Введение к работе
/алыюсть работы. Разработка нефтяных богатств постепенно приводит к их щению, увеличению доли трудноизвлекаемых запасов (ТИЗ) нефти и днённости добываемой продукции. Средний проектный КИН месторождений ии сейчас составляет около 30% и постепенно снижается. Перспективным путём ения проблем повышения нефтеотдачи истощённых пластов и добычи ТИЗ ючается в применении новых реагентов - продуктов биотехнологий. Растет рее к микробиологическим методам обеспечения процесса нефтедобычи, т.к. они уют малых вложений капитала, высокоэффективны, безопасны для среды обитания можно использовать на нефтяных месторождениях с разными геологическими и ко-химическими параметрами.
иотехнологии в области повышения нефтеотдачи применяются в двух
авлениях. Во-первых, это производство биомассы и продуктов метаболизма
роорганизмов на поверхности с последующей закачкой в пласты по известным
ологиям. Эти методы основаны на улучшении нефтевытесняющих свойств
чиваемой в пласт воды за счёт таких соединений, как поверхностно-активные
ества (ПАВ), полимеры, растворители, кислоты и газы. Второе направление,
тавшеє широкое распространение в нефтяных регионах Урала и Поволжья,
усматривает активизацию микробиологических процессов и образование
робных метаболитов непосредственно в пласте, как за счёт деятельности пластовой
робиоты, так и внесённой в пласт (Беляев с соавт., 2004).
икроорганизмы могут влиять на вытеснение нефти посредством ряда механизмов:
ювания кислот, растворяющих вмещающие породы и увеличивающих пористость
оницаемость; образования газа, ведущего к снижению вязкости нефти, увеличению
тового давления и растворению матрикса; образования растворителей,
средственно участвующих в экстракции нефти или в качестве ко-сурфактантов,
кающих межфазное натяжение и увеличивающих подвижность нефти; образования
, биополимеров и других соединений, эмульгирующих нефть, снижающих её
ость и межфазное натяжение на границе нефть-вытесняющего флюида;
азования микробной биомассы, вызывающей эмульгирование нефти, изменяющей
шваемость пород. Поэтому новые штаммы, которые продуцируют биопродукты
для нефтеотдачи, вызывают большой интерес у исследователей. Эти вещества отличаются большим разнообразием, нередко уникальностью состава и структуры. Всё это расширяет сферу их потенциального применения в нефтегазовой отрасли.
Используемые в настоящее время в качестве загустителя закачиваемой воды при полимерном заводнении синтетические полимеры ряда полиакриламида недостаточно эффективны, при этом продукты их деструкции экологически небезопасны. Перспективно применение микробных экзополисахаридов (ЭПС), дающих высоковязкие растворы в широком диапазоне физико-химических факторов среды. Первый ЭПС - ксантан применяется в нефтедобывающей отрасли уже в течение четырёх десятилетий, также используют эмульсан, БП-92, однако список ЭПС реагентов невелик. Поиск ЭПС-биопродуктов по-прежнему актуален, особенно в связи с большим разнообразием условий нефтяных месторождений и соответственно с потребностью в широком наборе высокотехнологичных реагентов.
Поверхностно-активные вещества, полученные химическим синтезом, используются в различных отраслях сельского хозяйства, медицины, промышленности, включая добычу и переработку нефти, а также биоремедиацию нефтезагрязненных экосистем. По сравнению с химически полученными ПАВ, биоПАВ имеют лучшую совместимость с окружающей средой, высокое пенообразование, селективность и специфическую активность при повышенных температурах, рН и солёности. Помимо этого, они биодеградабельны и нетоксичны (Banat, 1995; Назина с соавт., 2003).
Выделенные штаммы продуцентов этих соединений можно культивировать как в промышленных реакторах, так в нефтяном пласте.
Таким образом, целью диссертационной работы стал поиск и изучение новых экологически чистых биопродуктов бактерий - экзополисахаридов и поверхностно-активных веществ для применения в процессах бурения и добычи нефти, а также биоремедиации нефтезагрязненных экосистем. Задачи исследования:
1. Выделение новых природных штаммов углеводородокисляющих бактерий, образующих ЭПС и ПАВ, на селективной углеводород-минеральной среде.
-
Изучение физико-химических свойств новых биопродуктов и перспектив их применения для процессов бурения и добычи нефти, а также очистки от нефтезагрязнений.
-
Улучшение реологических свойств разработанного ранее ЭПС-биопродукта «Ритизан» за счёт модификации среды для его получения.
Научная новизна. Выделены новые ПАВ- и ЭПС- образующие штаммы углеводородокисляющих бактерий, которые проявляют требуемые физико-химические свойства. Три штамма Pseudomonas образуют анионные ПАВ гликолипидной природы с высокой поверхностной активностью, низкой ККМ и выходом около 2г/л. Кроме того, активность этих биоПАВ не зависит от концентрации NaCl в интервале от 0 до 350 г/л и рН от 5 до 13. Штамм Rhodococcus sp.SP - OW, также образующий ПАВ гликолипидной природы, проявляет высокую эмульгирующую активность. Штамм Acinetobacter sp.\5 образует ЭПС с ПАВ-свойствами и высокой эмульгирующей активностью.
Показано, что Mycobacterium sp.\6 продуцирует образует высокомолекулярный кислый ЭПС с высокой динамической вязкостью при низких скоростях сдвига и стабильными реологическими свойствами при крайних значениях рН и температуры. Штамм Pseudomonas bolearica 47 также образует внеклеточный высокомолекулярный кислый полисахарид с низкой динамической вязкостью. Однако он образует плёнки и везикулы при сшивании поликатионным ПАВ, что, по-видимому, является его экологической функцией в образовании компартментов для природных сообществ микроорганизмов. Ритизан, полученный на новой среде, обладает лучшими реологическими свойствами, чем классический, причем стоимость новой среды ниже на 58,8%. При этом выход полимера не меняется и составляет около 5г/л. Практическая ценность. ЭПС-биопродукт Mycobacterium sp. 16 можно рекомендовать для бурения и повышения нефтеотдачи пластов. Биопродукт P.bolearica 47 может применяться для локализации нефтеокисляющих бактерий в составе биопрепарата для очистки нефтезагрязнённых экосистем. ПАВ-биопродукты изученных штаммов Pseudomonas перспективны для эмульгирования и снижения вязкости нефти в широком диапазоне концентраций соли и рН, а также для очистки технологических ёмкостей и труб от парафиновых отложений. Биопродукты Acinetobacter sp. 15 и Rhodococcus sp.
SP-OW перспективны для эмульгирования нефти. Все изученные ЭПС- и ПАВ-образующие углеводородокисляющие штаммы можно рекомендовать для включения в биопрепараты для биоремедиации водных и почвенных экосистем, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях: XVI и XVII Международные научные конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2009" и "Ломоносов-2010" (Москва), I
Российский нефтяной конгресс (Москва,2011), II Международный конгресс по нефтяной микробиологии (2nd Annual World Congress of Petroleum Microbiology, China,
2011).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи и 1 статьи принята в печаї
в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в сборнике и 4 тезисов докладов н
конференциях.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на/#страницах и включает 5 рисунка и 12 таблиц. Диссертация состоит из введения, обзора литературы экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка литературы включающего наименований/^.
