DE4127744A1 - Verfahren zur unterdrueckung sulfatreduzierender bakterien bei mior - Google Patents

Description

Die Erfindung gehört in das Gebiet der Sekundär- und Tertiär­ verfahren zur Erhöhung der Erdölabgabe und kann eingesetzt werden in Lagerstätten, in denen auf Grund der Schichtbe­ dingungen und des Vorhandenseins von sulfatreduzierenden Bakterien (SRB) eine mikrobiell verursachte H₂S-Bildung auftritt bzw. stimuliert werden kann.

Es sind biotechnologische Verfahren bekannt, bei denen zusam­ men mit Mikroorganismen geeignete Nährstoffe, wie Melasse, Stickstoff- und Phosphatverbindungen in Erdöllagerstätten injiziert werden, die dort durch die aktive Tätigkeit der Bakterien vergoren werden, so daß wirksame Stoffwechselpro­ dukte entstehen, die zur Erhöhung der Erdölabgabe von Lager­ stätten führen (Donaldson 1989). Dem Flutmedium wird hierbei Melasse, üblicherweise in Konzentrationen von 2% (Yarbrough und Coty 1983, Lazar 1983) bis 4% (Wagner 1978, Johnson 1979, Bryant 1988) zugesetzt.

Zur Animpfung der Lagerstätte dienen Anreicherungskulturen aus Erdöllagerstätten (Clostridium, Bacillus, gramnegative Bakterien) (Lazar 1990), adaptierte Mischkulturen von Clostridien und Bacillus sowie Reinkulturen von überwiegend Clostridium acetobutylicum, Bacillus licheniformis Bryant 1988, Yarbrough und Coty 1983, Johnson 1979) und Clostridium pasteurianun (Cooper 1980).

Bei der Anwendung von Sondenstimulations- und Flutverfahren zur Erhöhung der Erdölabgabe kommt es infolge des Eintrages von Bakterien mit den injizierten Medien und der Veränderung der Schichtbedingungen z. B. Herabsetzung der Mineralisation des Schichtwassers, der Temperatur, dem Sulfat- oder Nähr­ stoffeintrag, häufig zur Entwicklung von SRB in der Lager­ stätte. (Nazina, Rozanowa, Iwanow, Beljajew, Graff 1986).

Der Prozeß der Sulfatreduktion wird insbesondere bei solchen Verfahren, wie der Injektion von Melasse und gärenden Mikro­ organismen (Melassefluten) dadurch forciert, daß die bei der Vergärung von Zucker in der Lagerstätte entstehenden Stoffwechselprodukte Wasserstoff, organische Säuren und Alkohole als Nährstoffquellen von SRB verbraucht werden. Nachteilige Reaktionen der verstärkten H₂S-Bildung, wie Ver­ ringerung der Permeabilität des Speichergesteins und der Produktivität der Sonden durch Sulfidausfällung und Schleim­ bildung, Minderung der Qualität der geförderten Kohlen­ wasserstoffe, Erhöhung der Korrosionsgefahr an Sondenin­ stallationen und obertägigen Anlagen sowie Umweltgefährdung durch die Toxizität des H₂S (Cord-Ruwisch u. a. 1987) sind in Gegenwart höherer Sulfatgehalte im Schichtwasser und Speichergestein die Folge.

Das Anwendungsgebiet, insbesondere der bekannten Melasse­ insitu-Verfahren, wird entsprechend der Konzentration des Sulfatgehaltes im Schichtwasser der Lagerstätten erheblich eingeschränkt. Bei Grenzkonzentrationen größer 0,1 g Sulfat pro Liter Schichtwasser ist von einer steigenden H₂S-Bildung auszugehen. Die meisten Lagerstätten liegend im Konzentra­ tionsbereich von 0,3 bis 10 g Sulfat /l Schichtwasser mit einem Durchschnittswert von ca. 1 g/l (Donaldson 1989), so daß die Anwendung der Melasse-insitu-Verfahren begrenzt ist.

Die Anwendung von Bioziden (Formaldehyd, Glutaraldehyd, kationenaktive Tenside usw.), die üblicherweise in Flut­ medien zur Unterdrückung von SRB eingesetzt werden, ver­ bietet sich bei der Anwendung biotechnologischer Insitu- Verfahren, da hierdurch gleichzeitig die Produktionsstämme abgetötet oder geschädigt werden.

