Образование поверхностно-активных веществ аэробными органотрофными бактериями нефтяных пластов

• Автор: Соколова, Дияна Шамилевна
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Поверхностно-активные вещества микробного происхождения

1.2. Перспективы использования биосурфактантов в нефтедобывающей пром ы шлен ности

1.3. Метаболическое разнообразие прокариот в нефтяных пластах

1.4. Заключение по обзору литературы

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объект исследования

2.2. Отбор проб пластовой воды
2.3. Состав питательных сред; условия культивирования и учёта микроорганизмов
2.4. Микроскопические методы
2.5. Аналитические методы
2.6. Методы обнаружения поверхностно-активных веществ в культуральных средах и в пластовых водах
2.7. Методы выделения поверхностно-активных веществ
2.8. Анализ клеточных жирных кислот
2.9. Радио изотопные методы оценки скоростей сульфатредукции и метаногенеза в пластовых водах
2.10. Молекулярно-биологические методы
2.11. Статистические методы
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Распространение и численность аэробных органотрофных микроорганизмов, образующих биосурфактанты, в пластовых водах нефтяных месторождений с разными физико-химическими условиями
3.1.1. Биоразнообразие и численность микроорганизмов в пластовых водах нефтяного месторождения Дацин, характеризующихся температурой 40-46°С
3.1.1.1. Физико-химические условия и численность микроорганизмов в

пластовых водах нефтяного месторождения Дацин
3.1.1.2. Филогенетическое разнообразие микроорганизмов в пластовой воде нефтяного месторождения Дацин
3.1.1.3. Выделение продуцентов биосурфактантов из пластовой воды нефтяного месторождения Дацин и определение их таксономического положения и физиологических характеристик
3.1.1.4. Образование поверхностно-активных веществ аэробными бактериями, выделенными из нефтяного месторождения Дацин, при росте на н-алканах и других субстратах
3.1.1.5. Выделение поверхностно-активных веществ и определение их химической природы
3.1.2. Микроорганизмы в пластовой воде залежи Кондиан нефтяного месторождения Даган, характеризующейся температурой 56—60°С, и образование биосурфактантов в ходе биотехнологического воздействия
3.1.2.1. Физико-химические условия, численность микроорганизмов и образование микробных метаболитов в пластовой воде залежи Кондиан в ходе биотехнологического воздействия
3.1.2.2. Выделение аэробных бактерий из пластовой воды залежи Кондиан и определение их таксономического положения и физиологических характеристик
3.1.2.3. Образование поверхностно-активных веществ термофильными и мезофильными бактериями, выделенными из месторождения Даган, на средах с н-алканами и другими субстратами
3.1.3. Статистический анализ результатов испытаний биотехнологии повышения нефтеизвлечения на нефтяном месторождении Даган, и оценка влияния биосурфактантов и других микробных метаболитов на вытеснение нефти
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
5. ВЫВОДЫ
6. СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ литературы
7. ПРИЛОЖЕНИЕ
8. СПИСОК СОКРАЩЕНИИ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. В последнее время все большую актуальность приобретает вопрос о полноте извлечения нефти из коллекторов и разработке способов борьбы с загрязнениями окружающей среды нефтью и ее продуктами. Существует необходимость в поиске микроорганизмов - деструкторов нефти и продуцентов поверхностно активных веществ (био-ПАВ, биосурфактанты), изменяющих свойства нефтяных флюидов. С помощью микроорганизмов возможно получение ПАВ, обладающих высокой растворимостью в водах различной минерализации и с высокой поверхностной активностью. Способность к образованию биосурфактантов выявлена у широкого круга микроорганизмов. Микробное сообщество нефтяного пласта, эксплуатирующегося с применением заводнения, включает аэробные, и, в том числе, углеводородокисляющие бактерии, и анаэробные бродильные, сульфатредуцирующие и метанобразующие прокариоты. С нагнетаемой водой в пласт поступает растворенный кислород и микроорганизмы, что способствует развитию в призабойной зоне нагнетательных скважин аэробно-анаэробного микробного сообщества (Розанова, Кузнецов, 1974; Иванов и соавт., 1982; Борзенков и соавт., 1994; Назина, Беляев, 2004). Наибольший интерес представляют углеводородокисляющие бактерии, которые при росте на углеводородах нефти образуют поверхностно-активные вещества, способствующие проникновению углеводородов в клетку (Banat et al., 2008; Kuyukina et al., 2005; Филонов и соавт., 2008).
Изучению аэробных углеводородокисляющих бактерий нефтяных пластов посвящен широкий ряд работ (Розанова, Кузнецов, 1974; Иванов и соавт., 1982; Борзенков и соавт., 1996; Назина, Беляев, 2004), тогда как образование биосурфактантов пластовыми микроорганизмами мало изучено. В немногочисленных публикациях отмечалось образование биосурфактантов при нагнетании бактерий рода Bacillus и сахаросодержащих субстратов в нефтяной пласт (Youssef et al., 2007), тогда как продукция био-ПАВ из нефти в пласте не исследовалась. При использовании биотехнологии повышения нефтеизвлечения, основанной на активации аэробно-анаэробного микробного сообщества нефтяного пласта, показано образование летучих кислот, спиртов и газов в пласте (Беляев и соавт., 2004). В то же время систематические исследования образования биосурфактантов в пласте и влияния разных микробных метаболитов на вытеснение нефти не проводились.
В связи с вышесказанным, изучение распространения и разнообразия микроорганизмов, способных продуцировать ПАВ, в заводняемых нефтяных пластах, образования биосурфактантов в пласте и выделение перспективных продуцентов ПАВ представляется актуальной и важной задачей.

