Odzyskiwanie oleju wspomagane przez mikroorganizmy

Mikrobiologiczne wspomagane odzyskiwanie ropy naftowej ( MEOR ) to technologia biologiczna polegająca na manipulowaniu funkcją lub strukturą, lub obydwoma, środowisk mikrobiologicznych istniejących w zbiornikach ropy . Ostatecznym celem MEOR jest poprawa odzyskiwania ropy uwięzionej w porowatych mediach przy jednoczesnym zwiększeniu zysków ekonomicznych. MEOR to trzeciorzędna wydobycia ropy naftowej , która pozwala na częściowe odzyskanie zwykle pozostałych dwóch trzecich ropy, przedłużając w ten sposób żywotność dojrzałych zbiorników ropy.

MEOR jest multidyscyplinarną dziedziną obejmującą m.in.: geologię , chemię , mikrobiologię , mechanikę płynów , inżynierię naftową , inżynierię środowiska i inżynierię chemiczną . Procesy mikrobiologiczne zachodzące w MEOR można sklasyfikować według problemu produkcji ropy w terenie:

Wyniki

Jak dotąd wyniki MEOR są wyjaśniane w oparciu o dwa dominujące przesłanki:

Wzrost produkcji ropy . Odbywa się to poprzez modyfikację właściwości międzyfazowych układu olej-woda-minerały, w celu ułatwienia ruchu oleju przez media porowate . W takim układzie aktywność drobnoustrojów wpływa na płynność ( lepkości , zalewanie mieszalne); efektywność wypierania (spadek napięcia międzyfazowego , wzrost przepuszczalności); wydajność zamiatania (kontrola ruchliwości, selektywne zatykanie) i siła napędowa (ciśnienie w zbiorniku).

Zmniejsz cięcie wody. Miejscowe drobnoustroje stymulowane przez wstrzyknięte mikrobiologiczne składniki odżywcze rosną szybko i selektywnie blokują „strefy złodzieja”, kierują wstrzykniętą wodę w celu zmiatania nieprzetartego oleju.

Wspomniane wyżej dwa racjonalne argumenty zostały zademonstrowane w filmie na YouTube przygotowanym przez New Aero Technology LLC .

Znaczenie

Kilkudziesięcioletnie badania i udane zastosowania potwierdzają, że MEOR jest dojrzałą technologią . Pomimo tych faktów, niezgoda nadal istnieje. Udane historie są specyficzne dla każdego zastosowania MEOR w terenie, a opublikowane informacje dotyczące wspierających korzyści ekonomicznych nie istnieją. Mimo to panuje zgoda co do tego, że MEOR jest jedną z najtańszych istniejących metod EOR. Istnieją jednak niejasności co do przewidywania, czy wdrożenie MEOR zakończy się sukcesem. MEOR jest zatem jednym z przyszłych obszarów badawczych o dużym priorytecie, określonym przez grupę zadaniową „Oil and Gas in the 21st Century Task Force”. Dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, że MEOR jest technologią uzupełniającą, która może pomóc w wydobyciu 377 miliardów baryłek ropy, których nie można odzyskać przy użyciu konwencjonalnych technologii.

Stronniczość

Przed pojawieniem się środowiskowej mikrobiologii molekularnej słowo „ bakterie ” było używane niewyraźnie w wielu dziedzinach w odniesieniu do niescharakteryzowanych drobnoustrojów, a taki systematyczny błąd dotyczył kilku dyscyplin. Dlatego w dalszej części tekstu preferowane będzie słowo „mikrob” lub „ mikroorganizm ”.

W Microbial EOR stymulowane są tylko korzystne drobnoustroje, takie jak bakterie redukujące azotany (NRB). Niekorzystne bakterie, takie jak bakterie redukujące siarczany (SRB), nie są stymulowane, ponieważ proces MEOR wprowadza tylko azotany do zbiornika, ale nie wprowadza do niego siarczanów. W międzyczasie rosnąca NRB może kontrolować działania SRB, zmniejszać stężenie H 2 S . Do pewnego stopnia proces MEOR może przywrócić zbiornik z kwaśnego do słodkiego.

