Ученые научились еще точнее определять бактериальный состав нефти и газа

Это исследование необходимо для защиты труб от коррозии

Фото: Дмитрий Коротаев, Коммерсантъ

Российские ученые разработали оригинальную систему отбора проб из нефтяных скважин для генетических исследований. В сравнении с зарубежными системами тестирования российская разработка удобнее в применении и дешевле.

Система отбора проб уже прошла тестирование на одном из месторождений Сахалина и производится серийно Группой компаний «ТехноСпарк».

Нефте- и газовые магистрали нуждаются в постоянном мониторинге на биокоррозию. В западной индустрии такой мониторинг проводится давно, причем один из главных его инструментов — генетический анализ. Он повышает эффективность борьбы с биокоррозией, основной или одной из главных причин почти 70% прорывов трубопроводов и до 75% отказов насосного оборудования. Бактерии прекрасно себя чувствуют, размножаются и создают проблемы даже в такой агрессивной среде, как нефтесодержащие жидкости.

Генетические исследования водных фракций технологической жидкости из промысловых труб дают важное преимущество — возможность отследить начало коррозионных процессов и принять меры в начале развития «болезни» трубы или даже предотвратить развитие коррозии, вызванной размножением патогенных бактерий.

Однако в современной практике большинство компаний вместо профилактики разрушений трубопроводов борются с последствиями жизнедеятельности коррозионных бактерий — проявляющейся коррозией и изменениями химического состава.

Против коррозии применяется обработка труб реагентами, но она может не принести результата, если не знать, на какой стадии находится процесс биокоррозии и какой результат получился после обработки. Причем если обработка труб производится неверно подобранными специализированными «антибиотиками» (биоцидами) или комплексными ингибиторами разных видов коррозии, она может привести даже к обратному эффекту: рост патогенных микроорганизмов, устойчивых к применяемым биоцидам, только усилится.

Генетическая диагностика биокоррозии позволяет точно узнать состав разрушительно воздействующих на трубы микроорганизмов, определить, какие необходимы средства обработки, а также сделать этот процесс максимально точечным, локализовав загрязненные участки трубы.

Кто живет в трубах?

Биокоррозия трубопроводов, ее причины и способы борьбы с нею пока менее изученная область, чем коррозия химического и электрохимического происхождения. Генетические исследования как раз помогают закрыть этот пробел. Сегодня ученым известно, что микроорганизмы, в огромных количествах содержащиеся в почве и поверхностных водах (то есть непосредственно соприкасающиеся с трубопроводами), могут создавать устойчивые биопленки на поверхности металла. Проблема стоит очень остро на зрелых месторождениях нефти, где часто используется заводнение нефтесодержащих пластов.

Образующиеся в трубопроводах биопленки способствуют окислению железа, а также продуцируют сероводород, разрушительно действующий на защитное покрытие трубы. Особенно опасны для нефтегазового оборудования сульфатвосстанавливающие бактерии из-за своей высокой химической активности. Они берут из воды сульфаты, а продуцируют высокоактивные вещества — сульфиты и сульфиды, попутно выделяя в окружающую среду большое количество сероводорода. Как результат, образуются очаги язвенной и сероводородной коррозии, а также происходит накопление в трубе нерастворимого сульфида железа, который механически засоряет трубопровод.

Биопленки имеют свойство расти, а под воздействием их роста от поверхности металла отделяются поврежденные клетки, которые распространяются на другие участки трубопровода.

Такие «очаги» бактериального заражения металла могут приводить даже к остановкам в работе трубопроводов на внеплановые ремонты или в самых сложных случаях — к прорыву трубопровода и разливу нефти. Для индустрии это огромные (миллиардные) потери. Чтобы купировать зараженные участки, нужно правильно подобрать реагенты, а для этого — идентифицировать все вредоносные микроорганизмы и провести полное их профилирование. Чем и занимается генетический анализ.

Генетические исследования пришли на смену традиционному способу, когда в процессе тестирования микроорганизмы культивировали на питательной среде, потом изучали под микроскопом и подсчитывали колонии бактерий. Но у этого способа по меньшей мере два больших недостатка. Во-первых, обычно в биомассе содержится до 70% некультивируемых бактерий. Во-вторых, в лабораторных условиях сложно или почти невозможно получить точные результаты в моменте: свойства образцов слишком быстро меняются, потому что бактерии имеют разный срок жизни. За время культивации значительно меняется количество микроорганизмов и их разнообразие. Молекулярно-генетические технологии для идентификации микроорганизмов работают гораздо быстрее и на порядок эффективнее лабораторной культивации бактерий. Генетические тесты делаются за пару дней, в то время как лабораторная культивация биомассы раньше занимала недели.

Одна на двадцать тысяч

До недавнего времени российские компании были вынуждены заказывать генетические исследования проб из нефтяных скважин за рубежом. После введения санкций это стало очень затруднительно или даже невозможно. В качестве ответа на этот вызов российская компания «БиоСпарк» (входит в контур группы «ТехноСпарк») предложила свое решение. В ходе генетических исследований проб из нефтяных скважин здесь используют такие способы, как микробиологическое профилирование — определение разнообразия патогенных микроорганизмов в образце. Микробиологическое профилирование основано на чтении геномов всех организмов, содержащихся в образце, и их количественной оценке методом высокопроизводительного секвенирования (next generation sequencing, NGS). С использованием этой технологии становится возможно определить нуклеотидную последовательность ДНК бактерий и получить формальное описание ее первичной структуры с максимально возможной точностью.

Точность результатов достигает 99,995%. Значит, ученые способны найти одну вредоносную архею или бактерию из 20 тыс. микроорганизмов. Причем каждое исследование позволяет определить семь наиболее распространенных групп бактерий, встречающихся в нефтегазопромысловом оборудовании. Многие из них способны в худшем своем проявлении не только привести к биокоррозии труб, но и ухудшить состав сырой нефти, свойства призабойной зоны нагнетательных скважин и на 30–40% снизить проницаемость пласта.

Особенность российской системы отбора проб — это компактность и простота в использовании. Компаниям не приходится заказывать компоненты системы по отдельности и ждать их доставки из-за рубежа. Систему можно приобрести в комплекте, распаковать уже на месте и отобрать биоматериал в том виде, который максимально соответствует требованиям для проведения точного NGS- или ПЦР-анализа.

Разработанные в «БиоСпарке» методы микробиологического профилирования довольно универсальны. Например, их активно используют в сельском хозяйстве для анализа растений и посадочного материала на грибное, бактериальное и вирусное заражение. Востребованы методы генетического анализа и для исследования городских газонов и зеленых насаждений на вирусную, бактериальную и грибную обсемененность.

С помощью NGS-анализа можно также анализировать образцы тканей и других материалов, соприкасающихся с животными и птицей, чтобы определить наличие у них вирусов и бактериальных инфекций. Сейчас в «БиоСпарке» разрабатывается, например, коробочный тест на определение с помощью методов генетического анализа пяти основных вирусов, поражающих кур. На очереди подобные решения для свиней, коз, овец и других сельхозживотных.

В разработке у компании находятся новые перспективные направления, такие как производство пробиотиков для почвы и животных.