NO177021B - Fremgangsmåte for å oppnå forbedret oljeutvinning under anvendelse av mikroorganismer - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å forbedre oljeutvinningen fra petroleumforekomster under anvendelse av mikroorganismer. Ved fremgangsmåten benyttes en spesifikk bakteriestamme for å tette soner med stor gjennomtrengelighet, hvorved virkningsgraden ved vannflømming økes som følge av at strømningen omdirigeres til oljebærende soner med mindre gj ennomtrengelighet.

Petroleum som finnes i undergrunnsreservoirer, bringes opp til overflaten på en rekke forskjellige måter. En av de vanligste forestillinger når det gjelder oljeutvinning, er forestillingen om oljekilden som "springer frem fra jorden". Som følge av endringer i arten av oljereservene og økonomiske hensyn og miljøvernhensyn er "oljekilden" noe som hører forti-den til. Overflatepumper, som man ofte kan se, tilveiebringer ofte den løfteenergi som er nødvendig for å bringe oljen til overflaten fra de reservoirer hvor trykket er utilstrekkelig. Dessuten kan overflatepumpene være koblet sammen med pumper som er anordnet under overflaten, og som gir sitt bidrag til å løfte opp oljen. Imidlertid kommer det et tidspunkt i mange oljebærende formasjoners liv da reservoirtrykket og pumpean-ordningene er utilstrekkelige til å overvinne oljens viskosi-tet og formasjonens kapillarkrefter. På dette tidspunkt blir teknikker for assistert oljeutvinning (EOR = Enhanced Oil Recovery) aktuelle for å utvinne ytterligere mengder olje

som ikke kan bringes til overflaten på den ovenfor beskrevne måte.

Modne petroleumreservoarer blir således ofte underkas-tet vannflømming for å øke oljeutvinningen. Når det foreligger en heterogen gjennomtrengelighetsprofil, sveiper imidlertid vannstrømmen dårlig over de mindre gjennomtrengelige soner. Med uttrykket "profilmodifisering" forstås tradisjonelt den forbedring av effektiviteten ved vannflømming som vanligvis oppnås ved injeksjon av oppløselige, tverrbindbare polymerer og et tverrbindingsmiddel. Den injiserte polymer trenger selektivt inn i de sterkt gjennomtrengelige, utvannede "tyvsoner", hvor den herdner til en uoppløselig, tverrbundet gel, slik at vannstrømmen kanaliseres til de tettere, oljebærende soner.

Betegnelsen "EOR" spenner imidlertid over et bredt spektrum av teknikker og innretninger som benyttes for å utvinne de siste rester av olje fra oljereservoaret. Det finnes innretninger og metoder for: dampinjeksjon, vanninjeksjon, gassdriving, emulgering, injeksjon av tettemidler, osv. En "innretning" som er i stand til å avstedkomme mange av disse operasjoner, er en mikroorganisme, spesielt en bakterie.

Ideen med å benytte bakterier for å øke eller forbedre oljeutvinningen er ikke ny. Mange laboratorieundersøkel-ser er blitt utført, og mange feltforsøk er blitt utført både i USA og andre steder, se generelt J. Davis, Petroleum Microbiology (1967) og rapporter samlet i J.E. Zajic et al., Microbes and Oil Recovery, Bioresource Publications, El Paso

(1985). Det er blitt holdt flere tekniske kongresser viet utelukkende mikrobielt assistert oljeutvinning (MEOR = Microbial Enhanced Oil Recovery). Deler av den tidligere litteratur utgjøres av anekdotiske beretninger eller mangelfullt kontrollerte undersøkelser, som har resultert i en skeptisk holdning til teknologien, se også D. Hitzman, Petroleum Microbiology and the History of its Role in Enhanced Oil Recovery, Proe. Int'l. Conf. on Micro. Enh. Oil. Ree, s. 162, (May 16-21, 1982), og E. Donaldson et al., There are Bugs in My Oil Well, Chemtech, s. 602 (okt. 1985).

Prinsippet bakenom MEOR er basert på den kjensgjerning at mikrober kan frembringe de fleste av de midler som for tiden anvendes ved kjemisk EOR, dvs. vannoppløselige polymerer, overflateaktive midler, ko-overflateaktive midler og oppløsningsmidler som f.eks. ethanol og aceton, se M. Singer, Microbial Biosurfactants i Zajic, Microbes and Oil Recovery og US patentskrifter nr. 4 552 261, 2 807 570 og 2 660 550. Enkelte mikrobielt produserte produkter, f.eks. xanthan-biopolymer, anvendes nu kommersielt for EOR. Slik anvendelse er avhengig av at det mikrobielle produkt er kostnadseffektivt sammenlignet med konkurrerende produkter som ikke er fremstilt mikrobielt, f.eks. xanthan sammenlignet med polyacrylamid. I den foreliggende patentsøknad refererer betegnelsen "MEOR" seg til prosesser som involverer anvendelse in situ av mikrobielle prosesser, mens betegnelsen vanligvis utelukker EOR-prosesser hvor det bare benyttes kjemiske produkter som er fremstilt i et fermenteringsanlegg.

