CC BY
40БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИЗУЧЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ НЕФТЕПЛАСТОВЫХ ВОД МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ЗАПАДНОГО КАЗАХСТАНА
1Ж.Б. Дарменкулова, 2Г.С.Зетбек, 3 А.А. Муратова
Казахстан, г. Алматы
1 Преподаватель Алматинского Технологического университета Казахстан, г. Алматы
2 Преподаватель Алматинского Технологического университета Казахстан, г. Алматы
3 Лектор Алматинского Технологического университета Казахстан, г. Алматы
STUDY OF MICROORGANISMS PETROLEUM STRATAL WATERS OF DEPOSITS OF WESTERN
KAZAKHSTAN
1Zh.B.Darmenkulova, 2G.S. Zetbek, 3 A. A. Muratova
Kazakhstan, Almaty
1 Teacher of Almaty Technological University, Kazakhstan, Almaty
2 Teacher of Almaty Technological University, Kazakhstan, Almaty
3 Lecturer of Almaty Technological University Kazakhstan
Аннотация. В научной работедана количественная и качественная микробиологическая характеристика образцов нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай»и «Кульсары». Показано, что аэробные микроорганизмы нефтепластовых вод месторождений Кульсары и Жетыбай имеют существенное экологическое значение для данных экосистем, т.к. многочисленны, а значит, проявляют активную жизнедеятельность - 25,1х106 кл/мл и 1,8х106кл/мл, соответственно, тогда как, количество анаэробных микроорганизмов в пробах «Жетыбай» - 0,38х105 КОЕ/мл, а в пробах «Кульсары» -значительно меньше - 0,5х102 КОЕ/мл.
Выявлены следующие группы микроорганизмов: спороносные микроорганизмы, микромицеты, псевдомонады, представители р. Bacillus однако, преобладающей группой микроорганизмов являются спороносные микроорганизмы - 2,3*103 КОЕ/мл («Кульсары») и 2,5х105± 0,12х105КОЕ/мл («Жетыбай»).
В ходе работ, из образцов нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай» и «Кульсары» выделеныи 18 и 15 культур микроорганизмов, соответственно. Выделенным культурам микроорганизмов дана макро-и микроморфологическая характеристика.
Abstract. In scientific work, quantitative and qualitative microbiological characteristics of water samples nepaprastai fields «Zhetybai» and «Kulsary». It is shown that the aerobic microorganisms nepaprastai water deposits in «Zhetybai»and «Kulsary»are of significant ecological importance for the ecosystems, because many, and so manifest an active life - 25,1х106 cells/ml and 1,8х106 cells/ml, respectively, whereas, the number of anaerobic microorganisms in samples of «Zhetybai»- 0,38х105 CFU/ml, and samples «Kulsary» - much smaller -0,5х102 CFU/ml.
Identified the following groups of organisms: the spore microorganisms, micromycetes, Pseudomonas, representatives of the Bacillus however, the predominant group of microorganisms are spore-bearing microorganisms and 2.3*103 CFU/ml («Kulsary») and 2,5х105± 0,12х105CFU/ml («Zhetybai»).
In the course of the work, from samples nepaprastai water deposits «Zhetibay»and «Kulsary» allocated 18 and 15 cultures of microorganisms, respectively. Selected cultures of microorganisms given macro and micromorphologically feature.
Ключевые слова: микроорганизмы, повышение нефтеотдачи, пластовые воды, поверхностно-активные вещества, индекс эмульгирования
Key words: microorganisms, enhanced oil recovery, produced water, surfactant, emulsification index
Введение
В настоящее время, нефтегазовая отрасль Казахстана является наиболее крупной, динамично развивающейся сферой, где стабильно обеспечивается прирост нефти и газа. Казахстан находится в одном ряду с богатейшими западными, арабскими и другими странами по объемам добычи нефти и газа и входит в число двадцати крупнейших мировых производителей, а по запасам углеводородов входит в десятку стран (Курбанбаев, 2011: 243).
