Микрофлора пластовых вод Самотлорского месторождения нефти

1
МИКРОФЛОРА ПРОМЫСЛОВЫХ ВОД САМОТЛОРСКОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ НЕФТИ
В.А. Ковязина
Томский политехнический университет, г.Томск
It was carried out the analysis of a microflora of various groups of organisms and the calculation
of their appearance in the waters used in the rising system of the seam pressure. The results of
investigation revealed the presence of the elective anaerobic microflora in a small quantity. But it should
be mentioned that the activity of the indicated microflora is very high. Also there is a necessity to
mention the presence of the viable active microorganisms in the pointed waters. Due to the results of the
study of microflora it could be said that almost all investigated waters should not be used in the rising
system of the seam pressure unless a special treatment was carried out.
Самотлорское нефтегазовое месторождение открыто в 1965 г. и было введено в
разработку в 1969 г. Месторождение является одним из крупнейших не только в Западной Сибири, но и в России. Находится оно Нижневартовском районе ХантыМансийского автономного округа Тюменской области, в 750 км к северо-востоку от
г.Тюмени, рядом с г. Нижневартовск. Месторождение приурочено к центральной части
Нижневартовского свода. В его геологическом строении принимают участие породы
доюрского фундамента, мезо-кайнозойских терригенных отложений и платформенного
чехла [1, 2].
При добыче нефти в системе повышения пластового давления (СППД) широко
используются пластовые воды продуктивных и вышележащих горизонтов, технологические стоки, поверхностные воды. Качество вод СППД является существенным фактором нефтедобычи, в связи, с чем вопросам его оценки, выбору источника водоснабжения и технологии подготовки вод уделяется значительное внимание. Для использования любых из перечисленных типов промысловых вод в СППД необходимо изучить
их микробиологический и химический состав. В микробиологическом отношении к основным критериям, определяющим качество вод СППД обычно относят их минимальное биохимическое преобразование в системе вода-нефть-микроорганизмы, не приводящее к биогенному сероводородному заражению, окислению нефти и ухудшению её
качества, и минимальную коррозийную активность вод по отношению к нефтепромысловому оборудованию.
Выявить наличие в водах сульфатредуцирующих бактерий позволяет микробиологический анализ. При их присутствии, продуцируемый этими бактериями сероводород, в свою очередь, вызывает коррозию металлического оборудования. Кроме сульфатредуцирующих бактерий микрофлору вод формируют другие группы микроорганизмов, участвующие в геохимических циклах азота, фосфора, углерода. Продуктами
своего метаболизма они также могут создавать благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий, вызывающих коррозию металлов, солеотложение и другие негативные воздействия. В этой связи, целью настоящей работы стало изучение микрофлоры вод используемых в системе поддержания пластового давления, выполненное нами
на примере Самотлорского месторождения. Объектом исследования явились пробы
промысловых и пластовых вод.
По результатам химического анализа пластовых вод продуктивных горизонтов
Самотлорского месторождения воды можно отнести к хлоридному натриевому (хлоркальциевому по Сулину) типу, отличающемуся по сравнению с другими месторождениями района несколько повышенным содержанием ионов кальция. Воды содержат относительно низкое количество гидрокарбонат-ионов (табл. 1).
Мною был выполнен микробиологический анализ вод, где выделение и количе1
Доклад участника конкурса молодых авторов
ственный учет микроорганизмов проводился по известным методикам [3, 4], которые
основаны на выявлении бактерий в питательных растворах (жидких и с отвердителями), содержащих компоненты питания и энергии, необходимые для жизнедеятельности
бактерий каждого вида.
Таблица 1.
Химический состав пластовых и промысловых вод
Пласт CO2 HCO3- SO42- ClJCa2+ Mg2+ Na+ K+
Feобщ
Б8
48,4
201
6,4
9160 6,7 882
25 4850 37,5 1,1
Б10
57,2
324
5,6 14365
9
1465 56 7188 62,3 4,16
А4-5
74,5
507
2,65 14513 13,1 795 191 5350 64 10,09
А2-3
35,2
180
4,5
7179 5,6 601
29 3475 24
0,66
А1-3 54,27 138
2,2 11904 9,1 1027 66 6967 39
6,15
А1
41,8
183
4,1 10630 14,4 785
72 6525 42
6,2
ДНС 69,48 278
4,28 9539 8,33 675 75,5 5100 42,6 9,04
КНС 72,8
298
4,9
8549 5,5 614 68,4 4464 38,6 6,1
NH4
15,7
28,4
28,2
10,5
17,5
19,6
20,1
15,3
Si
17,8
17,6
11,6
10,9
9,4
11,6
11,6
13
Для микрофлоры определенной геохимической специализации готовилась среда,
наиболее пригодная для активного роста изучаемых микроорганизмов. В результате
проведенного анализа были выделены следующие группы бактерий: гетеротрофные,
сапрофиты, сульфатредуцирующие, нефтеокисляющие, денитрифирующие, метанобразующие. Кратко остановимся на их общей геохимической характеристике.