Den spesifikke anvendelse av mikroorganismer ved EOR

i henhold til oppfinnelsen består i deres anvendelse for se-lektiv tetting av soner med stor gjennomtrengelighet (dvs. tyvsoner) i petroleumréservoirer. Når vanninjeksjon benyttes for utvinning av olje, injiseres vannet ned i en injeksjons-brønn for å drive eventuell olje ut av formasjonen, slik at den kan utvinnes gjennom en produksjonsbrønn. Vannet skyver oljen ut av de små mellomrom og porer i bergartene, men det skyver først oljen ut av de større åpninger og porer (dvs. soner med større gjennomtrengelighet) og etterlater de mindre åpne områder fortsatt fylt med olje. Da petroleum er blitt dannet i lagdelte, sedimentære avsetninger, er det vanligvis tilstede flere distinkte lag av oljebærende sand langs en oljebrønns vertikale profil. De forskjellige lag kan variere sterkt med hensyn til gjennomtrengelighet og porøsitet og med hensyn til andre egenskaper. Da en vannstrøm naturligvis vil søke seg til den sone som frembyr minst motstand (eller som har størst gjennomtrengelighet), kan soner med liten gjennomtrengelighet bli forbigått. Etter en tid blir den utvinn-bare olje "vannet ut" av sonene med stor gjennomtrengelighet, mens stripene med liten gjennomtrengelighet fortsatt inneholder betydelige mengder utvinnbar olje. "Profilmodifisering" gir en mulighet for å utvinne restoljen fra disse soner med liten gjennomtrengelighet. Den teknologi som for tiden anvendes, involverer injeksjon av vannoppløselige polymerer, som selektivt trenger inn i sonene med stor gjennomtrenglighet. Kationiske tverrbindingsmidler, nemlig Cr<+3>, Ti<+4> eller Al<+3>, som holdes i oppløsning ved hjelp av et kompleksdannende mid-del (nemlig citrat) eller som følge av sin oxydasjonstilstand, ko-injiseres med polymeren eller innføres etter polymeren,

se US patentskrift nr. 4 552 217. Etter hvert som polymeren gradvis tverrbindes og gelererer til en vannuoppløselig tredi-mensjonal matriks i sonene med stor gjennomtrengelighet, kanaliseres vannstrømmen inn i soner med liten gjennomtrengelighet, hvorved oljeutvinningen økes. Det er visse problemer

forbundet med metodene for profilmodifisering ved hjelp av polymerer som tverrbindes. Slike polymerer er relativt kostbare, de kan nedbrytes når de utsettes for skjærkrefter under injiseringen ved brønnhodet, og de kan komme til å ikke trenge tilstrekkelig godt igjennom før de danner en gel. Derfor kan bruk av mikroorganismer vise seg å være gunstig ved profilmodifisering, idet den eliminerer noen av disse problemer.

I likhet med andre metoder er bruken av mikrober for

å tette soner med stor gjennomtrengelighet ikke i og for seg ny. Noen tidlige forskere er nevnt i J. Davis, "Petroleum Microbiology" (1967), og av mer nylig publisert litteratur kan nevnes US patentskrift nr. 4 558 739 og D. Revus, A. Study of Reservoir Selective Plugging Utilizing In Situ Growth of Bacteria to Improve Volumetric Sweep Efficiency, Masters The-sis, Univ. of Oklahoma (1982), P. Kalish et al., The Effeet of Bacteria on Sandstone Permeability, 16 Jour. Pet. Tech.

805 (July 1964), og C. Brierly et al., Investigation of Mic-robially Induced Permeability Loss During In-Situ Leaching, Bureau of Mines (NTIS Publication) (April 1982). I disse pu-blikasjoner benyttes mikrober på forskjellige måter for å forbedre oljeutvinningen. Noen forskere har benyttet de bakterier som finnes naturlig i formasjonen og har ganske enkelt injisert næringsmidler ned gjennom borehullet for å stimulere veksten av bakteriene og tette formasjonen, se US patentskrift nr. 4 475 590 og L. Allison, Effect of Microorganisms on Permeability of Soil Under Prolonged Submergence, 63 Soil Science 439 (1947). Andre har injisert bakterier i borehullet og deretter injisert en næringsoppløsning. Noen av forskerne har basert seg på bakterienes biomasse for å oppnå tetting, mens andre har vist at eksopolymerer som dannes av bakteriene,

er effektive med hensyn til å avstenge områder med stor gjennomtrengelighet .

. En annen faktor ved denne tettemetode er størrelsen

av organismen som injiseres. Små bakterier kan trenge inn i formasjonen langt lettere enn større bakterier. I dette øyemed kan sporene av forskjellige bakterier anvendes ved injeksjonen for å oppnå dypere inntrengning. Sporer trenger lettere inn

i en reservoirformasjon og forblir i disse gjennomtrengelige soner, slik at når de ved hjelp av en næringsoppløsning sti-muleres til å vokse, vil de mer effektivt tette flere porer.

Andre problemer knytter seg til de næringsoppløsninger som benyttes i henhold til kjent teknikk. Eksempelvis hers-ker der nede i brønnhullet i et petroleumreservoir betingelser som representerer begrensninger for mikroorganismer. Nærmere bestemt har stedegent vann i mange formasjoner høye konsentra-sjoner av salt (NaCl), jordalkalimetallioner (Ca<+2>, Mg+2 , Ba<+2>) og tungmetallioner. Slike ioner kan danne uoppløselige utfelninger med mange av standardbestanddelene i næringsmedier for bakterier. Disse utfelninger kan tette brønnhullet og hindre injeksjon av celler eller næringsmedier. Dessuten virker noen av disse ioner hemmende eller toksiske på mikrobe-celler, og enkelte (f.eks. Ca<+2>) hemmer produksjonen av mikrobiell biopolymer. Bakteriene og næringsmediet som injiseres gjennom borehullet, må kunne motstå disse ioner, dersom de skal kunne virke etter hensikten.

Miljøet nede i borehullet er vanligvis anaerobt og ulikt det sterkt oxygenholdige miljø ovenfor. For å kunne overleve og formere seg i begge miljøer må en bakterie enten være skjermet mot oxygen (hvilket kan være vanskelig og kost-bart) eller kunne tåle forholdene (f.eks. ved at den er en valgfri anaerob bakterie). [Bakterier kan generelt inndeles i tre kategorier etter deres evne til å utnytte og tåle oxygen: (1) nødtvungent aerobe bakterier, som krever molekylært oxygen for å kunne vokse, (2) nødtvungent anaerobe bakterier, for hvilke molekylært oxygen virker toksisk og (3) faktultativt anaerobe bakterier, som kan vokse både i nærvær av og i fravær av atmosfærisk oxygen. Blant bakteriene i de tre kategorier synes faktultativt anaerobe bakterier å være de best egnede kandidater for MEOR, da de er i stand til å overleve mens de utsettes for luft under lagring og injeksjon, samtidig som de har evne til å vokse godt under anaerobe betingelser. ]

