Биотехника и нефть в Великобритании

Биотехника и нефть в Великобритании
Биотехника и нефть в ВеликобританииУчёные исследуют возможность использования микробиологических методов в целях повышения эффективности добычи нефти. Исследования ведутся в Эдинбургском университете и колледже Куин Мери Лондонского университета. В предлагаемой статье заведующий кафедрой микробиологии колледжа Куин Мери профессор Вивиан Мозес рассказывает о текущих результатах работы. Эта статья, сопровождаемая фотографиями Джерри Мейсона, была впервые опубликована по-английски в журнале "Линк-ап".

Специально помещать под землю микробы с целью увеличения добычи нефти - такая мысль выглядит весьма странной. Но только до тех пор, пока не ознакомишься с обычными процессами добычи и их ограниченными возможностями. Многие из методов так называемой форсированной нефтедобычи (ФНД) связаны с нагнетанием в скважину различных веществ - воды или полимеров, моющих средств или растворителей - нередко под высоким давлением. Это значит, что оператор должен предусмотреть место для нагнетательного оборудования и материалов - тогда как добывающие платформы и без того забиты всевозможной техникой, предназначенной непосредственно для добычи и переработки нефти.

Кроме того, ФНД - дело рискованное, поскольку нельзя гарантировать, что себестоимость дополнительно добытой таким способом нефти не превысит её рыночной цены. Да и технология ФНД может оказаться сложной: например, тяжёлые сорта нефти настолько вязки, что не дают быстрого потока, и поэтому их добыча становится нерентабельной. С лёгкими сортами нефти дело обстоит проще, но нужно принимать в расчёт затраты на приобретение и перевозку химикатов для ФНД. Эти затраты могут быть излишне высоки.

Вот тут-то и выдвигаются на первое место микробы. Они способны вырабатывать поверхностно-активные химические вещества, а также полимеры и растворители. Если учёные сумеют получить микроб, способный вырабатывать нужные вещества и выживающий в нефтеносных пластах, это уже будет немалым достижением. Тогда специалисты смогут начать поиск подходящих энзимов - то есть веществ, вырабатываемых этими микробами и нужных для нефтедобычи. Они попытаются либо извлечь энзимы из микроорганизмов и очистить их - подобно тому, как делают сейчас изготовители органических мыльных порошков, - либо использовать живые микроорганизмы, чьи энзимы будут выполнять нужную задачу.

Каждый метод имеет достоинства и недостатки, в зависимости от обстоятельств. Например, очищенный микробный энзим служит катализатором лишь одной реакции (или малочисленной группы весьма родственных реакций), и поэтому образуется очень мало побочных продуктов. Но энзим требует определённую питательную среду, и его приготовление и очистка могут оказаться дорогостоящими. Не будучи "живым", энзим из микроорганизмов портится от времени, поскольку не способен к регенерации.

Применение живых клеток или организмов ведёт к другим результатам. Все клетки имеют множество энзимов, так что выделение одного из них - дело трудное (хотя и возможное). Кроме того, живая клетка стремится, так сказать, к решению собственных задач: если это микроорганизм, то, вероятней всего, самой главной задачой будет размножение с максимальной скоростью, так, чтобы обогнать и подавить конкурентов. Другими словами, здесь проявляется конфликт между биологическими и производственными требованиями. Исход конфликта зависит от искусства людей, работающих с микроорганизмами, и от приспособляемости избранного микроба.

При поездке в Лондон воспользуйтесь нашей услугой: Персональный русскоговорящий гид по Лондону.

Однако, живые микробы, применяемые как катализаторы, обладают преимуществами по сравнению с чистыми энзимами: их часто можно выращивать на недорогих питательных средах, а так как микробы - живые, они в подходящей среде умеют сами поддерживать своё существование. Популяции микробов настолько велики (миллиарды клеток), что неизбежная гибель некоторой их части не имеет значения. Другие вырастут и заменят погибших.

Итак, мы начинаем понимать ценность микробов, оказавшихся в нефтяных месторождениях. Они могут создавать самоподдерживающие источники нужных для нефтедобычи веществ, не требующие к тому же дополнительных капиталовложений в оборудование, механизмы или здания. Прямо-таки фабрики, не стоящие почти ни гроша.

