Изучение нефтеокисляющей способности и метаболической активности микроорганизмов, выделенных из нефтянных скважин Западного Казахстана

Нагметова Г.Ж., Аюпова А.Ж., Сарсенова А.С., Курманбаев А.А. ©

РГП «Национальный центр биотехнологии», г. Астана

ИЗУЧЕНИЕ НЕФТЕОКИСЛЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ НЕФТЯННЫХ СКВАЖИН ЗАПАДНОГО КАЗАХСТАНА

Аннотация

Из проб пластовых вод отобранных из нефтянных скважин Западного Казахстана выделено 10 культур микроорганизмов. Изучена нефтеокисляющая способность и метаболическая активность микроорганизмов. Определено количественное содержание биоПАВ, продуцируемых микроорганизмами.

Ключевые слова: деструкция нефти, биосурфактанты, эмульгирующая активность. Keywords: oildegradation, biosurfactants, emulsifying activity.

Введение

В последнее время усиленно изучаются микроорганизмы нефтяных резервуаров, в связи с высоким потенциалом их применения в промышленности. Микроорганизмы нефтяного пласта обладают большим биотехнологическим потенциалом [1,125] и могут быть использованы в технологиях микробиологического увеличения нефтеотдачи.

Микробиологическое увеличение нефтеотдачи пластов (МУН) - это один из потенциальных методов продления жизни скважин поздней стадии разработки [2,106]. Механизм воздействия микробиологических методов увеличения нефтеотдачи основывается на изменении реологических свойств нефтей, коллекторских свойств пород, очистке их от асфальто-смолопарафиновых отложений, что обеспечивает комплексное действие на пласт: ограничивается движение воды по пласту блокированием промытых зон экзополисахаридами микроорганизмов и доотмыв нефти продуктами их жизнедеятельности, что, в конечном итоге, обеспечивает повышение нефтеотдачи пластов [3, 307].

Особый интерес представляют аэробные углеводородокисляющие бактерии, которые являются первым звеном трофической цепи, основанной на биодеградации нефти [4, 3]. Они способны метаболизировать углеводороды, производя органические растворители, такие как спирты и альдегиды, жирные кислоты, обладающие поверхностной активностью, газообразные продукты и другие метаболиты, увеличивающие подвижность нефти.

Одним из важных метаболитов, применяемых в МУН являются биосурфактанты. Биосурфактанты представляют собой комплекс биополимерных соединений, выделяемых микробными клетками, выращенных на углеводородах или других субстратах, таких как углеводы.

Цель настоящей работы - изучение нефтеокисляющей способности и метаболической активности микроорганизмов, выделенных из нефтянных скважин Западного Казахстана.

Материалы и методы

Пробы пластовых вод отобраны из 3 нефтяных скважин Западного Казахстана месторождений Жанаталап и Чинарево.

Для оценки нефтеокисляющей способности микроорганизмов производили посев чистых культур на жидкую среду Ворошиловой-Диановой (В-Д) с добавлением 3% сырой нефти в качестве единственного источника углерода и энергии. В колбы емкостью 250 мл со 100 мл стерильной среды В-Д вносили 1 мл суспензии клеток. Культивирование проводили при постоянной аэрации и температуре 28°С в течение 14 суток. Контролем служила

© Нагметова Г.Ж., Аюпова А.Ж., Сарсенова А.С., Курманбаев А.А., 2015 г.

стерильная среда В-Д с добавлением того же количества сырой нефти без внесения микроорганизмов. [5, 6].

Для определения индекса эмульгирования культуры микроорганизмов культивировали на среде с гексадеканом 7 суток, далее к супернатанту добавляли керосин в качестве гидрофобного субстрата и хорошо перемешивали в течение 2 минут. Замер эмульсии проводили через 24 часа [6, 57].

Определение количественного содержания биосурфактантов проводили с использованием метиленового синего спектрофотометрическим методом. Предварительно была построена калибровочная кривая с растворами стандартных ПАВ известной концентрации.

Образец помещали в делительную воронку, устанавливали pH раствора, используя индикатор фенолфталеин, прибавляли растворы 3% H2O2, фосфатный буфер и раствор метиленового синего. Экстрагировали двумя порциями хлороформа по 2мл. Экстракт собирали в приемнике, фильтруя через воронку со стекловатой. В качестве контрольного раствора использовали растворитель без ПАВ.