Den viktigste bestanddel, dvs. bakteriene, må av og til velges for de helt bestemte betingelser som råder i et reservoir. Også næringsoppløsningen vil måtte tilpasses både bakteriene og reservoiret i hvilket den vil bli injisert. Alle disse forhold må taes hensyn til i en totalvurdering

for at man skal kunne oppnå det ønskelige resultat ved tetting av formasjonens tyvsoner.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det nå en fremgangsmåte for å oppnå forbedret oljeutvinning ved å forbedre sveipeeffektiviteten av en vannflømming gjennom et oljeproduserende reservoar som har soner med relativt stor gjennomtrengelighet og inneholder stedegent saltvann, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at man: tilbereder en suspensjon av bakteriesporer og/eller -celler av en biologisk ren stamme av Bacillus licheniformis, NRRL nr. B-18178, og/eller av en biologisk ren stamme av Bacillus licheniformis. NRRL nr. B-18179,

injiserer suspensjonen i et oljeproduserende reservoar hvor sporene og/eller cellene kan plassere seg i soner med relativt stor gjennomtrengelighet,

bringer sporene og/eller cellene i kontakt med en næringsoppløsning for å bringe dem til å tette sonene med relativt stor gjennomtrengelighet, hvilken næringsoppløsning inneholder polyfosfat som kilde for fosfatnæringsmedium, og

fører et flømmemiddel inn i sonene med stor gjennomtrengelighet etter at sporene og cellene har forårsaket tetting av sonene, slik at flømmemidlet kan skyve ut olje som befinner seg i reservoaret.

Med den foreliggende mikrobielle fremgangsmåte forbedres sveipeeffektiviteten mer effektivt enn det vanligvis er mulig med injisert polymer eller med de tidligere kjente fremgangsmåter hvor det utnyttes mikroorganismer. Det er nu blitt isolert stammer av bakterier fra saltoppløsningssedimenter som er halogentolerante (i stand til å leve i et miljø med moderat saltgehalt), sporedannende, thermotolerante (i stand til å leve innenfor et bredt temperaturområde), biopolymerdannende, fakultativt anaerobe bakterier, hvilket vil si at de kan vokse og danne en viskøs biopolymer inne i et petroleumreservoir. Når sporer av disse bakterier, som er blitt forbehandlet i henhold til de her beskrevne nye teknikker, injiseres sammen med den spesielt sammensatte næringsoppløsning som her beskrives, trenger de selektivt inn i soner med større gjennomtrengelighet. Etter sporedannelse og vekst gir deres biomasse og eksopolymeren (den polymer som utsondres til cellens utside) som dannes in situ, den ønskede profilmodifisering. Effektiviteten er bedre enn for injiserte polymerer, fordi den ikke-viskøse sporesuspensjon har bedre inntrengningsevne, og fordi kjemi-kaliene koster en tiendedel av polymerene. Da polymeren dannes in situ, skjer det ingen nedbrytning under lagring eller som følge av innvirkningen av skjærkrefter under injeksjonen.

Med de nye teknikker som nu er utviklet for sporedannelse, injeksjon, utformning av medium og tverrbindingsmiddel og avlevering av tverrbindingsmidlet overvinnes problemer med hensyn til injiserbarhet, utfeining og regulering som har vært forbundet med de tidligere kjente metoder, og teknikken blir anvendbar og praktisk. Fig. 1 viser et eksempel på en kontinuerlig MEOR-test-enhet. Fig. 2 viser trykkresponsen for kumulativ tilsetning av næringsmedium på voksende celler i en kjerne.

MEOR krever bruk av halogentolerante, faktultativt anaerobe bakterier, da det stedegne vann på de fleste olje-felter er saltholdig og ikke har noen oxygenspenning. Cellene må være thermofile (i stand til å vokse ved temperaturer over 5°C) eller "thermotolerante" (i stand til å vokse innenfor

et bredt temperaturområde innbefattende 40-55°C og å overleve utsettelse for temperaturer over 55°C), da petroleumreservoi-rer som oftest holder temperaturer innenfor dette temperaturområde. Cellene (eller sporer fra cellene) må ha liten størrelse og må være mobile (eller motile) slik at de kan trenge langt inn i den porøse bergart. De må ikke være kre-vende med hensyn til arten av næringsmedium, da laboratorie-dyrkningsmedier vil være altfor kostbare for bruk på et olje-felt, hvor det injiseres meget store volumer. Cellene må være i stand til å vokse og å danne det ønskede produkt under in-situ-betingelser med hensyn til pH, temperatur, tungmetall-

ionekonsentrasjon, osv. Skjønt enkelte oljeførende formasjoner er for varme, ugjennomtrengelige eller på annen måte ubeboelige for mikrober, finnes det mange innenfor et temperaturområde på 20-80°C som tillater tilstedeværelse og vekst av mikrober. Mikrober som benyttes for MEOR, må også være ikke-sykdomsfremkallende, og de må ikke danne dyre-eller plantetoksiner, da de kan komme til å bli injisert nær vannførende formasjonslag som tjener som vanntilførsels-kilde.

Skjønt mange mikrober er i stand til å utnytte hydrocarboner som eneste carbon- og energikilde, er alle kjente arter som er i stand til dette, aerobe mikrober, som krever molekylært oxygen for det innledende angrep på hydrocarboner. Dersom faktultativt anaerobe mikrober benyttes for MEOR, må det tilføres carbonkilder som ikke er av petroleum-opprinnelse. Med mindre det kan skapes hydrocarbonutnyttende anaerobe mikrober gjennom recombinante DNA-teknikker, må det være tilstede tilstrekkelige mengder metaboliserbare bestanddeler som ikke er hydrocarboner, i petroleumen. Egnede carbonsubstrater er billige carbohydrater, som f.eks. molasser og myse og eventuelt billige syntetiske produkter som f.eks. methanol. Nitrogen, fosfor og andre næringsmedier må også tilføres, dersom disse ikke er tilstede i carbonsub-stratet eller i bergarten. Næringsmidlene må tilføres på det ønskede tidspunkt da mikrobiell aktivitet ønskes, og tap eller absorpsjon av næringsmedier vil innebære økonomiske tap.

