Laboratory research on selection of effective antimicrobial substances and H2S scavengers used in drilling fluid technology and underground gas storage

• Autorzy: Turkiewicz Anna , Janiga Marek , Rogaliński Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.12.03

Warianty tytułu

PL

Badania laboratoryjne nad doborem efektywnych substancji biobójczych i neutralizujących siarkowodór dla potrzeb technologii płuczek wiertniczych oraz podziemnego magazynowania gazu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses the results of biocide tests for application in the oil and gas industry. This research was carried out with the use of active agents, such as: nano-silver particle suspension, and the solutions of two antimicrobial substances. The second part of the laboratory study was testing H2S scavengers. Preparations recommended for drilling fluid technology and underground gas storage facilities were used. It should be noted that biogenic processes can largely cause the phenomenon of degradation of drilling fluids. As a result of these processes, drilling mud gets contaminated and loses its technological and rheological properties, making it incapable of fulfilling its role during drilling operations. All the tested scavengers were triazine products. In general, this agent in a solution acts in two ways. The application of triazine derivatives (three isomeric forms) is a good means of eliminating microorganisms from drilling fluid or formation water. These active agents have strong antimicrobial properties. On the other hand, these substances can also neutralise the hydrogen sulphide. The research enaNafta-Gabled determination of the effectiveness of the antimicrobial activity of the following substances: nano-silver particles, nano-Ag in combination with oxazolidine, and nano-Ag with a combination with glyoxal. The results of laboratory tests also allowed for a comparison of the efficiency of the action of individual H2S scavengers. The first two tests were conducted in the range of nano-silver particles concentrations from 0.05 to 0.6% vol., while the next tests (i.e. with the application of nano-Ag/biocide) were carried out in the concentration range from 0.02 to 0.5% vol. Bacterial or fungal colony units (CFU) were used as a reference method for assessing the microbial water quality. The formation water came from a facility of underground gas storage (collective water – i.e. water from separators). In parallel tests, the number of bacteria was also determined in the contaminated water-based polymer drilling mud. The number of microorganisms in the tested samples was compared with the CFUs in control samples without biocide. The described research is part of a complex study intended to conduct biomonitoring of deposit environments and to eliminate bacterial contamination and sulphating of hydrocarbons, especially in stored natural gas. Industrial operations in this field make it possible to maintain the correct quality of stored gas and contribute to the improvement of exploitation. Selected effective substances will be used in the future in industry to reduce the content of biogenic hydrogen sulphide and to decrease a number of harmful microorganisms in drilling muds and formation waters.

