Еще в середине прошлого века в Институте микробиологии РАН изучали микрофлору нефтяных месторождений. Исследования позволили выяснить, какие типы бактерий находятся в пластах и как на них можно воздействовать… Так появилась идея использования «нефтяные» бактерии для производства веществ, способствующих вытеснению нефти из пластов…

Уже полвека в нашей стране наблюдается тенденция снижения нефтеотдачи месторождений. По сравнению с 1950-ми годами нефтеотдача уменьшилась вдвое. В настоящее время в недрах остается более 70% запасов нефти. Подсчитано, что с 1965 года мы оставили под землей около 14 млрд. тонн потенциально извлекаемых запасов, то есть ровно столько, сколько было добыто за всю историю нефтяной отрасли России. Многолетнее снижение коэффициента нефтеотдачи связано с тем, что при разработке запасов почти не применяются современные методы увеличения добычи.
Нефтяная залежь сверху испытывает давление газовой шапки, а снизу – грунтовых вод. Поэтому, когда бурится скважина, нефть бьет фонтаном. Но давление постепенно падает, фонтан иссякает, и тогда ставятся нефтекачалки – глубинные насосы, принудительно поднимающие черное золото на поверхность. Однако давление продолжает падать, качалки становятся малоэффективными. В этом случае используется так называемый вторичный метод – бурятся новые скважины (или используются старые), в которые под давлением закачивают воду. И водный «поршень» вновь начинает поднимать нефть.
Когда и этот метод перестает себя оправдывать, компании сворачивают работы и перебираются на новые месторождения. При этом в нефтяных пластах остается еще немало драгоценного сырья. Добыть его можно так называемыми третичными методами, основанными на применении веществ, у которых вытесняющая способность больше, чем у «водного поршня».
Такие методы делят на четыре группы: химические (заводнение с помощью поверхностно-активных веществ, жидких растворителей, полимеров), газовые (закачка углеводородных газов, углекислого газа, азота), тепловые (вытеснение нефти теплоносителями, воздействие с помощью внутрипластовых экзотермических окислительных реакций) и микробиологические (введение в пласт продуктов жизнедеятельности бактерий или их производство бактериями в самом пласте).

Только отечественными учеными разработано более ста третичных методов, учитывающих различные геофизические, химические и биологические условия залежей.

Как приручили микробов
Первый эксперимент по повышению нефтеотдачи с помощью микробиологии в 1955 году на одном из приволжских месторождений окончился конфузом. Из скважины под давлением пошла не нефть, а зловонные сероводород и меркаптаны. Двадцатью годами позже, когда в мире начался биотехнологический бум и добывающие компании обратились к новым методам повышения нефтеотдачи, к проблеме решили вернуться.
Ученые-микробиологи предложили два основных типа технологий. Первый – выращивание микроорганизмов в ферментерах и закачивание в пласт продуктов их жизнедеятельности. Второй – активирование микрофлоры в самих пластах с помощью различных веществ, в частности мелассы (отходы сахарной промышленности, содержащие до 40% сахара). Однако выяснилось, что первый способ дорог и экологически небезопасен, второй – хотя и дешевле, но годен далеко не для всех месторождений. Его нельзя, например, применять, если при разработке пластов используется морская вода. В морской воде находится большое количество сульфатов, которые при взаимодействии с питающимися мелассой микробами образуют сероводород и меркаптан, а вовсе не те агенты, которые должны стимулировать отрыв нефти от породы. Так случилось и во время неудачного опыта в 1955 году.
В середине 1970 х председатель Госплана СССР Н. Байбаков привлек к разработке методов повышения нефтеотдачи директора Института биохимии и физиологии микроорганизмов Г. Скрябина и академика М. Иванова. Последний предложил использовать для решения проблемы принципиально новую схему.
Еще в середине прошлого века в Институте микробиологии РАН, где работал М. Иванов, изучали микрофлору нефтяных месторождений. Многолетние исследования позволили выяснить, какие типы бактерий находятся в пластах и как на них можно воздействовать. Тогда интерес к микрофлоре был связан с проблемой образования сероводорода, который коррозировал металлические трубы, ухудшал качество нефти и даже угрожал жизни людей. Изучение процесса образования сероводорода в результате взаимодействия микроорганизмов и сульфатов, собственно, и привело к идее использовать «нефтяные» бактерии для производства веществ, способствующих вытеснению нефти из пластов.
Ученым в качестве экспериментальной площадки необходимо было предоставить месторождение, где в закачиваемой воде не было сульфатов. Им предложили работать в Татарстане, и это была удача.
Дело в том, что именно в Татарстане Институт микробиологии РАН проводил исследования микрофлоры в пятидесятых. Именно там сотрудники института смогли открыть законы функционирования микрофлоры в нефтяном пласте. Кроме того, в регионе началось падение нефтедобычи – так что внедрение инновационных методов повышения нефтедобычи здесь было бы весьма актуально.
 