Faktultativt anaerobe, halogenofile eller halogentolerante, thermotolerante bakterier kan anvendes for å oppnå profilmodifisering gjennom dannelse av eksopolymer og/eller vekst av celler inne i meget gjennomtrengelige bergarter, slik at bergartenes gjennomtrengelighet reduseres. Eksopolymeren danner i bergartens porer en uoppløselig masse som er motstandsdyktig mot bionedbrytning, nedbrytning som følge av skjærkrefter og thermisk nedbrytning. Ioniske tyerrbindingsmidler eller andre tverrbindingsmidler blir fortrinnsvis benyttet for å forbedre polymerens stabilitet in situ. Da imidlertid polymeren dannes in situ og ikke injiseres fra overflaten (i hvilket tilfelle vannoppløse-lighet er vesentlig), utgjør slike tverrbindingsmidler et valgfritt trekk ved oppfinnelsen.

Sporene som injiseres, er tilstrekkelig små til at

de kan trenge inn i soner med stor gjennomtrengelighet, men ikke i de oljeførende soner med liten gjennomtrengelighet. Sporene fremstilles ved dyrking av cellene i et sporedannende medium, slik at det fåes en sporekonsentrasjon på 10 9 sporer/ml. Den erholdte sporesuspensjon er stabil i lang tid og forbehandles (ved aldring, lysozym-behandling eller annen enzymbehandling) og filtreres for å fjerne cellerester og forbedre injiserbarheten. Sporesuspensjonen kan fortynnes i forholdet 1:1000 med næringsmedium eller saltoppløsning før injiseringen, slik at den injiserte sporekonsentrasjon blir på ca. 10 /ml.

Bakteriene

De utvalgte bakterier er blitt beskrevet i US

søknad EI-34A, som innlemmes heri ved henvisning. De utgjø-res av to stammer av Bacillus licheniformis (dubbet SLS-1 NRRL nr. B-18179 og Salton-1, NRRL nr. B-18178) og oppviser de følgende karakteristika: motilitet, fakultativ anaero-biase, eksopolymerdannelse, sporedannelse, thermotoleranse og halogentoleranse. De vil endre profilen for et petroleumreservoir som følge av sin egen masse og massen av deres eksopolymer, når de anbringes i soner med stor gjennomtrengelighet. Da de er motile, kan bakteriene trenge ytterligere inn i den gjennomtrengelige sone.

Biopolymeren kan dannes i større mengder, dersom en av de følgende bestanddeler eller en blanding av slike tilsettes direkte til dyrkningsmediet: fosfat i form av tripolyfosfat, sitronsyre, Al+ (som aluminiumcitrat) eller ammoniumnitrat. Polyfosfat er en viktig bestanddel av det foretrukne medium, i form av et salt som f.eks. natrium-, kalium- eller ammonium-tripolyfosfat.

KONTINUERLIGE KJERNETESTER I BENKSKALA

Automatisert kjerneprøveapparat

En automatisert laboratorieenhe/t i benkskala ble dre-vet kontinuerlig for kjerne-2-testing og testing i sammenpakket søyle for å teste gjennomførligheten av denne MEOR-me-tode. Et forenklet strømningsskjema for enheter er vist på fig. 1. Seks kjerneeksperimenter kan utføres samtidig og uavhengig av hverandre. Olje 4 og saltoppløsning 6, bakterier og næringsmedier 8 ble tilført gjennom separate mate-pumpesystemer (olje ble pumpet gjennom pumpe 10, og salt-oppløsning, bakterier og næringsmedier ble pumpet gjennom pumpe 12). Steril saltoppløsning 6, bakterieceller (eller

-sporer) og næringsmedier 8 ble pumpet gjennom en rørled-ning med utvendig diameter 3,175 mm under anvendelse av en Milton Roy pumpe eller peristaltisk pumpe 12. For å opp-rettholde anaerobe betingelser ble en liten nitrogenstrøm innført i hver av beholderne 6 og 8. Tilførselshastigheten er normalt, avhengig av de forhåndsbestemte forsøksbetingel-ser, i området 0,03-1,0 ml/min. Dette tilsvarer på feltet en tilførselshastighet på 0,091-3,35 lineære meter pr. dag. For temperaturregulering ble samtlige kjerner 2 anbragt i

en inkubator 14 som holdt konstant temperatur. Alle forsøk

ble utført ved 40°C. Trykkdifferanser ble registrert ved bruk av transduktorer 16 utstyrt med egnede membraner. I de fleste forsøk ble trykkuttak 18 anordnet med bestemte mellomrom langs kjernen 2. Dette ble foretatt ved at man boret et hull med utvendig diameter 3,175 ml i og gjennom harpiksen og epoxy-laget (på overflaten av kjernen 2) og inn i sandstenen i kjernen 2, slik at fluid som ble overført gjennom kjernen 2, strøn met ut av hullet. Hullene i harpiksen ble forsynt med gjenge-tapp og gjenget og forsynt med gyrolåskoblinger. Nylonrør ble så ført fra disse koblinger til en trykktransduktor. Trykk signalene ble bearbeidet og omdannet til et digitalt signal ved hjelp av en signaldemodulator 20. Kalibrering av trans-duktorene 16 ble foretatt ved anvendelse av et forhåndsinn-stilt nitrogenkalibreringstrykk. En computer 22 overvåket

kontinuerlig kjernetrykket og andre avleste verdier (og skrev dem ut hvert 30. minutt samt logget dem inn på hard copy eller diskett). Utskriften ga et tid-trykk-diagram, slik at trykkdifferansene kunne følges for hver kjerne 2 i hele dens lengde. Dette muliggjorte en nøyaktig innsamling av trykkmå-linger for hvert kjerneeksperiment, uavhengig av de øvrige,

i hele den tid eksperimentet varte. Strømningshastighetene ble målt både ut fra tid-pumpetilførselshastigheter og ut fra oppsamlingshastighetene for avløp. Disse hastigheter ble målt kontinuerlig. Avløpsprøvene ble oppsamlet kontinuerlig ved bruk av en fraksjonsoppsamler 24.

KJERNEFREMSTILLING

Berea sandstenskjerner, skaffet fra Cleveland Qarries (Amherst, Ohio), hadde en diameter på 50,8 mm og ble levert som sylindere av spesifisert lengde og gjennomtrengelighet.

