Исследовано влияние высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. После периода адаптации (10 сут) общая численность гетеротрофных микроорганизмов возрастает от (0,6-0,7)*10-6 до (890-990)*10-6 КОЕ/г; при этом происходит снижение биоразнообразия и в 3-4 раза возрастает активность почвенных ферментов. За 180 сут. эксперимента общая утилизация нефти в среднем составила 85,0% от ее исходного количества. При этом все нефтяные фракции подверглись окислению: общая деструкция масел (алканы, изоалканы, нафтены, арены) сотавила в среднем 86,9%. Установлено, что биохимическая трансформация высокомолекулярных гетероорганических соединений (ВМГС) нефти протекает одновременно с минерализацией более легких фракций. Утилизация смол и асфальтенов в среднем составила 86,8 и 55,1%, соответственно. Доказано, что в процессе окисления ВМГС происходит уменьшение их молекулярной массы за счет деградации алкильных заместителей, а также за счет частичного разрушения ароматических и нафтеновых циклов.

В лабораторных условиях исследовано влияние высоковязкой нефти Усинского месторождения на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. После периода адаптации, микроорганизмы приспосабливаются к углеводородам высоковязкой нефти и скорость биохимического окисления возрастает. За 60 суток эксперимента утилизация нефти составила 50 %. Анализ остаточных углеводородов нефти методом ИК-спектрометрии показал появление полос поглощения в области 1070, 1165, 1730, 1270, 3300 см-1, что указывает на присутствие большого количества кислородсодержащих соединений и свидетельствует о процессах окисления углеводородов нефти. Хроматомасс-спектрометрический анализ подтвердил интенсивность биодеструкции: утилизация насыщенных ациклических УВ составила 77.5 %, циклических - 99.2 %, алкилбензолов - 99 %, биоароматических - 97-99 %, триароматических - 96 % и полиароматических - 97 %.

Исследовано влияние высоковязкой нефти месторождения Цагаан Элс (Монголия) на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. Показано, что после адаптации микроорганизмов к углеводородам их численность возрастает на два порядка, а ферментативная активность увеличивается в 2-3 раза. За 180 сут. эксперимента утилизация вязкой нефти составляет 78%. Анализ нефти после биодеградации показал, что в ней содержится большое количество кислородсодержащих соединений - промежуточных продуктов окисления при микробиологической ассимиляции нефтяных углеводородов. В составе исследуемой высоковязкой нефти все углеводороды затронуты биохимическим окислением почвенными микроорганизмами.

С применением методов ИК-спектрометрии и хромато-масс-спектрометрии исследованы процессы биоокисления углеводородов нефти и определены наиболее значимые биоиндикаторы. характеризующие активность биодеструктивных процессов в условиях глубинных скважин Вахского месторождения.

Проведены экспериментальные исследования по влиянию нефтяных загрязнений на активность почвенной микрофлоры. Концентрация нефти в почве до 5% стимулирует рост аборигенной микрофлоры. Введение питательного азотистого субстрата в загрязненную почву, увеличивает численность и окислительную активность микроорганизмов. Деструкция насыщенных углеводородов нефти в течение 30 суток составляет при этом 80-90%. Увеличение концентрации нефтезагрязнения почвы до 10%, оказывает угнетающее действие на почвеннй биоценоз. Процессы окисления углводородов незначительны.

Исследованы микробиологические и физико-химические характеристики нефтяных месторождений Монголии - Зуунбаян, Цаган-Элс с пластовой температурой 27-30С и Тамсагбулаг - 55-75С. Определена численность углеводородокисляющей, сульфатредуцирующей и денитрифицирующей физиологических групп пластового биоценоза. В процессе окисления вязких нефтей Монголии изолированной углеводородокисляющей микрофлорой степень биодеструкции увеличивается от 1,6 до 8,15, накапливаются продукты метаболизма, снижающие поверхностное натяжение от 70 до 42 мN/м. Хроматографический и ИК-спектрометрический анализы показали глубокие деструктивные изменения углеводородов нефтей Монголии в процесссе биодеструкции.