Измерение оптической плотности проводили на спектрофотометре APELPD-303UV при 1=652 нм. Содержание сурфактантов рассчитывали по калибровочной кривой, полученной с использованием стандартных растворов [7, 24].

Результаты исследований.

Из нефтяных скважин Западного Казахстана было выделено 10 культур микроорганизмов.

В Атырауской области были отобраны пробы пластовых вод из нефтяного месторождения Жанаталап со скважины №105. Пластовые воды хлоркальциевые с плотностью 1177-1184 кг/м3 и минерализацией 277,4-289,2 г/л, содержат большое количество сероводорода. Способ эксплуатации - безкомпрессорный газолифтный. Продуктивные горизонты сложены терригенными породами, коллектора поровые. Режим работы залежей водонапорный.

В Западно-Казахстанской области пробы пластовых вод отобрали со скважин №11 и №48 нефтяного месторождения Чинарево. Чинаревское месторождение представляет собой многопластовую структуру с отложениями палеозойской эры - в пластах нижнепермского, нижнее каменноугольного и девонского периодов на глубинах от 2700 до приблизительно 5000 метров. Коллекторами являются карбонатные породы. Тип коллекторов каверново-поровый [8, 47]. Эксплуатация скважин осуществляется фонтанным способом. Данное месторождение сравнительно молодое, в эксплуатации находится 56 скважин.

Нефтеокисляющая активность микроорганизмов, выделенных из пластовых вод месторождения Жанаталап предсталена на рисунке 1.

45

40

чо 35

О4-

30 =г 25

а: 25 20 У 15 ^ 10 5 0

Ж105-20 Ж105-11 Ж105-21 Ж105-9

Рис. 1 - Деструкция нефти культурами микроорганизмов, выделенных из пластовых вод

месторождения Жанаталап

Наибольшей деструктирующей способностью обладала культура Ж105-11,

деструкция нефти составила 38,9%. В пределах 33,75% и 33,99% деструктурировали нефть микроорганизмы Ж105-21 и Ж105-20, соответственно. Наименьшей разрушающей способностью обладала культура Ж105-9, деструкция нефти составила всего 28,55%.

Из пластовых вод месторождения Чинарево было выделено 6 культур микроорганизмов. Изучение нефтеокисляющей активности показало, что наибольшей деструктирующей способностью обладала культура Ч11-2 (рис. 2), деструкция нефти составила 47,89%.

60

50

к 40

I 30 о.

У 20

10

0

Ч11-3 Ч11-12 Ч48-24 Ч11-2 Ч11-1 Ч11-22

Рис. 2 — Деструкция нефти культурами микроорганизмов, выделенных из пластовых вод

месторождения Чинарево

В пределах 36,81%, 33,4% и 32,59% деструктурировали нефть штаммы

микроорганизмов Ч48-24, Ч11-1 и Ч11-22, соответственно. Наименьшей разрушающей способностью по отношению к нефти обладали Ч11-3 и Ч11-12, деструкция нефти составила всего 26,56% и 24,07%.

Таким образом, все исследуемые культуры обладали нефтеокисляющей активностью. Наиболее активными деструкторами нефти оказались культуры Ч11-2 и Ж105-11.

При окислении углеводородов микроорганизмы образуют поверхностно-активные вещества (ПАВ), способствующие проникновению углеводородов в клетку. ПАВ существенно изменяют реологические свойства нефти, что обусловливает использование этих бактерий в технологиях повышения нефтеотдачи.

Первичную оценку способности микроорганизмов образовывать поверхностноактивные вещества оценивали путем определения эмульгирующей активности.

На основании данного эксперимента определено, что 10 из 19 культур микроорганизмов обладали индексом эмульгурования выше 50%. Наибольшей эмульгирующей активностью обладали культуры Ч11-22, Ж105-9, Ж105-20, Ж105-11.

Количественный учет концентрации продуцируемых микроорганизмами биоПАВ определяли по содержанию АПАВ (таблица 1).

Анионные ПАВ вещества, которые содержат в молекуле полярные группы, растворяются в воде и диссоциируют с образованием отрицательно заряженных длинноцепочечных органических ионов, определяющих их поверхностную активность.