Historia

To było w 1926 roku, kiedy Beckam zaproponował wykorzystanie mikroorganizmów jako środków do odzyskiwania pozostałości oleju uwięzionych w porowatych mediach. Od tego czasu opracowano wiele badań, które są szeroko recenzowane. W 1947 roku ZoBell i współpracownicy stworzyli podstawy mikrobiologii ropy naftowej stosowanej do odzyskiwania ropy naftowej, której wkład byłby przydatny dla pierwszego patentu MEOR przyznanego Updegraffowi i współpracownikom w 1957 roku, dotyczącego produkcji in situ środków do odzyskiwania ropy, takich jak gazy, kwasy , rozpuszczalniki i biosurfaktantów z mikrobiologicznej degradacji melasy. W 1954 roku przeprowadzono pierwsze testy polowe na polu Lizbona w Arkansas w USA. W tym czasie Kuzniecow odkrył wytwarzanie gazu przez drobnoustroje z ropy. Od tego roku aż do lat 70-tych prowadzono intensywne badania w USA, ZSRR, Czechosłowacji, na Węgrzech iw Polsce. Główny typ eksperymentów terenowych rozwijanych w tych krajach polegał na wstrzykiwaniu egzogennych drobnoustrojów. W 1958 r. Selektywne zatykanie biomasą wyprodukowaną przez drobnoustroje został zaproponowany przez Heinningena i współpracowników. Kryzys naftowy z 1970 roku wywołał duże zainteresowanie aktywnymi badaniami MEOR w ponad 15 krajach. W latach 1970-2000 podstawowe badania MEOR koncentrowały się na ekologii drobnoustrojów i charakterystyce złóż ropy naftowej. W 1983 roku Iwanow i jego współpracownicy opracowali technologię aktywacji warstw mikrobiologicznych. Do 1990 roku MEOR osiągnął status technologii interdyscyplinarnej. W 1995 r. badanie projektów MEOR (322) w USA wykazało, że 81% projektów z powodzeniem zwiększyło produkcję ropy naftowej i nie było ani jednego przypadku zmniejszenia produkcji ropy. Dziś MEOR zyskuje na popularności ze względu na niski koszt (mniej niż 10 USD za baryłkę przyrostową) i niskie wymagania CAPEX (operator nie musi inwestować w obiekty powierzchniowe, jak w przypadku tradycyjnej chemii lub CO 2 EOR i może zmniejszyć liczbę odwiertów wypełniających). Kilka krajów zadeklarowało, że może być skłonnych do wykorzystania MEOR w jednej trzeciej swoich programów wydobycia ropy do 2010 roku. Ponadto, gdy Wall Street, operatorzy ropy łupkowej i Stany Zjednoczone zdają sobie sprawę z ekstremalnego współczynnika wydobycia amerykańskich odwiertów ropy łupkowej (niższe niż 10%), amerykański SBIR sponsorował w 2018 r. pierwszy na świecie pilotażowy MEOR wieloetapowego szczelinowego odwiertu ropy łupkowej „Field pilot test of Novel Biological EOR Process for Extracting Trapped Oil from Unconventional Reservoirs” , przeprowadzony przez New Aero Technology LLC .

Zalety

Istnieje mnóstwo sprawdzonych twierdzeń dotyczących zalet MEOR. Istnieje wiele publikacji na stronie internetowej www.onepetro.com prowadzonej przez Towarzystwo Inżynierii Naftowej oraz na innych stronach internetowych lub bazach danych . Niektóre zastosowania terenowe są również udostępniane przez firmy zajmujące się mikrobiologią naftową .

Zalety można podsumować w następujący sposób:

  • Wstrzykiwane drobnoustroje i składniki odżywcze są tanie; (wstrzykiwanie drobnoustrojów jest przestarzałe. Nowa technologia mikrobiologicznego EOR nie wymaga wstrzykiwania drobnoustrojów do zbiornika, a jedynie wstrzykiwania składników odżywczych w celu stymulacji rodzimych drobnoustrojów)
  • łatwy w obsłudze w terenie i niezależny od cen ropy.
  • Ekonomicznie atrakcyjne dla dojrzałych pól naftowych przed porzuceniem.
  • Zwiększa produkcję oleju.
  • Istniejące obiekty wymagają niewielkich modyfikacji.
  • Łatwa aplikacja.
  • Tańsza konfiguracja.
  • Niskie zapotrzebowanie na energię dla drobnoustrojów do produkcji środków MEOR.
  • Bardziej wydajne niż inne metody EOR, gdy są stosowane do zbiorników ropy węglanowej.
  • Aktywność drobnoustrojów wzrasta wraz ze wzrostem drobnoustrojów. Jest to odwrotne do przypadku innych dodatków EOR w czasie i odległości.
  • Odżywki mikrobiologiczne ulegają biodegradacji i dlatego można je uznać za przyjazne dla środowiska .

Niedogodności

Wady MEOR:

  • 0 Wzrost mikroorganizmów jest korzystny, gdy: przepuszczalność warstwy jest większa niż 20 md; temperatura zbiornika jest niższa niż 85 C, zasolenie poniżej 100 000 ppm, a głębokość zbiornika jest mniejsza niż 3500 m.
  • Niedawne przypadki udowodniły, że podczas MEOR nie ma korozji na podstawie wyników ciągłego monitoringu w terenie. Ponadto stymulowane miejscowe drobnoustroje nie wpływają na jakość ropy naftowej i nie ma oznak wzrostu liczby drobnoustrojów w produkowanej cieczy.