В лабораторных условиях исследовано положительное влиние полиэтиленовых фотолюминесцентных пленок на оксигеназную активность аборигенной микрофлоры нефтезагрязненных почв в концентрации 50 г/кг. В опытных вариантах в конце эксперимента утилизация нефти составила 30-35 г/кг почвы, в контрольных вариантах 8-13 г/кг. Анализ остаточных углеводородов нефти методом ИК-спектрометрии, при использовании фотолюминесцентных пленок, показал появление полос поглощения (п.п.) в области 1710 см минус первой степени и 1600 см минус первой степени, а также увеличение спектральных коэффициентов С1, С2, А1, А2 в 1.5-3 и уменьшение С3, А3 в 15.5-2.5 раза, что указывает на интенсивные процессы окисления нефти.Хроматогрфический анализ подтвердил интенсивность биодеструкции насыщенных ациклических углеводородов. В опытных образцах полностью элиминировали легкие углеводороды С9-С14, на 70-80 % уменьшилась концентрация углеводородов с большим молекулярным весом С15-С28. При этом коэффициент биодеструкции нефти, определяемый по отношению суммы изоалканов (пристан+фитан) к сумме н-алканов (С17+С18), с применение фотолюминесцентных пленок увеличивается в 5-6 раз.

В лабораторных условиях на модельных почвенных системах исследована микробиологическая деструкция сол и асфальтенов аборигенной почвенной микрофлорой. Показано, что высокомолекулярные гетероатомные компоненты нефти доступны для окисления почвенными микроорганизмами, за 180 сут эксперимента утилизация смол составила 41.5 мас. %, асфальтенов - 35.0 мас. %. Анализ остаточных продуктов биодеструкции показал заметное изменение состава высокомолекулряных гетероатомных компонентов. Биодеструкция смол и асфальтенов протекает преимущественно с "отщеплением" периферийных парафиновых структур, ароматическое ядро преобразуется менее существенно.

Исследована окислительная способность биоценоза пластовых вод нефтяной залежи Вахского месторождения, численность которого составляет 420 тыс. клет./см3. При культивировании пластовой микрофлоры в контакте с нефтью, ее численность увеличивается на 1 порядок, при введении раствора композиции, содержащей азотистые компоненты, – на 4 порядка. Стимулируется их деструктивная активность. Хроматографический анализ показал, что максимальные изменения в процессе биодеструкции произошли в содержании моно-, би- и триароматических углеводородов.

В лабораторных условиях исследовано влияние фотолюминесцентных (светокорректирующих) пленок на рост численности и ферментативную активность аборигенной микрофлоры почв, загрязненных нефтью в концентрации до 5%. Увеличение численности микрофлоры коррелирует с повышением ферментативной активности: каталазы в 2-4, дегидрогеназы в 2,5, уреазы в 4,5, полифенолоксидазы и пероксидазы в 2-3 с контрольными вариантами без применения пленок.

В полевых условиях исследовано влияние полиэтиленовых светокорректирующих пленок на рост и оксигеназную активность микрофлоры почв, загрязненных нефтью в концентрации 5%. Изучен стимулирующий эффект пленок на рост численности и повышение оксигеназной активности аборигенной микрофлоры. В конце опыта через 80 сут остаточное содержание нефти понижается на 68-77%. Хроматографический анализ остаточных насыщенных углеводородов показал, что полностью элиминированы легкие углеводороды С9-С14, на 80-90% уменьшилась концентрация углеводородов с большей молекулярной массой. При этом коэффициент биодеструкции углеводородов нефти, определяемый по отношению суммы н-алканов (С17 + С18) к сумме изоалканов (пристан+фитан), увеличивается в 5-6 раз.