Таблица 1

Количественные и качественные показатели способности бактерий продуцировать биоПАВ

Наименование культуры Визу альная оценка Индекс эмульгирования, % Конце нтрация С, мг/л

АПАВ

Месторождение Жанаталап

Ж105-9 +++ 68,11 10,488

Ж105-20 +++ 63,38 7,663

Ж105-21 - - 7,934

Ж105-11 +++ 65,71 10,175

Месторождение Чинарево

Ч11-1 +++ 57,35 5,096

Ч11-2 + 14,49 4,270

Ч11-3 +++ 57,97 3,340

Ч11-12 + 15,94 5,152

Ч11-22 +++ 78,26 8,135

Ч48-24 - - 8,933

Контроль - - -

Примечания 1 «+++»- высокая биосурфактантная активность 2 «++» - средняя биосурфактантная активность 3 «+» - слабая биосурфактантная активность

Изучение количества продуцируемого исследуемыми культурами биоПАВ показало, что они способны продуцировать АПАВы в концентрации выше 5мг/л, за исключением 3 культур микроорганизмов. Активными продуцентами АПАВ оказались - Ж105-9 и Ж105-11.

Заключение

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в пластовых водах исследуемых месторождений обитают аэробные микроорганизмы, обладающие нефтеокисляющей активностью и способные образовывать нефтевытесняющие метаболиты, такие как поверхностно-активные вещества. Изучение нефтеокисляющей активности, показало, что все культуры способны деструктировать нефть. По результатам гравиметрического анализа наибольшей деструктирующей способностью обладала культура Ч11-2, выделенная из скважины месторождения Чинарево (деструкция составила 47,89%). Определено, что 6 из 10 культур обладали индексом эмульгурования выше 50%. Наибольшей эмульгирующей активностью обладали изоляты Ч11-22, Ж105-9, Ж105-20, Ж105-11. Наибольшее количество биоПАВболее 10 мг/л образуется культурами Ж105-9 и Ж105-11.

Изоляты Ч11-22, Ж105-9 и Ж105-11 являются перспективными для использования в технологиях биоремедиации почв и вод и технологиях повышения нефтеотдачи пластов.

Литература

1. Еремин Н.А., Ибатуллин Р.Р., Назина Т.Н., Ситников А.А. Биометоды увеличения нефтеотдачи: учебное пособие / под ред. Н.Т. Мищенко. - М.:РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. -125с.

2. Al-BahryS.N., ElshafieA.E., Al-WahaibiY.M., Al-BemaniA.S., JoshiS.J., Al-MaainiR.A., Al-AlawiW.J., SugaiY., Al-MandhariM. Microbial consortia in Oman oil fields: a possible use in enhanced oil recovery // Microbiological of Biotechnology. - 2013. - Vol. 23, № 1. - P. 106-107.

3. Шарауова А. Б., Нуршаханова Л. К., Тулешева Г. Применение микробиологических методов для повышения нефтеотдачи и интенсификации нефтедобычи // Молодой ученый. - 2014. - №8. - С. 307-309.

4. Михайлова М. Е. бактерии рода Geobacillus из высокотемпературных заводняемых нефтяных пластов и гены биодеградации н-алканов: автореф. ... канд. биол. наук: 03.02.03 / Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского. - Москва, 2012. - 3 с.

5. ПНД Ф 16.1.41-04 Методические указания по выполнению измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах почв гравиметрическим методом. - 6 с.

6. Волченок Н.Н., Карасева Э.В. Скрининг углеводородокисляющих бактерий - продуцентов поверхностно-активных веществ биологической природы и их применение в опыте по ремедиациинефтезагрязненной почвы и нефтешламмов // Биотехнология. - 2006. - №2. - С. 5762.

7. Титов А.О., Титова И.И. Лабораторный практикум по курсу «Дисперсные системы в производстве кожи и меха» для студентов. - Улан-Удэ.: ВСГТУ, 2006. - С. 24-25.

8. Матлошинский Н. Г.Дльжанов А. А. Геологическое строение и нефтегазоносность Чинаревского выступа фундамента и прилегающей территории // ТОО ЖайкМунай. - 2001. - Т.1. - 47 с.