En spesifisert kjerne belegges med epoxy og støpes i en har-piksform. Etter kutting av kjernen til en gitt lengde og pla-ning av endene ble kjernen anbragt i en kjerneholder, slik at den ble festet til strømningsapparatet, hvoretter den ble vakuum-mettet med saltoppløsning for nøyaktig bestemmelse av porevolumet. En kjerne som var mettet med olje og saltopp-løsning, ble fremstilt ved pumping av flere porevolumer salt-oppløsning, etterfulgt av tilsetning av flere porevolumer råolje til ikke-reduserbar vannmetning. Saltoppløsning ble så pumpet gjennom kjernen, inntil det ikke lenger ble iakttatt olje i avløpet. På dette tidspunkt ble den innledende gjennomtrengelighet for saltoppløsning bestemt. I de fleste av forsøkene ble rørledninger, armatur og ventiler desinfisert og deretter fullstendig gjennomspylt med steril saltoppløsning før hver oppstarting. Beregninger av % porøsitet og % porevolum oljemetning ble likeledes bestemt før oppstarting av hvert kjerneeksperiment.

INJEKSJON AV CELLER OG NÆRINGSMEDIUM

Avhengig av formålet med et gitt forsøk kan en kjerne være oljemettet eller ikke. Rekkefølgen av tilsetninger ved et forsøk er som følger:

1. Injeksjon av saltoppløsning for å bestemme gjennomtrengeligheten. 2. Tilsetning av 0,3-1,0 porevolumer cellesuspensjon eller sporesuspensjon i en konsentrasjon av 10 celler pr. ml. 3. Tilsetning av 0,3-1,0 porevolumer spesifikt sammen-satt næringsoppløsning. Denne vil kunne tilsettes sammen med cellene (slik det er blitt vist). 4. Et tverrbindingsmiddel (Al<+3> eller Cr<+3>) vil også kunne tilsettes, enten som en vannspyling eller i kombinasjon med celler og/eller næringsmedium. Konsentrasjonen av tverrbindingsmidlet vil være ca. 1000 ppm. Et slikt tverrbindingsmiddel holdes fortrinnsvis i oppløst form med polyfosfatsalt.

5. Inkubering ("innlåsing") i 5-10 dager.

6. Tilsetning av saltoppløsning påbegynnes, eller

det tilsettes en andre porsjon næringsmedium og/eller tverrbindingsmiddel. På dette tidspunkt foretaes det også en kon-troll av nedsettelsen av gjennomtrengeligheten, og avløps-prøver analyseres for bestemmelse av konsentrasjonen av biopolymer.

7. Inkubering (gjentatt).

8. Eventuell gjentagelse av trinn 6 og 7.

9. Avsluttende tilsetning av saltoppløsning for å kontrollere at det er oppnådd varig nedsettelse av gjennomtrengeligheten .

OVERVÅKING AV YDELSEN UNDER KJERNEFORSØK

Cellevekst sammen med biopolymerproduksjon for å få

en forbedret og mer varig nedsettelse av gjennomtrengeligheten er det egentlige mål med den foreliggende MEOR-prosess. Overvåking av graden av vekst og produksjon under et pågående kjerneforsøk kan gjennomføres på en nøyaktig måte ved at man registrerer oppbyggingen av gasstrykk etter hvert som cellene vokser, beregner og evaluerer trykkgradienter og foretar beregninger av den totale gjennomtrengelighet (under pumping) under på hverandre følgende tilsetninger, og ved at det foretaes analyser av uttatte avløpsprøver, dvs. foretar cellepla-tetellinger, bestemmer biopolymerkonsentrasjonen og måler

restkonsentrasjonen av sucrose (den oftest benyttede carbon-kilde), osv. Flere forsøk i demonstrasjonsøyemed ble fullført ved bruk av denne grunnleggende apparatur.

Eksempel 1 ( Utnyttelse av næringsmedium)

Fig. 2 viser trykkresponsen på kumulativ tilsetning

av næringsmedium på voksende celler i kjernen. Tidligere tilsatte celler (tilsatt kjernen) ble tilført fire separate por-sjoner næringsmedium med ca. 5 dagers inkubering mellom hver tilsetning. Separate kurver er vist for trykkresponsen ved: 1) kjernens inntak, 2) 30% av kjernens lengde målt fra inn-løpet og 3) 70% av kjernens lengde målt fra innløpet. Som vist øker trykkresponsen som funksjon av tiden som en følge av trinnvis tilsetning av næringsmedium til de til kjernen tidligere tilsatte celler. Økningen i statisk trykk under inkubasjonen skyldes cellegassproduksjon (CC^), mens økningen i dynamisk trykk (pumping) med hver injeksjon skyldes akku-muleringen av cellemasse/biopolymer i kjernen i hele dennes lengde. Det har gjentatte ganger vist seg at når antallet celler i kjerneavløpet og utnyttelsen av sucrose i næringsmediet øker, oppnåes en ønsket reduksjon i kjernens gjennomtrengelighet (slik det her er vist, dvs. en reduksjon fra 367 millidarcy eller md til 58 md).

Eksempel 2 ( Transport over lang avstand)

For å bekrefte tilstedeværelsen av biopolymer dannet

in situ i lange avstander fra injeksjonsstedet ble et 12,2

m langt "tynnrør" (knust sandsten) av sammenpakket Berea sandsten klartgjort med trykktransduktorer og prøvetagningsåpnin-ger med 3,05 m mellomrom. Tynnrørets innledende gjennomtrengelighet for saltoppløsning (76 ml porevolumer) var på 6,7 d (6700 md), og etter tilførsel av 2,3 porevolumer (forkortet til PV) 6 x 10^ celler pr. ml med en hastighet på 0,11 ml/min (24,4 m/dag) i 17 timer ga prøvetagningsåpningen i enden av røret (etter 12,2 m), 10 <4>celler pr. ml med celler som var identiske med de tilførte celler, og 113 ppm biopolymer som disse celler hadde produsert. Etter hvert som tiden gikk og påfølgende tilsetninger fant sted, ble den totale gjennom-

trengelighet redusert til 0,4 d (400 md), og biopolymerkonsentrasjonen i avløpet ved enden av tynnrøret ble målt til 1222 ppm.

