книги из ГПНТБ / Розанова Е.П. Микрофлора нефтяных месторождений

Глава четвертая

Использование углеводородов микроорганизмами

вискусственно заводняемых нефтяных пластах

ив лабораторных экспериментах

В этом разделе будут описаны те нефтяные месторождения, в. которых процессы окисления нефти и сульфатредукция отсутст­ вовали до заводнения из-за неблагоприятного состава вод (ВолгоУральская область) или вследствие бедности их сульфатами (Апшерон).

В нефтяных пластах, подвергающихся искусственному завод­ нению, биогенные процессы развиваются в двух направлениях. Первое направление — преимущественное распространение ана­ эробного восстановления сульфатов, второе — преобладание аэроб­ ных процессов окисления нефти. Развитие того или иного направ­ ления зависит от скорости водообмена, которая обусловливается определенной проницаемостью пластов, объемом закачиваемой во­ ды, интенсивностью эксплуатации.

Рассмотрим распространение процессов, приводящих к сульфатредукции. Намечаются два варианта развития сульфатредукции, проявляющейся в нефтяных коллекторах разного типа. В кол­ лекторах терригенного типа, свободных от сероводорода, на пер­

цовой с соавторами (Кузнецова, Панцхава, 1962; Кузнецова и др., 1963; Ли, Кузнецова, 1963; Кузнецова, 1964; Кузнецова, Ли, 1964). Высокоминерализованные рассолы этого пласта не содержали ни сероводорода, ни сульфатвосстанавливающих бактерий, отсутство­ вали также аэробные бактерии. Общая минерализация воды дости­

24мг/л (Кузнецова и др., 1963).

Вместорождепие посредством впутриконтурных и законтурных нагнетательных скважин закачивали пресную речную воду, обога-

104 ’

тценную сульфатами в количестве 100—300 мг/л. В воде присутст­ вовали сульфатвосстанавливающие бактерии, сапрофиты, разви­ вающиеся на МПА, и углеводородокисляющие бактерии, относя­ щиеся к роду Pseudomonas. Вместе с нагнетаемой водой микрофло­ ра проникала в пласт. Процесс сульфатредукции начинал прояв­ ляться по прошествии определенного срока заводнения в призабой­ ных зонах внутрпкоитурных нагнетательных скважин и отсутство­ вал в призабойных зонах законтурных нагнетательных скважин.

Данные о распространении сероводорода в пластовой воде из призабойных зон нагнетательных скважин разного тппа приводятся ниже:

Изучение опресненной воды, извлеченной самоизливающимися внутрпконтуриымн нагнетательными скважинами, показало, что в пласте развивается биоценоз аэробных углеводородокисляющих и анаэробных сульфатвосстанавливающих бактерий (рис. 16). Разви­ тие подобного биоценоза было обнаружено также нами в яснопо­ лянской терригенной толще визейского яруса, в каменноугольных отложениях Троельжанского месторождения Пермской области (Розанова и др., 1971). В дальнейшем В. А». Кузнецовой и В. М. Гор­ ленко (1965а, б; Горленко, Кузнецова, 1966) была разработана ги­ потеза механизма последовательного развития биогенных процессов в призабойных зонах нагнетательных скважин заводняемых нефтяпых пластов. Согласно этой гипотезе, начальное воздействие на углеводороды нефти оказывают аэробные углеводородокисляющие бактерии, использующие молекулярный кислород, поступающий с закачиваемой водой. При этом образуются промежуточные продук­ ты неполного окисления, которые могут потребляться далее в ана­

эробных условиях сульфатвосстанавлңвающими бактепиями. Кроме }С.

того, использование молекулярного &Söf^fl^yfneBOflopofloiOTcnHio- р

щими бактериями способствует развитию сульфатредукции в пла­ стах вследствие снижения окислительно-восстановительного потен­ циала.

Гипотеза была подтверждена лабораторными экспериментами по окислению нефти биоценозом микроорганизмов, выделенным из заводняемого нефтяного пласта (рис. 17). Было показано, что раз­ витию сульфатвосстанавливающих бактерий и появлению серово­ дорода действительно предшествовало развитие биоценоза углеводо­ родокисляющих бактерий, причем максимальное образование сероводорода наблюдалось в условиях ограниченного доступа ки­ слорода. Результаты могут быть объяснены тем, что именно при недостатке кислорода в культурах углеводородокисляющих бакте-

105

рий накапливаются промежуточные окисленные продукты типа спиртов и кислот (см. главу III). Эти продукты являются субстра­ тами, доступными сульфатвосстанавлпвающим бактериям.