Гетеротрофные микроорганизмы (достаточно обширная в систематическом плане группа) являются основными деструкторами органических веществ. Они обладают
различными потребностями по отношению к источникам энергии и органического питания. Количественный учет всех видов гетеротрофов осуществлялся на средах, содержащих различные количества органических веществ в соответствии с их трофическими
потребностями. Среди них гетеротрофы, развивающиеся на бедных белковых средах,
выявляли на разведенном в 10 раз мясо-пептонном агар-агаре при температуре до 24
°С, а психрофильные сапрофиты, растущие на богатых белковых средах, но предпочитающие более низкую температуру, выявляли на мясо-пептонном агар-агаре с инкубированием посевов при температуре 20 – 22 °С.
Сульфатредуцирующие бактерии представляют собой облигатные анаэробные
микроорганизмы, использующие в качестве источника кислорода сульфаты и выделяющие в процессе своей жизнедеятельности сероводород в окружающую среду. В качестве источников органического питания гетеротрофные сульфатредуцирующие бактерии используют широкий спектр веществ: органические кислоты, аминокислоты,
спирты, продукты распада целлюлозы, жиры и молекулярный водород. Культивирование этих бактерий осуществляли на жидкой среде Таусона-Штурм с лактатом кальция в
качестве источника органического вещества. Посев производили методом предельных
разведений. Об интенсивности процесса редукции сульфатов судили по появлению в
среде черного осадка сульфида железа, образующегося в результате реакции сероводорода (результат микробной редукции сульфатов) и находящегося в среде железа.
Нефтеокисляющие бактерии – разноплановая в физиологическом и систематическом отношении группа микроорганизмов, использующих в качестве единственного
источника углерода нефть и ее дериваты. Она может служить для микроорганизмов источником самых различных веществ: углерода, азота, серы, и даже микроэлементов.
При соответствующих условиях разложению подвергаются асфальт и битум. Эти бактерии выявляли на агаризованной среде Мюнца с нефтью. Аликвоту высевали на чашки Петри и инкубировали в течение двух недель при температуре 19° – 24° С. Колонии
подсчитывали визуально, не принимая во внимание карликовые формы, если таковые
обнаруживались, считая их сопутствующей олиготрофной микрофлорой.
Денитрифицирующие бактерии являются факультативно анаэробными микроорганизмами, способными использовать в качестве акцепторов электрона как кислород
воздуха, так и кислород нитратов. При этом происходит процесс денитрификации, сопровождающийся выделением в окружающую среду азота или, реже, аммиака. Денитрифицирующие бактерии выявлялись на жидкой среде Гильтая методом предельных
разведений. Инкубирование осуществляли при 24 °С в течение двух недель. Признаком
наличия в среде бактерий служило изменение рН, цвета культуральной жидкости, появление в среде азота или аммиака, что фиксировалось по появлению пены, а также по
реакции культуральной жидкости с реактивом Несслера.
Результаты микробиологического анализа приведены в табл. 2
Таблица 2.
Состав микрофлоры промысловых вод
Физиологические группы бактерий
№№ проб
М,
Ср,
Н, кл в 1мл/
Д,
ОГ*,
бал- ИТ
баллы/кл
окислено
С, кл/мл
кл/мл
кл/мл
лы
в 1мл
нефти, %
КНС-3
16300
4840
1220/85
0
0
0
0,3
КНС-16
288200
600000
6000/55
9/10
0
0
2,0
КНС-29
36000
8000
220/15
15/100
100
0
0,2
КНС-33
920
6050
50/45
15/100
0
0
9
КНС-23
200000
Черви
1650/60
10/100
100
0
ДНС-26
27500
25400
13900/50
7/10
0
0
0,9
КНС-22
68700
53700
200/20
12/10
0
0
0,7
КНС-9
93530
42650
120/90
12/10
100
0
0,4
КНС-6
22200
462630
29000/45
15/100
0
0
20,0
КНС-26
24800
43500
450/60
12/100
0
8
2
КНС- 27
112700
8000
700/60
15/100
0
15
КНС - 8
72000
30000
600/35
9/10
0
0
0,4
КНС- 28
36400
36200
2800/20
8/1
0
0
0,9
КНС- 19
12700
22100
2000/70
9/1
100
10
1,7
КНС -11
49300
36000
9000/35
0
100
8
0,7
КНС- 18
64100
12500
100000/30
9/10
0
0
0,2
КНС - 2
55700
27100
2200/45
15/10
0
15
0,4
555/1285
2900
10400
30/45
0
0
8
3
КНС-ЦППН
7550
Черви
200/85
9/100
0
0
КНС- 13
11320
10820
9600/50
9/100
10
0
0,9
ДНС- 22
130000
1300/15
9/10
0
0
КНС -Мыхпай
140
100
6000/40
0
0
0
0,7
КНС- 1
14900
900
200/85
0
0
0
КНС- 21
900
1900
700/40
0
0
0
2
КНС- 36
326600
240200
15600/50
15/10
100
0
0,6
КНС- 25
86640
90100
100/90
0
0
0
1,1
КНС- 3б
22700
10400
450/60
9/10
0
0
0,2
* ОГ- общее количество гетеротрофов, С – сапрофиты, Н – нефтеокисляющие, Ср – сульфатредуцирующие, Д – денитрифицирующие, М – метанобразующие бактерии, ИТ – индекс трофности.
