Сульфид-продуцирующие бактерии доминируют в гидроразрыве нефтяных и газовых скважин
Исследователи обнаружили, что микробы, населяющие сланцевые пласты после гидроразрыва, производят токсичный и коррозионный сульфид через малоизученный путь. Результаты, опубликованные на этой неделе в открытом журнале Американского общества микробиологии mSphere, показывают, что нефтегазовой отрасли могут потребоваться новые способы мониторинга и подавления сульфид-продуцирующих бактерий в сланцах.
«Это довольно негостеприимная среда с высоким давлением, солёностью и температурой на глубине около 2000 метров. Можно подумать, что микробы, попавшие туда в процессе закачки, погибнут, но некоторые из них создают себе хорошую жизнь», — говорит Майк Уилкинс, старший исследователь. — «Отрасль тратит немало денег, пытаясь не допустить микробов в эти системы».
Гидравлический разрыв пласта (ГРП, «фрекинг») включает закачку под высоким давлением воды, песка и химикатов в сланцевые формации для создания сети трещин, высвобождающих нефть и газ. О микробных экосистемах в этих трещинах известно мало.
Сульфид-продуцирующие микробы создают множество проблем: сероводород может «засорить» скважину, его дорого отделять от нефти и газа. Сульфиды токсичны для рабочих и вызывают коррозию металлических трубопроводов. Сами микробы могут забивать микротрещины биомассой или выделяемыми осадками.
Ранее команда Уилкинса обнаружила, что в экосистемах скважин после ГРП доминирует одно семейство бактерий — Halanaerobium. Эти бактерии могут преобразовывать тиосульфаты из окружающей среды в сульфид. Команда решила отследить круговорот серы, катализируемый микробным сообществом в скважине формации Ютика (Utica shale) недалеко от Флашинга, Огайо.
«Скважина постоянно поднимает флюиды, которые месяцами находились в трещинах, что позволяет получить химическую и биологическую картину происходящего внизу», — поясняет Уилкинс. Его команда собирала пробы флюидов в течение 120 дней для измерения как серосодержащих химикатов, так и присутствующих видов бактерий.
Они обнаружили, что в течение 10 дней после начала отбора проб Halanaerobium достигли почти 100% доминирования в бактериальном сообществе и сохраняли его в течение следующих 100 дней. Затем команда проанализировала присутствующие гены, чтобы найти ферменты, способные катализировать реакции с серой. Были обнаружены множественные копии:
- Роданезы — фермента, восстанавливающего тиосульфат до сульфита и элементарной серы.
- Анаэробной сульфитредуктазы — фермента, восстанавливающего сульфит до сульфида.
Если виды Halanaerobium используют эти два фермента вместе, они могут преобразовывать тиосульфат из окружающей среды в сульфид.
Для подтверждения этого команда культивировала Halanaerobium, выделенные из проб скважины. Выращенные в лаборатории бактерии производили оба фермента и, получая тиосульфат в питательной среде, продуцировали сульфид. Наконец, измерение изотопа серы, который микробы предпочитают потреблять, показало его снижение в пробах со временем. «Это признак того, что круговорот серы в этой скважине — микробный процесс, а не абиотический», — говорит Уилкинс.
Текущие отраслевые тесты для мониторинга сульфид-продуцирующих микробов выявляют только активность по восстановлению сульфата. «Сульфат-восстанавливающие бактерии, превращающие сульфат в сульфид, очень распространены в морской воде и грунтовых водах», — говорит Уилкинс. Однако Halanaerobium превращают в сульфид тиосульфат. Таким образом, современные тесты этой скважины могут ошибочно указывать на отсутствие производства сульфида.
«Знание того, какие микробы наносят потенциальный ущерб, важно для целенаправленной борьбы с ними», — отмечает он. Halanaerobium доминируют в экосистемах скважин после ГРП от Техаса до Пенсильвании, поэтому улучшенный мониторинг их сульфидной продукции может быть ключевым для продуктивности скважин по всей стране.