Testy biocydów i neutralizatorów H2S jako dodatków do płuczek wiertniczych i płynów szczelinujących

• Autorzy: Kapusta Piotr , Turkiewicz Anna , Brzeszcz Joanna

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.03.01

Warianty tytułu

EN

Tests of biocides and H2S scavengers as additives to drilling muds and fracturing fluids

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki testów substancji o działaniu biobójczym pod kątem możliwego zastosowania jako dodatków do płuczek wiertniczych i płynów szczelinujących. Celem pracy było wytypowanie najbardziej skutecznych substancji biobójczych poprzez zbadanie efektów ich działania na bakterie tlenowe (aerobowe), beztlenowe (anaerobowe), grzyby, bakterie redukujące siarczany (SRB) oraz konsorcjum mikroorganizmów. Uwzględniono rozmaite związki, ponieważ zawsze nadrzędnym celem jest wybór substancji o najwyższej aktywności, przede wszystkim zaś z grupy tych, które nie podlegały jeszcze testom. Szczególną uwagę poświęcono substancjom, które oprócz znanych właściwości biobójczych mają także zdolność neutralizacji siarkowodoru i zredukowanych związków siarki (ang. H2S scavengers), oraz tzw. zielonym biocydom, czyli takim, które uważane są za bezpieczne dla środowiska. Większość testowanych środków biobójczych okazała się skuteczna w stosunku do bakterii tlenowych i beztlenowych, podczas gdy 10 z 12 badanych cechowało się dobrą bądź bardzo dobrą aktywnością (niskie wartości MIC i MBC) wobec bakterii SRB, w tym także 3 z 4 neutralizatorów H2S. Z drugiej strony tylko niektóre środki biobójcze wykazały dobrą bądź bardzo dobrą aktywność w stosunku do grzybów i konsorcjum mikroorganizmów; były to środki oparte na aminach czwartorzędowych (Bardac LF i Barquat CB-80), na pochodnych triazyny (Biostat i Petrosweet HSW 82165) oraz na DBNPA (Biopol C-103L). Po wprowadzeniu do płuczki wiertniczej i płynu szczelinującego związki aminowe (Bardac LF i Barquat CB-80), jak również mieszanina środków biobójczych (Grotan OX i Preventol GDA 50) okazały się skuteczniejsze od tych zawierających pochodne triazyny (Biostat, Petrosweet HSW 82165) lub DBNPA (Biopol C-103L), ponieważ wykazywały pełną aktywność już przy stężeniu 800 ppm. Przyjazny dla środowiska środek biobójczy Aquacar THPS 75 był najmniej skuteczny.

EN

The article presents the results of studies on substances with a biocidal effect in terms of their possible use as additives to drilling muds and fracturing fluids. The aim of the work was to identify the most effective biocides by examining their action on aerobic and anaerobic bacteria, fungi, sulfate-reducing bacteria (SRB), and a consortium of microorganisms. Various chemicals have been considered, due to a constant and overriding goal to find the one with the highest activity, and above all, the ones that have not yet been tested. Particular attention was paid to substances that, apart from known biocidal properties, have also the ability to neutralize hydrogen sulfide, and to reduced sulfur compounds (H2S scavengers), and the so-called “green biocides”, i.e. those that are considered safe for the environment. Most of the tested biocidal agents were effective against aerobic and anaerobic bacteria, while 10 out of 12 showed good or very good activity against SRB (low MIC and MBC values), including 3 out of 4 H2S scavengers. On the other hand, only some biocidal agents proved to be effective against fungi and microbial consortium; among them were agents containing quaternary ammonium compounds (Bardac LF and Barquat CB-80), triazine derivatives (Biostat and Petrosweet HSW 82165) and DBNPA (Biopol C-103L). Bardac LF and Barquat CB-80, together with the mixture of Grotan OX and Preventol GDA 50, upon introduction to the drilling mud and fracturing fluid, were superior over other biocidal agents (Biostat, Petrosweet HSW 82165 and Biopol C-103L), showing the full activity at 800 ppm. Environmentally friendly biocide Aquacar THPS 75 appeared to be the least effective.