PL

W artykule omówiono wyniki testów skuteczności działania biocydów dla potrzeb przemysłu naftowego i gazowniczego. Badania zostały przeprowadzone z zastosowaniem zawiesiny cząstek nanosrebra oraz roztworów dwóch produktów biobójczych. Druga część pracy dotyczyła testów skuteczności działania pochłaniaczy siarkowodoru wytworzonych na bazie triazyny. Użyto preparatów rekomendowanych do zastosowania zarówno w technologii płynów wiertniczych, jak i w obiektach podziemnego magazynowania gazu (PMG). Pochodne triazyny (trzy formy izomeryczne) stosowane w przemyśle mają silne własności bakteriobiobójcze w odniesieniu do skażonych płuczek wiertniczych i wód złożowych. Należy zaznaczyć, że procesy biogenne są w dużej mierze odpowiedzialne za biodegradację cieczy wiertniczych. W wyniku tego tracą one swoje własności technologiczne i reologiczne, a także nie spełniają określonych zadań w otworze wiertniczym. Testowane w ramach pracy neutralizatory są produktami chemicznymi, których działanie jest dwutorowe. Mają one jednocześnie zdolność eliminacji bakterii ze skażonego środowiska, jak również pochłaniają wytworzony w nim siarkowodór. Badania pozwoliły na określenie aktywności biobójczej następujących substancji: nanosrebra, następnie nanosrebra w połączeniu z oksazolidyną oraz nanosrebra w połączeniu z glioksalem. Testy laboratoryjne umożliwiły również porównanie efektywności działania poszczególnych neutralizatorów H2S. W badaniach ukierunkowanych na obecność bakterii oraz grzybów określano liczbę JTK (jednostek tworzących kolonie) w próbkach testowych w odniesieniu do liczby mikroorganizmów występujących w próbce kontrolnej (próbka płynu bez substancji biobójczej). Badania te przeprowadzono równolegle w środowisku zainfekowanych płynów, tj. wody złożowej z obiektów PMG (wody zbiorczej – jest to woda pobierana z separatorów) oraz wodno-dyspersyjnej polimerowej płuczki wiertniczej. Omawiane prace badawcze stanowią część kompleksowych badań biomonitoringowych środowisk złożowych, które prowadzone są w celu zwalczenia skażenia mikrobiologicznego i jednocześnie eliminacji zasiarczenia węglowodorów, szczególnie w obiektach magazynowania gazu ziemnego. Badania te przyczyniają się do utrzymania prawidłowej jakości gazu magazynowanego w PMG i tym samym prowadzą do usprawnienia eksploatacji. Wytypowane skuteczne preparaty chemiczne zostaną w przyszłości wykorzystane w przemyśle do zmniejszenia zawartości biogennego siarkowodoru oraz redukcji liczby niekorzystnych mikroorganizmów w środowisku płuczek wiertniczych i wód złożowych.

Słowa kluczowe

EN

silver nanoparticles; biocide; H2S scavenger; microbial contamination; drilling mud; formation water; oxazolidine; glyoxa

PL

nanocząstki srebra; biocyd; pochłaniacz H2S; skażenie mikrobiologiczne; płuczka wiertnicza; woda złożowa; oksazolidyna; glioksal

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 12
• Strony: 903--912
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz.

