Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ И АЗОТА В НЕФТИ И СЕРОВОДОРОДА В ПЛАСТОВЫХ ВОДАХ И ПОПУТНЫХ ГАЗАХ - Патент РФ 2137839
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ И АЗОТА В НЕФТИ И СЕРОВОДОРОДА В ПЛАСТОВЫХ ВОДАХ И ПОПУТНЫХ ГАЗАХ
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ И АЗОТА В НЕФТИ И СЕРОВОДОРОДА В ПЛАСТОВЫХ ВОДАХ И ПОПУТНЫХ ГАЗАХ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ И АЗОТА В НЕФТИ И СЕРОВОДОРОДА В ПЛАСТОВЫХ ВОДАХ И ПОПУТНЫХ ГАЗАХ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Способ предусматривает контактирование водной суспензии бактерий с нефтью или другой очищаемой средой. Используют адаптированные к пластовым условиям и нефти бактерии Thiobacillus denitrificans, или Thiobacillus aquaesulis, или Thisphacra pantotropha, или любые их сочетания друг с другом. Предварительно проводят адаптацию бактерий данных видов к углеводородам путем выращивания культуры бактерий на нефтяных средах. Процесс ведут непосредственно в недрах in situ в анаэробных условиях. Закачку суспензии в пласт производят при концентрации бактерий не ниже 104 кл/мл суспензии, процесс ведут при температурах 25-50°С и рН 6-9. Возможна очистка в засоленных пластах и при температурах выше 50°С. Способ применим для очистки попутных газов, пластовых вод. Преимуществом способа является повышение эффективности очистки нефти и сопутствующих ей сред. Кратность очистки до 10 раз. Разжижение нефти в результате очистки облегчает нефтедобычу. 5 з.п.ф-лы.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2137839
Класс(ы) патента: C12S1/02, C12N1/20
Номер заявки: 98110611/13
Дата подачи заявки: 05.06.1998
Дата публикации: 20.09.1999
Заявитель(и): Курашов Виктор Михайлович
Автор(ы): Курашов В.М.
Патентообладатель(и): Курашов Виктор Михайлович
Описание изобретения: Изобретение относится к микробиологическим процессам подготовки и переработки нефти, используемым в нефтегазодобывающей промышленности, а также применяется для улучшения экологической обстановки в районах добычи и переработки нефти. Изобретение позволяет снизить содержание серы и азота в нефти, пластовых водах и попутных газах разрабатываемых месторождений. Это, с одной стороны, улучшает качество добываемых нефтей и газов, приводит к разжижению нефти, что облегчает ее добычу, с другой стороны, решает задачу улучшения экологической обстановки за счет уменьшения испарений соединений серы и азота при добыче, хранении и переработке нефти и за счет уменьшения выделения сероводорода из нефтяных скважин и пластовых вод.
Известны различные способы десульфуризации углеводородов нефти (патенты US 5358869, 5356813, 5607857, 5387523, заявки PCT 95/31516, 95/16762,93/25367, EP N 0562313AA.
