Исследователи обнаружили, что микробы, населяющие сланцевую формацию с гидроразрывом, производят токсичный коррозионно-активный сульфид плохо изученным путем. Выводы группы, опубликованные на этой неделе в mSphere ®, журнале открытого доступа Американского общества микробиологии, показывают, что нефтегазовой отрасли могут понадобиться новые способы мониторинга и смягчения последствий бактерий, образующих сульфид, в трещиноватых сланцах.
Это довольно негостеприимная среда с высоким давлением, соленостью и температурой на глубине около 2000 метров под землей. Вы могли бы подумать, что микробы, появившиеся в процессе гидроразрыва пласта, умрут, но некоторые из них обеспечивают себе хорошую жизнь», - говорит Майк Уилкинс, микробиолог-эколог из Университета штата Огайо в Колумбусе и старший научный сотрудник исследования. тратит приличную сумму денег, пытаясь не допустить проникновения микробов в эти системы».
Гидравлический разрыв пласта, также известный как «фрекинг», включает закачку воды, песка и химикатов под высоким давлением в сланцевые пласты для создания сетей трещин, которые выпускают нефть и газ, которые закачиваются обратно на поверхность и извлекаются.. О микробных экосистемах в сетях разломов известно лишь последнее десятилетие.
Микробы, производящие сульфиды, создают множество проблем при бурении. Сероводород может «закиснуть» скважину, и его необходимо отделять от нефти и газа с помощью дорогостоящего процесса. Сульфиды могут быть токсичными для рабочих на буровой площадке, а также вызывать коррозию металлических трубопроводов. Сами микробы могут испортить процесс экстракции, заполняя крошечные трещины либо биомассой, либо выделяемыми осадками.
Команда Уилкинса ранее обнаружила, что одно семейство бактерий, в частности, Halanaerobium, доминирует в экосистемах трещиноватых колодцев. Эти бактерии могут преобразовывать тиосульфаты, содержащиеся в окружающей среде, в сульфиды. Команда ученых вместе с сотрудниками из Университета Западной Вирджинии и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории решила проследить круговорот серы, катализируемый микробным сообществом, обнаруженным в сланцевой формации Ютика недалеко от Флашинга, штат Огайо..
«Скважина постоянно вытягивает флюиды, которые месяцами находились в трещинах, так что это хороший способ получить химический и биологический взгляд на то, что там происходит», - говорит Уилкинс. Его команда собирала образцы жидкости в течение 120 дней, чтобы измерить как серосодержащие химические вещества, так и присутствующие виды бактерий.
Они обнаружили, что в течение 10 дней после начала откачки и отбора проб скважинных флюидов Halanaerobium достиг почти 100% доминирования в бактериальном сообществе и оставался таковым в течение следующих 100 дней. Затем команда исследовала присутствующие гены, чтобы найти возможные ферменты, способные катализировать реакции серы. Они обнаружили несколько копий роданезы, фермента, который может восстанавливать тиосульфат до сульфита и элементарной серы, и анаэробной сульфитредуктазы, фермента, который восстанавливает сульфит до сульфида. Если бы виды Halanaerobium использовали эти два фермента вместе, микробы могли бы использовать тиосульфат окружающей среды для производства сульфида.
Чтобы подтвердить это, команда культивировала Halanaerobium, выделенный из образцов скважин. Выращенные в лаборатории бактерии продуцировали оба фермента, а при подаче тиосульфата в культуральную среду продуцировали сульфид. Наконец, команда измерила определенный изотоп серы, который микробы предпочитают потреблять, и увидела, что со временем его содержание в пробах из скважин уменьшается. «Это признак того, что круговорот серы, наблюдаемый в этой скважине, является микробным, а не абиотическим процессом», - говорит Уилкинс.
Текущие отраслевые испытания отслеживают микробы, производящие сульфиды, путем обнаружения только сульфатредуцирующей активности.«Сульфаредуцирующие бактерии очень распространены в морской и грунтовой воде и превращают сульфат в сульфид», - говорит Уилкинс. Галанаэробий, однако, превращает тиосульфат в сульфид. Таким образом, сегодняшние испытания этой скважины, отмечает Уилкинс, ошибочно заставят оператора скважины думать, что сульфид не образуется.
«Знание того, какие микробы наносят потенциальный ущерб, важно для того, чтобы операторы скважин могли лучше нацеливаться на них», - говорит он. По словам Уилкинса, было обнаружено, что галанаэробий доминирует в экосистемах трещиноватых скважин от Техаса до Пенсильвании, поэтому улучшенный мониторинг их производства сульфидов может иметь ключевое значение для продуктивности скважин по всей стране.