БИОЛОГИЯ BIOLOGY
DOI: 10.12731/wsd-2015-10.1-1 УДК 579.66:622.276
ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ГЕНЕРИРОВАНИЕ УРОБАКТЕРИЯМИ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫ
МОЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПЛАСТОВ ВЯЗКОЙ НЕФТИ
Гусева Ю.З., Алтунина Л.К., Овсянникова В.С., Сваровская Л.И.
Исследованы закономерности гидролиза карбамида в составе нефте-вытесняющей композиции под действием сообщества уробактерий, населяющих свекольную кожуру и навоз домашнего скота. Для эффективного гидролиза карбамида (до 95%) композиция НИНКА должна быть разбавлена в 5 раз. Физическое моделирование вытеснения вязкой нефти месторождения Цагаан-Элс (Монголия) показало, что под действием сообщества уробактерий свекольной кожуры прирост коэффициента нефтевытеснения составляет 23.8%, а под действием сообщества из навоза 19% (в контроле с 10 % НИНКА - 14.6%). Выделенные из свекольной кожуры штаммы идентифицированы как Staphylococcus succinus, Staphylococcus sciuri и Klebsiella, из навоза - Lysinibacillus sphaericus, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus, Bacillus aerophilus, Bacillus altitudinis.
Ключевые слова: вязкие нефти; увеличение нефтеотдачи; нефтевы-тесняющие композиции; гидролиз карбамида; уреаза; уробактерии; не-фтевытеснение.
ENZYMATIC GENERATION BY UROBACTERIA OF A BUFFER SYSTEM IN DETERGENT COMPOSITIONS FOR ENHANCED OIL RECOVERY FROM LOW-TEMPERATURE RESERVOIRS OF VISCOSITY OIL
Guseva Ju.Z., Altunina L.K., Ovsjannikova V.S., Svarovskaja L.I.
The regularities of carbamide hydrolysis of in the composition of oil-displacing system have been investigated under the influence of urobacteria community inhabiting beet skin and dung livestock. For effective carbamide hydrolysis (up to 95%) NINKA system must be diluted to 5 times. Physical simulation of the displacement of viscosity oil from Tsagaan-Els deposit (Mongolia) demonstrated that due to urobacteria community in beet skin oil displacement factor increased by 23.8%, while due to that in dung livestock it increased by 19% (in the control sample with 10% NINKA - 14.6%). Strains isolated from beet skin were identified as Staphylococcus succinus, Staphylococcus sciuri and Klebsiella, and those isolated from dung - Lysini-bacillus sphaericus, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus, Bacillus aerophilus and Bacillus altitudinis.
Keywords: viscosity oils; enhanced oil recovery; oil-displacing systems; carbamide hydrolysis; urease; urobacteria; oil displacement.
Введение
В последние десятилетия доля нефти и газа в топливно-энергетическом балансе России составляет три четверти потребляемой энергии - он по существу является нефтегазовым. ТЭК производит более 40% промышленной продукции страны, формирует до 55% доходов федерального бюджета и до 65% всех валютных поступлений [1].
Основным методом разработки нефтяных месторождений в России является заводнение, с его использованием добывается около 95% неф-
ти [2]. Так как доля вязких нефтей в структуре нефтяных запасов России и мира давно превысила 50%, то увеличение эффективности их добычи является актуальной задачей [3, 4, 5, 6]. Общепринятым методом разработки низкотемпературных пластов высоковязких нефтей является термическое воздействие на пласт, реализуемое в виде закачки горячей воды, пара, внутрипластового горения. Но затраты энергии с применением тепловых технологий эквивалентны трети энергии извлекаемой продукции [7,8]
Так как основной задачей термических методов является снижение вязкости добываемой нефти и повышение ее текучести, то этот эффект может быть достигнут за счет других воздействий, например, закачка в пласт углекислого газа, который, имея повышенную растворимость в нефти, также снижает ее вязкость. Кроме того, известны биотехнологии, основанные на сходном принципе: нагнетании в пласт бродильной микрофлоры и питания с целью внутрипластового синтеза углекислого газа и других продуктов, повышающих нефтеотдачу.
Коллективом Института химии нефти разработаны нефтевытесня-ющие композиции, на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) и аммиачной буферной системы [9,10]. Для высокотемпературных месторождений и повышения эффективности тепловых методов в состав композиций включен карбамид, продукты гидролиза которого выполняют разные функции: аммиак при растворении в пластовой воде образует щелочную буферную систему с рН 9-10, оптимальным для моющего действия ПАВ. Углекислый газ преимущественно растворяется в нефти, снижает ее вязкость и также способствует увеличению нефтеотдачи.
Кроме того, коллективом ИХН СО РАН предложено использовать ферментативный катализ карбамида для генерирования буферной системы нефтевытесняющих композиций при низких пластовых температурах в отсутствие теплового воздействия. [11].
Соответствующий фермент уреазу в природе вырабатывают некоторые растения (в основном, семейства бобовых) и микроорганизмы, вы-
деленные по этому признаку в группу уробактерий, в состав которой входят представители родов: Proteus, Azotobacter, Bacillus, Micrococcus, Pseudomonas и др. [12,13,14].