Środowisko zbiornika ropy naftowej

Zbiorniki ropy to złożone środowiska zawierające żywe ( mikroorganizmy ) i nieożywione czynniki ( minerały ), które oddziałują na siebie w skomplikowanej dynamicznej sieci przepływów składników odżywczych i energii. Ponieważ zbiornik jest heterogeniczny, podobnie jak różnorodne ekosystemy zawierające różnorodne społeczności drobnoustrojów, które z kolei mogą wpływać na zachowanie zbiornika i mobilizację ropy.

Drobnoustroje to żywe maszyny , których metabolity , produkty wydalania i nowe komórki mogą wchodzić w interakcje ze sobą lub ze środowiskiem, pozytywnie lub negatywnie, w zależności od globalnie pożądanego celu, np. poprawy wydobycia ropy. Wszystkie te jednostki, tj. enzymy, zewnątrzkomórkowe substancje polimerowe (EPS) i same komórki, mogą uczestniczyć jako katalizatory lub reagenty. Złożoność tę zwiększa interakcja ze środowiskiem, które później odgrywa kluczową rolę, wpływając na funkcje komórkowe, tj. ekspresję genów i produkcję białek.

Pomimo tej fundamentalnej wiedzy na temat fizjologii komórki , nadal nie istnieje solidne zrozumienie funkcji i struktury społeczności drobnoustrojów w zbiornikach ropy naftowej, tj. ekofizjologii .

Celem MEOR jest ciągłe zwiększanie wydobycia ropy poprzez wykorzystanie procesu metabolicznego rodzimych pożytecznych drobnoustrojów.

Ograniczenia środowiskowe

Na wzrost i aktywność drobnoustrojów wpływa jednocześnie kilka czynników. W zbiornikach ropy naftowej takie ograniczenia środowiskowe pozwalają na ustalenie kryteriów oceny i porównania przydatności różnych mikroorganizmów. Te ograniczenia mogą nie być tak surowe, jak w innych środowiskach na Ziemi . Na przykład w przypadku solanek zrośniętych zasolenie jest wyższe niż w wodzie morskiej , ale niższe niż w słonych jeziorach . Ponadto ciśnienia do 20 MPa i temperatury do 85 °C w zbiornikach ropy mieszczą się w granicach przeżywalności innych mikroorganizmów.

Niektóre ograniczenia środowiskowe powodujące selektywną presję na systemy komórkowe, które mogą również wpływać na społeczności drobnoustrojów w zbiornikach ropy naftowej, to:

Temperatura

Enzymy są biologicznymi katalizatorami , na których działanie wpływa wiele czynników, w tym temperatura , która w różnych zakresach może poprawiać lub utrudniać reakcje, w których pośredniczą enzymy . Będzie to miało wpływ na optymalny wzrost komórek lub metabolizm . Taka zależność pozwala na klasyfikację drobnoustrojów według zakresu temperatur, w których rosną. Na przykład: psychrofile (<25 ° C), mezofile (25–45 ° C), termofile (45–60 ° C) i hipertermofile (60–121 ° C). Chociaż takie komórki optymalnie rosną w tych zakresach temperatur, może nie być bezpośredniego związku z wytwarzaniem określonych metabolitów .

Ciśnienie

Efekty bezpośrednie

Wpływ ciśnienia na wzrost drobnoustrojów w warunkach głębokiego oceanu został zbadany przez ZoBell i Johnson w 1949 roku. Nazwali oni te drobnoustroje , których wzrost został przyspieszony przez rosnące ciśnienie, barofilami. Inne klasyfikacje mikroorganizmów opierają się na tym, czy wzrost drobnoustrojów jest hamowany w warunkach standardowych (piezofile), czy powyżej 40 MPa (piezotolerancje). Z molekularnego punktu widzenia przegląd Daniela pokazuje, że pod wysokim ciśnieniem podwójna helisa DNA staje się gęstsza, a zatem zarówno ekspresja genów , jak i wpływa na syntezę białek .

Efekt pośredni

rozpuszczalność gazu , co może wpływać na potencjał redoks gazów biorących udział jako akceptory i donory elektronów , takich jak wodór lub CO 2 .

Wielkość porów/geometria

Jedno z badań wykazało, że znaczną aktywność bakteryjną uzyskuje się, gdy istnieją wzajemne połączenia porów o średnicy co najmniej 0,2 µ. Oczekuje się, że rozmiar i geometria porów mogą wpływać na chemotaksję . Nie zostało to jednak udowodnione w złoża ropy naftowej .

pH

Kwasowość zasadowości ma wpływ na kilka aspektów w systemach żywych i nieożywionych. Na przykład:

Ładunek powierzchniowy

Zmiany w powierzchni komórkowej i grubości błony komórkowej mogą być promowane przez pH ze względu na jego siłę jonizacji białek osadzonych w błonie komórkowej . Zmodyfikowane regiony jonowe mogą wchodzić w interakcje z cząstkami mineralnymi i wpływać na ruch komórek przez porowate media.

