Таким образом, результаты исследований однозначно подтверждают гипотезу селективного закупоривания микроорганизмами ИАИ и их метаболитами высокопроницаемых слоев и, очевидно, изменения в результате этого направления потока флюидов в пласте.
Следующим элементом механизма повышения нефтеотдачи при воздействии на пласт микроорганизмами ИАИ является, очевидно, загущение вытесняющей воды микроорганизмами и их метаболитами. Плазма бактериальной клетки обладает вязкостью, которая в 800 раз превышает вязкость воды и примерно равна вязкости глицерина. Иногда вязкость плазмы старых клеток может в 8000 раз превышать вязкость воды, что соответствует вязкости густого сахарного сиропа. Основная масса цитоплазмы - это жидкий золь, а периферическая часть клетки находится в состоянии геля. Таким образом, закаченные в пласт огромные количества микробных клеток (аэробы, анаэробы) способствуют загущению пластовой вытесняющей воды. Следовательно, механизм повышения нефтеотдачи с использованием микробиологической технологии будет таким, же, как и при полимерном заводнении. Необходимо учесть еще и то, что рекомендованный биореагент на основе ИАИ обладает «фактором сопротивления» (ФС), «остаточным фактором сопротивления» (ОФС), т.е. ведет себя как полимер (таблица 2).
Закачивание биореагента в пласт
Загущение вытесняющей воды
Селективное закупоривание высокопроницаемых прослоев
Аэробные микробиологические процессы
Парафин + 02 + NADH2 Алифатический cпирт+NAD+H20
Окислительная (микробиологическая; десорбция углеводородов нефти с породы с последующим окислением и образованием нефтевытесняющих агентов
Окислительно-восстановительные
процессы с микробиологическим
окислением компонентов нефти и нефти с
образованием нефтевытесняющих
агентов кислоты, спирты, биоПАВ,
Микроаэробный процесс - переходный этап от аэробных к анаэробным: нитратредукция
8(H)+H*+N03 = NH*4+OH"+2H2O
10(H)+2H*+2NO"3* N2+6H2O
Глубокие анаэробные процессы:
1) карбонатредукция 4Н2+СО2-*СН4+2Н2О
2) сульфатредукция 8(H)+SO24 -»H2S+2H2O+2OH*
Вторичное селективное и неселективное закупоривание (забивание пор пласта биообразованиями и FeS). Механизм повышения нефтеотдачи при микробиологическом воздействии.
1.3 Эксперименты по изучению влияния биореагентов на основе активного ила
Были выполнены серии экспериментов по изучению влияния биореагентов на основе избыточного активного аила на реологические свойства пленочной нефти и фильтрационные характеристики насыпной модели пласта. Объектом исследования служили растворы биореагентов и нефти опытного участка Ромашкинского месторождения. В качестве образцов биореагентов использовались избыточный активный ил, а также избыточный активный ил с питательными добавками и полимерным флокулянтом ВПК-402 (ИАИП-1) (1). Краткая характеристика физико-химических свойств нефти и опытного участка приведена ниже:
- плотность нефти при температуре 20 С - 857 кг/м;
- вязкость нефти в пластовых условиях - 4.5 мПас:
- вязкость нефти в поверхностных условиях -19.3 мПас
- проницаемость низкопродуктивного коллектора - 0,066 мкм; продуктивного - 0.204 мкм; высокопродуктивного - 0.650 мкм:
- пластовая температура - 40 C
- пластовое давление 175 МПа.
Методика эксперимента состояла в следующем. Эмульсия нефти и избыточного активного ила (в соотношении 30:70 объемных частей) перемешивалась в течение 24 ч. отстаивалась и из углеводородной части отбиралась проба. Проба помещалась в рабочий узел установки - узкий зазор фиксированной величины. Измерительная ячейка установки представляет собой плоский капилляр из двух кварцевых пластин, закрепленных на упругом пружинном подвесе и размещенных в кювете с исследуемой жидкостью. Механическая подвеска обеспечивает параллельность крепления кварцевых пластин и возможность изменения зазора между ними в интервале 0.3 - 30 мкм, а также перемещение исследуемой жидкости по схеме простого сдвига с заданной скоростью. В дальнейшем периодически измерялись резонансные параметры установки, определяемые физическими свойствами изучаемой жидкости на контакте с кварцевыми пластинами. Исследовались кинетика структурообразования образца жидкости, ее установившиеся структурно-механические свойства, как при фиксированной скорости сдвига, так и в широком интервале ее изменения, охватывающем значения скорости сдвига в удаленных и призабойной зонах пласта. Размер узкого зазора соответствовал средним радиусам поровых каналов низкопродуктивной, продуктивной и высокопродуктивной зон опытного участка. Соотношение компонентов в растворе, размер узкого зазора, температура и скорость сдвига выбирались на основе моделирования пластовых условий.