Однако многие существующие микробиологические способы очищают углеводороды нефти преимущественно от легко удаляемых нестойких серных соединений - сероводорода и меркаптанов - за счет их окисления. Кроме того, аэробное бактериальное окисление, используемое в известных способах, требует подачи в систему кислорода, который сам по себе окисляет нефть, т. е. разрушает ее. В некоторых методах для удаления из углеводородов серы предлагалось использовать аэробные бактерии, например бактерии родов Bacillus, Achromobacter, Pseudomonas, не являющиеся специфичными серобактериями. У данных бактерий и у подобных им бактерий удаление серы из молекул углеводородов является побочным процессом в разрушении (окислении) углеводородов и происходит вместе с данным разрушением. В частности, известный по патенту США N 3069325 способ снижения содержания серы, а также азота в углеводородах нефти предусматривает аэробный процесс разрушения серосодержащих соединений с помощью вышеуказанных культур. При этом процесс окисления серы проводят в производственных емкостях путем подачи туда водной смеси бактерий, способных к превращению органической серы в неорганическую в присутствии кислорода. Для отделения культуры бактерий от углеводородов используют поверхностно-активные вещества. Кроме того, для удаления неорганической серы (в виде сульфатов) используют специальные электролиты, имеющие аффинность к сульфат-иону. Данный способ является трудоемким и малоэффективным. Очистка нефти проводится в резервуарах, специально предназначенных для этого. Кроме того, набор используемых бактериальных культур, как уже указывалось выше, не приводит к желаемым результатам, поскольку происходит разрушение и углеводородов нефти, которая при аэробном процессе окисляется до углекислоты, воды и асфальтенов, при этом разрушаются углеводороды как содержащие серу, так и не содержащие ее. В предыдущих способах при обработке нефтепродуктов аэробными бактериями требуется подача кислорода. Т. о. аэробное бактериальное обессеривание теряет смысл, так как, освобождая углеводородные молекулы от серы, аэробные бактерии разрушают сами углеводородные молекулы. Задачей изобретения является более эффективное удаление серы из нефти, а также из попутных газов и пластовых вод.
Основным отличием предлагаемого способа является то, что вместо аэробных бактерий и аэробных условий используют факультативно - анаэробные бактерии в анаэробных условиях. Преимущества анаэробного бактериального обессеривания углеводородов в том, что оно в отличие от аэробного бактериального обессеривания протекает без полного разрушения углеводородов до простых неорганических соединений и соответственно без полного разрушения нефти (или ее части).
Преимущество предлагаемого способа также в том, что при его осуществлении в анаэробных условиях кроме обессеривания происходит денитрификация углеводородов, т. е. снижение содержания азота. В анаэробных условиях используемые бактерии переносят электроны от серы на азот (нитратное дыхание), восстанавливая его до газообразного N2 и тем самым удаляя азот из углеводородов (из нефти). Сера удаляется одновременно за счет окисления и перехода в водную фазу в окисленной водорастворимой форме. Приведенный механизм переноса электронов бактериями возможен только в анаэробных условиях.
Т. о. преимущество предлагаемого способа в том, что его можно осуществлять в недрах, где наблюдаются анаэробные условия. Кроме того, как следует из вышесказанного, анаэробные условия в недрах будут способствовать обессериванию и денитрификации нефти.
Т. о. в анаэробных условиях сера и азот удаляются из нефти не за счет разрушения гетероатомных соединений нефти (которое, как правило, сопровождается распадом и других, не содержащих серу и азот углеводородных молекул), а за счет переноса электронов, а также за счет разрыва сугубо гетероатомных связей.
Для бактерий рода Thiosphaera, например вида Thiosphaera pantotropha, характерен рост в анаэробных условиях за счет денитрификации с использованием кроме восстановленных соединений серы и органических соединений. Т. о. бактерии рода Thiosphaera используют органические соединения в автотрофном питании, что позволяет удалять из них серу за счет переноса электронов, не разрушая данные органические соединения. Этим свойством бактерии рода Thiosphaera выгодно отличаются от многих других родов бактерий, которые используют сложные органические соединения только в гетеротрофном питании и т. о. способны удалить серу из органических соединений только одновременно разрушив последние.
Отличия способа также в том, что при его осуществлении обессериванию нефти способствует также присутствие в недрах достаточных количеств воды, что позволяет осуществляться переходу серы из нефти в водную фазу. Т. о. поскольку вода, смешанная с нефтью, способствует обессериванию нефти, данное обессеривание возможно осуществлять на первичном сырье, на стадии добычи, подготовки и хранения нефти, что обуславливает реализацию и поступление в переработку уже обессеренной нефти.
Предлагаемый способ характеризуется следующей совокупностью признаков. Способ снижения содержания серы и азота в нефти, предусматривающий контактирование нефти с водной суспензией культур бактерий видов Thiobacillus denitrificans, или Thiobacillus aquaesulis, или Thiosphaera pantotropha, или любые их сочетания друг с другом.
