МИКРОБИОЛОГИЯ, 2013, том 82, № 2, с. 191-202
= ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ =
УДК 553.98+550.72:579.8.017.735(510)
МИКРООРГАНИЗМЫ КАРБОНАТНОЙ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ 302 РОМАШКИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ИХ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
© 2013 г. Т. Н. Назина*, Н. К. Павлова*, Ю. В. Татаркин*, Н. М. Шестакова*, Т. Л. Бабич*, Д. Ш. Соколова*, В. С. Ивойлов*, М. Р. Хисаметдинов**, Р. Р. Ибатуллин**, Т. П. Турова*,
С. С. Беляев*, М. В. Иванов*
*Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук, Москва **Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефти (ТатНИПИнефть), Бугульма
Поступила в редакцию 03.11.2012 г.
В статье приведены результаты изучения разнообразия, геохимической деятельности и биотехнологического потенциала микроорганизмов нефтяной залежи 302 в карбонатных отложениях Ромаш-кинского месторождения (Татарстан). Показано, что микробное сообщество залежи 302 практически лишено аэробных микроорганизмов. В пласте преобладали сульфатредуцирующие (103— 106кл/мл) и бродильные бактерии (102—105 кл/мл). Сульфатредукция являлась доминирующим процессом, ее скорость в исследованных пробах пластовой воды достигала 26.6 мкг 82-/(л ■ сут). Численность метаногенов и скорость метаногенеза в пластовой воде не превышали 104 кл/мл и 8.19 мкг СН4/(л ■ сут) соответственно. Методом анализа библиотеки клонов генов 168 рРНК в пластовой воде выявлены денитрифицирующие бактерии родов 8ы1/ипшопа$ и Ткаывга. Для разработки залежи 302 предложен метод повышения нефтеизвлечения, сочетающий стимуляцию роста бродильных бактерий и подавление роста сульфидогенов в нефтяном пласте. Жизнедеятельность бродильных бактерий нефтяного пласта активизируется традиционным методом посредством нагнетания в пласт через нагнетательные скважины раствора мелассы и минеральных солей азота и фосфора. Внесение нитратов в высокой концентрации будет способствовать активации роста денитрифицирующих бактерий, а также подавлению роста сульфидогенов и снижению содержания сероводорода в пластовой воде. Предлагаемая биотехнология является технологически простой и безопасной для окружающей среды.
Ключевые слова: карбонатные нефтяные пласты, бродильные бактерии, сульфатредукция, метаноге-нез, меласса, нитраты, МБОЯ.
DOI: 10.7868/S0026365613020122
В связи с интенсивной разработкой нефтяных месторождений с терригенными коллекторами и легкой кондиционной нефтью в составе остаточных запасов возрастает доля нефти, залегающей в карбонатных коллекторах. Существующие методы позволяют извлекать около половины геологических запасов нефти из терригенных нефтяных пластов, тогда как из карбонатных коллекторов извлекается не более 20% нефти [1—3].
Микроорганизмы способны образовывать нефтевытесняющие метаболиты, такие как полимеры, поверхностно-активные вещества, газы, органические кислоты и растворители. Активность микроорганизмов в нефтяных пластах может быть основана на биодеградации введенных питатель-
1 Автор для корреспонденции: (e-mail: nazina@inmi.host.ru).
ных веществ (типа мелассы) или на биодеградации части остаточной нефти в пласте [1—3].
Микробные технологии повышения нефтеотдачи (MEOR — microbial enhancement of oil recovery) применяются, в основном, на терригенных нефтяных пластах с легкой нефтью [1—3]. Актуальна разработка биотехнологий повышения нефтеизвлечения из карбонатных нефтяных пластов, характеризующихся сложными геологическими, петрофизическими и гидродинамическими условиями и высоковязкой сернистой нефтью [4].
Выбор биотехнологии повышения нефтеиз-влечения основывается на знании геохимической активности микроорганизмов и условий конкретного нефтяного пласта. Микроорганизмы карбонатных нефтяных пластов относительно мало изучены [5—8]. Выполнен ряд экспериментов по повышению нефтеизвлечения из карбонатных
коллекторов, основанного на нагнетании мелассы и сбраживающих ее смешанных или чистых культур бактерий родов Clostridium или Bacillus в пласт [1—4]. Микробное образование органических кислот и поверхностно-активных веществ из мелассы, вероятно, является наиболее важным механизмом для увеличения добычи нефти из карбонатных коллекторов. Привлекательным свойством карбонатов является то, что кислые продукты микробного метаболизма нейтрализуются карбонатной породой с образованием CO2 [2, 4, 9—13].
В период 1992—1994 гг. сотрудниками ИНМИ РАН, германскими исследователями VEBA OEL AG и специалистами ОАО "Татнефть" были проведены испытания биотехнологии повышения нефтеизвлечения на залежи 302 с карбонатными коллекторами Ромашкинского нефтяного месторождения [9—13]. В ходе испытаний были детально охарактеризованы физико-химические условия, численность микроорганизмов основных метаболических групп и скорости биогенных процессов в залежи [11—13]. Из залежи были выделены высокоактивные штаммы Clostridium ty-robutyricum, сбраживающие мелассу с образованием большого количества летучих кислот, низших спиртов, CO2 и H2 [9, 10]. В результате интродукции в пласт суспензии C. tyrobutyricum и мелассы было получено 4806 т дополнительной нефти, или 4.58 т дополнительно добытой нефти на 1 т закачанной мелассы [3, 13].