Исследовано влияние дисперсного материала на основе технического углерода и моющей композиции ИХН-КА на рост и ферментативную активность аборигенной микрофлоры серой лесной оподзоленной почвы в процессе биодеградации нефтяного загрязнения. В присутствии углеродного материала степень деструкции нефти составила 56%, а при внесении дополнительного азотного питания - 77%. В почве без сорбента и минерального питания деструкция составила 13%.

Исследовано влияние дисперсных материалов на основе технического углерода на рост и ферментативную активность аборигенной почвенной микрофлоры в процессе биодеградации нефтяного загрязнения. В присутствии дисперсных углеродных материалов показано увеличение на 20-30% активности ферментов группы каталазы, дегидрогеназы и полифенолоксидазы, повышение в 2-5 раз численности основных физиологических групп микрофлоры в фазу экспоненциального роста, увеличение на 20-28% степени деструкции нефти, усиление изменений структурно-группового состава нефтяного загрязнения.

В лабораторных условиях исследовано влияние света, моделирующего солнечный спект, трансформированного светокорректирующей пленкой, на ферментативную окислительную активность микроорганизмов в жидкой среде, загрязненной нефтью в концентрации 2%. В условиях применения светокорректирующей пленки, как укрывного материала, возрастает численность микроорганизмов, повышается их ферментативная активность. При этом каталазная и дегидрогеназная активность увеличивается в 2-2,5 раза, динамика накопления альдегидов возрастает в 2,5 раза. По данным ГЖМ-, ЯМР- и ИК-спектрометрии процессы биохимического окисления углеводородов нефти протекают в 2-3 раза быстрее, по сравнению с контрольным вариантом.

Проведены исследования пластовых флюидов месторождения Тамсагбулаг (Монголия) для разработки комплексного физико-химического метода интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи с применением микроорганизмов. Пластовые условия месторождения способствуют формированию разнообразного биоценоза, представленного микроорганизмами родов Arthrobacter, Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium. Микрофлора положительно реагирует на внесение нефтевытесняющей композиции в концентрации 5 % в качестве источника азотного питания. Пластовая микрофлора обладает углеводородокисляющей активностью со степенью биодеструкции вязкой нефти 8.15 с накоплением продуктов метаболизма, снижающих поверхностное натяжение от 70 до 42 мН/м. Хроматографический и ИК-спектрометрический анализы подтвердили глубокие деструктивные изменения углеводородов вязких нефтей. При этом коэффициент окисленности (С=О) увеличился в 16 раз. При моделировании вытеснения вязкой нефти с применением комплексного метода получен относительный прирост коэффициента нефтевытеснения 14,4 %.

Исследована зависимость численности и активности пластовой микрофлоры от химического состава и вязкости нефтей, позволяющая решать задачи повышения эффективности технологий и увеличения нефтеодачи в условиях добычи трудноизвлекаемых видов нефтей с аномальными свойствами (вязкие, тяжелые, парафинистые, смолистые). Для изучения особенностей влияния химического состава нефти на численность, распространение и активность пластовой микрофлоры использованы данные о микробиологических свойствах пластовых вод 16 нефтяных месторождений различных нефтегазносных бассейнов России, Монголии, Китая и Вьетнама. Данные о физико-химических свойствах нефтей этих месторождений получены из базы данных, созданной в Институте химии нефти СО РАН по физико-химическим свойствам нефтей мира. Установлено, что пластовые воды месторождений вязких нефтей харктеризуются значительной чиленность гетеротрофных и сульфатвосстанавливающих бактерий, а пластовые воды месторождений нефти с высоким содержанием парафинов - численностью денитрифицирующих бактерий.

Приведены физико-химические исследования товарного и отработанного вакуумных масел марки ВМ-4. На модельной системе показана возможность биохимического окисления отработанного вакуумного масла углеводородокисляющими микроорганизмами. Численность микроорганизмов в процессе окисления углеводородов, входящих в состав отработанного масла, возрастает до десятков миллиардов клеток на миллилитр среды. Эффективность окисления углеводородв, входящих в состав масла, составляет 24-26% в зависимости от первоначальной концентрации.