Dette forsøk gjorde det mulig å måle polymerproduksjon-penetreringen og -adsorpsjonen over en lang avstand svarende til en "tyvsone" i formasjonen. Resultatene viser at cellene og deretter produsert biopolymer trengte fullstendig igjen-

nom til enden av røret, hvilket viser effektiviteten av MEOR-teknikken. At total "gjentetting" av tynnrøret ble oppnådd be-kreftes ytterligere av de følgende kjensgjerninger:

1. Gjennom hele forsøksforløpet måtte tilførselspum-pens leveringshastighet reduseres. Den progressivt langsom-mere hastighet var nødvendig for å holde trykket under utsty-rets trykkbegrensninger. Trykkoppbyggingen og den lavere til-førselshastighet viser effektiviteten av oppbygningen av biopolymer gjennom hele lengden av tynnrøret. 2. Reduksjonen av gjennomtrengeligheten over den totale lengde av tynnrøret var 94%.

3. Det fant sted betydelige økninger i hastigheten

med hvilken trykkdifferansene endret seg under forløpet av forsøket.

4. I forsøket med "tynnrør" ble prøver av produktet

tatt ut på bestemte tidspunkter og steder langs den sammen-pakkede kjerne under forsøket. Den 12,2 m lange Berea-pakkede søyle var utstyrt med både transduktorer og prøveuttagnings-åpninger ved innløpet og for hver påfølgende 3,0 m.

Disse resultater viser at nedsettelsen av den totale gjennomtrengelighet fortsetter å øke på grunn av økningen av mengden av in situ dannet biopolymer i hele det 12,2 m lange tynnrørs lengde. Ved at man kontinuerlig overvåket trykkresponsen og konsentrasjonen av biopolymer ved prøvetagnings-åpningene hadde man til enhvert tid en god oversikt over for-søkets forløp (med hensyn til nedsettelse av gjennomtrengeligheten ) .

Dette forsøk viste også at Salton-bakteriecellene vil transporteres gjennom en Berea-kjerne med stor gjennomtrengelighet i en rimelig stor konsentrasjon for oppnåelse av en effektiv prosess.

FORSØK MED CELLE- OG SPOREPENETRERING

Eksempel 3 ( Celleinjeksjonsfase)

Et cellepenetreringsforsøk hvor det ble benyttet en moderat gjennomtrengelig Berea sandstenskjerne (146 md; lengde 9 cm) og en meget gjennomtrengelig kjerne (1361 md; lengde 9 cm), ble utført for å måle cellesuspensjonens strømnings-egenskaper. Tre porevolumer med 4x10 celler pr. ml ble til-ført hver kjerne. Det ble oppnådd god tilbakeholdelse av cellene på sandstenen i hver kjene. Således ble praktisk talt 100% av de injiserte celler tilbakeholdt i de "respektive kjerner.

Et andre cellevandringsforsøk ble utført under anvendelse av en Berea-kjerne av lengde 9 cm og diameter 5 cm for å fremskaffe mer informasjon om Salton-cellens penetrerings-evne. Også i dette tilfelle ble størsteparten av cellene tilbakeholdt i kjernen. Den følgende materialbalanse ble bereg-net :

Total væskegjenvinning = 99,4%

Totalt antall vegetative celler tellet i tilfør-

selen = 1,06 x 10 gceller pr. ml

Total mengde tellede gjenvundne celler

5

= 3,06 x 10 celler pr. ml.

Dette viste at mer enn 99% av cellene i tilførselen ble tilbakeholdt på kjernen. Av disse to forsøk ble det klart at sporer og ikke celler bør være den partikkel som trenger inn i og vandrer gjennom sandstenen. Cellene synes å være for store og/eller å klebe til kjernematerialet, og de er ikke i stand til å bevege seg noen betydelig avstand gjennom nett-verket av porer i bergarten.

Eksempel 4 ( Forbehandling av sporer)

Når celler av Bacillus-bakterier bringes til å danne sporer, vil en undersøkelse av friske sporer i mikroskop av-sløre små, optisk brytende sporer pluss en betydelig mengde vedheftende cellerester. Da slike "friske" sporer ble fortyn-net til ca. 10 sporer pr. ml og injisert i en Berea-kjerne med en gjennomtrengelighet på 1000 md, ble det oppnådd en dårlig injiserbarhet med nesten umiddelbar tilstopping av innløpsflaten. En visuell undersøkelse avslørte en film av klebrig proteinholdig materiale på kjernens innløpsflate.

Den konsentrerte sporesuspensjon ble så behandlet ved tilsetning av én mg/ml lysozyme ved 40°C i 2 timer. Sporene ble så filtrert gjennom Whatman-papir nr. 1. En undersøkelse i mikroskop viste at det tidligere vedheftende materiale ikke lenger var tilstede. Påfølgende injeksjon av disse behandlede sporer inn i en kjerne ga god injiserbarhet uten oppbygging av noe innløpsflatetilstoppende lag.

Det viste seg senere at aldring av en frisk sporesuspensjon i mer enn 2 måneder har en gunstig virkning lik den som kan oppnåes med lysozyme i løpet av noen få timer.

Eksempel 5 ( sporeinjeksjon)

Sporers transportegenskaper og adsorpsjons- og desorp-sjonsegenskaper ble undersøkt i en kjerne med stor gjennomtrengelighet og en kjerne med liten gjennomtrengelighet. For-behandlede sporer ble i en konsentrasjonen på 10 7 sporer pr. ml injisert i hver kjerne i 23,33 timer. Kjernen med liten gjennomtrengelighet mottok 18,1 porevolumer (PV) sporer og deretter den samme mengde saltoppløsning. Kjernen med stor gjennomtrengelighet mottok 8,5 PV sporer og deretter den samme mengde saltoppløsning.