Эффективность извлечения нефти из нефтеносных пластов современными, промышленно освоенными методами разработки во всех нефтедобывающих странах на сегодняшний день считается неудовлетворительной, при том, что потребление нефтепродуктов во всем мире растет из года в год. Средняя конечная нефтеотдача пластов по различным странам и регионам составляет от 25 до 40% (Lazar, 2007: 1353).
Как известно, Казахстан в настоящее время переживает период поздней стадии разработки. Добываемая на казахстанских месторождениях продукция достигла высокого уровня обводненности (80-
90 %), а объемы невыработанных запасов нефти, остающихся в недрах, составляют до 60-70 % (VanHamme, 2006: 52).
Кроме того, большинство месторождений в Казахстане характеризуются низкой проницаемостью, повышенной вязкостью нефти и сложным геологическим строением, то есть их запасы относятся к категории трудноизвлекаемых (Jimoh, 2012: 55 ).
Микробные сообщества нефтяных пластов относят к наиболее древним биоценозам Земли, погрузившимся вместе с органическими остатками и биогенными илами на большие глубины (Wildenschild, 2011: 425). Происшедшие из них органогенные породы являются тем материнским материалом, из которого возникает нефть (Hitzman, 1991: 11). Особенностью нефтяных пластов является незамкнутость функционирующих здесь циклов углерода и серы. Захороненное органическое вещество нефти при активизации водообмена в пластах, обусловленной геологическими процессами и техногенным воздействием, вновь вовлекается в биогеохимические циклы (Aeckersberg, 1991: 5).
Таким образом, решение задачи разработки новых технологий, позволяющих значительно увеличить нефтеотдачу уже разрабатываемых пластов, на которых традиционными методами извлечь значительные остаточные запасы нефти уже невозможно, является актуальной.
Цель данного этапа исследований является - выделение и отбор штаммов микроорганизмов, устойчивых к экстремальным условиям нефтепласта.
Материалы и методы исследования
В качестве материалов исследования использовали пробы воды нефтепластов нефтяных месторождений «Жетыбай» и «Кульсары»:
1. «Ж», скважина № 4726, 5Б горизонт, глубина залегания 1900 м, 15,5 мПА, 57 С («Жетыбай»);
2. «К», скважина № 216,11-альт-неоком горизонт, глубина залегания 250 метр, давление в пласте составляет 13Мпа, 47°С («К^лсары»).
Пробы вод нефтепластов были отобраны пробоотборником в пластиковые бутыли в количестве 1500 мл с глубины 250 м («Кульсары») и 1900 м («Жетибай») 29 апреля 2015 г. Образцы вод нефтепластов транспортировались в условиях +40-+60 С, в течение 5 часов, затем проводились химический и микробиологический анализ образцов.
В работе использовались традиционные микробиологические методы исследование микроорганизмов: определение общего числа микроорганизмов аэробных и анаэробных универсальной среде, (модификация метода Коха), приготовление микробиологических препаратов (Jaysree, 2011: 1427).
Для определения различных физиологических групп микроорганизмов используют специальные и элективные среды: Сабуро, Pseudomonas Isolation Agar, EndoAgar , Bacillus cereus Agar Base.Физиологическая группа микроорганизмов - это объединение микроорганизмов в одну группу по одному физиологическому признаку, но они могут иметь различное происхождение (Zobell, 1953: 123). Питательная среда Сабуро - используется для выращивания дрожжей и грибов (Khire, 1994:170). Также данная питательная среда используется для культивирования микроорганизмов и актиномицетов использующих минеральную форму азота (Новошинский, 2006: 98).
Аэробные и анаэробные микроорганизмы культивировались в различных условиях: аэробы - в стационарных условиях на МПА при температуре 30° С в течении 24-48 часов; анаэробы -приборе предназначеном для культивирования облигатных анаэробов и микроаэрофилов анаэростате АЭ-01. При температуре 30° С в течении 24-48 часов (Донченко, 2007: 276).
Для получения чистых культур использовался метод выборочного (3 -4 сегментного) посева культур микроорганизмов.