Данные бактерии адаптируются к пластовым условиям углеводородам нефти. Процесс ведут в нефтяных пластах in situ в анаэробных условиях при закачке в пласты водных суспензий указанных бактерий с содержанием бактериальных клеток не ниже 104/мл суспензии. Оптимальные значения температуры для хода процесса 25 - 50oC, оптимальные значения pH 6 - 9.
Кроме нефти очистке от серы подвергаются пластовые воды и попутные газы.
При повышенной концентрации в пластах NaCl - до 3,9 М, дополнительно используют факультативно-анаэробные галофильные бактерии вида " Thiobacillus thyasiris "; при температурах в недрах выше 50 - 55oC дополнительно используют термофильные бактерии рода Thermothrix, например вид Thermothrix thiopara.
Эффективность микробиологического обессеривания углеводородов в предлагаемом способе с применением факультативно-анаэробных бактерий родов Thiobacillus и Thiosphaera, как и эффективность вариантов способа не зависит от глубины залегания и типа нефти, от типа и структуры коллектора, и состава образующей породы, от величин общего содержания серы в нефти, от распределения серы по фракциям сырой нефти и от строения и класса сернистых соединений нефти, так как адаптированные к нефти серобактерии способны взаимодействовать непосредственно с атомами серы любых углеводородных молекул. Определяющим знаком и облегчающим фактором для внедрения бактерий в углеводородную молекулу является присутствие в последней атома серы в недоокисленном состоянии, например в минус - двухвалентном (что и наблюдается в нефти).
Адаптированные к нефти миксотрофные бактерии родов Tiobacillus и Thiosphaera при попадании в водонефтяную среду (нефть - пластовые воды) в анаэробных условиях извлекают атомы серы практически из всех углеводородных группировок нефти за счет окисления серы, входящей в эти группировки - меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофаны, тиофены, полициклические и другие сернистые соединения. Данные виды бактерий также окисляют сероводород нефти и попутных вод и свободную серу содержащуюся в нефти.
В углеводородах нефти сера, как правило, находится в двухвалентном состоянии (-2). Все названные бактерии окисляют серу до высшей степени окисления +6, при этом атом серы бактерии извлекают из органических и неорганических молекул.
Миксотрофные сероокисляющие бактерии забирают электроны от серы органических соединений, и окисленная сера переходит из углеводородов нефти в пластовые воды в виде водорастворимых ионов-сульфатов (SO4, S2O3, SO2 и других ), что приводит к снижению содержания серы в углеводородах. Thiobaсillus denitrificans, Thiobacillus aquaesulis и Thiosphaera pantotropha используют в качестве донора электронов серные группировки углеводородов, а в качестве акцептора электронов используют связанный азот углеводородов и пластовых вод. Т. о. данные виды бактерий восстанавливают азотные соединения углеводородных молекул. Thiobacillus denitrificans и Thiosphaera pantotropha восстанавливают азотные соединения до нитрита - NO2 и далее до свободного азота - N2.
В бескислородных условиях перенос электронов с атомов серы серосодержащих углеводородных молекул происходит без разрушения самих серосодержащих углеводородов.
Thiobacills aquaesulis восстанавливает азот нитросоединений только до нитрита - NO2, который при накоплении токсичен для бактерий. Однако вид Thiobacillus aquaesulis будет расти в смешанной культуре с нитрит - восстанавливающими бактериями. Поэтому бактерии вида Thiobacillus aquaesulis, восстанавливающие азотные соединения только до нитрита, следует использовать совместно с бактериями видов Thiobacillus denitrificans или Thiosphaera pantotropha, которые восстанавливают нитриты до молекулярного азота - N2.
NO3---NO2---NO---N2O---N2.