По данным выполненного микробиологического анализа видно, что из 27 проб
пластовой воды, только в 7 пробах отсутствует сульфатредукция. В 6 пробах отмечает-
ся наличие весьма активной формы сульфавосстанавливающих бактерий (имеющую
максимальную оценку 15 баллов) и незначительным количеством (100 кл/мл). В 50%
проб наблюдается средняя активность сульфатредуцирующих бактерий (7-12 баллов)
при этом имея минимальное количество (1-10 кл/мл).
При сравнении гетеротрофов и сапрофитов количественно преобладающими в
изученных пробах оказываются гетеротрофы. В то же время для всех проб характерно
высокое содержание психрофильных сапрофитов. Эти две группы являются основными
механизмами самоочищения вод от органических веществ и их количественное соотношение показывает характер процесса самоочищения. В том случае, если количество
психрофильных сапрофитов преобладает над гетеротрофами, то процесс самоочищения
замедлен или вообще отсутствует (т.е. поступающее органическое вещество не разлагается, а накапливается). Такое соотношение обозначается индексом трофности. Если индекс больше единицы, то идет накопление органики (особенно не испытавшей до этого
микробного разложения и белковой). Такая ситуация наблюдается в 8 пробах, причем в
пробе КНС-6 индекс трофности равняется 20 (очень высок).
Содержание нефтеокисляющих бактерий изменяется от 30 до 100000 кл/мл. При
этом в отношении активности этих микроорганизмов во многих пробах отмечается,
что, чем больше их содержание, тем в меньшей степени они способны разлагать жидкую нефть. Например, в пробе КНС-18 содержится 100000 кл/мл бактерий и деструкциия нефти составляет 30 %, в пробе КНС-16 – 60000 кл/мл и деструкция 55%, а в пробе КНС-ИППН с содержанием 200 кл/мл нефтеокисляющих бактерий деструкция составила 85%. Возможно это объясняется тем, что нефтеокисляющие микроорганизмы в
части проб были представлены карликовыми формами и поэтому потенциальная способность к деструкции жидкой нефти может не совпадать с количеством нефтеокисляющей микрофлоры.
Проведенные исследования показали присутствие незначительного количества
факультативно-анаэробной микрофлоры, но в среднем с высокой активностью (сульфатредуцирующие), а также наличия в водах комплекса жизнеспособной активной
микрофлоры различных физиологических групп.
Обобщая полученные результаты, можно сказать, что исследуемые воды содержат достаточно разнообразную и активную как аэробную (гетеротрофы, сапрофиты,
нефтеокисляющие, денитрифицирующие), так и анаэробную (сульфатредуцирующие)
микрофлору. Аэробные микроорганизмы опасны тем, что в процессе своей жизнедеятельности окисляют нефть, ухудшая ее качества, и создают тем самым дефицит кислорода, что создает благоприятные условия для развития и деятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Последние, в свою очередь, осуществляют диссимиляторное
восстановление сульфатов в сульфиды, вызывая коррозию нефтепромыслового оборудования и закупорку пластов [5]. Следовательно, изученные промысловые воды, направляемые в настоящее время на поддержание пластового давления на Самотлорском
месторождении, не обладают необходимым для этого микробиологическим качеством
и требуют проведения перед закачкой в продуктивные пласты дополнительной обработки путем их стерилизации различными методами.
Литература:
1.
2.
3.
4.
5.
Геология нефти и газа Западной Сибири. / А.Э. Конторович, И.И. Нестеров, Ф.К. Салманов и др.
– М.: «Недра», 1975. с. 488-491.
Геология и полезные ископаемые России / под ред. А.Э. Конторовича, В.С. Суркова – С.-П.:
ВСЕГЕИ, 2000. – Т.2. – с. 129-133.
Кузнецов С.И., Иванов М.В., Ляликова Н.Н. Введение в геологическую микрофлору. – М.: Изд-во
АН СССР, 1962. – 238 с.
Родина А.Г. Методы водной микробиологии. – М.- Л.: Наука, 1965. – 363 с.
Розанова Е.П., Кузнецов С.И. Микрофлора нефтяных месторождений. – М.: Наука, 1974. – 198 с.