Работа выполнена в лаборатории прикладной микробиологии кафедры биотехнологии КазНУ им. аль-Фараби с привлечением испытательной лаборатории ТОО «Научный аналитический центр» аккредитованной в системе аккредитации Республики Казахстан в качестве испытательной лаборатории на соответствие требованиям СТ РК ИСО/МЭК 17025-2007 согласно заявленной области аккредитации.
Результаты исследований и их обсуждение
Фактором, определяющим успешность микробиологических методов извлечения нефти, является жизнедеятельность микроорганизмов (She, 2011: 223). Особенностью разработки нефтяных пластов при заводнении на поздней стадии является наличие сформированного биоценоза, ограниченного в развитии в первую очередь питательными веществами и степени минерализации пластов (Tardy-Jacquenod, 1996: 259).
В глубинных водоносных и нефтеносных горизонтах доказано присутствие аборигенной микрофлоры, наряду с микроорганизмами, поступающими с поверхностными растворами при бурении или нагнетании воды и водных растворов рабочих агентов (Ханин, 1969: 368).
Нами проведено изучениефизико-химической характеристики нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай» и «Кульсары».
Месторождение «Жетыбай» расположено в западной части полуострова Мангышлак и по административному подчинению входит в часть Каракиянского района Мангистауской области Республики Казахстан. Ближайшими к месторождению населенными пунктами являются поселок Жетыбай, районный центр Курык, город Новый Узень, город Актау (Нетрусов, 2004: 272).
По административному положению месторождение «Кульсары» находится на территории Жылойского района Атырауской области Республики Казахстан. Ближайшими населенными пунктами
являются Кульсары, Косчагыл, Каратон. Областной центр - город Атырау расположен к северо-западу на расстоянии 315 км.
Далее проведена микробиологическая характеристика образцов нефтепластовых вод. Микробиологическая количественная характеристика нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай» и «Кульсары» включался определение содержания аэробных и анаэробных микроорганизмов.
В таблице 2 представлены результаты изучения количественной характеристики аэробных и анаэробных микроорганизмов нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай» и «Кульсары».
Таблица2
ОМЧ образцов нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай» и «Кульсары», КОЕ/мл
Образцы Общий численный показатель микробов, КОЕ/мл
Аэробы Анаэробы
Жетыбай 1,8х106±0,08х106 0,38х105± 0,013х105
Кульсары 25,1х106 ±1,2х106 0,5х102± 0,02х102
В ходе изучения общего количества микроорганизмов нефтепластов месторождений Жетыбай и Кульсары выявлено, что общее количество аэробных микроорганизмов (ОМЧ) составило 1,8х106кл/мл и 25,1х106 кл/мл, соответственно. Как видно, количество клеток аэробных микроорганизмов в водах нефтепластов месторождения «Жетыбай» на порядок ниже ОМЧ вод нефтепластов месторождения «Кульсары», тогда как, содержании анаэробов в водах наблюдается обратная корреляция, так в пробах «Жетыбай» - 0,38х105 КОЕ/мл, а в пробах «Кульсары» количество анаэробов значительно меньше - 0,5х102 КОЕ/мл. Такие результаты коррелируют глубиной залегания нефтепластов, так пробы вод «Кульсары» были отобраны на глубине 250 м, а с месторождения «Жетыбай» глубина отбора проб составила 1900 м. Известно, что в глубинных водоносных и нефтеносных горизонтах общая численность бактерий достигает 10 млн. клеток на 1 мл воды. В процессах превращения веществ (круговорот) экологическое значение имеют только те микроорганизмы, которые многочисленны и проявляют активную жизнедеятельность (Иванов, 2008: 112). Для бактерий в качестве условного критерия численности принята величина не менее 1 млн. на 1 г субстрата, т.е. только при такой численности они могут иметь существенное экологическое значение (Исмаилов, 2012: 20). Каждый экологический фактор (температура, количество питательных веществ, концентрация макро- и микроэлементов) характеризуется определенными количественными показателями, в частности такими, как благоприятная доза фактора, которую называют оптимумом, и неблагоприятная доза фактора, когда организмы чувствуют себя угнетенно (Чаловский, 1997: 42). В условиях, близких к границам устойчивости (весь интервал факторов от минимальной до максимальной, при которых возможны рост и развитие организма), организмы чувствуют себя угнетенно, они могут жить, расти, но не достигают полного развития, такое состояние биообъектов отвечает стрессовой зоне (Лакин, 1968: 287). Изучение общего количества клеток аэробных микроорганизмов вод нефтепластов месторождений «Кульсары» и «Жетыбай» четко показывает, что аэробы этих экосистем имеют существенное экологическое значение для данных экосистем, т.е. многочисленны и проявляют активную жизнедеятельность (Бабалян, 1983: 216).