В результате азот, переходя в газообразное состояние, удаляется из углеводородных молекул, что приводит к снижению содержания азота в нефти. Симбиозное использование бактерий вида Thiobacillus aquaesulis в совокупности с нитрит - восстанавливающими бактериями родов Thiobacillus и Thiosphaera целесообразно в плане расширения до 40 - 50oC верхних температурных границ оптимального функционирования симбиоза бактерий за счет Thiobacillus aquaesulis (температурный оптимум Thiobacillus denitrificans - 25 - 30oC, Thiosphaera pantotropha - 30 - 40oC).
Т. о. использование одновременно всех трех указанных видов бактерий позволяет расширить условия реализации способа: to, pH, повышает сопротивляемость к токсичным для бактерий веществам, в том числе к продуктам метаболизма (аутотоксинам) одного вида бактерий, за счет их превращения в безвредную форму другим видом, расширяет спектр серосодержащих органических веществ, подвергаемых бактериальному воздействию.
В пластовых водах ионы серы образуют с калием и натрием водорастворимые соединения, например K2SO4, Na2SO4.
Одновременно растворимые ионы серы взаимодействуют с основаниями и окисями, присутствующими в попутных водах (Ca(OH)2, Ba(OH)2, CaO, BaO, SrO), образуя комплексы, нерастворимые в воде.
Ионы серы реагируют также непосредственно с составляющими элементами образующей породы (кальцием, барием, магнием). В этом случае сера фиксируется на образующей породе в виде нерастворимых комплексов - гипса, ангидрита и других.
Разрывая гетероатомные связи углеводородных молекул и изменяя валентность серы и других элементов, и участвуя в переносе электронов, сероокисяющие бактерии выступают в роли биокатализатора и улучшают качество нефти, вызывают разжижение нефти, снижение содержания смол, изомеризацию углеводородных молекул легких фракций, которая определяет повышение октановых чисел отдельных углеводородов и нефтепродуктов. Разжижение нефти облегчает нефтедобычу.
В результате реализации предложенного способа происходит снижение содержания серы в высокосернистых, сернистых и малосернистых нефтях in situ; окисление сероводорода и его удаление из нефти, пластовых вод и попутных газов.
Для получения биомассы клеток бактерий родов Thiobacillus, Thiosphaera и семейства пурпурных серных бактерий данные культуры выращивают на жидких питательных средах, включающих источники азота, серы, фосфора, калия, натрия, магния и углекислого газа (сода). Культивирование всех видов бактерий проводят в анаэробных условиях, вида Thiobacillus denitrificans при температуре 25 -30oC и pH среды 6 - 8; вида Thiobacillus aquaesulis - при to -40 - 50, pH-7 - 9; вида Thiosphsaera pantotropha -при to -30 - 40, pH-7 - 9.
Для адаптации к пластовым условиям, необходимой при последующем использовании всех перечисленных видов бактерий, в качестве основы культуральной среды при получении биомассы вместо водопроводной воды используют пластовые воды нефтяных месторождений или водонефтяную эмульсию, взятую из добывающих скважин (содержащую 7 - 15% нефти и 85 - 93% воды). Как чистая пластовая вода, так и вода, входящая в состав водно-нефтяной смеси, содержат в своем составе микроэлементы используемые в питательных средах для выращивания сероокисляющих бактерий, в достаточных для бактерий концентрациях.
Также применяют в качестве добавки к культуральным средам пластовую воду, водонефтяную эмульсию (или нефть) и получают культуру бактерий, адаптированную к условиям их дальнейшего существования на углеводородных средах, в пластах.
Выращенную на среде культуру бактерий размножают путем ферментации. При необходимости полученную биомассу клеток можно сохранять длительное время.
Пример 1. ЛАБОРАТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ.