Продукты, образуемые бродильными бактериями из мелассы, использовались также суль-фатредуцирующими бактериями [13] с образованием сероводорода, вызывающего коррозию металлического нефтепромыслового оборудования и ухудшающего качество нефти.
Для борьбы с сульфатредуцирующими бактериями и снижения содержания сероводорода широко используется нагнетание нитрата, который стимулирует рост автотрофных нитратредуциру-ющих сульфидокисляющих бактерий и гетеротрофных нитратредуцирующих бактерий в пласте [3, 14—17]. Нитратредуцирующие бактерии являются основными конкурентами сульфатредуци-рующих бактерий за доступный субстрат. Такое "конкурентное исключение" обеспечивает основной механизм ингибирования сульфатредук-ции. Однако показано, что некоторые штаммы сульфатредуцирующих бактерий Desulfovibrio des-ulfuricans способны расти также за счет нитратре-дукции.
Для подавления роста прокариот на отдельных участках нефтяного пласта и химическое окисление сероводорода может использоваться также раствор H2O2 [18]. В экспериментах на терриген-ных нефтяных пластах использовали нагнетание раствора перекиси водорода вместо водно-воздушной смеси в качестве возможного акцептора
электронов для окисления углеводородов нефти [18]. Под воздействием микроорганизмов и химически Н202 разлагается в пласте с образованием молекулярного кислорода. Замена воздуха на раствор Н202 позволяет отказаться от применения компрессоров для подачи воздуха и использовать уже имеющееся оборудование нагнетательных станций (насосы) для нагнетания раствора Н202. Подтверждение положительного воздействия раствора Н202 на вытеснение нефти получено на терригенной нефтяной залежи Ганси (КНР) [18].
Целью настоящей работы было изучить геохимическую активность, биоразнообразие и биотехнологический потенциал микроорганизмов карбонатной нефтяной залежи 302 Ромашкинского нефтяного месторождения, и на основе полученных результатов предложить способ воздействия на пластовые микроорганизмы, сочетающий стимуляцию роста бродильных бактерий и подавление роста сульфидогенов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования была залежь 302 с карбонатными коллекторами Ромашкинского нефтяного месторождения (Татарстан). Залежь характеризуется сложными геологическими, петрофи-зическими и гидродинамическими условиями [3, 7, 9]. Нефтяной пласт расположен на глубине 493—515 м ниже уровня моря, имеет температуру 17—23°С. Нефть залежи — вязкая, смолистая, па-рафинистая и высокосернистая; состоит в основном из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Плотность нефти около 0.95 г/см3, вязкость — 83—85 мПа. Попутный газ содержит метан (9.5%), этан (31.8%), пропан (14.5%), бутаны (7.5%), пентаны (3%), гексан и высшие гомологи (0.9%), азот (29.8%), углекислоту (2.7%), сероводород (0.3%). Пластовая вода залежи относится к хлоркальциевому и хлормагни-евому типу, содержит высокие концентрации сульфатов и сероводорода, рН варьирует от 6.8 до 7.9. Залежь эксплуатируется с 1975 г. С 1981 г. для поддержания пластового давления осуществляется нагнетание в залежь пресной речной воды.
Пробы пластовой воды и нефти отбирали на устье добывающих скважин в стерильные герметично закрывающиеся бутыли. Посевы производили в день отбора проб. Пробы для определения химического состава пластовой воды хранили при 6°С.
Состав сред и условия культивирования микроорганизмов. Численность микроорганизмов основных физиологических групп определяли путем посева пластовой воды в жидкие среды методом десятикратных разведений в двух—четырех повтор-ностях. Для определения численности аэробных органотрофов использовали среду, содержащую
(г/л): бакто-триптон — 5.0, дрожжевой экстракт — 2.5, глюкозу - 1.0, NaCl - 10.0; pH 7.0-7.2. Для учета углеводородокисляющих бактерий использовали среду со смесью С10-С22 н-алканов (0.5-1 об. %) [11]. Среды для анаэробных бактерий готовили, используя анаэробную технику Хангейта. В качестве газовой фазы использовали очищенный от кислорода аргон или смесь H2 + CO2 для литоав-тотрофных метаногенов. Бродильные бактерии учитывали в среде с бакто-пептоном (4 г/л) и глюкозой (10 г/л); рост оценивали микроскопи-рованием посевов. Сульфатредуцирующие прокариоты анализировали по образованию H2S в конечных разведениях в морской среде с лакта-том натрия (4 г/л), восстановленной Na2S • 9H2O (0.2 г/л) [20]. Органотрофные денитрифицирующие бактерии выявляли по образованию молекулярного азота в модифицированной среде [6] с фенолом и нитратом, а также бензоатом и нитратом. Для обнаружения автотрофных бактерий, окисляющих сульфид в присутствии нитратов, использовали среду [21]. Метаногенов учитывали по образованию CH4 в конечных разведениях в средах с ацетатом (3.2 г/л) или H2 + CO2, дополненных дрожжевым экстрактом (0.5 г/л) и Na2S • ■ 9H2O (0.5 г/л) [22]. Во все среды для анаэробов вносили NaCl (10 г/л). Среды инокулировали пробами пластовой воды, используя шприцы. Посевы инкубировали при комнатной тем
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.