Aktywność enzymatyczna

Osadzone białka komórkowe odgrywają fundamentalną rolę w transporcie substancji chemicznych przez błonę komórkową . Ich funkcja jest silnie uzależniona od stanu jonizacji , na który z kolei silnie wpływa pH .

W obu przypadkach może się to zdarzyć w izolowanych lub złożonych społecznościach drobnoustrojów środowiskowych . Jak dotąd zrozumienie interakcji między pH a społecznościami drobnoustrojów środowiskowych pozostaje nieznane, pomimo wysiłków ostatniej dekady. Niewiele wiadomo na temat ekofizjologii złożonych społeczności drobnoustrojów, a badania wciąż znajdują się na etapie rozwoju.

Potencjał utleniania

Potencjał utleniania (Eh, mierzony w woltach) jest, jak w każdym układzie reakcyjnym, termodynamiczną siłą napędową oddychania beztlenowego , które zachodzi w środowiskach zubożonych w tlen. Prokarionty należą do komórek, które mają oddychanie beztlenowe jako metaboliczną strategię przetrwania. Transport elektronów odbywa się wzdłuż i przez błonę komórkową (prokarionty nie mają mitochondriów). Elektrony są przenoszone z donora elektronów (cząsteczka do utlenienia beztlenowego) do akceptora elektronów ( NO 3 , S04 , MnO4 , itd.). wypadkowa Eh między danym donorem i akceptorem elektronów; jony wodoru i inne obecne związki określą, która reakcja nastąpi jako pierwsza. Na przykład nitryfikacja jest hierarchicznie bardziej preferowana niż redukcja siarczanów. Pozwala to na ulepszone odzyskiwanie ropy przez niekorzystne działanie biologicznie wytwarzanego H 2 S, który pochodzi ze zredukowanego SO 4 . W tym procesie wpływ redukcji azotanów na zwilżalność , napięcie międzyfazowe , lepkość , przepuszczalność , biomasa i produkcja biopolimerów pozostają nieznane.

Skład elektrolitów

elektrolitów i inne rozpuszczone związki mogą wpływać na fizjologię komórki. Rozpuszczanie elektrolitów zmniejsza aktywność termodynamiczną (aw), prężność par i autoprotolizę wody . Poza tym elektrolity promują gradient siły jonowej w błonie komórkowej , a zatem zapewniają potężną siłę napędową umożliwiającą dyfuzję wody do lub na zewnątrz komórek. W środowisku naturalnym większość bakterii nie jest w stanie żyć przy aw poniżej 0,95. Jednak niektóre drobnoustroje ze hipersalinowego , takie jak gatunki Pseudomonas i Halococcus rozwijają się przy niższym aw i dlatego są interesujące dla badań MEOR.

Efekty niespecyficzne

Mogą występować na pH i Eh. Na przykład zwiększenie siły jonowej zwiększa rozpuszczalność nieelektrolitów („wysalanie”), jak w przypadku rozpuszczania dwutlenku węgla , regulatora pH różnych wód naturalnych.

Czynniki biologiczne

Chociaż powszechnie przyjmuje się, że drapieżnictwo , pasożytnictwo , syntrofizm i inne związki występują również w świecie drobnoustrojów, niewiele wiadomo na temat tych związków na MEOR i zostały one zignorowane w eksperymentach MEOR.

W innych przypadkach niektóre mikroorganizmy mogą rozwijać się w środowiskach z niedoborem składników odżywczych (oligotrofia), takich jak głębokie granitowe i bazaltowe warstwy wodonośne . Inne drobnoustroje żyjące w osadach mogą wykorzystywać dostępne związki organiczne ( heterotrofia ). Materia organiczna i produkty przemiany materii między formacjami geologicznymi mogą dyfundować i wspierać wzrost drobnoustrojów w odległych środowiskach.

Mechanizm

Zrozumienie mechanizmu MEOR wciąż nie jest jasne. Chociaż w pojedynczych eksperymentach podano różnorodne wyjaśnienia, nie jest jasne, czy przeprowadzono je w celu naśladowania warunków panujących w zbiornikach ropy.