Trykkfallsdataene for kjernen med stor gjennomtrengelighet viste at sporene trengte hurtigere inn i kjernen med liten gjennomtrengelighet. Etter fullføring av materialbalan-sen for kjernen med stor gjennomtrengelighet ble de følgende konklusjoner trukket: 1. Gjennombrytning av injiserte sporer i avløpet fra kjernen fant sted ved 0,5 PV, hvilket er et mål for det "util-gjengelige porevolum" for sporetransport.

2. I løpet av forsøket øket sporekonsentrasjonen i

2 6

avløpet fra 4 x 10 til 1,8 x 10 sporer pr. ml.

3. 95% av de injiserte sporer ble tilbakeholdt av kjernen med stor gjennomtrengelighet, selv etter vidtående spyling med saltoppløsning. En ubetydelig konsentrasjon av sporer ble påvist i avløpet fra kjernen med liten gjennomtrengelighet under injiseringen og under påfølgende spyling med saltoppløsning.

Betydelig nedsettelse av den totale gjennomtrengelighet ble iakttatt for begge kjerner, men trykkfallsdataene indike-rer en viss akkumulering av sporer i frontpartiet av hver

kjerne.

Eksempel 6 ( Sporeinjeksjon)

Ved bruk av metoden ute på feltet vil store volumer fluider passere gjennom brønnhullets overflate, hvor even-tuelle overflatetilstoppingsmekanismer vil volde problemer.

En Salton sporesuspensjon (konsentrasjon = 1,3 x 10 sporer pr. ml) ble injisert inn i en Berea-kjerne med lite tverrsnitt og liten permeabilitet (141 md) med en hastighet på 1 PV/h på to forskjellige måter, nemlig med kontinuerlig resirkulering og med én enkelt gjennomgang.

Resultatene som er angitt i tabell 2, viser gjennom-trengelighetsberegningene for forsøkene med én enkelt gjennomgang og med resirkulering. Det ble videre iakttatt at ingen sporer fra tilførselen ble påvist i det avløp som ble resirku-lert• Det kan trygt antaes at i løpet av de 365 timer med resirkulering forble 337 PV sporer, dvs. praktisk talt 100% av sporene, tilbakeholdt på kjernen. En inngående undersøkelse av trykkfallsdataene langs kjernen viste også at den over-veiende fraksjon av tilførselen befant seg i kjernens front-parti. Dette er nesten helt sikkert årsaken til nedsettelsen av gjennomtrengeligheten på 6% etter at 337 PV var blitt resirkulert .

Den samme kjerne ble så benyttet ved et forsøk hvor det ble foretatt én enkelt gjennomgang, idet det kontinuerlig ble injisert 184 PV av en tilførsel med 1,35 x 10 sporer pr. ml. Heller ikke i dette tilfelle ble det påvist sporer i avløpet. Etter at 184 PV var blitt tilsatt ved denne utfø-relse med én enkelt gjennomgang, og 337 PV ved utførelsen med resirkulering (521 PV tilført totalt), ble det målt en nedsettelse av gjennomtrengeligheten på 22%. Etter tilførsel av mer enn 500 PV av sporesuspensjonen var det ingen tegn til noen tilstopping av innløpsflaten, idet det bare ble målt en trykkendring ved kjernens innløpsflate på +2,07 kPa.

Eksempel 7 ( Tilbakeholdelse av sporer)

Sporer ble injisert ved utførelsesformen med én enkelt gjennomgang i en Berea-kjerne med relativt stor innledende gjennomtrengelighet for saltoppløsning (ca. 2100 md). De vik-tigeste kjerneparametere er oppført nedenfor:

Kjernelengde = 10,85 cm

Diameter = 5,04 cm

Porevolum = 4 9,7 ml

Bare to trykktransduktorer, nemlig ved innløpet og ved utlø-pet, ble festet til kjernen. 145 PV sporer ble injisert (midlere kons. = 1,9 x 10 sporer pr. ml) i kjernen i løpet av et tidsrom av 339 timer, med en midlere tilførselshastighet på 0,36 ml/min. Resultatene viser at gjennomtrengning av sporer (2,5 x 10 <2>sporer pr. ml) fant sted etter 20,7 ml (0,42 PV), og at konsentrasjonen av sporer fortsatte å øke under pumpingen til en konsentrasjon i avløpet på 5,6 x 10^ sporer pr. ml på det tidspunkt da forsøket ble avsluttet. En nøyaktig materialbalanse ble fullført for dette forsøk, hvilken var som følger: Totalt antall tilførte sporer (145 PV) = 1,43 x 10<10 >Totalt antall gjenvundne sporer (avløp) = 5,73 x 10o Gjenvundne sporer = 4%

Sporer tilbakeholdt i kjernen = 96%

Dette resultat viser at mesteparten av sporene tilbakeholdes av kjernen etter tilførsel av 145 PV. Gjennomtrengeligheten har fortsatt å avta gjennom hele forsøkets varighet fra ca. 2100 md ved forsøkets start til 60 md ved forsøkets avslutning. Ingen tilstopping av kjernens innløpsflate ble iakttatt. Injeksjonshastigheten avtok bare 13%, og injeksjons-trykket avtok med mindre enn 6,9 kPa.

Det er blitt vist eksperimentelt at celler og sporer under betingelsene ved den foreliggende oppfinnelse lett kan trenge inn i Berea kjernemateriale. Disse betingelser er: 1) Bruk av utvalgte bakterier, som f.eks. de her beskrevne SLS og Salton-1 stammer som danner små, kompakte sporer og motile celler. 2) Forbehandling av sporene med et proteolytisk enzym, som f.eks. lysozyme (eller med autogene proteaser dannet under lengre tids aldring av sporer) for å fjerne vedheftende cellerester og klebrige proteiner. 3) Bruk av polyfosfationer i næringsoppløsningen, hvilke chelaterer og hindrer utfelning med ioner som er tilstede i den stedegne saltoppløsning, som f.eks. kalsium- og magne-siumioner.

