в условиях нефтяного пласта все еще остается неясной и, следовательно, не учитывается имеющимися моделями. Микроорганизмы - это своего рода катализатор, активность (физиология) которого зависит от взаимодействия с другими микробами и окружающей средой (экология). В природе живые и неживые элементы взаимодействуют друг с другом в сложной сети питательных веществ и энергии. Некоторые микробы производят внеклеточные полимерные вещества, и поэтому при их поведении в разливочной среде необходимо учитывать как заселение EPS, так и сами микробы. [12] [13] Знания в этом отношении отсутствуют, и поэтому цель максимального увеличения урожайности и минимизации затрат остается недостижимой.
Реалистичные модели для МЭОР в условиях нефтяного коллектора отсутствуют, а описанные модели с параллельными порами имели фундаментальные недостатки, которые были преодолены моделями, учитывающими закупорку пор микробами или биопленками, но такие модели также имеют недостаток, заключающийся в том, что они являются двумерными. . Использование таких моделей в трехмерных моделях не было доказано. Неизвестно, могут ли они быть включены в популярное программное обеспечение для моделирования нефтяных месторождений. Таким образом, для полевой стратегии необходим симулятор, способный прогнозировать рост и перенос бактерий через пористую сеть, а также производство MEOR-агентов на месте.
Причины отказа
- Отсутствует целостный подход, позволяющий критически оценивать экономику, применимость и эффективность MEOR.
- Ни одно опубликованное исследование не включает характеристики коллектора; биохимические и физиологические характеристики микробиоты; механизмы управления и экономика процессов.
- Экофизиология микробных сообществ, обитающих в нефтяных коллекторах, в значительной степени не изучена. Следовательно, существует плохая критическая оценка физических и биохимических механизмов, контролирующих ответ микробов на углеводородные субстраты и их подвижность.
- Отсутствие количественного понимания микробной активности и плохое понимание синергетических взаимодействий между живыми и неживыми элементами. Эксперименты, основанные на чистых культурах или обогащении, вызывают сомнения, поскольку микробные сообщества синергетически взаимодействуют с минералами, внеклеточными полимерными веществами и другими физико-химическими и биологическими факторами окружающей среды.
- Отсутствие сотрудничества между микробиологами, инженерами-разработчиками, геологами, экономистами и операторами-владельцами; [1] неполные соответствующие данные о коллекторе в опубликованных источниках: литология , глубина, чистая мощность, пористость, проницаемость, температура, давление, запасы, свойства пластовых флюидов (плотность нефти, соленость воды, вязкость нефти, давление точки кипения и образование нефти. -фактор объема), конкретные данные МУН (количество добывающих и нагнетательных скважин, потенциал прироста добычи, указанный оператором, скорость закачки, рассчитанная дневная и общая увеличенная добыча), рассчитанный потенциал прироста добычи за отчетное время.
- Ограниченное понимание экономики процесса MEOR и неправильная оценка технических, логистических, стоимостных и нефтеотдачи потенциала.
- Неизвестные оценки жизненного цикла . Неизвестное воздействие на окружающую среду
- Отсутствие очевидных количественных взаимосвязей между микробной продуктивностью, характеристиками пласта и условиями эксплуатации.
- Несоответствие характеристикам на месте; низкий предельный коэффициент нефтеотдачи; неопределенность в отношении соответствия критериям инженерного проектирования микробиологическим процессом; и общее опасение по поводу процесса, в котором участвуют живые бактерии.
- Отсутствие строго контролируемых экспериментов, которые далеки от имитации условий нефтяных пластов, которые могут повлиять на экспрессию генов и образование белков.
- Кинетическая характеристика интересующих бактерий неизвестна. Уравнение Моно широко использовалось неправильно.
- Отсутствие структурированных математических моделей для лучшего описания MEOR.
- Непонимание микробного механизма нефтеотдачи и несовершенные математические модели для прогнозирования микробного поведения в различных коллекторах. [7]
- Поверхностно-активные вещества: биоразлагаемые, эффективность зависит от температуры, pH и концентрации соли; адсорбция на поверхности горных пород.
- Невозможные экономические решения, такие как использование ферментов и культивируемых микроорганизмов.