В институте химии нефти СО РАН разработан комплексный метод рекультивации нефтешламов с применением моющих композиций на основе поверхностно-активных веществ. После отмыва нефтешлама для ремедиации отработанного нефтезагрязненного раствора применяли коммерческий биопрепарат "Дестройл", содержащий углеводородокислящую микрофлору. Уровень нефтезагрязнения в смывном растворе за 20 суток понизился на 90 %. После биодеструкции отработанную смывную воду с раствором композии можно применять вторично для отмыва новых порций шлама либо для других хозяйственных нужд.

Представлены результаты анализов добываемой нефти и пластовой воды из скважин на участках опытно-промышленных испытаний технологий на основе потокоотклоняющих и нефтевытесняющих композиций, разработанных в Институте химии нефти СО РАН.

Проведены экспериментальные исследования по влиянию нефтяных загрязнений на окислительную активность почвенной микрофлоры в процессах деструкции углеводородов. Концентрация нефти в почве до 5 % стимулируент рост и активность почвенного биоценоза. Хроматографический анализ проб остаточной нефти после 60 суточного контакта с почвенной микрофлорой показал значимые изменения в молекулярно-массовом распределении насыщенных углеводородов С9-С32. Введение стимулирующего питательного субстрата повышает биохимическую активность микроорганизмов. За 60 суток контакта с активизированной микрофлорой деструкция нормальных алканов и изопренанов нефти в почве составляет 80-95 %. Максимальной деструкции подверглись н-алканы С9-С15 и С20-С31. Загрязнение нефтью почвы в концентрации 10 % оказывает угнетающее действие на аборигенную микрофлору и процессы окисления углеводородов незначительны.

Показана возможность эффективного биохимического окисления смеси отработанных вакуумных масел с помощью углеводородокисляющих микроорганизмов, представителей видов:Arthrobacter globiformis, Baciillus cereus, Pseudomonas stuzeri и Р.purida. Численность микроорганизмов в процессе окисления углеводородов, входящих в состав отработанного масла, возрастает на 5-9 порядков, до 30*10 в девятой КОЕ/мл среды. Предлагаемый метод, включающий удаление продуктов метаболизма в процессе эксперимента, обеспечивает эффективность биодеструкции на уровне 69 % за 30 сут. при исходной концепции отработанного масла как 25 %, так и 50 %. Проведены физико-химические исследования смеси отработанных вакуумных масел до и после биодеструкции. Установлено, что обработанное масло практически не содержит свободных кислородсодержащих соединений. Все промежуточные продукты метаболизма переходят в водную фазу и подвергаются полной минерализации либо включаются в метаболизм бактериальной клетки.

В результате лабораторных исследований экспериментально показана возможность биохимического окисления смеси жидких органических радиоактивных отходов (ЖОРО) ассоциацией углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ): Arthrobacter globillus cereus, Pseudomonas stutzeri и P. putida. Установлено, что при культивировании УОМ на среде с радиоактивными отработанными маслами их численность возрастает на 5-6 порядков и достигает (6-8)*10 в девятой степени КОЕ/мл. Предлагаемый метод культивирования, включающий частичное удаление продуктов метаболизма в процессе эксперимента, обеспечивает эффективность биодеструкции на уровне 80-82 % за 60 сут при исходных концентрациях радиоактивного отработанного масла 50 и 25 % от общей массы отходов. Общая а-радиоактивность и содержание радионуклидов в отработанном масле снизились на 37-43 % от исходного содержания. В результате проведенных экспериментов показано, что с применением ассоциации исследованных УОМ можно снизить концентрацию ЖОРО более чем в 5 раз, а также подготовить жидкие радиоактивные отходы к дальнейшей перераблтке традиционными способами.