Twórcy

autor

Turkiewicz Anna

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

autor

Janiga Marek

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

autor

Rogaliński Marcin

• Polish Oil and Gas Company

Bibliografia

• Atlas R.M., 1997. Handbook of microbiological media. Second Ed. CRC Press.
• Blanko H., Faaij A., 2018. A review at the role of storage in energy systems with focus on power to gas and long-term storage. Renew. Sustain. Energy Rev, 8: 1049–1086. DOI: 10.1016/j.rser.2017.07.062.
• Bombach P., van Almisick T., Richnow H.H., Zenner M., Kruger M., 2015. Microbial life in an underground gas storage reservoir. Geophys. Res. Abstr. 17, EGU2015-15756.
• Braakman R., Follows M.J., Chisholm S.W., 2017. Metabolic evolution and self-organization of ecosystems. PNAS USA, 114, 15: 3091–3100. DOI: 10.1073/pnas. 1619573114.
• Brito E.M, Castillo H.P., Guyoneaud R., Caretta C.A., 2013. Bacterial biodiversity from anthropogenic extreme environments: a hyperalkaline and hyper-saline industrial residue contaminated by chromium and iron. Appl. Microbiol. Biotechnol., 97: 369–378. DOI:10.1007/s00253-012-3923-5.
• Chen Y.G., Li H.M., Li Q.Y., Chen W., Cui X.L., 2007. Phylogenetic diversity of culturable bacteria in the ancient salt deposits of the
• Yipinglang salt mine P.R. China. Wei Sheng Wu Xue Bao, 47(4): 571–577. DOI: 10.1099/ijs.0.003251-0.
• Chen Y.G., Zhang Y.Q., Liu Z.X., Zhuang D.C., Klenk H.P., Tang S.K., Cui X.L., Li W.J., 2009. Halobacillus salsuginis sp. nov., a moderately halophilic bacterium from a subterranean brine. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 59(Pt 10): 2505–2509. DOI:10.1099/ijs.0.010801-0.
• Chromatograf gazowy AGILENT 7890A, 2011. Podręcznik zaawansowanego użytkowania.
• Cypionka H., 2000. Oxygen respiration by desulfovibrio species. Ann. Rev. Microbiol., 54, 827–848. DOI: 10.1146/annurev.micro.54.1.827.
• Foti M., Sorokin D.Y., Lomans B., Mussman M., Zacharova E.E., Pimenov N.V., Kuenen J.G., Muyzer G., 2007. Diversity, activity, and abundance of sulfate-reducing-bacteria in saline and hypersaline soda lakes. Appl. Environ. Microbiol., 73(7): 2093–2100. DOI:10.1128/AEM.02622-06.
• Fugiel K., Geroń S., Wleklak A., 1979. Zasady neutralizacji siarkowodoru w płuczkach wiertniczych. Nafta, 10: 17–26.
• Gutarowska B., 2013. Niszczenie materiałów technicznych przez drobnoustroje. LAB Laboratoria, Aparatura, Badania, 18: 10–14. bwmeta1.element.baztech-article-LODD-0002-0066.
• Hemme C., van Berk W., 2017. H2S Generation and release in salt cavern gas storage. AAPG Ann. Convent. and Exhibit., Huston, Texas. DOI: 10.1111/j.1574-6941.2007.00288.x.
• Humayoun S.B., Bono N., Hollibaugh J.T., 2003. Depth distribution of microbial diversity in Mono Lake, a meromictic Soda Lake in California. Appl. Environ. Microbiol., 69(2): 1030–1042. DOI: 10.1128/AEM.69.2.1030-1042.2003.
• Ivanova A.E., Borzenkow I.A., Tarasow A.L., Milekhina E.I., Belyeav S.S., 2007. A microbiological study of an underground gas storage in the process of gas extraction. Microbiol., 76: 461–468. DOI: 10.1134/S002626170704011x.
• Ivanowa A.E., Borzenkow I.A., Tarasow A.L., Milekhina E.I., Belyeav S.S., 2007. A microbiological study of an underground gas storage in the process of gas extraction. Microbiol., 76: 461–468. DOI: 10.1134/S002626170704011x.
• Kaksonen A.K., Spring S., Schumann P., Kroppenstedt R.M., Puhakka J.A., 2006. Desufotomaculum thermosubterraneum sp. nov. a thermophilic sulfate-reducer isolated from an underground mine located in a geothermally active area. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 56(Pt 11). DOI:10.1099/ijs.0.010363-0.
• Kania M., Janiga M., 2011. Elementy walidacji metody analitycznej w mieszaninie gazowej związków węglowodorowych oraz N2, O2, CO, CO2 za pomocą dwukanałowego, zaworowego chromatografu gazowego. Nafta–Gaz, 11: 812–824.
