Общие сведения о биополимерах

Бурное развитие биотехнологии, происходящее в последние годы, привело к появлению возможности использования в нефтяной промышленности экзогенных высокомолекулярных продуктов микробиологического синтеза – полисахаридов, получивших в технике название «биополимеры». Практическая ценность биополимеров определяется прежде всего их способностью в малых концентрациях резко менять реологические свойства водных систем – повышать вязкость, образовывать гели, служить стабилизаторами суспензий и эмульсий. Эти свойства привлекли внимание нефтедобытчиков, и биополимеры в последние два десятилетия стали испытывать и применять в практике разведочного и эксплуатационного бурения, изменения приемистости призабойных зон, повышения эффективности процессов нефтевытеснения.

По сравнению с традиционно применяемыми при добыче нефти водорастворимыми синтетическими полимерами, в частности, полиакриламидом (ПАА), биополимеры обладают рядом существенных преимуществ, в том числе такими, которые позволяют применять их в очень жестких условиях, где использование синтетических полимеров неэффективно.

Из всех биополимеров в добыче нефти используются полисахариды природного и растительного происхождения (Приложение 1). Наиболее широко применяются растительные полисахариды: эфиры целлюлозы и крахмалы, в том числе модифицированные – в бурении, гуар – в качестве стабилизатора пен и гелеобразующего агента при гидроразрыве пласта (ГРП), целлюлоза - в виде эфиров и древесной муки – в потокоотклоняющих технологиях. Основным преимуществом природных растительных полисахаридов является низкая стоимость, однако их технологические показатели невысоки, что сужает область применения. Поэтому используют химически модифицированные производные целлюлозы, крахмала и гуара, обладающие комплексом технологических свойств.

Биополимеры устойчивы при температурах до 100-120 С, а некоторые представители даже до 150С, что перекрывает весь температурный диапазон разрабатываемых месторождений. Биополимеры устойчивы в широком интервале рН, как в кислой, так и в щелочной среде. Это позволяет применять их как для составления щелочных композиций, обладающих повышенными нефтевытесняющими свойствами, так и кислотных с пролонгированной растворяющей способностью в отношении карбонатов коллекторских пород.

Особенностью биополисахаридов является наличие в их составе большого числа функциональных химически активных групп – гидроксильных, карбоксильных, карбонильных, ацетатных и др. Это открывает возможность их химической модификации путем прививок, комплексообразования и т.п. с целью придания им ценных в практическом отношении свойств – поверхностно-активных, гелеобразующих, антикоррозионных и др.

Недавно в России выделен штамм-продуцент микробных полисахаридов и отработана технология его производства. Отличительной особенностью отечественного биополимера является экспериментально подтвержденная возможность его использования в виде постферментационной жидкости, что имеет принципиальное значение. Исключение стадий выделения и сушки при производстве биополимера обеспечивает многократное снижение себестоимости и позволяет сохранить полезные свойства раствора, необратимо утрачиваемые при традиционных способах выделения сухого биополимера из постферментационной жидкости. Подробно данный вопрос будет рассмотрен в пункте 3, который называется «Интенсификация добычи нефти и увеличение нефтеотдачи на основе отечественного биополимера».

В результате проведенных экспериментов было обосновано применение биополимера для водоизоляции высокопроницаемых зон пласта.

Еще один метод, применяемый в нефтяной промышленности – это микробиологический метод увеличения нефтеотдачи (ММУН) пластов привлекают внимание малой инвестиционной потребностью, высокой эффективностью и экологической безопасностью. В биотехнологиях дополнительное вытеснение нефти обусловливают те же механизмы, что и при физико-химических методах, но микробные метаболиты образуются в основном, непосредственно на контакте с нефтью в пористой среде, что увеличивает эффективность их воздействия.

При использовании большинства микробиологических технологий закачиваемые питательные вещества проникают в промытые водой каналы и зоны, создают в них благоприятные условия для метаболизма бактерий, имеющихся в пласте. В результате их жизнедеятельности закупориваются высокопроницаемые зоны и происходит перераспределение закачиваемого агента в непромытые малопроницаемые зоны. Лабораторными и промысловыми экспериментами доказано, что продукты микробного генезиса изменяли межфазное натяжение между нефтью и водой, увеличивали фильтрационные сопротивления для водных растворов в высокопроницаемых зонах пласта, улучшали эффективность смачивания пород вытесняющей водой.