DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38949-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644640
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: Behnam Zarei Eslam وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات استعادة النفط المعززة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تطبيق البكتيريا المحبة للملوحة *Haloferax mediterranei* في استرداد النفط المعزز ميكروبيًا (MEOR) داخل الخزانات المتشققة، التي تشكل أكثر من 20% من احتياطيات النفط العالمية. استخدمت الدراسة نموذج زجاجي غير متجانس لتقييم تأثير تركيزات الكتلة الحيوية المتغيرة (5.07، 6.74، و10.14 غم/لتر) على استرداد النفط ونفاذية الشقوق. أدى التركيز الأمثل البالغ 5.07 غم/لتر إلى زيادة بنسبة 23% في استرداد النفط من خلال التوصيل الانتقائي، بينما أدت التركيزات الأعلى إلى إنتاج مفرط للبوليمر الذي أعاق التواصل بين الشقوق والمصفوفة، مما قلل معدلات الاسترداد إلى 11.7% و7.8%. تراوحت تخفيضات النفاذية من 53.5% إلى 73.5%، مما يبرز الحاجة إلى تحقيق توازن في تركيز الكتلة الحيوية لاسترداد النفط بشكل فعال.
تؤكد النتائج أن حقن المحلول الميكروبي يمكن أن يعزز بشكل كبير استرداد النفط من خلال تقليل نفاذية الشقوق بنسبة 50-75%، بشكل أساسي من خلال الإغلاق المدفوع بالأغشية الحيوية. ومع ذلك، يمكن أن تعيق الكتلة الحيوية المفرطة الاسترداد بسبب الأغشية الحيوية السميكة التي تعيق المسارات. توصي الدراسة بالحفاظ على مستويات معتدلة من الكتلة الحيوية (مثل 5.07 غم/لتر) لتحسين إغلاق الشقوق وكفاءة الاسترداد. بالإضافة إلى ذلك، تم اقتراح إرشادات عملية لتصميم MEOR، بما في ذلك استخدام كميات معتدلة من الكتلة الحيوية، ودمج حقن الميكروبات مع استراتيجيات التدفق العائد، وتنفيذ ضوابط تشغيلية لإدارة خصائص الأغشية الحيوية. تشير مرونة *H. mediterranei* تحت الظروف القاسية إلى إمكاناتها في MEOR في البيئات المالحة والمجهدة حراريًا، مما يمهد الطريق لأبحاث مستقبلية حول قابلية التوسع والفعالية على المدى الطويل في التطبيقات الميدانية.
طرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون الطرق المستخدمة في تجارب النموذج الميكروي الخاصة بهم التي تهدف إلى دراسة ديناميات السوائل وعمليات استرداد النفط. كانت الإعدادات التجريبية تتكون من مضخة حقن للتحكم في تدفق السوائل، ومصدر ضوء موضوعة تحت النموذج الميكروي لتعزيز الرؤية، وكاميرا رقمية (SAMSUNG NX2000) للتصوير عالي الدقة. يتم تصوير ترتيب هذه المكونات في الشكل 6. سهلت مضخة الحقن توصيل السوائل بشكل متسق، بينما أضاء مصدر الضوء الهيكل المسامي، مما سمح بملاحظة واضحة لحركة السوائل. كانت الكاميرا، المتصلة بجهاز كمبيوتر عبر تطبيق كاميرا سامسونج الذكية، تستخدم برنامج Clicker Automatic لالتقاط الصور تلقائيًا في فترات محددة مسبقًا خلال عملية الفيض.
تم تحليل الصور الملتقطة باستخدام برنامج IMAGE J، الذي قام بت quantifying تغييرات التشبع وتقييم الاسترداد النهائي للنفط من خلال تقييم المناطق التي تشغلها النفط داخل النموذج الميكروي. قدمت هذه التحليلات رؤى حول كفاءة إزاحة النفط وفعالية تقنيات الاسترداد المعززة ميكروبيًا. ساهم العمق الموحد والتصميم الدقيق للنموذج الميكروي في دقة وموثوقية النتائج التجريبية، مما يضمن بيانات موثوقة لمزيد من التفسير.