Durch die Erfindung soll der biotechnische Prozeß der Melassevergärung in der erdölführenden Schicht, trotz gebildeter Nährstoffe für die SRB und damit der H₂S- Bildung in der Lagerstätte, ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Verlauf der Testung einer breiten Palette der für mikro­ bielle Verfahren zur Erhöhung der Erdölabgabe besonders geeigneten Clostridienarten hinsichtlich ihrer Bildung von Stoffwechselprodukten, die eine wachstumshemmende Wirkung gegenüber SRB ausüben, spezielle Stämme der Art Clostridium tyrobacterium, wie Stamm R₄ und N₅₀ gefunden wurden, die diese Fähigkeiten besitzen.

Es wurde weiterhin gefunden, daß es durch Erhöhung der Melassekonzentration über die üblicherweise angewandte Ein­ satzkonzentration von 2-4% hinaus, z. B. durch Einsatz von 6-8% Melasse verfahrenstechnisch möglich ist, die Konzentration der bioziden Wirksubstanzen in der Fermenta­ tionslösung so zu erhöhen, daß SRB in ihrem Wachstum gehemmt bzw. sogar vegetative Zellen abgetötet werden und eine H₂S- Bildung trotz Vorliegen geeigneter Nährstoffe und Sulfat nicht auftrat.

Gleichzeitig wurde bei Einsatz höherer Melassekonzentra­ tionen eine erhöhte Produktbildung erreicht, die sich posi­ tiv auf die Erdöldesorption vom Trägergestein auswirkt.

In Abbildung (1) wird das Wesen der Erfindung näher er­ läutert. Dargestellt ist die Entwicklung einer Mischkultur sulfatreduzierender Bakterien in Gegenwart von Clostridium tyrobutyricum bei unterschiedlichen Melassekonzentrationen. Während die Clostridienentwicklung (Kurve 1) in Gegenwart von auch höheren Keimgehalten an SRB normal verläuft, was am Anstieg des Keimgehaltes von 8×10⁷ Zellen/ml auf 5×10⁹ Zellen/ml ersichtlich ist, geht der Keimgehalt der SRB in der Phase der aktiven Clostridienentwicklung vom 1. bis 3. Tag des Versuches zurück. Während nachfolgend vom 4. bis 14. Tag bei einer Einsatzkonzentration von 2% Melasse sich die SRB auf Grundlage der von den Clostridien gebildeten Stoffwechselprodukte - Wasserstoff, organische Säuren und Alkohole - auf einen Keimgehalt von ca. 10¹⁰ Zellen/ml vermehren (Kurven 2, 3, 4), ist bei einer Einsatz­ konzentration von 6% Melasse (Kurven 5, 6, 7) weder Vermeh­ rung der SRB noch H₂S-Bildung zu beobachten. Sie setzt auch nach wochenlang er Standzeit nicht ein.

Daß es sich bei der Abtötung der SRB in Gegenwart höherer Melassekonzentrationen, kenntlich am Rückgang des Keimgehaltes von 1×10⁶ Zellen/ml auf 1,2×10¹ Zellen/ml um (Kurve 7) die Wirkung der von Clostridium tyrobutyricum gebildeten bioziden Substanzen handelt, zeigt nachfolgender Bakterizidie­ test - Abbildung (2). Nach erfolgter Korrektur des pH-Wertes auf 7,2 wurde eisensulfathaltige, von Clostridien vergorene 6%ige Melassenährlösung in einer Verdünnungsreihe mit Lager­ stättenwasser in unterschiedlichen Anteilen gemischt. Dem Medium wurde 1% Ammoniumeisen II Sulfat zugesetzt. Anschließend erfolgte die Animpfung mit SRB so, daß der Keimgehalt 1×10² Zellen/ml betrug. Bei der anschließenden Bebrütung bei 30°C wurde in der unverdünnten bzw. gering verdünnten vergorenen Nährlösung weder Entwicklung von SRB noch H₂S-Bildung beobachtet. Vermehrung der SRB setzte ein, wenn die Nährlösung mit Schichtwasser mindestens in gleichen Teilen gemischt wurde, d. h. die bioziden Substanzen um ca. 50% verringert wurden. Erst bei einer Mischung von 40 Teilen vergorener Nährlösung mit mindestens 60 Teilen Schichtwasser trat H₂S-Bildung auf.