- Сложная изоляция или разработка хороших штаммов-кандидатов, способных выжить в экстремальных условиях нефтяных пластов (до 85 ° C, до 17,23 МПа). [3]
Тенденции
- Устранение повреждения пласта, вызванного добавками жидкости для химического разрыва пласта в нетрадиционных месторождениях сланцевой нефти и газа. [10]
- Закройте высокопроницаемые зоны рядом с инжектором и оптимизируйте профиль впрыска.
- Разброс необходимых к цели компонентов.
- Снижение нежелательной вторичной активности из-за конкурентных окислительно-восстановительных процессов, таких как восстановление сульфата, то есть контроль закисления, контроль микробиологически индуцированной коррозии.
- Удаление микробного парафина.
- Удаление микробных повреждений кожи.
- Водные паводки, при которых непрерывная водная фаза позволяет вводить MEOR.
- Стимуляция одной скважины, низкая стоимость делает MEOR лучшим выбором.
- Селективные стратегии закупорки.
- Генно- инженерные микроорганизмы MEOR, способные выживать, расти и производить метаболиты за счет дешевых питательных веществ и субстратов.
- Применение экстремофилов: галофилов, барофилов и термофилов.
- Моделирование искусственной нейронной сети для описания процессов MEOR in situ.
- Конкуренция экзогенных микробов с местной микрофлорой, отсутствие понимания микробной активности.
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r Лазар И., И. Г. Петрисор и Т. Е. Йен, Повышение нефтеотдачи с помощью микробов (MEOR). Нефтяная наука и технологии, 2007. 25 (11-12): с. 1353-1366
- ^ a b c d e f g h Оливье, Б. и М. Маго, ред. Нефтяная микробиология. 1-е изд. 2005, ASM Press: Вашингтон, округ Колумбия. 365
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r Сен Р., Биотехнология в нефтедобыче: МУН. Прогресс в области энергетики и горения, 2008. 34 (6): с. 714-724
- ^ a b c Ван Хамм, Дж. Д., А. Сингх и О. П. Уорд, Нефтяная микробиология - Часть 1: Основы биохимии и физиологии. Chimica Oggi-Chemistry Today, 2006. 24 (1): p. 52
- ^ a b c d e f g h i Фудзивара, К., и др., Биотехнологический подход к разработке методов повышения нефтеотдачи с помощью микробов. Нефтяная биотехнология: разработки и перспективы, 2004. 151: с. 405-445
- ^ a b Системы и методы микробиологического увеличения нефтеотдачи , 12 апреля 2011 г. , извлечено 26 марта 2019 г.
- ^ a b c d e f g h i j k l Awan, AR, R. Teigland, and J. Kleppe, Исследование проектов по увеличению нефтеотдачи в Северном море, начатых в период с 1975 по 2005 гг. Spe Оценка и проектирование коллектора , 2008. 11 (3): с. 497-512
- ^ Даймс, Х., М. В. Тейлор и М. Вагнер, Очистка сточных вод: модельная система для микробной экологии . Тенденции в биотехнологии, 2006. 24 (11): с. 483
- ^ «Новые аэротехнологии | Подметите непроверенные» . Новые аэротехнологии . Проверено 26 марта 2019 .
- ^ а б «Полевые пилотные испытания нового биологического процесса повышения нефтеотдачи пластов для извлечения нефти из нетрадиционных пластов | SBIR.gov» . www.sbir.gov . Проверено 26 марта 2019 .