Накопление связывающихся йодом веществ было показано при развитии бактерий, использующих нефть в мпкроаэрофильных

Коничестбо м1 боды, извлеченной из скбажин

Рис. 16. Изменение солености среды, показателен активности бактерий и их содержания в процессе излпва из нагнетательных скважин воды, добы­ вавшей в пласте (по Кузнецовой, Ли, 1964)

колбах соблюдался анаэробиоз, однако повышение величины Eh с +40 до +270 мв в конце опыта в контрольных колбах без нефти указывало на проникновение воздуха.

106

Развитие биоценоза микроорганизмов с участием аэробных бактерий в призабойных зонах нагнетательных скважин является одпим из вариантов начального этапа распространения сульфатредукции в нефтяных пластах. Другой вариант обнаружен нами (Розанова, Быков и др., 1972, 1973а) в карбонатных коллекторах

Рис. 17. Развитие различных групп микроорганизмов в комплексе, окисляю­ щем нефть, с образованием сероводорода

1 — прирост HjS в среде; 2 — сульфатредуцирующие бактерии; 3 — углеводо'родокисляющие бактерии; 4 — бактерии из рода Pseudomonas; 5 — сапрофиты на МПА; б — организмы, развивающиеся па лактате кальция в анаэробных условиях

башкирского яруса каменноугольных отЛожений Пермской обла­ сти, содержащих рассолы, обогащенные сероводородом. Бактерии

врассолах не развивались, и сероводород этот рассматривался как реликтовый.

При нагнетании пресной воды внутрь контура нефтеносности

впризабойных зонах пластов быстро распространялась биогенная сульфатредукция. Аэробный биоценоз, по-видимому, не принимал участия в окислении нефти, поскольку в воде, извлеченной из призабойной нагнетательной скважины карбонатного коллектора Ярипо-Камеиноложского месторождения, эти микроорганизмы отсутствовали. В пробах воды из самоизливающихся нагнетатель­ ных скважин терригенных коллекторов яснополянской толщи визейского яруса того же месторождения помимо сульфатвосстанавливающих бактерий присутствовали аэробные бактерии, окисляю­ щие нефть и развивающиеся на МПА.

Основным отличным фактором пластовых рассолов карбонат­ ных коллекторов являлся сероводород, отсутствующий в воде терригенной яснополянской толщи. На этом основании было сделано предположение, что в карбонатных коллекторах раство­ ренный кислород, поступающий с закачиваемой водой, поглощает­ ся сероводородом. Это обстоятельство способствует понижению окислительно-восстановительного потенциала и развитию сульфатредукции. Таким образом, необходимость участия аэробного

107

биоценоза в окислении нефти для снижения потенциала здесь отпадает. В призабойной зоне нагнетательной скважины карбонат­ ного коллектора величина гН2 близка к 11 и является значитель­ но более низкой, чем в терригенной толще, где гН2~21.

Предположение о роли исходного реликтового сероводорода в снижении потенциала в зонах нагнетания подтвердилось при исследовании пробы воды, извлеченной нагнетательными скважи­ нами разного типа из карбонатных коллекторов.

Характеристика воды, извлеченной из призабойных зон раз­ личных нагнетательных скважин карбонатной толщи ЯриноКаменноложского месторождения, приведена ниже:

Прирост HaS измеряли по радиоактивпости сульфидной серы в изолированных пробах пластовой воды, нуда добавляли Naa^SO*. В пробы из скважин 447 и 380 вносили NaaS нз расчета 50 мг/л.

Внутриконтурная скважина первого типа — скв. 536 — служила для нагнетаиия воды в обводненную рассолом часть пласта. Внутриконтурные скважины второго типа — скв. 447 и 380 — использовали для иагиетапия воды непосредственно в нефтегазонасыщенные зоны. Отбор проб из скважин производился через сутки самоизлива. (Проба из скв. 380 была отобрана после трех месяцев самоизлива.) Анализы показали, что, несмотря на присутствие сульфатвосстанавливающих бактерий во всех иссле­ дованных пробах, сероводород обнаруживался только в пробе воды из скв. 536 в количестве 16 мг/л. Этот сероводород являлся вторич­ ным, образовавшимся в результате современных биогенных про­ цессов.