Так обстоит дело в теории, но как воплотить это всё на практике? При форсированной нефтедобыче микроорганизмы способны выполнять четыре или даже пять функций. Наиболее обычная из них - использование "микробиологических разновидностей" тех веществ, которые уже сейчас применяются в нефтяной промышленности для ФНД - главным образом, поверхностно-активных добавок (которые превращают нефть в эмульсию с хорошей текучестью), полимеров (которые "сгущают" воду, нагнетаемую в пласт для выжимания нефти) и, возможно растворителей (понижающих вязкость нефти).

Микробные полимеры - например, ксантогеновые смолы или склероглюкан - уже используют как загущающие химикаты при закачке воды в пласт. Некоторые из них прекрасно действуют, но они дороги и трудны в обращении. Вырабатывают их в обычных ферментационных установках, а затем извлекают чистое вещество и полностью высушивают. В таком виде полимеры доставляют на промысел, где нефтяникам приходится вновь растворять их для использования. Удалять из полученного препарата выработавшие его бактерии трудно, но необходимо: оставшиеся микроорганизмы будут расти, размножаться и забивать поры в нефтеносной породе вокруг нагнетательной водяной скважины.

Биологические поверхностно-активные вещества разработаны ещё не столь хорошо. Учёные в университетах Англии и других стран получили такого рода препараты и сейчас проверяют возможность их использования в нефтедобыче. Хотя, подобно биополимерам, эти вещества окажутся, вероятно, дорогими, нефтяникам они могут потребоваться в гораздо более низких концентрациях, чем небиологические поверхностно-активные добавки. Таким образом, фактические затраты на них, возможно, будут не выше а ниже, чем на обычные добавки этого вида. Когда окончатся производственные испытания и будет выработана технология их изготовления, биологические поверхностно-активные добавки появятся на рынке – это, скорее всего, произойдёт в ближайшие несколько лет.

Однако, несмотря на своё биологическое происхождение, биологические поверхностно-активные вещества и биополимеры - вещество неживое. Введённые в нефтеносный пласт, они будут разлагаться и портиться в результате того, что их будут впитывать песчинки, разрушать высокие температуры и засоленность; такие вещества также будут страдать от воздействия на них микробов, уже обосновавшихся под землей.

Вторая роль бактерий - очистка скважин. При длительной эксплуатации нефтяной скважины в ней накапливаются песок, смоляные катыши и другой мусор, задерживающие поток нефти. Обычно нефтяники чистят скважины, закачивая в них кислоты и растворители, но для скважин с малой общей производительностью такие методы очистки - слишком дорогое удовольствие. В то же время маленькие скважины нельзя считать неважными: В Соединённых Штатах, например, больше 400 тысяч таких малодебитных, "истощённых" скважин, дающих менее 10 баррелей нефти в сутки каждая. Очистка подобной скважины может стоить тысячи долларов, что, конечно, крайне убыточно.

Микробиологические методы очистки гораздо дешевле. Оператор закачивает в скважину культуру бактерий (выбранных, главным образом, по способности обильно вырабатывать бродильные газы) вместе с одной-двумя тоннами чёрной патоки и воды для продвижения микробов и их питательной среды на небольшую глубину в пласт. На несколько недель или месяцев скважину герметически закрывают; по мере того, как бактерии ведут ферментацию чёрной патоки, превращая её в газ и другие продукты, пластовое давление вокруг скважины повышается. Когда скважину вновь открывают для добычи, большинство накопившихся посторонних отложений выбрасывается потоком газа, и скорость потока нефти скважины увеличивается.

Иногда после такой обработки скважина некоторое время даёт значительно больше нефти, чем обычно, так что потери от простоя скважины в период очистки оказываются очень небольшими или даже полностью компенсируются. Затем, как правило, уровень добычи стабилизируется несколько ниже максимума, но выше того, что был до очистки. И такой дебит может оставаться постоянным целые годы после одной-единственной бактериальной обработки. Инженеры-нефтяники ещё не вполне точно понимают, почему этот процесс даёт такие хорошие результаты, но успешное его применение надёжно документировано. В ближайшие пять-десять лет в районах с малопроизводительными скважинами такой способ очистки станет, по-видимому, наиболее распространённым.