В лаборатории были смоделированы нефтяные пласты (коллекторы, содержащие нефть), нагнетательные и добывающие скважины. Модель: использовались емкости по типу аквариума, длина 2 м, ширина 1 м, глубина 1 м. В различных емкостях моделировались терригенные, карбонатные, песчаные и глинистые породы. Внутри пород моделировались пласты и коллекторы различной конфигурации, заполненные нефтью и попутными водами, взятыми из различных нефтяных месторождений. В контрольном опыте модель коллектора заполнялась 100% нефтью в объеме 100 литров. В других емкостях коллекторы заполнялись нефтью совместно с водой или водонефтяными эмульсиями. Проводилось 10 опытов с различным соотношением содержания нефти и воды в коллекторах:
Нефть (%): - Вода (%):
10% - 90%
15 - 85
20 - 80
30 - 70
40 - 60
50 - 50
60 - 40
70 - 30
80 - 20
90 - 10
Содержание серы в нефти 1,5%. Далее опыты были повторены с нефтью, содержащей 0,5, 1,0, 1,9, 2,5 и 3,5% серы. Содержание азота в нефти от 0,17 до 1,6%.
В двух точках по противоположным сторонам периметра аквариума смоделированы 1 нагнетательная и 1 добывающая скважины в виде вставленных в слой породы полых трубок. В нагнетательную трубку закачивается 1 литр воды, содержащей растворенную биомассу Thiobacillus denitrificans, Thiodacillus aquaesulis и Thiosphaera pantotropha по отдельности и в совокупности. Интенсивность закачки обеспечивает распространение раствора бактериальных клеток по всему коллектору и контакт с нефтью или водонефтяной эмульсией. Содержание бактериальных клеток в разных опытах - 105, 106 и 108 в 1 мл раствора. Температура внутри моделей-коллекторов соответствовала температурам природных нефтяных коллекторов и в разных опытных моделях поддерживалась на уровне: а) 18 - 23oC, б) 30 - 35oC, в) 40 - 45oC, г) 73oC - дополнительно использовались бактерии вида Thermothrix thiopara. В одном из опытов создавалась высокая соленость пластовой воды - 3,9М NaCl, - дополнительно использовались бактерии вида Thiobacillus thyasiris. При всех трех температурных режимах задавались различные вариации исходных значений pH (от 6 до 9) попутных вод внутри моделей коллекторов. После закачки раствора биомассы внутри моделей пластов и коллекторов создавались анаэробные условия за счет полного заполнения коллектора и скважин водой и нефтью и пломбирования скважин воздухонепроницаемой замазкой; в некоторых опытах создавались анаэробные условия с гидрозатвором для обеспечения возможности отхождения образующегося газообразного азота.
Во всех опытах (кроме контрольного) через 4 - 5 недель нефть, находящаяся в коллекторе, характеризовалась снижением содержания серы на 0,25 - 0,5%, азота - на 0,02 - 0,03%, далее наблюдалось прогрессирующее снижение содержания серы и азота в нефти на эти же величины в месяц. Попутная вода характеризовалась периодическим повышением содержания водорастворимых сульфат-ионов за счет выхода их из нефти (изъятие бактериями атомов серы из углеводородных молекул и перевод их в форму водорастворимых сульфат-ионов); периодически количество сульфат-ионов в воде снижалось за счет образования ими водонерастворимых комплексов, выпадающих в осадок, или связей с образующей породой. Затем содержание в воде растворенных соединений серы вновь повышалось за счет уменьшения последних в нефти. Таким образом происходит перераспределение серы из нефти в попутные воды и образующую породу с одновременным переводом серы в коррозионно-неагрессивную и экологически безопасную форму. В нефти происходит равномерное снижение всех видов сернистых соединений. Исключение составляют сероводород и меркаптаны, которые окисляются и удаляются из нефти и пластовых вод наиболее быстро.
В контрольном опыте фиксировалось медленное размножение бактерий, микробное число практически не увеличивалось; снижение содержания серы в нефти было очень незначительным, т. к. не было водной фазы, способной принять в себя водорастворимые ионы серы; незначительное снижение серы в нефти происходило за счет прямой фиксации на твердой породе серы, извлеченной бактериями из углеводородных молекул.