сравнению с контролем (в %) (Борзенков и соавт., 2006). Культуры выращивали на минеральной среде (МО) с добавлением 0.5 г нефти и 0.05 г/л дрожжевого экстракта. Термофильные штаммы инкубировали при 60°С, мезофильные — при 37°С в течение 7-14 суток. Контроль, представленный незараженной средой с нефтью, помещали в те же условия. Остаточную нефть экстрагировали хлороформом, затем экстракт высушивали от воды внесением Na2S04, отфильтровывали и растворитель отгоняли на роторном испарителе, затем нефть переносили во флакон, подсушивали в течение 24 часов под тягой.
Убыль н-алканов нефти определяли газохроматографическим методом на хроматографе «Кристалл 5000.1» (ЗАО СКВ Хроматэк, Россия), на капиллярной колонке ZB-1, программирование температуры вели от 100 до 310°С, температура детектора - 320°С, газ-носитель — гелий.
Количественную расшифровку хроматограмм производили по методу внутренней нормализации (Богомолов и соавт., 1984). На хроматограмме нефти рассчитывали остаточное содержание н-алканов нефти в %.
Определение потребления ароматических фракций нефти. Убыль бифенила и фенантрена в среде определяли по величине поглощения спектра данных веществ на спектрофотометре Ultrospec 2100 (Amersham Biosciences, США) при длине волны 250 нм (Dark, 1982).
2.6. Методы обнаружения поверхностно-актнвных веществ в культуральных средах и в пластовой воде.
Определение индекса эмульгирования. Индекс эмульгирования (Е24) определяли модифицированным методом Заджика (Zajic et al., 1977). К 4.0 мл гексадекана добавляли 4.0 мл исследуемой клеточной суспензии. Смесь встряхивали в течение трёх минут и через 24 часа фиксировали объем и устойчивость образовавшейся эмульсии. Индекс эмульгирования выражали в процентах, которые составляла эмульсия от объема смеси.
Измерение поверхностного и межфазного натяжения. Поверхностное и межфазное натяжение измеряли полустатическим методом отрыва кольца на полуавтоматическом тензиометре Surface Tensiomat 21 (Cole-Parmer, США), снабжённом платино-иридиевым кольцом. Метод отрыва кольца заключается в определении силы отрыва кольца или петли из проволоки от поверхности жидкости. Данный метод является одним из вариантов метода пластинки Вильгельми (Фролов, 1986). Межфазное натяжение измеряли на границе раздела фаз: культуральная жидкость/гексадекан (цетан). В нефтяной промышленности цетан используют как эталон для оценки качества (цетанового числа) дизельного топлива. Пробы