Целью данной работы было исследование видового состава уробактерий из разных источников и их уреазной активности в процессе гидролиза карбамида в составе нефтевытесняющей композиции, а также при вытеснении вязкой нефти из модели пласта.
Объекты и методы исследования
В качестве источников уробактерий исследована кожура свеклы и навоз домашнего скота. Численность уробактерий определяли посевом водных вытяжек образцов на агаризованную среду Лениса.
Гидролиз карбамида проводили в составе нефтевытесняющей композиции НИНКА0 разной концентрации с разными количествами исследуемых образцов. Порошки высушенной кожуры свеклы вводили в раствор в соотношении 3 г на 100 мл раствора, так как в больших количествах при набухании они затрудняют перемешивание.
Основной 50%-ный раствор нефтевытесняющих композиций ИХН-КА (НИНКА) содержит, % мас.: неионогенное ПАВ - 2.0-5.0; ионогенное ПАВ - 0-2.4; нитрат аммония - 14.2-16; карбамид - 28.4-32.0; минерализованная вода - 50.0. Начальный рН композиций - 6.5-6.8.
Ферментативный гидролиз контролировали по изменению концентрации карбамида и иона аммония в растворе, численности микроорганизмов и рН.
Изменение рН определяли на приборе рН-метр-милливольтметр марки 673. М.
Концентрацию карбамида определяли по формированию окрашенного комплекса с диацетилмонооксимом в присутствии тиосемикарбозида колориметрическим методом при 490 нм [15, 16].
Концентрацию иона аммония определяли также фотоколориметрическим методом с реактивом Несслера при длине волны 400 нм [17].
Видовое определение штаммов, выделенных со свекольной кожу-
ры, проводили в Новосибирском ЦКП «Секвенирование». ДНК выделяли при помощи набора «Медиген». Полученные последовательности сравнивали с последовательностями из баз данных nr Database NCBI [18, 19].
Штаммы, выделенные из помета животных, идентифицировали на кафедре физиологии растений и биотехнологии Томского Государственного Университета с помощью набора ZR Soil Microbe DNA Kit (Zimo Research, USA).
Для определения эффективности разрабатываемого метода проводили физическое моделирование вытеснения нефти. Тест-объектом послужила нефть месторождения Цагаан-Элс (Монголия), которую, согласно ГОСТ 39-195-86, вводили в пласт виде ее изовязкостной модели (с 30% керосина). Физико-химические свойства нефти и ее модели представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Физико-химические свойства нативной и изовязкостной модели нефти
месторождения Цагаан-Элс
Исследуемые параметры Нефть месторождения Цагаан-Элс
Нативная Изовязкостная модель
Плотность, г/м3при 40 °С 0.921 0.845
Вязкость, мПас при 40°С 544 8.84
Модель пласта представляла собой заполненные дизинтегрирован-ным керном стеклянные термостатируемые колонки с известной проницаемостью и поровым объемом. Последовательно прокачивая через модель пластовую воду, нефть и снова пластовую воду, моделировали обводненный истощенный пласт. Затем в модель вводили нефтевытес-няющий агент, модель перекрывали на 14 суток и термостатировали при 40 0С для размножения микрофлоры, гидролиза карбамида и десорбции нефти с пористой породы, после чего продолжали вытеснение пластовой водой до полной обводненности продукции на выходе. В вытесненной жидкости определяли содержание нефти, концентрацию карбамида, рН и численность микроорганизмов.
По объемам вытесненной нефти и воды рассчитывали следующие показатели для моделей:
Начальная нефтенасыщенность, % =
= Начальный объем нефти в модели (см3) 100 (%) Поровый объем модели (см3) Абсолютный коэффициент нефтевытеснения, % = = Кумулятивный выход нефти (см3) 100 (%) Начальный объем нефти в модели (см3) Относительный прирост коэффициента нефтевытеснения, % = = Кумулятивный выход нефти (см3) 100 (%) Объем нефти в модели до закачки композиции (см3) В качестве нефтевытесняющего агента в контрольной модели применяли 10%-ный раствор композиции НИНКА6.
Опыт проводили в двух вариантах: в композицию в качестве источника уробактерий вводили по 0.2 г/л свекольной кожуры или навоза крупного рогатого скота (КРС). Образцы вносили в высушенном и измельченном виде.
Вытесненную нефть из объединенных проб жидкости экстрагировали хлороформом в делительной воронке. Качественные и количественные изменения группового и углеводородного состава нефти, исследовали методами газожидкостной хроматографии (ГЖХ) и хроматомасс-спек-трометрии [20].
Результаты и обсуждение
В исследуемых образцах - навоза копытных и частях корнеплодов свеклы - определена высокая обсемененность уробактериями - миллиарды клеток на грамм сухого вещества. Одновременно определено присутствие фермента уреазы, активность которой достигала 8-17 мг ^ЫН4+ на 1 грамм образца за 1 час (таблица 2).
Закономерности гидролиза карбамида в растворах композиции ИХН-КА сухими образцами тканей свеклы, а также выделенной из свекольной кожуры культурой уробактерий, представлены на рисунке 1.
Таблица 2.
Численность микрофлоры и уреазная активность высушенного растительного сырья из разных частей корнеплода свеклы и навоза копытных животных
Источник микрофлоры Уреазная
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.