Es ist eine Lagerstätte mit klüftig porösem Karbonatspeicher­ gestein gegeben.

Die Temperatur der Schicht beträgt 30°C. Das Schichtwasser ist mit 30 g Salz/l gering mineralisiert. Es hat einen Sulfat­ gehalt von 1 g/l.

Die Lagerstätte ist durch mehrere Bohrungen aufgeschlossen. Zur Druckerhaltung in der Lagerstätte wurde diese mehrere Jahre durch Injektion von Süßwasser in eine Zentralsonde geflutet.

Die Lagerstätte ist durchgängig mit sulfatreduzierenden Bak­ terien besiedelt. Der Keimgehalt der SRB im Schichtwasser liegt bei 1×10⁸ Zellen/ml. Das Erdgas ist H₂S-haltig. Zur Erhöhung des Erdölgehaltes wird das Melasse-insitu- Flutverfahren eingesetzt.

Über die Injektionsbohrung wird in mehreren Portionen (Bänken) ein Melassenährmedium, das mit Clostridien be­ impft wurde mit einem Volumen von bis zu 2.500 m³ injiziert. Das Nährmedium hat folgende Zusammensetzung:
Rübenmelasse 60 kg/m³
Ammoniumchlorid 3 kg/m³
Polyphosphat 2 kg/m³
Brunnenwasser ad 1 m³.

Das Nährmedium wird in einer entsprechenden obertägigen Anlage bereitet. Die Animpfung mit dem Produktionsstamm Clostridium tyrobacterium erfolgt so, daß der Startkeim­ gehalt im Injektionsmedium bei 1×10⁸ Zellen/ml liegt. Das Impfgut wird in einem 2,5 m³-Feldfermentor unter anaeroben Bedingungen im Medium gleicher Zusammensetzung gezüchtet und vorteilhafterweise dem Injektionsmedium portionsweise zu etwa 2 m³ in Bank zugesetzt. Zwischen den einzelnen Injektionszyklen wird die Injektionssonde geschlossen.

In der Lagerstätte wird das injizierte Melassenmedium durch die Clostridien vergoren. Es entstehen wirksame Stoffwechselprodukte, wie H₂, CO₂, organische Säuren, Alkohole, die die Viskosität des Erdöles herabsetzen, durch Änderung der Oberflächen- und Grenzflächenspannung die kapillare Aufsaugung erhöhen, die Desorption des Erdöles vom Trägergestein verbessern sowie durch Prozesse der Gesteinslösung die Fließwege erweitern und neue Matrix­ blöcke an das Kluftsystem anschließen. Auf Grund der Bildung biozider Substanzen in der Schicht werden sulfatreduzierende Bakterien unterdrückt. Der Keimgehalt der SRB im Schichtwas­ ser geht auf 10 bis 100 Zellen/ml zurück. Eine Erhöhung des H₂S-Gehaltes wird nicht beobachtet.

Claims (2)

1. Verfahren zur Unterdrückung sulfatreduzierender Bakterien bei MIOR, bei dem zusammen mit Mikroorganismen geeignete Nährstoffe, wie Melasse, Stickstoff- und Phosphatverbindun­ gen in die Lagerstätten injiziert und durch die aktive Tätig­ keit der Bakterien dort umgesetzt werden, so daß wirksame Stoffwechselprodukte entstehen und die Ausbeute an Erdöl aus Lagerstätten erhöht wird, gekennzeichnet dadurch, daß anaerobe Bakterien, vorrangig der Stämme der Art Clostridium tyrobutyricum, die biozide Substanzen zur Unterdrückung bzw. Abtötung sulfatreduzierender Bakterien bilden und hierdurch die Gefahr der H₂S-Bildung herabsetzen, eingesetzt werden.

2. Verfahren zur mikrobiellen Erhöhung der Erdölabgabe nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß zur Steigerung der Pro­ duktion biozider Substanzen die Konzentration der eingesetzten Melasse im Injektionsmedium über das übliche Maß hinaus auf 6 bis 8% erhöht wird.