БАКТЕРІЇ КАЧАЮТЬ НАФТУ
Ще в середині минулого століття в Інституті мікробіології РАН вивчали мікрофлору нафтових родовищ. Дослідження дозволили з'ясувати, які типи бактерій знаходяться у пластах і як на них можна впливати… Так з'явилася ідея використання «нафтових» бактерій для виробництва речовин, що сприяють витісненню нафти з пластів…
Вже півстоліття нашій країні спостерігається тенденція зниження нафтовіддачі родовищ. Порівняно з 1950 роками нафтовіддача зменшилася вдвічі. Нині у надрах залишається понад 70% запасів нафти. Підраховано, що з 1965 року ми залишили під землею близько 14 млрд. тонн запасів, що потенційно видобуваються, тобто рівно стільки, скільки було видобуто за всю історію нафтової галузі України. Багаторічне зниження коефіцієнта нафтовіддачі пов'язані з тим, що з розробки запасів майже застосовуються сучасні методи збільшення видобутку. Нафтова поклад зверху відчуває тиск газової шапки, а знизу – ґрунтових вод. Тому коли буриться свердловина, нафта б'є фонтаном. Але тиск поступово падає, фонтан вичерпується, і тоді ставляться нафтокачалки – глибинні насоси, які примусово піднімають чорне золото на поверхню. Однак тиск продовжує падати, гойдалки стають малоефективними. У цьому випадку використовується так званий вторинний метод - буряться нові свердловини (або використовуються старі), які під тиском закачують воду. І водний поршень знову починає піднімати нафту. Коли цей метод перестає себе виправдовувати, компанії згортають роботи і перебираються нові родовища. При цьому у нафтових пластах залишається ще чимало дорогоцінної сировини. Видобути його можна так званими третинними методами, заснованими на застосуванні речовин, у яких витісняюча здатність більша, ніжу "водного поршня". Такі методи ділять на чотири групи: хімічні (заводнення за допомогою поверхнево-активних речовин, рідких розчинників, полімерів), газові (закачування вуглеводневих газів, вуглекислого газу, азоту), теплові (витіснення нафти теплоносіями, вплив за допомогою внутрішньопластових екзотермічних реакцій) та мікробіологічні (введення в пласт продуктів життєдіяльності бактерій або їх виробництво бактеріями у самому пласті).
Тільки вітчизняними вченими розроблено понад сто третинних методів, що враховують різні геофізичні, хімічні та біологічні умови покладів.
Як приручили мікробів Перший експеримент підвищення нафтовіддачі за допомогою мікробіології в 1955 році на одному з приволзьких родовищ закінчився конфузом. Зі свердловини під тиском пішла не нафта, а смердючі сірководень і меркаптани. Двадцятьма роками пізніше, коли у світі почався біотехнологічний бум і видобувні компанії звернулися до нових методів підвищення нафтовіддачі, вирішили повернутися. Вчені-мікробіологи запропонували два основні типи технологій. Перший – вирощування мікроорганізмів у ферментерах та закачування у пласт продуктів їх життєдіяльності. Другий – активування мікрофлори у самих пластах за допомогою різних речовин, зокрема меляси (відходи цукрової промисловості, що містять до 40% цукру). Однак з'ясувалося, що перший спосіб доріг та екологічно небезпечний, другий – хоч і дешевший, але придатний далеко не для всіх родовищ. Його не можна, наприклад, застосовувати, якщо під час розробки пластів використовується морська вода. У морській воді знаходиться велика кількість сульфатів, які при взаємодії з мелясою мікробами, що харчуються, утворюють сірководень і меркаптан, а зовсім не ті агенти, які повинністимулювати відрив нафти породи. Так сталося і під час невдалого досвіду у 1955 році. У середині 1970-х голова Держплану СРСР М. Байбаков залучив до розробки методів підвищення нафтовіддачі директора Інституту біохімії та фізіології мікроорганізмів Г. Скрябіна та академіка М. Іванова. Останній запропонував використати для вирішення проблеми принципово нову схему. Ще у середині минулого століття в Інституті мікробіології РАН, де працював М. Іванов, вивчали мікрофлору нафтових родовищ. Багаторічні дослідження дозволили з'ясувати, які типи бактерій перебувають у пластах та як на них можна впливати. Тоді інтерес до мікрофлори був пов'язаний із проблемою утворення сірководню, який корозіював металеві труби, погіршував якість нафти і навіть загрожував життю людей. Вивчення процесу утворення сірководню в результаті взаємодії мікроорганізмів та сульфатів, власне, і призвело до ідеї використання «нафтових» бактерій для виробництва речовин, що сприяють витіснення нафти з пластів. Вченим як експериментальний майданчик необхідно було надати родовище, де в воді, що закачується, не було сульфатів. Їм запропонували працювати в Татарстані, і це був успіх. Справа в тому, що саме в Татарстані Інститут мікробіології РАН проводив дослідження мікрофлори у п'ятдесятих. Саме там співробітники інституту змогли відкрити закони функціонування мікрофлори у нафтовому шарі. Крім того, в регіоні почалося падіння нафтовидобутку – тож запровадження інноваційних методів підвищення нафтовидобутку тут було б дуже актуальним.
