فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات

1-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………… 2

2-1 پیدایش نفت …………………………………………………………………………………………………… 4

1-2-1 نظریه منشأ معدنی ……………………………………………………………………………………….. 4

1-2-1 نظریه منشأ آلی …………………………………………………………………………………………… 4

 1-3 نفت خام ……………………………………………………………………………………………………….. 5

1-4 انواع نفت خام ………………………………………………………………………………………………… 5

1-5  خام برنت ………………………………………………………………………………………………………. 6

1-6 نفت خام مارس ……………………………………………………………………………………………….. 6

1-7 نفت خام میناس ………………………………………………………………………………………………. 6

1-8 نفت خام موربان ……………………………………………………………………………………………… 7

1-9 نفت خام تاپیس ……………………………………………………………………………………………… 7

1-10 اجزای نفت خام …………………………………………………………………………………………… 7

1-11 خواص نفت خام ………………………………………………………………………………………….. 9

1-11 -1 خواص فیزیکی نفت خام …………………………………………………………………………. 9

1-11-2  شیمیایی نفت خام …………………………………………………………………………………… 10

1-12 باکتری های بی هوازی ………………………………………………………………………………… 10

1-13 دسته بندی باکتری های بی هوازی ………………………………………………………………… 11

1-13-1 باکتری های بی هوازی احیاکننده نیترات ………………………………………………….. 11

1-14 اندامگان بی هوازی ……………………………………………………………………………………… 11

1-15 متابولیسم بی هوازی …………………………………………………………………………………….. 12

1-16 بیوسورفکتانت …………………………………………………………………………………………….. 13

1-17 تعریف بیوسورفکتانت ها …………………………………………………………………………….. 13

1-18 بیوسورفکتانت ها از نظر وزن مولکولی …………………………………………………………. 13

1-18-1 بیوسورفکتانت های با وزن مولکولی پایین …………………………………………………. 13

1-18-2 بیوسورفکتانت های با وزن مولکولی بالا ……………………………………………………. 14

1-19 تولید بیوسورفکتانت ها ………………………………………………………………………………… 14

1-20 اثر فاکتورهای مختلف بر تولید بیوسورفکتانت ………………………………………………..14

1-20-1 اثر منبع کربن بر تولید بیوسورفکتانت …………………………………………………………15

1-20-2 اثر منبع نیتروژن بر تولید بیوسورفکتانت …………………………………………………….. 15

1-20-3 اثر فاکتورهای محیطی بر تولید بیوسورفکتانت ……………………………………………. 15

 1-21 تقسیم بندی بیوسورفکتانت ها ………………………………………………………………………  16

1-22 انواع بیوسورفکتانت ……………………………………………………………………………………… 16

1-23 مزیت های استفاده از بیوسورفکتانت ………………………………………………………………. 17

1-24 مزیت بیوسورفکتانت ها به سورفکتانت های شیمیایی ………………………………………. 18

1-25 کاربردهای بیوسورفکتانت ها …………………………………………………………………………. 19

1-25-1 کاربردهای بیوسورفکتانت ها در صنعت نفت ………………………………………………. 19

1-25-2 کاربردهای بیوسورفکتانت ها در صنایع غذایی ……………………………………………. 20

1-26 نقش های طبیعی و فیزیولوژیکی بیوسورفکتانت ها ………………………………………….. 20

1-27 افزایش سطح تماس ناحیه هیدروفوبی سوبستراها …………………………………………….. 20

1-28 هالوفیل ها …………………………………………………………………………………………………….. 20

1-29 اهداف تحقیق ………………………………………………………………………………………………. 21

1-30 سوالات تحقیق …………………………………………………………………………………………….. 22

 

 