Mechanizm można wyjaśnić z punktu widzenia klienta-operatora, który uwzględnia szereg towarzyszących pozytywnych lub negatywnych skutków, które doprowadzą do globalnych korzyści:

  • Korzystne efekty . Biodegradacja dużych cząsteczek zmniejsza lepkość ; produkcja środków powierzchniowo czynnych zmniejsza napięcie międzyfazowe ; wytwarzanie gazu zapewnia dodatkową siłę napędową ciśnienia; metabolity drobnoustrojów lub same drobnoustroje mogą zmniejszać przepuszczalność poprzez aktywację wtórnych dróg przepływu. Rosnące bakterie redukujące azotany będą konkurować z żywnością z bakteriami redukującymi siarczany i wytwarzać azotyny, aby zabić bakterie redukujące siarczany, a tym samym pokonać aktywność bakterii redukujących siarczany, zredukować H 2 S stężeniu, złagodzić korozję w odwiercie spowodowaną przez bakterie redukujące siarczany, bakterie wytwarzające kwasy itp.
  • Zamiatać niewymieciony olej. Redukcja przepuszczalności może być korzystna ze względu na zatykanie biologiczne , jeśli MEOR jest odpowiednio zaprojektowany i wdrożony. Jeśli nie jest odpowiednio zaprojektowana i rozmieszczona, metabolity drobnoustrojów lub same drobnoustroje mogą zmniejszać przepuszczalność poprzez aktywację wtórnych dróg przepływu poprzez osadzanie się: biomasy (zatykanie biologiczne), minerałów (zatykanie chemiczne) lub innych zawieszonych cząstek (zatykanie fizyczne). Pozytywnie, przyleganie bakterii i rozwój śluzu, czyli pozakomórkowych substancji polimerowych (EPS), sprzyjają zatykaniu stref wysoce przepuszczalnych (stref złodziei), co prowadzi do zwiększenia wydajności zamiatania.

Strategie

Zmianę ekofizjologii złoża ropy naftowej na korzyść MEOR można osiągnąć poprzez uzupełnienie różnych strategii. Stymulacja mikrobiologiczna in situ może być wspomagana chemicznie przez wstrzykiwanie akceptorów elektronów, takich jak azotan; łatwo fermentująca melasa, witaminy czy środki powierzchniowo czynne . Alternatywnie, MEOR jest promowany przez wstrzykiwanie egzogennych drobnoustrojów, które można dostosować do warunków złoża ropy i być zdolne do wytwarzania pożądanych środków MEOR (Tabela 1).

Tabela 1. Możliwe zastosowania produktów i środków MEOR wytwarzanych przez mikroorganizmy.
agentów MEOR Mikroby Produkt Możliwy wniosek MEOR
Biomasa, czyli stada lub biofilmy Bacillus sp. Komórki i EPS (głównie egzopolisacharydy) Selektywne zatykanie stref zubożonych w olej i zmiana kąta zwilżania
Leuconostoc
Xanthomonas
środki powierzchniowo czynne Acinetobacter Emulsan i alasan Emulgowanie i deemulgowanie poprzez redukcję napięcia międzyfazowego
Bacillus sp. Surfaktyna, ramnolipid , lichenyzyna
Pseudomonas Ramnolipidy, glikolipidy
Rhodococcus sp. Wiskozyna i trehaloselipidy
Arthrobacter
Biopolimery Xanthomonas sp. Guma ksantanowa Modyfikacja profilu iniekcji i lepkości, selektywne zatykanie
Aureobasidium sp. Pullulan
Bacillus sp. Lewan
Alcaligenes sp. Curdlan
Leuconostoc sp. Dekstran
Sclerotium sp. skleroglukan
Brevibacterium
Rozpuszczalniki Clostridium , Zymomonas i Klebsiella Aceton, butanol, propan-2-diol Rozpuszczanie skał w celu zwiększenia przepuszczalności, zmniejszenie lepkości oleju
Kwasy Clostridium Kwasy propionowy i masłowy Zwiększenie przepuszczalności, emulgowanie
Enterobacter
Mieszane kwasogeny
Gazy Clostridium Metan i wodór Zwiększone ciśnienie, pęcznienie oleju, zmniejszenie przekroju międzyfazowego i lepkości; zwiększyć przepuszczalność
Enterobacter
Metanobacterium

Wiedzę tę uzyskano z eksperymentów z czystymi kulturami, a czasami ze złożonymi społecznościami drobnoustrojów, ale warunki eksperymentalne są dalekie od naśladowania warunków panujących w zbiornikach ropy. Nie wiadomo, czy produkty przemiany materii są wzrostu komórek , a twierdzenia w tym zakresie należy traktować ostrożnie, ponieważ wytwarzanie metabolitu nie zawsze zależy od wzrostu komórek.

Biomasa i biopolimery

W przypadku zatykania selektywnego, kondycjonowane komórki i pozakomórkowe substancje polimerowe zatykają strefy o wysokiej przepuszczalności, powodując zmianę kierunku powodzi wody na kanały bogate w ropę, w konsekwencji zwiększając efektywność wymiatania wydobycia ropy przy zalaniu wodą. Na produkcję biopolimeru i wynikające z tego tworzenie się biofilmu (mniej 27% komórek, 73-98% EPS i pustych przestrzeni) mają wpływ chemia wody, pH, ładunek powierzchniowy , fizjologia drobnoustrojów, składniki odżywcze i przepływ płynów.