Биоразнообразие микроорганизмов, выделенных из нефтяных пластов, относительно невелико (Манакова, 2014: 15). Далее, в пробах вод нефтепластов месторождений «Жетыбай» и «Кульсары» проведены исследования на наличие следующих групп микроорганизмов: микромицеты, спорообразующие микроорганизмы, псевдомонады и энтеробактерии. В таблице 3 представлены результаты качественной характеристики исследуемых вод нефтепластов.
Таблица 3
Качественная характеристика нефтепластовых вод месторождений _«Жетыбай» и «Кульсары», КОЕ/мл_
Группы микроорганизмов Общее число микробов, КОЕ/мл
Жетыбай Кульсары
Микромицеты 0,35х103±0,014х103 1,5х105±0,1х105
Bacillus 0,4х103 ±0,02х103 8,5х104± 0,2х104
Pseudomonas 11,7х102±0,5х102 17х103±0,5х103
Энтеробактерии -- --
Спорообразующие микроорганизмы 2,3*103± 0,6х103 2,5х105± 0,12х105
Актиномицеты -- --
Как видно, в исследуемых пробах месторождений «Жетыбай» и «Кульсары» выявлены все изучаемые группы микроорганизмов: спороносные микроорганизмы, микромицеты, псевдомонады, представители р. Bacillus и энтеробактерии, однако, преобладающей группой микроорганизмов являются спороносные микроорганизмы - 2,3*103 КОЕ/мл и 2,5х105± 0,12х105, соответственно (Воронин, 2014: 34). Известно, что в нефтяных пластах присутствуют аллохтонные бактерии, поступающие с нагнетаемой водой или
в результате водообмена с поверхностью, и аборигенная микрофлора. В пластах, залегающих на глубине 1 -3 км, обитают термофильные микробные сообщества, представленные микроорганизмами тех же физиологических групп, что и в неглубоко залегающих нефтеносных горизонтах (менее 1 км), но их численность существенно меньше, эти данные согласуются с нашими данными.
В результате проведенных исследований, с образцов нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай» и «Кульсары» были выделены 33 культуры микроорганизмов. Из 33 культур микроорганизмов - 18 культур микроорганизмов из проб месторождения «Жетыбай» и15 культур выделены из нефтепластовых вод месторождения «Кульсары».
По макроморфологическим исследованиям аборигенные культуры микроорганизмов КМ-2, КМА - 2, КГ-1, ЖМ -1, ЖГ-1, ЖГ-3, ЖС-1, НКК-2, НКЖ-1 представляют собой круглые колонии светло желтого цвета, блестящие, с гладкой поверхностью и ровными краями.
КМА - 1, КГ-2, ЖМ-2, ЖМА -1, НКК-1, НКЖ-2 представляют собой круглые колонии белого цвета блестящие с гладкой поверхностью и ровными краями. ЖБ-4- круглая колония зеленого цвета, поверхность выпуклая, края гладкие, блестящая. ЖГ-2 - колония неправильной формы, выпуклая, с неровными краями. КБ-4 - круглая, зеленого цвета, поверхность выпуклая, края гладкие, сухой. КБ-1, КБ-3, ЖБ-1 соответственно представляют собой круглые блестящие колонии, зеленого цвета с неровной поверхностью и краями.