1-31 فرضیه های تحقیق ………………………………………………………………………………………… 22

فصل دوم: پیشینه پژوهش

2-1 بیوتکنولوژی و اهمیت بیوتکنولوژی نفت ………………………………………………………… 24

2-2 بیوتکنولوژی در خدمت صنعت و نفت …………………………………………………………….. 24

2-3 استخراج نفت ………………………………………………………………………………………………… 26

2-4 حفر چاه ………………………………………………………………………………………………………… 27

2-5 روش های استخراج نفت ……………………………………………………………………………….. 27

2-6 مزایای بیوسورفکتانت ها در استخراج نفت ثالثیه ……………………………………………… 31

2-7 پیشینه تحقیق …………………………………………………………………………………………………. 32

فصل سوم

روش کار

3-1 دستگاه های مورد استفاده ………………………………………………………………………………..  39

3-2 وسایل مورد نیاز ……………………………………………………………………………………………..  39

3-3 مواد مورد استفاده …………………………………………………………………………………………..  40

3-4 مراحل انجام آزمایش ……………………………………………………………………………………..  40

3-4-1 نمونه برداری ……………………………………………………………………………………………..  41

3-4-2 غربالگری و غنی سازی بی هوازی باکتری های نفتی ……………………………………  41

3-4-3روش تهیه لام …………………………………………………………………………………………….. 43

3-4-4 رنگ آمیزی گرم ………………………………………………………………………………………. 43

3-4-5 رنگ آمیزی منفی ……………………………………………………………………………………… 44

3-4-6 شناسایی و تخلیص ……………………………………………………………………………………. 44

 3-4-7 تست احیای نیترات ………………………………………………………………………………….. 46

3-4-8 تست CHNS……………………………………………………………………………………………

3-4-9 آزمایش های وجود بیوسورفکتانت در نمونه های آزمایش شده ……………………. 48

فصل چهارم: نتایج

4-1 مشاهده میکروسکوپی ………………………………………………………………………………………. 54

4-2 نتایج مرحله شناسایی و تخلیص ……………………………………………………………………….. 54

4-3 نتایج تست احیای نیترات …………………………………………………………………………………. 54

4-4 نتایج تست CHNS ………………………………………………………………………………………..  55

4-5 نتایج آزمایش های وجود بیوسورفکتانت در نمونه های آزمایش شده …………………….57

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری

5-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………. 59

5-2 بحث ……………………………………………………………………………………………………………. 61

5-3 نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………… 63

5-4 پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………… 64

پیوست الف ………………………………………………………………………………………………………….. 65

منابع فارسی …………………………………………………………………………………………………………… 66

منابع لاتین …………………………………………………………………………………………………………….. 66

چکیده:

 

مبحث حضور باكتریها در اعماق زمین در اوایل قرن 21 مطرح شد. یكی از اولین تحقیقاتی كه در مورد میكروبیولوژی اعماق زمین انجام شد منتج به جداسازی باكتریهای احیا كنندة سولفات از چاه نفت شد. باکتری های احیا کننده سولفات، اصلی ترین باکتریهایی هستند که باعث ترش و اسیدی شدن نفت شده و در نتیجه افت کیفیت نفت خام را به بار خواهند آورد. رقابت بین SRB ها و باکتریهای بیهوازی احیا کننده نیترات برای کسب سوبسترای هیدروکربنی امروزه به عنوان یکی از راه­حلهای بالقوه بیوتکنولوژیک در جهت ارتقا کیفیت API نفت خام مطرح می­ شود. لذا تحقیق در مورد یافتن NRBهای بومی نفت خام هر منطقه جغرافیایی تبدیل به یکی از موضوعات مورد توجه دانشمندان صنعت نفت در دهه اخیر شده است. از مهمترین ویژگیهای یک باکتری مفید در بیوتکنولوژی نفت توانایی تحمل شرایط فیزیکو شیمیایی دشوار مخزنی و تولید بیو سورفکتانت جهت افزایش دسترسی میکروبی می­باشد. لذا در این تحقیق باکتریهای بی­هوازی هالوفیل، احیاکننده نیترات  و مولد بیوسورفکتانت بومی نفت خام ایران بررسی شدند. نمونه نفتهایی از برخی مخازن ایران با هدف بررسی حضور باکتریهای احیاکننده نیترات بومی مورد مطالعه قرار گرفت. تمامی کشتها به روش Hungate در ویالهای crimped seal شده و تنظیم اتمسفر بی هوازی، تحت شرایط کاملا بی هوازی در دمای  40درجه سانتیگرادصورت گرفت. در تمامی مراحل هالوفیل بودن باکتریهای جدا شده با افزودن NaCl به محیطهای کشت لحاظ شد. از محیط نوترینت براث و BSM فاقد منبع گوگرد که حاوی نفت خام استریل به عنوان تنها منبع کربن و انرژی بود، به منظور حذف SRB رقیب و غنی سازی اولیه استفاده شد. در مرحله بعد، نیترات براث برای جداسازی و خالص سازی باکتریهای هدف مورد استفاده قرار گرفت، سپس در محیط MSM تجدید کشت شد. جهت بررسی توانایی NRB های بومی جداشده در تولید بیوسورفکتانت از محیط کشت Blood Agar  ، BHI و تکنیک پخش شدن نفت  بکار برده شد.  در نهایت برای حصول اطمینان از اینکه باکتریهای بی هوازی جدا شده از نفت خام قطعا از ازت نفت خام برای تامین نیاز خود استفاده میکنند، تست احیای نیترات و تست NCH که جهت بررسی کاهش ازت بود، انجام گرفت.نتایج حاصل نشان داد که نفت خام ایران دارای NRB های به شدت بی هوازی هستند که علاوه بر احیا نیترات و رقابت با SRBها، می­توانند از آن به عنوان تنها منبع کربن استفاده نمایند. این باکتریها با توانایی تحمل شوری، دما و نیز تولید بیو سورفکتانت میتوانند از کاربردی ترین باکتریها در صنعت نفت در فرایندهایی مثل ارتقائ کیفیت نفت به روش بیولوژیک، کاهش آلودگیهای محیطی و یا ازدیاد برداشت میکروبی نفت (MEOR) در شرایط بیهوازی باشند، که پیشنهاد می شود کاربرد آنها در کاهش ترشی و اسیدیته نفت خام نیز بررسی شود.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