Biosurfaktanty

Środki powierzchniowo czynne wytwarzane przez mikroorganizmy, tj. biosurfaktanty, zmniejszają napięcie międzyfazowe między wodą a olejem, a zatem wymagane jest niższe ciśnienie hydrostatyczne, aby przemieścić ciecz uwięzioną w porach i przezwyciężyć efekt kapilarny . Po drugie, biosurfaktanty przyczyniają się do tworzenia miceli , zapewniając fizyczny mechanizm mobilizacji oleju w poruszającej się fazie wodnej. W grę wchodzą związki hydrofobowe i hydrofilowe, które przyciągnęły uwagę w badaniach MEOR, a głównymi typami strukturalnymi są lipopeptydy i glikolipidy, będące kwasami tłuszczowymi cząsteczka część hydrofobowa. Biosurfaktant wytwarzany przez Pseudomonas putida wykazywał wyższe napięcie międzyfazowe (51 - 8 mN/m) między olejem a wodą, co jest niezbędne do łatwej mobilizacji oleju

Gaz i rozpuszczalniki

W tej starej praktyce produkcja gazu ma pozytywny wpływ na wydobycie ropy poprzez zwiększenie różnicy ciśnień napędzającej ruch ropy. Metan wytwarzany w warunkach beztlenowych z degradacji oleju ma niewielki wpływ na MEOR ze względu na jego wysoką rozpuszczalność przy wysokich ciśnieniach. Dwutlenek węgla jest również dobrym środkiem MEOR. Mieszający się CO 2 skrapla się do fazy ciekłej , gdy lekkie węglowodory odparowują do fazy gazowej . Niemieszający się CO 2 pomaga nasycić olej, powodując pęcznienie i zmniejszenie lepkości fazy ciekłej, aw konsekwencji poprawiając mobilizację poprzez dodatkowe ciśnienie napędowe. Jednocześnie inne gazy i rozpuszczalniki mogą rozpuszczać skały węglanowe , prowadząc do wzrostu ich przepuszczalności i porowatości.

Badania terenowe

Zastosowania polowe MEOR na całym świecie zostały szczegółowo sprawdzone. Chociaż dokładna liczba prób terenowych nie jest znana, Lazar i in. zasugerował zamówienie setek. Udane próby terenowe MEOR przeprowadzono w USA, Rosji, Chinach, Australii, Argentynie, Bułgarii, byłej Czechosłowacji, byłych Niemczech Wschodnich , na Węgrzech, w Indiach, Malezji, Peru, Polsce i Rumunii. Lazar i in. zasugerował, że Chiny przodują w tym obszarze, a także stwierdził, że najbardziej udane badanie przeprowadzono na polu Alton w Australii (wzrost produkcji ropy o 40% w ciągu 12 miesięcy).

Większość prób terenowych przeprowadzono w zbiornikach piaskowcowych, a bardzo niewiele w zbiornikach spękanych i węglanach. Jedyne znane próby terenowe na morzu odbyły się w Norne (Norwegia) i Bokor (Malezja).

Jak omówili Lazar i wsp., zastosowanie w terenie opierało się na różnych podejściach, takich jak wstrzykiwanie mikroorganizmów egzogennych (powodzie mikrobiologiczne); kontrola osadzania się parafiny ; stymulacja rodzimych drobnoustrojów; wstrzyknięcie ex situ ; zagłodzone wybrane ultramikroby (wybrane zatykanie); wybrane zatykanie przez konsolidację piasków w wyniku biomineralizacji i zatykania szczelinowego w utworach węglanowych; manipulowanie składnikami odżywczymi rodzimych drobnoustrojów rezerwuarowych w celu wytworzenia ultramikroorganizmów; i dostosowane mieszane kultury wzbogacania.

Zgłoszone wyniki MEOR z prób terenowych są bardzo zróżnicowane. Brakuje rygorystycznych kontrolowanych eksperymentów, które mogą nie być możliwe ze względu na dynamiczne zmiany w złożu podczas wydobywania ropy. Poza tym korzyści ekonomiczne tych prób terenowych są nieznane, a odpowiedź na pytanie, dlaczego inne próby zakończyły się niepowodzeniem, jest nieznana. Nie można wyciągnąć ogólnych wniosków, ponieważ właściwości fizyczne i mineralogiczne zgłaszanych złóż ropy naftowej były różne. Ekstrapolacja takich wniosków jest zatem nieopłacalna.