نتائج
في هذا القسم، يتم تقديم نتائج تجارب الفيض الأساسية، مع التركيز على تحليل النفاذية وعوامل الاسترداد. كانت التجارب تهدف إلى تقييم كفاءة إزاحة السوائل في الوسائط المسامية، مما يوفر رؤى حول سلوك صخور الخزانات تحت ظروف مختلفة. تشير النتائج إلى وجود ارتباط كبير بين قيم النفاذية وعوامل الاسترداد، مما يشير إلى أن النفاذية الأعلى تعزز استرداد السوائل خلال عملية الفيض.
بالإضافة إلى ذلك، تسلط النتائج الضوء على تأثير خصائص السوائل المختلفة ومعدلات الحقن على كفاءة الاسترداد العامة. تظهر البيانات أن تحسين هذه المعلمات يمكن أن يؤدي إلى تحسين نتائج الاسترداد، وهو أمر حاسم لتعزيز عمليات استخراج النفط. بشكل عام، تسهم تجارب الفيض الأساسية بمعلومات قيمة لفهم ديناميات السوائل في هندسة الخزانات وتوجيه استراتيجيات تعظيم استرداد الموارد.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم اختيار الأركيون المحب للملوحة *Haloferax mediterranei* لتوافقه مع ظروف الخزان وقدرته على إنتاج بولي هيدروكسي بيوتيرات (PHB)، الذي يساعد في تكوين الأغشية الحيوية، مما يجعله مرشحًا واعدًا لاسترداد النفط المعزز ميكروبيًا (MEOR). تم تصنيف السلالة على أنها مستوى أمان حيوي 1، وتم الحصول عليها من المركز الإيراني للموارد البيولوجية وعزلها في الأصل من بركة ملح شمسية. بينما كان التركيز الأساسي على أدائها في MEOR داخل أنظمة الكربونات المتشققة، اعترفت الدراسة بحدود عدم تقييم تأثير العوامل البيئية مثل الملوحة، ودرجة الحموضة، أو درجة الحرارة على نمو *H. mediterranei*.
تضمنت الإعدادات التجريبية إعداد ثقافات ميكروبية في وسط أولي، تلاها الانتقال إلى وسط أكثر فعالية من حيث التكلفة لتعزيز إنتاج البوليمر. قامت الدراسة بتفصيل إعداد السوائل بدقة، بما في ذلك المياه المالحة والنفط الخام من حقل Marun النفطي، وبناء نموذج زجاجي لمحاكاة حركة السوائل في الوسائط المسامية. تم تصميم النموذج الميكروي لتكرار ظروف الخزانات المتشققة، مما يسمح بالتحقيق في النشاط الميكروبي على إزاحة النفط وإغلاق الشقوق. تم إجراء تجارب الفيض الأساسية لتقييم كفاءة MEOR، مع قياسات دقيقة للنفاذية والموصلية، مما يضمن أن الظروف التجريبية تعكس عن كثب تلك الموجودة في الخزانات الطبيعية. بشكل عام، توفر الأبحاث رؤى قيمة حول التطبيق المحتمل لـ *H. mediterranei* في MEOR، بينما تسلط الضوء أيضًا على الحاجة إلى مزيد من الدراسات لاستكشاف المستقلبات الميكروبية الإضافية والتأثيرات البيئية على نموها وفعاليتها.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38949-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644640
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): Behnam Zarei Eslam et al.
Primary Topic: Enhanced Oil Recovery Techniques
Overview
This research investigates the application of the halophilic bacterium *Haloferax mediterranei* in microbial enhanced oil recovery (MEOR) within fractured reservoirs, which constitute over 20% of global oil reserves. The study utilized a heterogeneous glass micromodel to assess the impact of varying biomass concentrations (5.07, 6.74, and 10.14 g/L) on oil recovery and fracture permeability. The optimal concentration of 5.07 g/L resulted in a 23% increase in oil recovery through selective plugging, while higher concentrations led to excessive polymer production that hindered fracture-matrix communication, reducing recovery rates to 11.7% and 7.8%. Permeability reductions ranged from 53.5% to 73.5%, emphasizing the need to balance biomass concentration for effective oil recovery.