На первом этапе изучения влияния реагентов на реологические свойства нефти исследовалась исходная проба дегазированной нефти в разных по размеру узких зазорах (рис. 1). Видно, что процесс формирования надмолекулярной структуры нефти в пристенной области занимает до 20 ч и существенно зависит от размера узкого зазора. Уменьшение размера последнего – увеличение градиента поверхностных сил ускоряет процесс структурообразования, приводя к формированию надмолекулярной структуры с более развитыми структурно-механическими свойствами. Например относительная вязкость по сравнению с объемной в зазоре размером 1.5 мкм возрастает в 4,4 раза при скорости сдвига 20 с-1 (рис. 2). Рис. 2 иллюстрирует влияние твердого тела и внешних условий – скорости деформации на вязкие свойства пленочной нефти. Видно, что молекулярно –поверхностное взаимодействие нефти с породой изменяет консистенцию нефти и в сравнительно крупных порах (размером примерно 2.4 мкм), отвечающих высокопродуктивной части пласта. Кроме того, граничный слой, определяемый по изменению локальных свойств жидкости относительно объемных, зависит от условий деформации жидкости.
Присутствие биореагентов количественно и качественно меняет процесс формирования надмолекулярной структуры нефти (рис. 3). На первом этапе контакта растворов с твердым телом вязкость жидкости снижается в 2 раза с последующим возрастанием до объемного значения в течение двух первых суток. С учетом того, что растворы готовились непосредственно перед опытами уменьшение вязкости может быть обусловлено наличием водной фазы и биоПАВ, содержавшихся в исходной пробе ила. Аналогичный эффект, наблюдаемый нами при введении в нефть ПАВ искусственного происхождения [2.3], связан с экранированием поля твердой фазы более поверхностно-активными молекулами реагента. Подобное, но вызванное увеличением размеров узкого зазора, описано нами выше (см. рис. 1); по мере возрастания размера узкого зазора уменьшается скорость структурообразования.
Сравниваемые биореагенты по-разному действуют на пленочную нефть: наличие избыточного активного ила уменьшает скорость формирования надмолекулярной структуры нефти, наличие ИАИП-1 стабилизирует и несколько снижает вязкость в течение первых суток контакта. Отмеченное явление, по-видимому, связано с более активной жизнедеятельностью микроорганизмов и соответствующим выделением биоПАВ в растворе ила с питательными добавками. В пластовых условиях это может способствовать более интенсивному доотмыву пленочной нефти из-за конкурирующей адсорбции биоПАВ и структурообразующих компонентов нефти.
На втором этапе (после 30 – 50 ч контакта) увеличение угла наклона кинетических кривых указывает на интенсивный рост биомассы, приводящий к кратному повышению вязкости исследуемой жидкости. Для растворов с ИАИ и ИАИП-1 такое возрастание составляет соответственно 2.1 и 5.1 раза.
На третьей стадии контактного взаимодействия через 3 – 4 сут. заменяются описанные процессы и стабилизируются структурно-механические свойства жидкости.
Важно подчеркнуть, что полученные нами данные согласуются с результатами других наблюдений (Б.И. Султанов, 1960 г.) десорбции углеводородов на насыпной модели в проточных условиях. В сравниваемых условиях возрастают биомасса и объем десорбированных углеводородов из керосиновой фракции при использовании избыточно активного ила в течение 4-5 сут. Различие в кинетике при большом времени наблюдения связано с постановкой опытов; в нашем случае жизнедеятельность микроорганизмов осуществлялась в замкнутом объеме – узком зазоре в работе Б.И. Султанова – в проточных условиях.
Контактное взаимодействие нефти и ее растворов с твердым телом приводит не только к росту вязкости, но и появлению упругих свойств, которые в свободном объеме у низкомолекулярных жидкостей не обнаруживаются (рис. 3). Наличие таких свойств свидетельствует об усилении неньютоновских свойств жидкости. Так. в присутствии биореагентов упругие свойства растворов через 2 сут. контакта усиливаются по сравнению с аналогичными свойствами исходной нефти. Кроме того, биореагент ИАИП-1 придает обработанной пленочной нефти твердообразные свойства характерные в свободном объеме для высоконцентрированных наполненных полимерных систем (В.Т. Виноградов, А.Я. Малкин, 1977 г.) и в узком зазоре для разбавленных полимеров, в том числе ПК-402 [3]. На это указывает наличие участка кривой течения с отрицательным углом наклона. Отмечаются также разрыв сплошности жидкости и дальнейшее ее течение с практически исходной вязкостью, как перепад давления в основном прикладывается к входу капилляра, а жидкость движется в нем под действием меньших давлений. Действительно, наклон линейных участков кривой течения до и после разрыва сплошности практически не меняется. Из этого следует, что даже при текущих напряжениях сдвига или градиентах давления, на 1 – 2 порядка превышающих начальные значения, обработанная биореагентом ИАИП-1 нефть будет оказывать практически то же гидродинамическое сопротивление.
Таким образом, исследованные биореагенты обладают нефтеотмывающими и загущающими свойствами. Моющие свойства обусловлены действием биоПАВ, содержащихся в иле и образующихся в результате контакта с пленочной нефтью.