Третье применение бактерий, опять-таки внутри нефтеносных пластов, состоит в блокировке или забивке зон высокой проницаемости в породе. Нефтеносные пласты неоднородны. Многие состоят из нескольких осадочных слоев песчаника, причём проницаемость этих слоев нередко различна, и жидкость просачивается сквозь одни слои лучше, чем сквозь другие. Иные формации имеют трещины и разрывы, иногда в них содержатся известняковые и меловые зоны, в свою очередь, тоже с разрывами. Такая неравномерность серьёзно мешает форсированной добыче нефти с помощью нагнетания воды в скважину: закачиваемая вода имеет тенденцию выжимать нефть из наиболее проницаемых зон, после чего через них и уходит, оставляя нефть в других зонах пласта практически нетронутой. Это - большая трудность, и нефтяники разработали целый ряд методов блокировки этих так называемых "воровских зон" с помощью цементных растворов или постепенно твердеющих полимеров.

Но бактерии тоже способны вырабатывать блокирующие химикаты - вязкие и нерастворимые полимеры, а также другие виды материалов. Поскольку живые бактерии могут расти и размножаться, нефтяникам нужно для начала вводить в пласт только небольшое их количество. Достаточно закачать в скважину жидкую водяную суспензию клеток соответствующего вида вместе с водорастворимой питательной средой, и всё это, конечно, пойдёт туда же, куда идёт нагнетаемая в пласт вода, - а именно, в зоны высокой проницаемости. В случае удачи, бактерии будут захвачены нагнетаемой водой и доставлены на место. Тут нужно перестать закачивать воду - до тех пор, пока бактерии не превратят питательное вещество в блокирующий агент. Этот метод тоже находится в стадии разработки - его производственные испытания должны начаться через три- пять лет.

Приведённые выше методы хороши для лёгких сортов нефти, но что делать с тяжёлыми? Трудности здесь велики, и очень уж быстрого прогресса ожидать не следует. Некоторые учёные рассматривают возможность введения в нефтеносные породы таких бактерий, которые смогут каким-то образом понижать вязкость нефти прямо на месте и этим облегчать выведение её из пластов вместе с водой. Одни учёные полагают, что бактерии смогут, например, разрывать некоторые крупные цепные молекулы нефти; другие думают, что такой процесс вряд ли возможен. Ещё одна идея состоит в том, что микробы могут генерировать тепло, но и эта идея имеет слабые стороны: бактерии не сумеют, вероятно, действовать достаточно быстро или создавать высокую температуру, необходимую для придания нефти хорошей текучести. Даже если бы такой процесс и был возможен, стоимость питательной среды оказалась бы недопустимо высокой. Здесь явно требуются другие, более перспективные идеи.

И, наконец, существует возможность использовать бактерии для выработки поверхностно-активных веществ, полимеров или растворителей внутри нефтеносных пластов. Это - смелая мысль, но если удастся воплотить её в жизнь и довести до совершенства, то применение метода может оказаться очень широким. Он заключается в использовании микробов, которые способны не только вырабатывать определённые вещества, нужные для данного месторождения, но и выживать в тяжёлых условиях подземной породы - при высокой температуре, высоком давлении и засоленности, а также без кислорода. В принципе бактерии обладают всеми необходимыми свойствами: одни способны размножаться в экстремальных условиях, другие - вырабатывать нужные для ФНД химические вещества, третьи - жить без кислорода. Но сочетать все эти качества в одном-единственном виде бактерий будет очень нелегко.

Пожалуй, самый критический вопрос - какова должна быть питательная среда бактерий. Если такой питательной средой будет чёрная патока или другой столь же недорогой продукт, то подавать бактериям пищу можно будет с поверхности, путём закачки её в скважину. Нужные химические вещества, выработанные бактериями поблизости от нагнетательной скважины, могут увлекаться вглубь пласта нагнетаемой водой. Разумеется, вещества, выделенные микробами, подвержены таким же процессам разложения, как любые другие химикаты, - но зато затраты на их производство будут гораздо меньше.

