13 мая 2014

Древесные грибы универсальны в применении: и в пище, и в нефтедобыче. Фото Дуга Баумана

Средство для потенции скважин

Биополимеры используются для повышения рентабельности месторождений

Известно, что добыча нефти и природного газа сегодня немыслима без использования современных, высокоспециализированных технологий. Но часто оказывается, что самые лучшие методы – это те, которые изобрела сама природа. Именно поэтому ученые немецкой нефтедобывающей компании Wintershall в сотрудничестве с известным химическим концерном BASF разработали новую методику извлечения нефти из старых, давно эксплуатируемых скважин. Главную роль в этом проекте играет гриб, который носит имя Schizophyllum commune. Он обладает свойствами вбирать в себя крахмал и кислород и образовывать биополимер-сгуститель исключительно биологического происхождения.

Ученые выяснили, что этот полимер можно применять в нефтедобыче. Выглядит это следующим образом: похожее на желатин вещество сгущает воду, которая закачивается в пласт для повышения нефтеотдачи. При этом вода вытесняет из пласта больше нефти, потому что текучесть воды снижается и она начинает более эффективно воздействовать на нефть. Таким образом можно существенно увеличить коэффициент нефтеотдачи пласта. Главное, что этот метод экологически безвреден, так как биополимер способен к полному биологическому расщеплению. Первое промысловое испытание продукта началось в декабре 2012 года на нефтяном промысле Бокштедт в Германии. Это месторождение на севере страны эксплуатируется с 1954 года. Исследование воздействия биополимера на нефтедобычу продлится до конца 2014 года.

Как известно, пока из любого месторождения в мире извлекается примерно лишь треть нефтяных запасов. Образно говоря, драгоценное ископаемое «сидит в заточении» в пористой породе, и поэтому извлечь его из недр технически сложно. На первом этапе добычи (первичная добыча) нефть под воздействием пластового давления практически сама поднимется на поверхность. Однако, как показывает опыт, обычно это лишь около 10% нефтяных запасов. С помощью традиционной насосной техники, которую сейчас представляют довольно распространенные штанговые насосы, можно извлечь еще 5–10% запасов. После этого добыча выходит на второй этап. На этапе вторичной добычи через нагнетательные скважины на краю нефтяного месторождения в пласт закачивают, например, воду, чтобы скомпенсировать падение пластового давления. Этот метод позволяет увеличить извлекаемость еще на 10–20%. Но, как правило, 30–40% извлекаемых нефтересурсов представляют собой предел при применении традиционных методов.

На этапе третичной добычи для увеличения выхода нефти уже применяются специальные методы увеличения нефтедобычи. Среди них, например, нагнетание горячего пара в пласт. Этот метод компания Wintershall применяет уже более 30 лет в Эмлихгейме на границе между Германией и Голландией. Там горячий пар (300 градусов по Цельсию) под высоким давлением нагнетается в пласт. В его недрах пар нагревает «застрявшую» в породе вязкую нефть и разжижает ее. В результате нефть легче извлечь из пласта. Благодаря постоянному совершенствованию этой методики паронагнетания фирме Wintershall удается вот уже более шести десятилетий удерживать нефтедобычу в Эмлихгейме на стабильном уровне – около 140 тыс. т в год.

Методика нагнетания полимеров в пласт представляет собой новое слово в увеличении нефтедобычи. В данном случае используется свойство, присущее полимерам: выступать в качестве загустителей. Она помогает сделать жидкость вязкой, желеобразной. В технологиях нефтедобычи полимеры применяются для сгущения воды, которая таким образом может вытеснить больше нефти из пор нефтеносного слоя. К этой категории технологий (закачка полимеров в пласт) относится и биополимер Schisophillan, недавно созданный при помощи одного из местных грибов. Наряду с очевидными технологическими преимуществами этот полимер обладает еще одним важным положительным свойством – он биологический продукт и максимально щадит окружающую среду.

Биополимер образуется в результате естественного биотехнологического процесса, который имеет сходство с… процессом пивоварения. Сам полимер представляет собой цепочки молекул. Но если синтетические полимеры получают в химических растворах, то биополимер Schisophillan вырабатывается самим грибом.

Надо сказать, что гриб Schizophyllum commune довольно широко распространен. Он встречается практически во всех лесах Земли на мертвой древесине. Питается он в основном кислородом и различными углеводами, например сахаром. В процессе роста он образует биополимер, который необходим ему самому для построения собственных межклеточных перегородок. Желеобразная масса гриба состоит из сахарных компонентов (в общей сложности их примерно 25 тыс.) и способна к полному биологическому расщеплению. Надо сказать, что этот гриб уже используется в разных странах мира для различных целей. Например, в Южной Америке его используют в качестве пищевой добавки, а в Азии – для изготовления лекарств, укрепляющих иммунную систему.

В нефтедобывающем секторе задача биополимера состоит в том, чтобы выровнять подвижность или текучесть воды и нефти. Как известно, во многих месторождениях нефть намного более вязкая, чем вода. Это означает, что более подвижная вода может пройти через поры породы намного легче, чем нефть. При старом методе, когда вода должна была вытеснять нефть, нередко происходило следующее: вода нередко начинала обтекать нефть. Другими словами, капельки воды находили лазейки между капельками нефти и поэтому выталкивали все меньше и меньше нефти. Добавление полимера как раз и увеличивает вязкость воды, и, следовательно, она выталкивает все больше нефти. Но чтобы защитить биополимер от бактерий на пути сквозь породу, к нему добавляют консервант. Пока смесь биополимера и воды протекает через пористую породу, консервант полностью расходуется.

Гриб Schizophyllum commune представляет собой удачную находку для нефтедобывающей промышленности, поскольку он сохраняет свои свойства и при высокой температуре, и при большой концентрации соли в пласте. А благодаря своей экологической совместимости он может применяться даже в экологически уязвимых системах, например в море. Это полезно для тех стран, которые активно занимаются морской нефтедобычей, поскольку при работе на морских нефтедобывающих платформах требуется, чтобы все вещества, применяемые при добыче нефти в море, обладали способностью к биологическому расщеплению.

С помощью биополимера повышение коэффициента нефтеотдачи, по мнению экспертов Wintershall, может достигать 10%. Для Wintershall это перспективный проект. Как заявил в беседе со мной Берндт Леонхард, начальник научно-производственного отдела компании, «полимер из гриба открывает перед нами превосходные возможности. Благодаря этому полимеру мы в состоянии оторваться от конкурентов и позиционировать себя как заслуживающего внимания партнера, в особенности для национальных нефтяных компаний».

С декабря 2012 года после завершения масштабных многолетних исследований новый полимер впервые проходит испытания на месторождении. На специально построенном полигоне в Бокштедте биополимер будет в течение двух лет применяться при добыче нефти. Испытания должны дать ответ, насколько данный полимер пригоден в практической работе и как он реагирует на высокое содержание соли в данном месторождении. Испытания проходят следующим образом: полимер смешивается с водой и консервантом, а потом закачивается в нагнетательную скважину. В растворе содержится лишь 0,035% биополимера. Этого достаточно, чтобы сгустить воду в 25 раз. Применение этого полимера будет исследоваться при работе трех скважин.

Олег Никифоров

http://www.ng.ru