Показана возможность биохимического окисления смеси полиароматических углеводородов (ПАУ) в отсутствии других источников углерода и энергии ассоциацией углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) видов Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas putida, Bacillus cereus u Arthrobacter globiformis. Численность микроорганизмов в процессе культивирования увеличивалась от 0.25 * 10 в 4 степени до 11 * 10 в 8 степени КОЕ/мл среды, что сопровождалось увеличением их оксигеназной активности. Все идентифицированные ПАУ подвергались окислению; степень деструкции би-, три-, пента-, гексааренов и их метилзамещенных гомологов варьировала от 11.3 до 100 %.

Проведен обзор закономерностей изменений физико-химических свойств тяжелых высоковязких нефтей Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Приведены данные статистического анализа свойств тяжелых высоковязких нефтей (ТВВН) в зависимости от литологической характеристики нефтевмещающих пород. Установлено уменьшение плотности (р) и вязкости (м) нефтей с увеличением глубины залегания. Показано, что максимальное значение ρ и м ТВВН наблюдается в нефтевмещающих породах нижней перми, а минимальное - в отложениях девона. По физико-химическим свойствам тяжелые высоковязкие нефти в среднем являются сернистыми, высокосмолистыми, среднеасфальтенистыми, со средним содержанием фракции н.к. 300 °С и малопарафинистыми.

Изучено окисление изопропилбензола в присутствии тетрафенилпорфинов Co, Cu, Zn, Al, In. Показано, что каталитическая активность тетрафенилпорфинов металлов зависит от металла-комплексообразователя в молекуле тетрафенилпорфина.

На примере нефтей Усинского месторождения и месторождения Ляохе изучены основные тенденции изменения состава тяжелых, высоковязких нефтей при тепловом воздействии в присутствии воды. Эксперименты по лабораторному моделированию проводили в интервале температур 200-350 °С с добавлением минеральной добавки для изучения характера влияния нефтеносной породы. Изменение группового состава по сравнению с исходными нефтями характеризуется увеличением содержания асфальтенов и уменьшением содержания спирто-бензольных смол. По данным ПК-спектроскопии в составе продуктов термолиза возрастает доля пиридиновых оснований, сульфоксидов, амидов, карбонилсодержащих соединений ароматических структур. Лабораторный термолиз в среде водяного пара приводит также к заметному изменению состава н-алканов в масляной фракции нефти.

Изучен углеводородный состав тяжелой, высокосмолистой, высокопарафинистой, малосернистой нефти месторождения Камышлджа (Западный Туркменистан). Показано, что около трети масляных компонентов нефти составляют н-алканы и другие соединения, содержащие в молекулах длинные неразветвленные алифатические фрагменты (моно-метилалканы, алкилмоно- и алкилбицикланы, алкилбензолы). Суммарные групповые концентрации нафтенов в нефти снижаются более чем в 15 раз, а концентрации моноаренов - на два порядка с увеличением числа колец в их молекулах от 0 до 5. Среди углеводородов, не образующих клатратов с карбамидом, идентифицированы соединения, содержащие до пяти циклов в молекулах. Из нафтеноароматических углеводородов, как правило, преобладают соединения с четырьмя-пятью циклами в молекулах. Ряды алканов, моно-, би- и трицикланов, а также алкилбензолов в нефти простираются в широких интервалах от С11 - С14 до С47 - C48. Ряды остальных идентифицированных в нефти углеводородов ограничены не более, чем 13 низкомолекулярными членами.

Изучены химический состав высоковязкой нефти Монголии и влияние нефтевытесняющих композиций на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) на распределение углеводородов (УВ) в процессе термостатирования системы нефть-композиция (нефть-вода) в лабораторных условиях. Показано, что присутствие композиции в системе приводит к перераспределению и изменению состава УВ нефтяной фазы и увеличению содержания нефтяных компонентов в водной фазе, особенно заметному при использовании ПАВ; в нефти увеличивается доля легких алканов С10-С15, в водной фазе преобладают алканы и циклогексаны С16-С25.