Для эффективного обессеривания нефти является достаточным содержание культуры бактерий родов Thiobacillus или Thiosphaera на уровне 106 клеток в 1 мл внедряемого раствора. Начальное содержание каждого вида бактерий в растворе не ниже 104 кл/мл обеспечивает достаточное развитие и размножение клеток для эффективного обессеривания нефтей. Этими же цифрами определяется начальное содержание бактерий Thiobacillus thyasiris и Thermothrix thiopara, используемых в вариантах способа.
Содержание серы в нефти определялось ускоренным методом определения содержания серы ГОСТ 1437 - 75. Сущность метода заключается в сжигании навески нефти в струе воздуха, улавливании образующихся сернистого и серного ангидридов раствором перекиси водорода с серной кислотой и титровании раствором гидроокиси натрия.
Для тех же целей применялся ламповый метод: навеска нефти сжигается в тарированной лампочке; продукты сгорания поглощаются титрованным содовым раствором (ГОСТ 8657 - 57) с последующим титрованием содового раствора соляной кислотой. Качественная оценка агрессивных сернистых соединений - меркаптанов и элементарной серы - проводилась методом медной пластинки (ГОСТ 6321 - 52). Меркаптаны и сероводород определялись плюмбитом натрия - "докторской пробой" (ГОСТ 6957 - 57). Количественное определение меркаптанов, сероводорода и элементарной серы осуществлялось потенциометрическим способом. Сероводород и меркаптаны определялись также титрованием нитратом серебра; дисульфиды - восстановлением цинком и уксусной кислотой с последующим титрованием нитратом серебра; свободная сера, сульфиды и тиофаны - экстракцией нитратом ртути и определением по разности содержания сернистых соединений.
Пример 2. Способ снижения содержания серы в нефти в недрах.
Приготовление смеси заключается в простом механическом смешивании культуры микроорганизмов с питательной средой и водой из расчета: содержание живых клеток не ниже 104 кл/мл, а смеси минеральных компонентов питательной среды не ниже 50 мг на 1 л воды. Полученную смесь закачивают в нефтяные пласты. Эти же цифры относятся и к другим видам бактерий, применяемым в вариантах способа. Сопутствующая питательная среда должна включать источники азота, серы, фосфора, калия, натрия, магния и углерода. В качестве питательной среды используют нитроаммофоску, мелассу, соевые отходы, отходы тростникового производства, зернообработки и др.
Содержание смеси минеральных компонентов питательной среды не ниже 50 мг/л раствора будет достаточным для обеспечения роста биокомпонента с указанной начальной плотностью клеток (104 кл/мл).
В пласты закачивают растворенную в воде активную сырую биомассу бактерий, не подвергая ее сушке и хранению. В этом случае сразу после ферментации сырую биомассу растворяют в 20 - 100 м3 воды - пластовой, водопроводной, водоемной или любой другой воды, которая обычно закачивается в скважины данного месторождения, где проводят обессеривание нефти. Затем этот приготовленный раствор активной культуры микроорганизмов закачивают в нефтяные пласты через нагнетательные скважины или через кустовые насосные станции вместе с пластовыми водами или отдельно от них. Закачку осуществляют по ходу обычного нефтепромыслового процесса.
В случае применения законсервированной биомассы бактерий требуется ее активация перед закачкой в пласт. Биомассу активируют в водном растворе питательной среды (20-100 м3 раствора), в емкости, обеспечивающей анаэробные условия. Используют любые питательные среды, которые применяют при выращивании бактерий. Затем раствор активной культуры бактерий закачивают в пласты, как и в первом случае.
Во вводимом в нефтяной пласт растворе начальное содержание клеток рода Tiobacillus и клеток других родов бактерий в вариантах способа не должно быть ниже 104 живых клеток в 1 мл для каждого вида. Такое содержание бактериальных клеток обеспечивает их достаточный рост и развитие. Желательно увеличение начального содержания клеток каждого вида используемых бактерий до 106 в мл; дальнейшее увеличение не является обязательным, так как рост и размножение клеток биокомпонента возрастает в присутствии соединений серы нефти и пластовых вод за счет естественного размножения клеток, начиная уже с плотности 104 кл/мл.