Większość udanych przypadków terenowych została przeprowadzona przez Glori Energy Inc. w Houston. Odniosła sukces w Kansas, Kalifornii, Kanadzie, Brazylii itd. Aplikacje terenowe można znaleźć na stronie internetowej nowego właściciela własności intelektualnej Glori .

modele

Opublikowano mnóstwo prób modelowania MEOR. Do tej pory nie jest jasne, czy wyniki teoretyczne odzwierciedlają skąpe opublikowane dane. Opracowanie modeli matematycznych dla MEOR jest bardzo trudne, ponieważ należy wziąć pod uwagę czynniki fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Opublikowane modele MEOR składają się z właściwości transportowych, praw zachowania , równowagi lokalnej, załamania teorii filtracji i naprężeń fizycznych. Takie modele są jak dotąd uproszczone i zostały opracowane w oparciu o:

(A) Podstawowe prawa zachowania, wzrost komórek, kinetyka retencji biomasy i biomasy w fazie olejowej i wodnej. Głównym celem było przewidzenie retencji porowatości w funkcji odległości i czasu.

(B) Model filtracji do wyrażania transportu bakteryjnego jako funkcji wielkości porów; i powiązać przepuszczalność z szybkością penetracji drobnoustrojów, stosując prawo Darcy'ego.

Kinetyka chemiczna ma fundamentalne znaczenie dla łączenia tworzenia bioproduktów z przepływami gatunków wodnych i zawieszonych drobnoustrojów. Zastosowano również podejście w pełni numeryczne. Na przykład sprzężone nieliniowe paraboliczne równania różniczkowe: dodanie równania na szybkość dyfuzji drobnoustrojów i ich wychwytywanie przez porowaty ośrodek; różniczkowe równania bilansowe dla transportu składników pokarmowych, w tym wpływu adsorpcji; oraz założenie wzrostu bakterii oparte na równaniu Monoda .

Równanie Monoda jest powszechnie stosowane w oprogramowaniu do modelowania, ale ma ograniczone zachowanie, ponieważ jest niezgodne z prawem działania mas , które stanowi podstawę kinetycznej charakterystyki wzrostu drobnoustrojów. Zastosowanie prawa działania mas do populacji drobnoustrojów skutkuje liniowym równaniem logistycznym . Jeśli prawo działania mas zostanie zastosowane do procesu katalizowanego przez enzymy, otrzymamy równanie Michaelisa-Mentena , z którego inspirowany jest Monod. Utrudnia to produkcję biosurfaktantów in situ, ponieważ do określenia właściwej szybkości wzrostu i parametrów reakcji enzymatycznej ograniczającej szybkość wymagane są kontrolowane eksperymenty.

Modelowanie zatykania biologicznego jest skomplikowane, ponieważ wytwarzanie metabolitu zatykania jest sprzężone nieliniowo ze wzrostem drobnoustrojów i przepływem składników odżywczych transportowanych w płynie.

Ekofizjologia całego mikrokosmosu mikrobiologicznego w warunkach złoża ropy naftowej jest nadal niejasna, a zatem nie jest uwzględniana w dostępnych modelach. Mikroorganizmy są rodzajem katalizatora, którego aktywność (fizjologia) zależy od wzajemnego oddziaływania z innymi drobnoustrojami oraz środowiskiem (ekologia). W naturze żywe i nieożywione elementy oddziałują na siebie w skomplikowanej sieci składników odżywczych i energii. Niektóre drobnoustroje wytwarzają pozakomórkowe substancje polimerowe, dlatego ich zachowanie w pożywkach do nalewania musi uwzględniać zarówno zajęcie przez EPS, jak i same drobnoustroje. Brakuje wiedzy w tym zakresie i dlatego cel maksymalizacji plonów i minimalizacji kosztów pozostaje nieosiągalny.

Brakuje realistycznych modeli dla MEOR w warunkach złoża ropy, a zgłoszone modele równoległych porów miały fundamentalne wady, które zostały przezwyciężone przez modele uwzględniające zatykanie porów przez drobnoustroje lub biofilmy, ale takie modele mają również wadę bycia dwuwymiarowym . Wykorzystanie takich modeli w modelach trójwymiarowych nie zostało udowodnione. Nie jest pewne, czy można je włączyć do popularnego oprogramowania do symulacji pól naftowych. Tak więc strategia terenowa wymaga symulatora zdolnego do przewidywania wzrostu i transportu bakterii przez porowatą sieć oraz produkcji in situ czynników MEOR.