I eksemplene kunne celler og viskøs biopolymer påvises i kjernen i hele dennes lengde. Da det ved forsøket ble benyttet en kjerne med stor gjennomtrengelighet, kan man med sik-kerhet si at feltets "tyvsoner" kan endres på tilfredsstil-lende måte ved hjelp av denne fremgangsmåte med mikrobiell profilmodifisering. Ikke i noe forsøk hvor de foreliggende foretrukne prosedyrer ble benyttet, fant det sted noen vesentlig tilplugging av innløpsflaten. Celler og sporer trengte lett inn i de respektive kjerner med liten eller stor gjennomtrengelighet. Dersom det foretaes kontinuerlig strømnings-målinger i kjerner med liten gjennomtrengelighet ved bruk av celler eller sporer, iakttaes gjennom trykkfalsdata liten eller ingen penetrering, men ingen tilstopping av innløps-flaten viser seg selv etter tilførsel av mange porevolumer næringsmedium eller resirkulert oppløsning. I motsetning her-til utvikles det ved forsøk med kontinuerlig injeksjon av sporer i kjerner med stor gjennomtrengelighet en sporekon-sentras jonsgradient (gjennom iakttagelse av trykkfallsdata), og det oppsamles en viss fraksjon (f.eks. 5%) tilførte sporer i avløpet etter en passende tid.

Den foreslåtte MEOR-prosess vil gi de nydannede celler tid til å vokse, formere seg og produsere biopolymer. Denne "inkuberingstid" er - dersom alle bestanddeler er blitt valgt med omhu - på mindre enn én uke. Det er blitt iakttatt en vesentlig dannelse av inkubasjonsgass i kjernen over hele dennes lengde, cellevekst med påfølgende biopolymerdannelse og en varig nedsettelse av gjennomtrengeligheten ved kontinuerlig spyling med saltoppløsning.

Graden av profilmodifisering som avstedkommes med den foreliggende fremgangsmåte, kan lett gjøres så lav som 65% nedsettelse av gjennomtrengeligheten og så høy som 95% nedsettelse av gjennomtrengeligheten. Graden av nedsettelse av-henger av flere faktorer, nemlig av gjennomtrengeligheten ved start, mengden av tilførte bakterier, inkuberingstiden og, selvsagt, riktig næringsmedium. Lettheten med hvilken gjennomtrengeligheten lar seg redusere, synes å øke ved bruk av kjerner med gjennomtrengelighet over 600 md, hvilket er ønskelig, fordi de "tyvsoner" som ønskes tilstoppet, er soner med stor gjennomtrengelighet. Det kan også være nødvendig med et visst nivå (konsentrasjon) av celler, før det dannes noen vesentlig mengde biopolymer og gjennomtrengeligheten reduseres.

Den første mengde injiserte celler kan virke som et "kondisjoneringsmiddel" for sandstenen, som gjør det mulig for ytterligere mengder tilførte sporer/celler å utføre sin oppgave, dvs. sporedannelse, reproduksjon og produksjon av bipolymer. Inkuberingstider på 5-10 dager muliggjør fullfø-ring av prosesstrinnene. Sammensetningen av næringsmediet og den tilførte mengde er "avgjørende" prosessbetingelser. Alle næringspreparater må optimaliseres for å maksimere produksjonen av biopolymer. Også når det foretaes mer enn én tilførsel av næringsmedium, kan det kreves mer enn én tilfør-sel av celler/sporer for å oppnå maksimal nedsettelse av gjennomtrengeligheten. Alternativt kan man oppnå profilmodifisering ved å injisere næringsoppløsningen i en injeksjons-brønn og sporene eller cellene eller blandinger derav i en nærliggende produksjonsbrønn eller omvendt. Dersom alle trinn er blitt utført slik at en betydelig profilmodisering er blitt oppnådd, vil nedsettelsen av gjennomtrengeligheten være mer varig og mer permanent overfor erosjon som følge av stadig vannflømming.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for å oppnå forbedret oljeutvinning ved å forbedre sveipeeffektiviteten av en vannflømming gjennom et oljeproduserende reservoar som har soner med relativt stor gjennomtrengelighet og inneholder stedegent saltvann, karakterisert ved at man: tilbereder en suspensjon av bakteriesporer og/eller -celler av en biologisk ren stamme av Bacillus licheniformis, NRRL nr. B-18178, og/eller av en biologisk ren stamme av Bacillus licheniformis, NRRL nr. B-18179, injiserer suspensjonen i et oljeproduserende reservoar hvor sporene og/eller cellene kan plassere seg i soner med relativt stor gjennomtrengelighet, bringer sporene og/eller cellene i kontakt med en næringsoppløsning for å bringe dem til å tette sonene med relativt stor gjennomtrengelighet, hvilken næringsoppløsning inneholder polyfosfat som kilde for fosfatnæringsmedium, og fører et flømmemiddel inn i sonene med stor gjennomtrengelighet etter at sporene og cellene har forårsaket tetting av sonene, slik at flømmemidlet kan skyve ut olje som befinner seg i reservoaret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det føres vann ned gjennom et borehull i det oljeproduserende reservoar, før bakteriesporene og/eller -cellene injiseres.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det føres vann inn i det oljeproduserende reservoar etter næringsoppløsningen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at næringsoppløsningen injiseres i en produksjonsbrønn og bakteriesporene og/eller - cellene injiseres i en nærliggende injeksjonsbrønn, eller at næringsoppløsningen injiseres i en injeksjonsbrønn og bakteriesporene og/eller -cellene injiseres i en nærliggende pro- duksj onsbrønn.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det anvendes sporer som er blitt forbehandlet med proteolytiske enzymer.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det anvendes sporer som er blitt aldret i suspensjon i minst én måned.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert ved at det injiseres en næringsoppløsning i de relativt sterkt gjennomtrengelige soner.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det injiseres en næringsoppløsning omfattende polyfosfat og et flerverdig tverrbindingsmiddel i de relativt sterkt gjennomtrengelige soner.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det anvendes et flerverdig tverrbindingsmiddel som er et ion valgt blant aluminium-, titan- og kromioner.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at det føres vann inn i de relativt sterkt gjennomtrengelige soner før bakteriesporene og/eller -cellene innføres.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at vann føres inn i de relativt sterkt gjennomtrengelige soner etter at næringsmediet er blitt innført.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at polyfosfatet også anvendes som chelateringsmiddel.