• Marlow J.J., Steele J.A., Ziebis W., Thurber A.R., Levin L.A., Ophran V.J., 2014. Carbonate-hosted methanotrophy represents an unrecognized methane sink in the deep sea. Nature Communications, 4, 5094. DOI: 10.1038/ncomms6094.
• Maurer O., 1992. Etude de la distribution des especes soufrees et de la formation de l’hydrogene sulfure dans les stockages de gaz naturel en aquifere. France, Ecole Nationale Des Ponts Et Chaussees (praca doktorska).
• Mc Govern-Traa C.P., Patey I.T.M., Spark I., Hamilton W.A., Leu J.Y., 1996. Sulphate-reducing bacteria in live reservoir core and drilling muds. World Expro 1996: 19–24.
• Myhr S., Lillebo B.L.P., Sunde E., Beeder J., Torsvik T., 2002. Inhibition of microbial H2S production in an oil reservoir model column by nitrate injection. Appl. Microbiol. Biotechnol. 54 (3): 400–408. DOI: 10.1007/s00253-001-0881-8.
• Niewiadomska A., 1994. Badania procesów mikrobiologicznych w PMG Swarzów i metody zapobiegania powstawaniu biologicznego H2S. Nafta-Gaz, 11: 475–480.
• Niewiadomska A., Turkiewicz A., 2003. Sposób przeciwdziałania procesom powstawania biogennego H2S w warunkach podziemnego magazynowania gazu ziemnego. Patent RP nr 186202.
• Peck H.D., 1966. Some evolutionary aspects of inorganic sulphur metabolism. In: Lecture series on theoretical and applied aspects of modern microbiology. University of Maryland, College Park: 1–22.
• Płaza G., Achal V., 2020. Biosufractants: eco-friendly and innovative biocides against biocorrosion. Int. J. Mol. Sci., 21(6): 2152. DOI:10.3390/ijms21062152.
• Raczkowski J., Turkiewicz A., Kapusta P., 2004. Elimination of biogenic hydrogen sulfide in underground gas storage: A case study. Houston, Texas, USA. SPE ATCE, nr 89906.
• Shi W., Takano T., Liu S., 2012. Isolation and characterization of novel bacterial taxa from extreme alkali-saline soil. World J. Microbiol. Biotechnol., 28(5): 2147–2157. DOI: 10.1007/s11274-012-1020-7.
• Staniszewska A., Kunicka-Styczyńska A., Ziemiński K., 2017. Zanieczyszczenia mikrobiologiczne podziemnych magazynów gazu i gazociągów. Postępy Mikrobiologii, 65, 4: 381–388. DOI: 10.21307/PM-2017.56.4.381.
• Szewczyk K.W., 2003. Technologia biochemiczna. Wyd. Politechniki Warszawskiej OWPW, Warszawa. ISBN: 83-7207-431-3.
• Tardy-Jacquenod C., Magot M., Patel B.K., Matheron R., Caumette P., 1998. Desulfotomaculum halophilum sp. nov., a halophilic sulfatereducing bacterium isolated from oil production facilities. Int. Journ. Syst. Bacteriol., 48 Pt 2, 333–338. DOI: 10.1099/00207713-48-2-333.
• Tarkowski R., Czapowski G., 2018. Salt domes in Poland – potential sites for hydrogen storage in caverns. Int. J. Hydrogen Energy, 43, 46:21414–21427. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.09.212.
• Turkiewicz A., 2009. Metody przeciwdziałania procesom tworzenia się biogennego H2S w podziemnych magazynach gazu. Nafta-Gaz, 3:220–227.
• Turkiewicz A., Kania M., Janiga M., 2013. Badania mikrobiologiczne i analizy chemiczne zawartości związków siarki w mediach złożowych pochodzących z warstw solnych obiektu magazynowania gazu ziemnego. Nafta-Gaz, 8: 588–598.
• Turkiewicz A., Kapusta P., Steliga T., 2011. Sposób neutralizacji siarkowodoru powstającego w kawernach solnych. Patent RP nr 208512.
• van der Wielen P.W., 2006. Diversity of ribulose-1,5-biphosphate carboxylase/oxygenase large-subunit-genes In the MgCl2 – dominated deep hypersaline anoxic basin discovery. FEMS Microbiol. Lett., 259(2): 326–331. DOI: 10.1111/j.1574-6968.2006.00284.x.
• Voordouw G., Voordouw J.K., Jack T.R., Foght J., Fedorak P.M., Westlake D.W.S., 1992. Identification of distinct communities of sulfatereducing bacteria in oil fields by reverse sample genome probing. Appl. Environ. Microbiol., 58: 3541–3552. DOI:10.1128/AEM.58.11.3542-3552.1992.
• Williams T.M., Mohan A.M., Amponsah E.A., Moore J., Schultz C., Massie-Schuh E., Dyer D., Pham P., Maun P. , 2016. The selection and performance of oil and gas biocides for extended microbial control. NACE-2016-7731, Corrosion 2016, 6-10 March, Canada.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).