Метан витісняє нафту Нова технологія ґрунтувалася на механізмі, аналогічному процесу утворення сірководню з сульфатів під впливом мікроорганізмів. З тією різницею, що на виходівченим потрібно було отримати не сірководень, а сполуки, які б витіснення нафти з пласта. На першому етапі в свердловину разом із водою закачувався кисень у вигляді водно-повітряної суміші та мінеральні солі азоту та фосфору. Вони активували нафтову мікрофлору: бактерій ставало більше і вони були більш працездатними. Потрапляючі з водою і повітрям у пласт аеробні (що живуть за наявності кисню) бактерії окисляли вуглеводні, у результаті з'являлися низькомолекулярні органічні кислоти (оцтова, пропионовая і масляна) і спирти (метанол і етанол). Потім знову закачувалася вода, вже без кисню, щоб доставити продукти, що утворилися, до інших бактерій – анаеробних (що живуть без кисню). Анаеробні бактерії перетворювали продукти окислення нафти на метан та вуглекислоту. Метан при цьому діяв як газ і знижував в'язкість нафти, одночасно підвищуючи локальний тиск у пласті. Вуглекислота також знижувала в'язкість нафти, але, ще, ще й розчиняла карбонатні породи. Таким чином, значно покращувалися нафтовитискаючі властивості пласта. Експерименти тривали до 1988 року. Далі вони продовжувалися у вигляді дослідно-промислових випробувань. Потім новий метод було прийнято в експлуатацію "Татнафтою". Експерименти показали, що підвищення нафтовидобутку на різних покладах становило від 10 до 30%. У ході досліджень було видобуто понад 700 тис. тонн нафти.
Китаю-потрібно, України-ні? Здавалося б, інноваційний спосіб підвищення нафтовіддачі має бути цікавий промисловим компаніям, оскільки коефіцієнт видобутку первинними та вторинними методами постійно знижується. Та не тут було. Вчені пробували пропагувати його на виставках, писали листи нафтовикам, але позитивної реакції не було: хтось просто ігнорував, десьсказали, що «нецікаво поратися». Тим часом на свердловинах, що залишаються, залишається величезна кількість нафти, а видобувати її в майбутньому набагато менш вигідно - необхідно буде заново встановлювати обладнання і т.п. Натомість інноваціями зацікавилися за кордоном. Наразі вчені Інституту мікробіології працюють за контрактом у КНР. Китайці виявили інтерес до розробок ще на початку 1990-х, коли почалися проблеми зі здобиччю на найбільшому родовищі в Даціні. Однак перша спроба співпраці була невдалою. Під час візиту українських вчених до Китаю з'ясувалося, що до реального впровадження технології справа навряд чи дійде. Але через пару років М. Іванов отримав лист із Джанханського нафтового університету (зараз – Університет Яньцзи). Професор Мей, який вичитав про новий метод із матеріалів різних конференцій, запросив українських мікробіологів до Південного Китаю, на родовище Даган. На зустрічі Мей нарік, що тут уже випробували всі методи, які пропонували європейці та американці, але результатів не отримали. У результаті українські вчені зуміли зацікавити технологією китайський Комітет з науки та техніки та отримали 110 тис. доларів на перший дворічний контракт. Щоправда, було відразу ж застережено, що стовідсотковий результат не гарантується: на відміну від українських родовищ, на Дагані температура в пластах досягає шістдесяти градусів, що може бути згубним для мікроорганізмів, що використовуються. Однак пізніше з'ясувалося, що деякі групи мікроорганізмів можуть працювати навіть при шістдесяти п'яти градусах тепла. Роботи розпочалися 2001 року. Первинним та вторинним способами на Дагані витягли 40% покладів, а третинним мікробіологічним – ще 7%, тобто майже п'яту частину від видобутого. Китайці продовжили договір на рік, а 2004-го уклали другий контракт.При цьому на родовищі відкрили всі старі свердловини, а також пробурили кілька нових, з яких зараз качають нафту за допомогою української технології. Після цього держкомпанія "Petro China" виділила гроші на використання мікробіологічного методу і в Даціні. Тим більше, що умови для його впровадження тут набагато кращі, ніж на Дагані: температура в пластах досягає 36 градусів і ідеальна для мікроорганізмів. Є мікробіологи пропозиції і від іранських нафтовиків. Вони дуже хочуть спробувати метод, хоча на тамтешніх родовищах температура у пластах дуже висока.
Кілька слів про собівартість «Чесно кажучи, – нарікає Іванов, – я не розумію, чому наш метод цікавий китайським та іранським нафтовикам, але нецікавий українським. Адже він дозволяє отримувати додаткову нафту собівартістю 5 10 доларів за тонну, тоді як за інших третинних методів собівартість дорівнює 40 60 доларів». Нафта, отримана новим способом, можна порівняти за собівартістю з нафтою, видобутою первинним і вторинним способами з активних запасів. Там поточна собівартість без урахування капітальних витрат може становити від 7 до 20 доларів (хоча деякі компанії стверджують, що вона може бути нижчою за 7 доларів). Інші мікробіологічні технології, наприклад – із застосуванням меляси та мікрофлори, а також вирощування мікробів та отримання продуктів їх життєдіяльності – поверхнево-активних речовин, біополімерів та ін., що закачуються потім у пласт, дорожчі – 30 40 доларів без урахування капітальних витрат . Вартість нафти, яку отримують деякі хімічні методи (наприклад, за допомогою поліакриламіду), за словами фахівців Інституту мікробіології, теж становить близько 30 доларів. Ще одна перевага технології Інституту мікробіології РАН полягає вте, що вона вписується в схему вторинного видобутку. Додатково потрібно врізати компресор і додати мінеральні солі. І можна отримувати дешеву додаткову нафту, яка не входить до розрахункового видобування.
Галина Костіна,