Метагеномные технологии помогают понять, как увеличить эффективность нефтедобычи

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН охарактеризовали состав микроорганизмов четырех нефтяных месторождений на территории Татарстана. Оказалось, что в пластовой воде обитают как бродильные бактерии, образующие нефтевытесняющие метаболиты, так и сульфатредуцирующие бактерии, образующие сероводород, вызывающий коррозию стального оборудования, порчу нефти и экологические проблемы. Это указывает на то, что повысить нефтеотдачу пластов можно, внося в них с поверхности органические вещества для стимуляции роста бродильных бактерий, а также предусматривать применение методов конкурентного подавления роста сульфидогенов. Результаты исследования опубликованы в журнале Biology.

Снижение запасов легкой кондиционной нефти в пластах с низкоминерализованной пластовой водой обусловливает необходимость разработки пластов с тяжелой нефтью и высокосоленой пластовой водой. Исследования показали, что повысить нефтеотдачу пластов можно, регулируя активность обитающих в них микроорганизмов, которые производят ряд метаболитов, вытесняющих нефть: биосурфактанты, биополимеры, жирные кислоты, ферменты и газы.

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН (Москва) с коллегами из Татарского научно-исследовательского и проектного института нефти ПАО «Татнефть» исследовали состав микробных сообществ нефтяных пластов с высокоминерализованной пластовой водой на четырех месторождениях (Архангельском, Ромашкинском, Сабачинском и Ново-Елховском) на территории Татарстана. Исследователи отобрали пробы воды из нефтяных пластов, после чего провели их химический, микробиологический и метагеномный анализ.

Оказалось, что исследованные пластовые воды Архангельского и Ромашкинского месторождений содержали высокие уровни сульфатов и сульфатредуцирующих бактерий, которые образуют сероводород, вызывающий коррозию стального оборудования, порчу нефти и экологические проблемы при добыче и переработке нефти.

Кроме того, исследователи выделили из проб воды микробную ДНК для метагеномного анализа, который позволил охарактеризовать состав микробного сообщества и предсказать метаболический потенциал его компонентов. В пластовых водах преобладающими оказались бактерии, относящиеся к группам Desulfobacterota (10–85% всех представителей сообществ), Halanaerobiaeota (0,3–55%), Bacillota (2–22%), Pseudomonadota (0,01–17%) и Synergistota (0,1–6%). На Сабанчинском месторождении значительную долю (до 27%) составляли галофильные метаногенные археи рода Methanohalophilus. В составе микробных сообществ обнаружены бактерии, восстанавливающие сульфаты, ацетогенные бактерии, производящие ацетат, а также метаногены, образующие метан. Больше всего сульфатредуцирующих микроорганизмов оказалось в водах из пластов богатых сульфатами, поскольку именно эти соединения необходимы им для роста.

Авторы исследования также выделили из пластовой воды ряд чистых культур некоторых микроорганизмов, вырастив их в лабораторных условиях. Выделенные штаммы бактерий принадлежали к родам Desulfoplanes, Halanaerobium, Sphaerochaeta, Geotoga, Bacillus и другим. Используя их, ученые оценили, какие метаболиты эти микробы выделяют в процессе жизнедеятельности. Так, например, удалось определить, что Geotoga сбраживает углеводы и белки с образованием ацетата, водорода и углекислого газа, а также восстанавливает тиосульфат до сульфида.

«Мы охарактеризовали микробный состав нескольких нефтяных месторождений Татарстана и выявили, что в большинстве из них преобладают сульфатредуцирующие бактерии, разлагающие углеводороды и другую органику и при этом восстанавливающие окисленные соединения серы до сероводорода. Присутствие бродильных бактерий, способных перерабатывать внесенные с поверхности сахара или белки в нефтевытесняющие метаболиты, такие как низшие жирные кислоты, спирты и газы, указывает на потенциальную возможность повышения нефтеотдачи пластов на этих месторождениях. Однако при этом нужно учитывать также активность сульфатредукторов, потребляющих продукты метаболизма бродильных бактерий. Еще предстоит исследовать, какие вещества будут оптимальны для микроорганизмов каждого пласта», — рассказывает Тамара Назина, доктор биологических наук, заведующая лабораторией нефтяной микробиологии ФИЦ Биотехнологии РАН.