КБ-2- круглая колония, темно зеленого цвета, края гладкие, поверхность гладкая, блестящая, КЭ-1, ЖЭ -2 соответственно представляют собой круглые блестящие колонии красноватого цвета с ровными краями и гладкой поверхностью. КМ - 3, ЖЭ-1 представляют собой круглые колонии красноватого цвета с выпуклой поверхностью и неровными краями.
Таким образом в результате проведенных исследований в нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай» и «Кульсары» выделены 33 культуры микроорганизмов и проведено первичное изучение выделенных микроорганизмов.
Заключение
По результатам проведенных исследований сделаны следующие выводы:
Показано, что аэробные микроорганизмы нефтепластовых вод месторождений Кульсары и Жетыбай имеют существенное экологическое значение для данных экосистем, т.к. многочисленны, а значит, проявляют активную жизнедеятельность - 25,1х106 кл/мл и 1,8х106 кл/мл, соответственно, тогда как, количество анаэробных микроорганизмов в пробах «Жетыбай» - 0,38х105 КОЕ/мл, а в пробах «Кульсары» - значительно меньше - 0,5х102 КОЕ/мл.
Выявлены следующие группы микроорганизмов: спороносные микроорганизмы, микромицеты, псевдомонады, представители р. Bacillus однако, преобладающей группой микроорганизмов являются спороносные микроорганизмы - 2,3*103 КОЕ/мл («Кульсары») и 2,5х105± 0,12х105 КОЕ/мл («Жетыбай»).
Выделены 33 штамма микроорганизмов нефтепластовых вод месторождений «Жетыбай» и «Кульсары», перспективных для созданий технологии извлечения нефти из нефтепластов.
Литература
1. 1 Курбанбаев М.И., Мирошников В.Я., Толоконский С.И. Повышение нефтеотдачи пласта на месторождениях Казахстана // III Международный научный симпозиум "Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов", 20-21 сентября.-2011.- № 149. - С. 243.
2. 2 Lazar I., Petrisor I.G., Yen T.F. Microbial Enhanced Oil Recovery // Petroleum Science and Technology. - 2007. - Vol. 25, No 13. - P. 1353-1366.
3. 3 Van Hamme J., Singh A., Ward O. Energy Sources. - 2006. - № 24. - Р. 52-56.
4. 4 Jimoh I. A. Microbial enhanced oil recovery, PhD Thesis. Luma Print, Aalborg University, Esbjerg. -2012. - Vol. 21, No 18. - P. 55-56.
5. 5 Wildenschild D.,Armstrong R. T.The effects of fractional wettability on microbial enhanced oil recovery // American Geophysical Union Fall Meeting. - 2011. - Vol. 28, No 12. - P. 425-426.
6. 6 Hitzman, D. O. Microbial enhanced oil recovery: The time is now. In: Microbial Enhancement of Oil Recovery—Recent Advances. Development in Petroleum Science, 31, Donaldson, E. C. (Ed.), Amsterdam: Elsevier, - 1991. - Vol. 8. - P. 11-20.
7. 7 Aeckersberg F., Bak F., Widdel F. Anaerobic oxidation of saturated hydrocarbons to CO2 by a new type of sulfate-reducing bacterium // Arch Microbial. - 1991. - Vol. 156. -P. 5-14
8. 8 Jaysree R.C., Subham Basu, Priyanka P.Singh. Isolation of biosurfactant producing bacteria from environmental samples // Pharmacologyonline. - 2011. - Vol. 67. - P. 1427-1433.
9. 9 C.E. Zobell, Recovery of Hydrocarbons, U.S. Patent № 2641566. - June 9. - 1953. -Vol.7.- P. 123-125.
10. 10 Khire JM, Khan MI Microbially Enhanced Oil Recovery (MEOR). Part I. Importance and mechanism of MEOR. Enzyme Microb Technol. -1994. - Vol. 16. - P.170-172.