- ^ a b Сингх А., Дж. Д. ван Хамм и О. П. Уорд, Нефтяная микробиология - Часть 2 - Процессы извлечения, биоочистки и биодеградации. Chimica Oggi-Chemistry Today, 2006. 24 (2): p. 65–67
- ^ a b c Флемминг, Х.С. и Дж. Вингендер, Актуальность микробных внеклеточных полимерных веществ (EPS) - Часть II: Технические аспекты. Water Science and Technology, 2001. 43 (6): p. 9–16
- ^ a b c Флемминг, Х.С. и Дж. Вингендер, Актуальность микробных внеклеточных полимерных веществ (EPS) - Часть I: Структурные и экологические аспекты. Water Science and Technology, 2001. 43 (6): p. 1-8
- ^ Дэниел, И., П. Огер и Р. Винтер, Происхождение жизни и биохимия в условиях высокого давления. Обзоры химического общества , 2006. 35 (10): p. 858-875
- ^ Fredrickson JK, MJP, Bjornstad BN, Long PE, Ringelberg DB, White DC, Krumholz LR, Suflita JM, Colwell FS, Lehman RM, Phelps T. J., Ограничения размера пор на активность и выживаемость подповерхностных бактерий в конце Сланцево-песчаниковая толща мелового периода , северо-запад Нью-Мексико . Geomicrobiololy Journal, 1997 (14): с. 183-202
- ^ Коллинз, Г., и др., Доступ к черному ящику микробного разнообразия и экофизиологии: последние достижения с помощью многофазных экспериментов. Журнал экологической науки и здоровья. Часть а: Наука об окружающей среде и инженерия иКонтрольтоксичных и опасных веществ , 2006. 41: с. 897-922
- ^ Вагнер, М. и др., Состав и функция микробного сообщества на очистных сооружениях. Антони Ван Левенгук Международный журнал общей и молекулярной микробиологии, 2002. 81 (1): стр. 665-680
- ^ Рошель, Пенсильвания, изд. Молекулярная микробиология окружающей среды: протоколы и приложения. 2001, Horizon Scientific Press: Норфолк. 264
- ^ Крумхольц, Л. Р., Микробные сообщества в глубоких подповерхностных слоях. Гидрогеологический журнал, 2000. 8 (1): с. 4-10
- ^ Шулер, ML и Ф. Карги, Биопроцессная инженерия: основные концепции. Международная серия по физико-химическим инженерным наукам. 2001: Прентис-Холл 576
- ^ [26]
- ^ a b Ислам, М. Р. и А. Джанетто, Математическое моделирование и масштабирование увеличения нефтеотдачи с помощью микробов. Journal of Canadian Petroleum Technology, 1993. 32 (4): p. 30–36
- ^ а б Лоуренс, Дж. Р. и М. Дж. Хендри, Транспорт бактерий через геологические среды. Канадский журнал микробиологии, 1996. 42 (4): p. 410-422
- ^ а б Ганг, Х.З., М.Т. Лю и Б.З. Му, Характеристика микробного транспорта в цилиндрических порах. Китайский журнал химической инженерии, 2006. 14 (6): p. 819-824
- ^ a b Бехлулгил, К. и М.Т. Мехметоглу, Математическое моделирование периода замачивания в приложении для повышения нефтеотдачи с использованием микробов. Источники энергии, 2003. 25 (9): с. 871-877
- ^ а б Ю. Л. и др. Влияние условий окружающей среды на рост нефтяных микробов с помощью микрокалориметрии. Thermochimica Acta, 2000. 359 (2): p. 95-101
- ^ Стюарт, Т.Л. и Д.С. Ким, Моделирование развития и распространения биомассы в пористых средах. Журнал биохимической инженерии , 2004. 17 (2): с. 107-119
- ^ Desouky, SM, и др., Моделирование и лабораторные исследования увеличения нефтеотдачи с помощью микробов. Journal of Petroleum Science and Engineering, 1996. 15 (2-4): p. 309–320
- ^ Ислам, М. Р. и А. Джанетто, Математическое моделирование и масштабирование увеличения нефтеотдачи с помощью микробов. Journal of Canadian Petroleum Technology, 1993. 32 (4): p. 30–36
- ^ Стюарт, Т.Л. и Д.С. Ким, Моделирование развития и распространения биомассы в пористых средах. Журнал биохимической инженерии, 2004. 17 (2): с. 107-119
- ^ Брайант, SL и ТП Локхарт, разработки месторождений Анализ микробного повышения нефтеотдачи. Spe Reservoir Evaluation & Engineering, 2002. 5 (5): с. 365–374
- ^ Desouky, SM, и др., Моделирование и лабораторные исследования увеличения нефтеотдачи с помощью микробов. Journal of Petroleum Science and Engineering, 1996. 15 (2-4): p. 309–320
Внешние ссылки
- 1. КТР для повышения нефтеотдачи с помощью микробов (MEOR)
- 2. Организация научных и промышленных исследований Содружества
- 5. Научно-исследовательский институт нефтяной промышленности.