В опыте, в 1 мл вводимого в скважину раствора содержание бактериальных, клеток = 106. Время прохождения закачиваемого раствора от нагнетательных до добывающих скважин, как правило, составляет 4 -11 дней. В пробах водонефтяной смеси, отобранных из добывающих скважин через указанное время, содержится 104 - 105 бактериальных клеток в 1 мл; снижение микробного числа обусловлено распространением культуры в пласту. Через 1 - 2 месяца количество микробных клеток на выходе достигает первоначальных величин - 106 в 1 мл жидкости и далее увеличивается до 108 в 1 мл, что свидетельствует о размножении бактерий в пласту и об их адаптации к пластовым условиям.
Оптимальные условия в недрах для симбиотичной культуры трех видов бактерий - Thiobacillus denitrificans, Thiobacillus aquaesulis, Thiosphaera pantotropha - при их одновременном внедрении в пласты: температура 25 - 50oC, pH пластовых вод от 6 до 9.
Микробиологическое обессеривание и денитрификацию нефтей в недрах осуществляют как на законсервированных скважинах, так и через действующие скважины без их консервации.
При реализации микробиологического обессеривания и денитрификации нефтей в пластах закачиваемую биомассу или используют одноразово (с расчетом на размножение и распространение бактерий в недрах за счет миграции пластовых вод), или частично возвращают в цикл для снижения расхода биомассы.
Возврат биомассы бактерий в цикл осуществляют за счет рециркуляции (повторных закачиваний) пластовых вод, содержащих культуру, что делают следующим образом: в пластовые воды, полученные из добывающих скважин и содержащие биомассу, добавляют питательную среду для активации бактерий, после чего пластовые воды возвращают в цикл.
Через несколько месяцев после закачки раствора культуры бактерий извлекают нефть со сниженным содержанием серы и азота по сравнению с исходным и попутные газы и воды со сниженной концентрацией свободного сероводорода. Сероводород пластовых вод окислялся бактериями практически в первые 1 - 2 месяца.
Спустя 1 - 2 инкубационных месяца наблюдают снижение содержания в нефти серы на 0,1 - 0,5% на нефть в месяц, азота на 0,02 - 0,03% на нефть в месяц. Прогрессирующее снижение содержания в нефти серы и азота с той же скоростью отмечают в течение 1 - 2 лет, т. к. бактерии постепенно размножаются в пластах, глубже обессеривают и денитрифицируют углеводороды и вступают во взаимодействие с дополнительными объемами нефти. Происходит равномерное снижение всех видов сернистых и азотистых соединений в нефти.
Пример 3. Снижение содержания серы в нефти проводилось в недрах месторождений Татарстана.
1. Нефти терригенного девона (первый нефтегазоносный комплекс): Месторождение N 1, горизонт Д1. Глубина залегания нефти 1500 - 2000 метров. Температура в нефтяном пласту 33oC. Нефти легкие, р - 0,867 г/л, вязкость 6,54 сст при 50oC, имеют в составе 11 - 48% смолистых веществ, 5,3% парафинов, бензиновые фракции, легкие и ароматические углеводороды. Газовый фактор 40 - 70 м3/т. Попутный газ обогащен этаном и пропаном, содержит 14,2% азота, не содержит сероводорода. Содержание серы в нефти 1,3 - 2,1%, азота 0,17%. Средний дебет добывающих скважин - 60 м3 (60 тонн) жидкости в сутки, дебет нефти от 3 до 10 тонн в сутки. Среднее значение pH пластовых вод - 7.
В опыте закачка суспензии бактерий 106 кл/мл в одну нагнетательную скважину, выход нефти - из двух добывающих скважин.
Начальное содержание S 1,9%, N 0,17% на нефть.
Через 2 месяца: S 1,8%, N 0,14%.
Через 3 мес.: S 1,6%, N 0,11%.
- 4 мес.: S 1,4%, N 0,09%.
- 6 мес.: S 1,0%, N 0,05%.