11. 11 НовошинскийИ.И. НовошинскаяН.С. Органическаяхимия. Пособие для старшеклассников и абитуриентов. - М. "Оникс 21 век" "Мир и Образование" - 2006.- № 174. - С. 98-102.
12. 12 Донченко, Л. В. Пектин основные свойства, производство и применение / Л. В. Донченко, Г. Г. Фирсов. - Москва : ДеЛи принт, 2007. -№ 5. - С. 276.
13 Y. H. She, F. Zhang, J. J. Xia et al., "Investigation of biosurfactant-producing indigenous microorganisms that enhance residue oil recovery in an oil reservoir after polymer flooding, Applied Biochemistry and Biotechnology, - 2011. - Vol. 163, No. 2, -P. 223-234.
14 C. Tardy-Jacquenod, P. Caumette, R. Matheron, C. Lanau, O. Arnauld, and M. Magot, "Characterization of sulfate-reducing bacteria isolated from oil-field waters," Canadian Journal of Microbiology, -1996.-Vol. 42, No. 3, - P. 259-266.
13. 15 Ханин А.А. Породы-коллекторы нефти и газа и их изучение. Издательство «Недра». - 1969. -№ 4. - С. 368.
14. 16 Нетрусов А.И., Бонч-Осмоловская Е.А., Горленко В.М. Экология микроорганизмов. - М.: Издательский центр «Академия», - 2004. - № 9. - С. 272.
17 R. Hao, M. Lv, and A. Lu, "Biodegradation of crude oil in soil by Bacillus subtilis SB-1," Current Topics in Biotechnology, -2011. - Vol. 6, No. 6, - P. 49-55.
18 T. N. Nazina, D. S. Sokolova, A. A. Grigoryan et al., "Geobacillus jurassicus sp. nov., a new thermophilic bacterium isolated from a high-temperature petroleum reservoir, and the validation of the Geobacillusspecies," Systematic and Applied Microbiology,. -2005. -Vol. 28, No. 1, - P. 43-53.
15. 19 Елисеев С.А., Кучер Р.В. Поверхностно-активные вещества и биотехнология. Киев: Науковадумка, - 2001.- № 122. - С. 60.
16. 20 N. Youssef, M. S. Elshahed, and M. J. Mclnerney, "Microbial processes in oil fields. Culprits, problems, and opportunities," Advances in Applied Microbiology, -2009. -Vol. 66, No. 4, - P. 141-251.
17. 21 Иванов М.К., Бурлин Ю.К., Калмыков Г.А., Карнюшина Е.Е., Коробова Н.И. Петрофизические методы исследования кернового материала. Изд-во Московского университета Москва. - 2008. - № 141. -С. 112.
22 Исмаилов А. А., Смаилова Г. Ж., Исмаилова Д. А., ВЕСТНИК Казахстанско-Британского Технического Университета № 1 (20), «Состав и физико-химические свойства пластовой воды», Алматы - 2012. - № 138. - С. 20 - 23.
23 Чоловский И.П., Брагин Ю.И., Бакина В.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Промысловая геология и гидрогеология». М., Изд-во «Нефть и газ», - 1997. № 157. - С. 42.
18. 24 Лакин Г.Ф. Биометрия: Учеб. пособие: М.:Высш. шк., - 1968. № 123. - С. 287.
19. 25 Бабалян Г.А., Тумасян А.Б., Леви Б.И. и др. Разработка нефтяных месторожденийс применением поверхностно-активных веществ / М.: Недра, - 1983. № 48. -С. 216.
26 Манакова И. Н., Шантарин В. Д., Тюменьский Государственный Нефтегазовый Университет, «Процессы сорбции фенола из водных объектов после обработки в постоянном электрическом поле», Изд-во «Нефть и газ» - 2014. - № 4. - С. 15.
20. 27 Боронин П. А., Севастьянов А. А., Тюменьский Государственный Нефтегазовый Университет, «Использование модели дикстра и парсонса для оценки эффективности волнового воздействия на пласт», Изд-во «Нефть и газ» - 2014. - № 7. - С. 34 - 36.