Сопоставление типов исследованных скважин позволило прий­ ти к заключению, что развитию сульфатредукции в призабойных зонах способствовало смешение закачиваемой воды с пластовым рассолом в контуре нефтеносности, как это имело место в зоне

108

скв. 536. Именно здесь вода характеризовалась низкой величиной окислительно-восстановительного потенциала. В изолированной пробе этой воды с добавлением Na235SO/, был обнаружен прирост H2S в количестве 0,023 мг/л в сутки. Полученные данные дают возможность рассмотреть механизм развития сульфатредукцпи с новой точки зрения.

При отсутствии аэробного биоценоза большое количество окис­ ленного органического вещества не может появиться в пластах. Как было показано выше, химическое окисление углеводородов затруднено. Результаты наших исследований позволили предполо­ жить, что сульфатвосстанавливающие бактерии, развиваясь в нефтяных пластах, могут довольствоваться небольшим количест­ вом окисленного органического вещества. Возможно, что нрн этом оно используется на построение тела, а в энергетическом процессе потребляется водород, извлекаемый при дегидрировании углеводо­ родов (см. главу III, стр. 75). Небольшие количества окисленного органического вещества, по-видимому, все же могут возникать при каталитическом окислении углеводородов кислородом воздуха с участием металлов, растворенных в пластовой воде (глава III,

стр. 62).

Другим возможным вариантом появления добавочного количе­ ства окисленного органического вещества в пластовой воде при искусственном заводнении является вымывание его из пород кол­ лектора, а также подстилающих водоупоров. Известно, что вме­ щающие породы всегда содержат некоторое количество первич­ ного фоссилизированного органического вещества (Зобелл, 1972). Согласно современным теориям образования залежей, нефть ми­ грирует в ловушки коллекторских пород и является, таким обра­ зом, вторичным органическим веществом по отношению к вме­ щающим породам. Коллекторскими породами изученных нами пластов башкирского яруса служат органогенные известня­ ки. В раковинах органические вещества типа аминокислот могут сохраняться в течение длительного времени. По устному сообще­ нию Барс, многократная водная экстракция коллекторских пород и глин способствует вымыванию значительного количества окис­ ленного органического вещества (до 100 мг/кг). Извлечение окис­ ленного органического вещества из горных пород слабоми­

проверке. Однако на правах гипотезы его можно применить для объяснения сульфатредукцпи на участках заводняемых пластов,

удаленных от зон нагнетания.

Некоторыми авторами (Гасанов, 1961; Сазонова и др., 1965) показано, что сероводород постепенно распространяется от зон на­ гнетания в глубь пластов. Кузнецова и Ли (1964) считали, что сероводород, обнаруживающийся на участках с эксплуатацпонны-

109

ми скважинами, является миграционным. Можно было предпола­ гать, что окисленное органическое вещество, образующееся в зо­ нах нагнетания, здесь и потребляется в процессе сульфатредукцин. Однако наши исследования показали, что в тех зонах место­ рождения, где расположены эксплуатационные скважины, H2S образуется на месте. Доказательством служил H23r’S, обнаружи­ вающийся при внесении в изолированные пробы пластовой воды

*Скважина Полазнепского месторождения, где Бода отличается малым содержанием бактерий вследствие влияния недавней соляно-кислотной обработки призабойной зоны.

**Скважина Ярино-Каменноложского месторождения, остальные — Полазнепского месторождения.

Na235S0 4 (Розанова и др., 1969). По мере удаления от зон на­ гнетания суточный прирост H,2S падал, оставаясь величиной по­ рядка десятых долей миллиграмма на литр (рис. 18, табл. 21). Отметим, что повышенная соленость проб воды не препятствовала развитию сульфатвосстаиавливающих бактерий в исследованных пластах Апшеропа и Пермской области (Розанова, Худякова, 1973; Розанова, Быков и др., 1973; Розанова, Талыблы, Лебедева, 1973), так как здесь были распространены галофильные и солетоле­ рантные формы этих микроорганизмов (глава III, стр. 84). Законо­ мерности развития биогенной сульфатредукции в разных зонах заводняемого пласта башкирского яруса Ярино-Каменноложского месторождения, обогащенного исходным реликтовым сероводоро­ дом, показаны па рис. 19. Ниже даны содержание рассола и состав

111