The findings confirm that microbial solution injection can significantly enhance oil recovery by reducing fracture permeability by 50-75%, primarily through biofilm-driven sealing. However, excessive biomass can impede recovery due to thick biofilms obstructing pathways. The study recommends maintaining moderate biomass levels (e.g., 5.07 g/L) to optimize fracture sealing and recovery efficiency. Additionally, practical guidelines for MEOR design are proposed, including the use of moderate biomass slugs, coupling microbial injection with flow-back strategies, and implementing operational controls to manage biofilm characteristics. The resilience of *H. mediterranei* under harsh conditions suggests its potential for MEOR in saline and thermally stressed environments, paving the way for future research on scalability and long-term efficacy in field applications.
Methods
In this section, the authors describe the methods employed in their micromodel experiments aimed at studying fluid dynamics and oil recovery processes. The experimental setup consisted of a syringe pump for controlled fluid injection, a light source positioned beneath the micromodel to enhance visibility, and a digital camera (SAMSUNG NX2000) for high-resolution imaging. The arrangement of these components is depicted in Figure 6. The syringe pump facilitated consistent fluid delivery, while the light source illuminated the porous structure, allowing for clear observation of fluid movement. The camera, connected to a computer via the Samsung Smart Camera App, utilized Clicker Automatic software for automated image capture at predetermined intervals during the flooding process.
The captured images were analyzed using IMAGE J software, which quantified saturation changes and assessed ultimate oil recovery by evaluating the areas occupied by oil within the micromodel. This analysis provided insights into the efficiency of oil displacement and the effectiveness of microbial-enhanced recovery techniques. The uniform depth and precise design of the micromodel contributed to the accuracy and repeatability of the experimental results, ensuring reliable data for further interpretation.
Results
In this section, the results from core flooding experiments are presented, focusing on the analysis of permeability and recovery factors. The experiments aimed to evaluate the efficiency of fluid displacement in porous media, providing insights into the behavior of reservoir rocks under various conditions. The findings indicate a significant correlation between permeability values and the recovery factors, suggesting that higher permeability enhances fluid recovery during the flooding process.
Additionally, the results highlight the impact of different fluid properties and injection rates on the overall recovery efficiency. The data demonstrate that optimizing these parameters can lead to improved recovery outcomes, which is crucial for enhancing oil extraction processes. Overall, the core flooding experiments contribute valuable information for understanding fluid dynamics in reservoir engineering and inform strategies for maximizing resource recovery.
Discussion
In this study, the halophilic archaeon *Haloferax mediterranei* was selected for its compatibility with reservoir conditions and its ability to produce polyhydroxybutyrate (PHB), which aids in biofilm formation, making it a promising candidate for microbial enhanced oil recovery (MEOR). The strain, classified as biosafety level 1, was obtained from the Iranian Biological Resource Center and originally isolated from a solar salt pond. While the primary focus was on its performance in MEOR within fractured carbonate systems, the study acknowledged the limitation of not assessing the effects of environmental factors such as salinity, pH, or temperature on the growth of *H. mediterranei*.
The experimental setup involved preparing microbial cultures in a primary medium, followed by a transition to a more cost-effective medium to enhance polymer production. The study meticulously detailed the preparation of fluids, including saline water and crude oil from the Marun oil field, and the construction of a glass micromodel to simulate fluid movement in porous media. The micromodel was designed to replicate the conditions of fractured reservoirs, allowing for the investigation of microbial activity on oil displacement and fracture closure. Core flooding experiments were conducted to evaluate the efficiency of MEOR, with careful measurements of porosity and permeability, ensuring that the experimental conditions closely mirrored those of natural reservoirs. Overall, the research provides valuable insights into the potential application of *H. mediterranei* in MEOR, while also highlighting the need for further studies to explore additional microbial metabolites and environmental influences on its growth and efficacy.