Метан вытесняет нефть
Новая технология основывалась на механизме, аналогичном процессу образования сероводорода из сульфатов под воздействием микроорганизмов. С той лишь разницей, что на выходе ученым нужно было получить не сероводород, а соединения, способствующие вытеснению нефти из пласта.
На первом этапе в скважину вместе с водой закачивался кислород в виде водно-воздушной смеси и минеральные соли азота и фосфора. Они активировали нефтяную микрофлору: бактерий становилось больше, и они были более работоспособными. Попадающие с водой и воздухом в пласт аэробные (живущие при наличии кислорода) бактерии окисляли углеводороды, в результате чего появлялись низкомолекулярные органические кислоты (уксусная, пропионовая и масляная) и спирты (метанол и этанол).
Затем снова закачивалась вода, уже без кислорода, чтобы доставить образовавшиеся продукты к другим бактериям – анаэробным (живущим без кислорода). Анаэробные бактерии преобразовывали продукты окисления нефти в метан и углекислоту.
Метан при этом действовал как газ и снижал вязкость нефти, одновременно повышая локальное давление в пласте. Углекислота также снижала вязкость нефти, но, кроме того, еще и растворяла карбонатные породы. Таким образом, значительно улучшались нефтевытесняющие свойства пласта.
Эксперименты длились по 1988 год. Дальше они продолжались в виде опытно-промышленных испытаний. Затем новый метод был принят в эксплуатацию «Татнефтью». Эксперименты показали, что повышение нефтедобычи на разных залежах составляло от 10 до 30%. В ходе исследований было добыто более 700 тыс. тонн нефти.
 

Китаю– нужно, России– нет?
Казалось бы, инновационный способ повышения нефтеотдачи должен быть интересен промысловым компаниям, поскольку коэффициент добычи первичными и вторичными методами постоянно снижается. Да не тут-то было.
Ученые пробовали пропагандировать его на выставках, писали письма нефтяникам, но положительной реакции не было: кто то просто игнорировал, где то сказали, что «неинтересно возиться». Меж тем на оставляемых скважинах остается огромное количество нефти, а добывать ее в будущем гораздо менее выгодно – необходимо будет заново устанавливать оборудование и т.п.
Зато инновациями заинтересовались за рубежом. Сейчас ученые Института микробиологии работают по контракту в КНР. Китайцы проявили интерес к разработкам еще в начале 1990 х, когда начались проблемы с добычей на крупнейшем месторождении в Дацине. Однако первая попытка сотрудничества была неудачной. Во время визита российских ученых в Китай выяснилось, что до реального внедрения технологии дело вряд ли дойдет.
Но через пару лет М. Иванов получил письмо из Джанханского нефтяного университета (сейчас – Университет Яньцзы). Профессор Мей, вычитавший о новом методе из материалов различных конференций, пригласил российских микробиологов в Южный Китай, на месторождение Даган. На встрече Мей посетовал, что здесь уже испробовали все методы, которые предлагали европейцы и американцы, но результатов не получили. В итоге российские ученые сумели заинтересовать технологией китайский Комитет по науке и технике и получили 110 тыс. долларов на первый двухлетний контракт.
Правда, было сразу же оговорено, что стопроцентный результат не гарантируется: в отличие от российских месторождений, на Дагане температура в пластах достигает шестидесяти градусов, что может быть губительно для используемых микроорганизмов. Однако позже выяснилось, что некоторые группы микроорганизмов могут «трудиться» даже при шестидесяти пяти градусах тепла.
Работы начались в 2001 году. Первичным и вторичным способами на Дагане извлекли 40% залежей, а третичным микробиологическим – еще 7%, то есть почти пятую часть от добытого. Китайцы продлили договор на год, а в 2004 м заключили второй контракт. При этом на месторождении открыли все старые скважины, а также пробурили несколько новых, из которых сейчас качают нефть с помощью российской технологии.
После этого госкомпания «Petro China» выделила деньги на использование микробиологического метода и в Дацине. Тем более что условия для его внедрения здесь намного лучше, чем на Дагане: температура в пластах достигает 36 градусов и идеальна для микроорганизмов.
Есть у микробиологов предложения и от иранских нефтяников. Они очень хотят попробовать метод, хотя на тамошних месторождениях температура в пластах очень высокая.
 

Несколько слов о себестоимости
«Честно говоря, – сетует Иванов, – я не понимаю, почему наш метод интересен китайским и иранским нефтяникам, но неинтересен российским.  Ведь он позволяет получать дополнительную нефть себестоимостью 5 10 долларов за тонну, тогда как при других третичных методах себестоимость равна 40 60 долларам».
Нефть, полученная новым способом, сравнима по себестоимости с нефтью, добытой первичным и вторичным способами из активных запасов. Там текущая себестоимость без учета капитальных затрат может составлять от 7 до 20 долларов (хотя некоторые компании утверждают, что она может быть ниже 7 долларов).
Другие микробиологические технологии, например – с применением мелассы и микрофлоры, а также выращивание микробов и получение продуктов их жизнедеятельности – поверхностно-активных веществ, биополимеров и др., закачиваемых затем в пласт, более дороги – 30 40 долларов без учета капитальных затрат. Стоимость нефти, получаемой некоторыми химическими методами (к примеру, с помощью полиакриламида), по словам специалистов Института микробиологии, тоже составляет около 30 долларов.
Еще одно преимущество технологии Института микробиологии РАН заключается в том, что она вписывается в схему вторичной добычи. Дополнительно нужно врезать только компрессор и добавить минеральные соли. И можно получать дешевую дополнительную нефть, которая не входит в расчетную добычу.