Уже было сделано несколько экспериментов в естественных условиях, но они носили весьма ограниченный характер. В ближайшие три - пять лет группа специалистов из колледжа Куин Мери собирается провести новые эксперименты в Румынии, в содружестве с местными инженерами-нефтяниками и микробиологами. И здесь предстоящие пять лет должны принести существенные успехи в разработке производственной технологии этого метода.

Есть месторождения настолько крупные и сложные по методам добычи, что внедрение в них бактерий с поверхности, по-видимому, заранее исключено. Скважины расположены далеко одна от другой, и нагнетаемая вода так долго перемещается от одной скважины к другой, что невозможно ввести достаточно патоки или другой питательной среды, чтобы поддержать популяцию микробов на всём пути к рабочей зоне.

В подобных случаях микробы должны потреблять то, что уже есть под землей, - например, нефть. Этого трудно достичь, однако, по-видимому, не невозможно. При отсутствии кислорода микробы весьма медленно атакуют соединения, составляющие сырую нефть. Для того, чтобы удовлетворять условиям, существующим на поддонных месторождениях Северного моря, таким, как наличие глубоких, горячих пластов, отдалённых одна от другой скважин, а также при необходимости использовать холодную морскую воду в качестве нагнетаемой в пласт жидкости и сырую нефть без кислорода в качестве единственной питательной среды для бактерий - нужен какой-то совсем особый микроб.

Маловероятно, что такой микроб уже существует в природе. Его, следовательно, придётся создать методами генотехники, заимствуя нужные качества у различных существующих микробов и объединяя в одном, специально созданном виде. Чтобы это осуществить, возможно не потребуется научно-техническая революция, однако, наверняка, придётся провести огромную и тяжёлую работу, сделать солидные капиталовложения и, возможно, потратить лет десять на совершенствование вида. Но игра стоит свеч.

Во всём мире много месторождений, особенно подходящих для такого метода добычи. В предстоящее десятилетие всё больше и больше месторождений уже перестанут давать максимальное количество нефти, хотя две трети их нефтяных запасов ещё будут оставаться в земле. Капиталовложения в подобные промыслы уже будут амортизированы, и владельцы начнут думать об их закрытии.

Методы микробной ФНД раньше всего начнут, вероятно, применять к малым, "истощённым" скважинам. Большинство крупных нефтяных компаний не интересуются подобными мелкими операциями - их масштабы требуют гораздо более высоких дебитов каждой скважины. Кроме того, у этих компаний в прошлом были неприятности из-за нахождения микробов в скважине: бактерии нередко забивали месторождения и окисляли нефть.

В результате нефтяная промышленность западных стран весьма осторожна по отношению к микробам - за исключением одной-двух ведущих компаний, имеющих либо собственные исследовательские программы, либо финансирующих работы в научных учреждениях. Таким образом, центр исследовательской деятельности находится сейчас в университетах и небольших специализированных компаниях. Финансирование этих работ осуществляется правительством и промышленными фирмами, готовыми оказывать поддержку.

  Интерес к новым методам повышения нефтедобычи растёт или падает в зависимости от мировых цен на сырую нефть и от её наличия на рынке. На этот интерес влияют в отдельных странах и налоговая политика по отношению к добываемой нефти и конкуренция, которую создают другие нововведения. Тем не менее, научно-исследовательская работа по совершенствованию микробных методов ФНД всё время продолжается - в различных компаниях и лабораториях, в разном темпе. Возможно, что через пять - семь лет международные нефтяные компании начнут вкладывать крупные средства в использование новых методов - в соответствии со своими особыми условиями и техническими требованиями.

________________________________________________________________________


________________________________________________________________________

Материалы по теме:

  • Бензин в Великобритании подорожал до 1,4 фунта за литр и скоро достигнет 1, ...
  • Огородничество в Великобритании
  • Бразильская экономика обогнала британскую и стала шестой по размеру в мире
  • В Лондоне впервые был представлен и съеден гамбургер, сделанный из мяса, вы ...
  • Взгляд на British Telecom в 1990 году. Как развивались технологии.
  • ________________________________________________________________________

    Оцените данный материал:

       Оценка: 5/10. Голосов: 1
    ________________________________________________________________________

    экскурсии в лондоне ________________________________________________________________________

    У нас самые интересные группы в социальных сетях. Присоединяйтесь!

    ________________________________________________________________________