Przyczyny niepowodzenia

  • Brakuje holistycznego podejścia pozwalającego na krytyczną ocenę ekonomiki, stosowalności i wydajności MEOR.
  • Żadne opublikowane badanie nie obejmuje charakterystyki zbiornika; charakterystyka biochemiczna i fizjologiczna mikrobiomu; mechanizmy sterowania i ekonomika procesów.
  • Ekofizjologia społeczności drobnoustrojów żyjących w zbiornikach ropy jest w dużej mierze niezbadana. W konsekwencji istnieje słaba krytyczna ocena mechanizmów fizycznych i biochemicznych kontrolujących odpowiedź drobnoustrojów na substraty węglowodorowe i ich mobilność.
  • Brak ilościowego zrozumienia aktywności drobnoustrojów i słabe zrozumienie synergistycznych interakcji między elementami żywymi i nieożywionymi. Eksperymenty oparte na czystych kulturach lub wzbogacaniach są wątpliwe, ponieważ społeczności drobnoustrojów oddziałują synergistycznie z minerałami, pozakomórkowymi substancjami polimerowymi oraz innymi czynnikami fizykochemicznymi i biologicznymi w środowisku.
  • Brak współpracy mikrobiologów, inżynierów złożowych, geologów, ekonomistów i operatorów-właścicieli; niekompletne dane dotyczące złoża, w opublikowanych źródłach: litologia , głębokość, grubość netto, porowatość, przepuszczalność, temperatura, ciśnienie, rezerwy, właściwości płynu złożowego (ciężar oleju, zasolenie wody, lepkość oleju, ciśnienie wrzenia i współczynnik tworzenia się ropy-objętość ), konkretne dane EOR (liczba odwiertów wydobywczych i zatłaczających, przyrostowy potencjał wydobycia wskazany przez operatora, tempo zatłaczania, obliczona dzienna i całkowita zwiększona produkcja), obliczony przyrostowy potencjał wydobycia w podanym czasie.
  • Ograniczone zrozumienie ekonomiki procesu MEOR i niewłaściwa ocena potencjału technicznego, logistycznego, kosztowego i wydobywczego ropy.
  • Nieznane oceny cyklu życia . Nieznany wpływ na środowisko
  • Brak możliwych do wykazania zależności ilościowych między wydajnością mikrobiologiczną, charakterystyką zbiornika i warunkami pracy
  • Niespójność z wydajnością in situ; niski ostateczny współczynnik odzysku oleju; niepewność co do spełnienia kryteriów projektowania inżynierskiego przez proces mikrobiologiczny; oraz ogólne obawy dotyczące procesu z udziałem żywych bakterii.
  • Brak rygorystycznych kontrolowanych eksperymentów, które są dalekie od naśladowania warunków panujących w złożu ropy naftowej, które mogą mieć wpływ na ekspresję genów i tworzenie białek.
  • Charakterystyka kinetyczna bakterii będących przedmiotem zainteresowania jest nieznana. Równanie Monoda było szeroko nadużywane.
  • Brak ustrukturyzowanych modeli matematycznych, aby lepiej opisać MEOR.
  • Brak zrozumienia mechanizmu odzyskiwania oleju przez drobnoustroje i wadliwe modele matematyczne do przewidywania zachowania drobnoustrojów w różnych zbiornikach.
  • Surfaktanty: biodegradowalne, na skuteczność wpływa temperatura, pH i stężenie soli; adsorpcja na powierzchni skał.
  • Niewykonalne rozwiązania ekonomiczne, takie jak wykorzystanie enzymów i hodowanych mikroorganizmów.
  • Trudna izolacja lub inżynieria dobrych szczepów kandydujących zdolnych do przetrwania w ekstremalnych warunkach zbiorników ropy naftowej (do 85°C, do 17,23 MPa).

Trendy

  • Napraw szkody formacyjne spowodowane przez dodatki chemicznego płynu szczelinującego w niekonwencjonalnych złożach ropy i gazu łupkowego.
  • Zatkaj strefy o wysokiej przepuszczalności w pobliżu wtryskiwacza i zoptymalizuj profil wtrysku.
  • Rozproszenie składników niezbędnych do celu.
  • Łagodzenie niepożądanej aktywności wtórnej dzięki konkurencyjnym procesom redoks, takim jak redukcja siarczanów, tj. kontrola zakwaszania, kontrola korozji wywołanej mikrobiologicznie.
  • Usuwanie parafiny mikrobiologicznej.
  • Usuwanie mikrobiologicznych uszkodzeń skóry.
  • Powodzie wodne, gdzie ciągła faza wody umożliwia wprowadzenie MEOR.
  • Stymulacja jednodołkowa, tutaj niski koszt sprawia, że ​​MEOR jest najlepszym wyborem.
  • Selektywne strategie zatykania.
  • Genetycznie zmodyfikowane mikroorganizmy MEOR zdolne do przeżycia, wzrostu i produkcji metabolitów kosztem tanich składników odżywczych i substratów.
  • Zastosowanie ekstremofili: halofile, barofile i termofile.
  • sztucznych sieci neuronowych do opisu procesów MEOR in situ.
  • Konkurencja drobnoustrojów egzogennych z rodzimą mikroflorą, brak zrozumienia aktywności drobnoustrojów.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Microbial_enhanced_oil_recovery&oldid=1137807614 ”