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生产硫化物的细菌主导着水力压裂的油气井

研究人员发现,居住在水力压裂页岩地层的微生物通过一条知之甚少的途径产生有毒的腐蚀性硫化物。该团队的研究结果于本周发表在美国微生物学会开放获取期刊mSphere上,该研究结果表明,石油和天然气行业可能需要新的方法来监测和减少裂缝性页岩中产生硫化物的细菌。

生产硫化物的细菌主导着水力压裂的油气井

“这是一个非常荒凉的环境,高压,盐度和温度在地下2000米左右。你会认为在压裂过程中引入的微生物会死亡,但其中一些会让自己过上好日子,”Mike Wilkins说道。哥伦布俄亥俄州立大学的环境微生物学家和该研究的高级研究员。“该行业花费了大量资金试图将微生物排除在这些系统之外。”

水力压裂,也称为“压裂”,涉及将水,砂和化学品高压注入页岩地层,以形成释放油和气的裂缝网络,将其泵送回地面并回收。仅在过去十年中实践,对裂缝网络中的微生物生态系统知之甚少。

产生硫化物的微生物导致钻井作业的多个问题。氢硫化物可以“酸”的阱,并且必须从油和气体中的昂贵的工艺分离。硫化物可能对钻井垫上的工人有毒,并且还会腐蚀性地降解金属管道。微生物本身可以通过用生物质或排泄的沉淀物填充微小裂缝来破坏提取过程。

威尔金斯的团队之前发现,特别是Halanaerobium的一个细菌家族主导了裂缝性井生态系统。这些细菌可以将环境中发现的硫代硫酸盐转化为硫化物。该团队与西弗吉尼亚大学和太平洋西北国家实验室的合作者一起决定跟踪在俄亥俄州法拉盛附近的Utica页岩地层中发现的微生物群落催化的硫循环。[俄勒冈州钻井平台的图像,用于研究。图片来源:Rebecca Daly]

威尔金斯说:“井不断地将已经存在于裂缝中的液体拉了几个月,所以这是一种很好的方法,可以让化学和生物学方法了解那里发生的情况。”他的团队在120天内收集了液体样本,以测量含硫化学物质和存在的细菌种类。

他们发现,在开始抽取和抽取井液后10天内,Halanaerobium达到了近100%的细菌群落优势,并在接下来的100天内保持如此。然后研究小组对存在的基因进行了研究,以寻找能够催化硫反应的酶。他们发现了多种硫氰酸盐,一种可以将硫代硫酸盐还原为亚硫酸盐和元素硫的酶,以及一种将亚硫酸盐还原为硫化物的厌氧亚硫酸盐还原酶。如果Halanaerobium物种将这两种酶一起使用,微生物可能会使用环境硫代硫酸盐来生成硫化物。

为了证实这一点,研究小组培养了从井样品中分离出的Halanaerobium。实验室培养的细菌产生两种酶,当在培养基中加入硫代硫酸盐时,产生硫化物。最后,研究小组测量了微生物喜欢消耗的特定硫同位素,并发现随着时间的推移,样品中的硫同位素减少了。“这表明这口井中的硫循环是一种微生物过程,而不是非生物过程,”威尔金斯说。

目前的工业测试仅通过检测硫酸盐还原活性来监测产生硫化物的微生物。“硫酸盐还原菌在海水和地下水中非常常见,并将硫酸盐转化为硫化物,”威尔金斯说。然而,Halanaerobium将硫代硫酸盐转化为硫化物。因此,威尔金斯指出,今天对这口井的测试会错误地导致油井操作员认为没有产生硫化物。

“了解哪些微生物正在造成潜在的破坏是非常重要的,以便井操作员可以更好地瞄准它们,”他说。Wilkins说,Halanaerobium被发现在从德克萨斯州到宾夕法尼亚州的裂缝井生态系统中占主导地位,因此改进对硫化物产量的监测可能是全国井产能的关键。

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