2. Нефти карбонатного девона и карбонатно-терригенного карбона ( второй комплекс ): Месторождение N 2. Нефть более тяжелая, чем нефть терригенного девона. Глубина залегания нефти 800 - 1300 метров, в среднем глубина 1100 м, температура в нефтяном пласту 28oC. Содержание серы в нефти 2,4 - 2,6%, азота 0,20%. Газовый фактор 10 - 27 м3/т, содержание свободного сероводорода в попутном газе 3,9 - 10,8%.
Дебет добывающих скважин 50 тонн жидкости в сутки, дебет нефти - 14 - 20 тонн в сутки. pH пластовых вод - 5,5 - 6,5.
В опыте закачка суспензии бактерий в одну нагнетательную скважину, выход нефти - из трех добывающих скважин.
Начальное содержание S 2,5%, N 0,20% на нефть.
Через 2 месяца: S 2,4%, N 0,17%.
- 3 месяца: S 2,2%, N 0,14%.
- 4 мес.: S 2,0%, N 0,12%.
- 6 мес.: S 1,6%, N 0,08%.
Содержание свободного сероводорода в попутном газе снижалось через два месяца с 5 - 10% до 3 - 7% соответственно, через 3 месяца - до 2 - 6%, через 6 месяцев до 1 - 2%, через 12 месяцев определялись следы сероводорода.
3. Нефти нижнего и среднего карбона (третий комплекс). Месторождение N 3. Нефть тяжелее, чем нефти второго комплексе. Глубина залегания 600 - 1000 м. Содержание в нефти серы 3,4 - 3,5%, азота 0,20%. Газовый фактор 10 м3/т, содержание свободного сероводорода 5 - 15%. pH пластовых вод -7 - 8.
В опыте закачка суспензии бактерий в одну нагнетательную скважину, выход нефти - из двух добывающих скважин. Начальное содержание S 3,5%, N 0,20% на нефть.
Через 2 месяца: S 3,4%, N 0,17%.
- 3 месяца: S 3,2%, N 0,14%.
- 4 мес.: S 3,0%, N 0,12%.
- 6 мес.: S 2,5%, N 0,08%.
Содержание свободного сероводорода снижалось через два месяца с 5 - 10% до 3 - 7% соответственно, через 3 месяца - до 2 - 6%, через 6 месяцев до 1 - 2%, через 12 месяцев определялись следы сероводорода.
Адаптированные сероокисляющие бактерии при внедрении в нефтяные залежи в первую очередь взаимодействуют с нефтью, а именно с сернистыми соединениями нефти.
Очевидно, что для осуществления процесса микробиологического обессеривания нефти необходимы следующие факторы:
1. Бактерии должны внедряться в пласт искусственным путем;
2. Должна быть создана необходимая концентрация бактерий в пласту;
3. Бактерии должны быть адаптированы к нефти и пластовой воде, и жизнеспособны в условиях переизбытка углеводородов и анаэробиоза.
Формула изобретения: 1. Микробиологический способ снижения содержания серы и азота в нефти, предусматривающий контактирование нефти с водной суспензией культур бактерий, отличающийся тем, что используют культуры бактерий Thiobacillus denitrificans, или Thiobacillus aguaesulis, или Thiosphaera pantotropha, или любые их сочетания друг с другом, адаптированные к пластовым условиям и углеводородам нефти, и процесс ведут в нефтяных пластах in situ а анаэробных условиях при закачке в пласты водных суспензий указанных бактерий.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закачку суспензии указанных бактерий осуществляют при концентрации их не ниже 104 кл/мл суспензии.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс ведут при 25 - 50oС и pH 6 - 9.
4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что при повышенной концентрации в пласту NaCl до 3,9 М дополнительно используют бактерии вида Thiobacillus thyasiris.
5. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что при температурах в недрах выше 50 - 55oС дополнительно используют термофильные бактерии Thermothrix thiopara.
6. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что очистке от серы в виде сероводорода подвергается нефть, пластовые воды и попутные газы.