 نفت که در زبان انگلیسی Petroleum نامیده میشود، از دو کلمهPetra   و  Oleumکه در زبان یونانی به معنی سنگ روغن و یک نوع روغن میباشد، تشکیل شده است که در زبان فارسی معادل مناسبی ندارد. نفت و سایر مواد سوختنی هیدروکربنی به صورتی که ما امروزه آن را میشناسیم، در مخازنی در اعماق زمین وجود دارند. نفت به عنوان یک منبع انرژی در جهان محسوب می شود و با وجود منابع انرژی دیگر هنوز هم منبع انرژی غالب و در دسترس و قابل اطمینان جایگزین آن نشده است(9).  

پترولیوم می تواند به صورت فازهای مختلف، از جمله فاز گازی نظیر گاز طبیعی (Natural Gas )، فاز مایع نظیر نفت خام ( Crude Oil ) و فاز جامد مثل قیر ( Asphaltene ) در خلل و فرج و شکستگی های سنگ تجمع می یابد. مهمترین منبع هیدروکربن ها، نفت خام است. نفت خام شامل مقدار کمی ترکیبات آلی اکسیژن دار،  نیتروژن دار و گوگردی و نیز فلزاتی است که به طور شیمیایی به مولکول های آلی متصلند.  انباشته شدن مواد هیدروکربنی در زیر سطح زمین در سنگ هایی صورت می گیرد که توانایی نگه داری و انتقال سیالات را داشته باشند. معمولا نفت خام زیر پوششی از سنگ های غیر قابل نفوذ در محفظه های سنگ های متخلخل به نام مخازن یا (rReservoi) که منحصرا در حوضچه های رسوبی قرار دارند،  محبوس است (10).

تجمع مواد هیدروکربنی به صورت اقتصادی در سنگ مخزن منوط به وجود عوامل متعددی است. به طور کلی وجود پنج عامل برای تجمع اقتصادی نفت و گاز لازم و ضروری است، این پنج عامل عبارتند از :

1-سنگ منشأ بالغ (Mature Source Rock) که تولید هیدروکربن کرده باشد.

2-سنگ مخزن ( Resevoir Rock) که بتواند هیدروکربن را در داخل خود جای دهد.  

3-مهاجرت هیدروکربن بین سنگ منشأ و سنگ مخزن ( Migration Pathway) عملی باشد.  

4-پوش سنگ (Cap Rock ) از خروج نفت از داخل سنگ مخزن جلوگیری می کند.  

5-تله نفتی ( Oil Trap) که در آن نفت به صورت تراوش های سطحی شناخته شده و مورد استفاده بوده اند(9).

اکتشافات نفت یک دانش بسیار قدیمی و کاربردی است که با جمع آوری قیر از تراوش های طبیعی سطحی به قلمرو علم وارد شد. در آن زمان ها از نفت برای مقاصد پزشکی، گرمایی و همچنین مصارف عایق کاری استفاده می شد.

این مواد در ابتدای کشف به صورت منبع بسیار مهم انرژی تلقی شدند، لیکن با پیشرفت علم و تکنولوژی مدرن، خواص دیگر آنها نیز مورد توجه قرار گرفت و شاید امروز بتوان گفت که ارزش مشتقات پتروشیمی بسیار حایز اهمیت میباشند، زیرا منابع سوختی دیگری وجود دارند که از آنها به عنوان منبع انرژی می توان استفاده نمود، حال آنکه نفت میزان محدودی داشته و چنانچه به اتمام برسد، تهیه مشتقات مهم آن نیز منتفی خواهد شد. لذا تولید صحیح و برنامه ریزی های دقیق در صنعت، نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند و با مرور زمان به صورت رکن اساسی این صنعت تلقی می گردند (9).  

2-1- پیدایش نفت

در مورد منشأ و پیدایش نفت نظریه های مختلفی وجود دارد که عبارتند از:

1-2-1- نظریه منشأ معدنی

نظریه معدنی نفت که در ابتدای قرن بیستم به وسیله اکثر شیمی دان ها و زمین شناسان مورد قبول واقع شده بود در حال حاضر فقط جنبه تاریخی دارد.  

در 1901، Sanderens, Sabatier, استیلن را دمای 200-300 درجه سانتی گراد در حضور کاتالیزورهای نیکل و آهن احیاء شده، هیدروژن دار کردند و میزان زیادی از هیدروکربن های موجود  در نفت خام  به دست آوردند. با آنکه نظریه