Słowa kluczowe

PL

mikroorganizmy; biocydy; neutralizatory H2S; płuczka wiertnicza; płyn szczelinujący

EN

microorganisms; biocides; H2S scavengers; drilling mud; fracturing fluid

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 3
• Strony: 143--151
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Kapusta Piotr

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Turkiewicz Anna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Brzeszcz Joanna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Brzeszcz J., Falkowicz S., Turkiewicz A., Kapusta P., 2011. Zdolności metaboliczne bakterii degradujących ksantan i ich wpływ na wybranepłuczki wiertnicze. Nafta-Gaz, 67: 30–39.
• Campa M.F., Techtmann S.M., Ladd M.P., Yan J., Patterson M., de Matos Amaral A.G., Carter K.E., Ulrich N., Grant C.J., Hettich R.L., Lamendella R., Hazen T.C., 2019. Surface water microbial community response to the biocide 2,2-dibromo-3-nitrilopropionamide, usedin unconventional oil and gas extraction. Appl. Environ. Microbiol., 85: e01336-19. DOI: 10.1128/AEM.01336-19.
• Enzien M., Yin B., 2011. New biocide formulations for oil and gas injection waters with improved environmental footprint. Offshore Technology Conference, Houston, TX. OTC Paper No. 21794. DOI: 10.4043/21794-MS.
• Fallahtafti S., 2014. The toxicity characterization and detoxification of two formaldehyde-releasing oilfield microbial control additives. SPE Western North American and Rocky Mountain Joint Meeting, Denver, Colorado. DOI: 10.2118/169551-MS.
• Kahrilas G.A., Blotevogel J., Corrin E.R., Borch T., 2016. Downhole transformation of the hydraulic fracturing fluid biocide glutaraldehyde:implications for flowback and produced water quality. Environ. Sci. Technol., 50: 11414–11423. DOI: 10.1021/acs.est.6b02881.
• Kahrilas G.A., Blotevogel J., Stewart P.S., Borch T., 2014. Biocides in hydraulic fracturing fluids: A critical review of their usage, mobility,degradation, and toxicity. Environ. Sci. Technol., 49: 16–32. DOI: 10.1021/es503724k.
• Kaszycki P., Kołoczek H., 2002. Biodegradation of formaldehyde and its derivatives in industrial wastewater with methylotrophic yeastHansenula polymorpha and with the yeast-bioaugmented activated sludge. Biodegradation, 13: 91–99. DOI: 10.1023/A:1020423517235.
• McIlwaine D.B., 2005. Oilfield applications for biocides. [W:] Paulus W. (red.). Directory of microbiocides for the protection of materials. A Handbook. Kluwer Academic Publishers Dordrecht/Boston/London, 157–175. DOI: 10.1007/1-4020-2818-0_10.
• Miller G.L., 1959. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Anal. Chem., 31: 426–428. DOI10.1021/ac60147a030.
• Raczkowski J., Turkiewicz A., Kapusta P., 2004. Elimination of biogenic hydrogen sulfide in underground gas storage. A case study. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Houston, TX. DOI: 10.2118/89906-MS.
• Steliga T., Jakubowicz P., 2015. Badanie składu cieczy pozabiegowej po hydraulicznym szczelinowaniu i analiza rozwiązań technologicznychw aspekcie jej powtórnego wykorzystania. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 205: 1–296.
• Steliga T., Uliasz M., 2018. Innowacyjna technologia zestalania zużytych płuczek wiertniczych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu –Państwowego Instytutu Badawczego, 221. DOI: 10.18668/PN2018.221.
• Struchtemeyer C.G., Morrison M.D., Elshahed M.S., 2012. A critical assessment of the efficacy of biocides used during the hydraulic fracturing process in shale natural gas wells. Int. Biodeter. Biodegr. 71: 15–21. DOI: 10.1016/j.ibiod.2012.01.013.
• Turkiewicz A., 2011. The role of microorganisms in the oil and gas industry. Rocznik Ochrony Środowiska, 13: 227–240.
• Turkiewicz A., Brzeszcz J., Kapusta P., 2013. The application of biocides in the oil and gas industry. Nafta-Gaz, 2: 103–111.
• Vengosh A., Jackson R.B., Warner N., Darrah T.H., Kondash A., 2014. A critical review of the risks to water resources from unconventionalshale gas development and hydraulic fracturing in the United States. Environ. Sci. Technol., 48: 8334–8348. DOI: 10.1021/es405118y.
• Vorholt J.A., 2002. Cofactor-dependent pathways of formaldehyde oxidation in methylotrophic bacteria. Arch. Microbiol., 178: 239–249.DOI: 10.1007/s00203-002-0450-2.
• Wagner T.V., Helmus R., Quiton Tapia S., Huub H.M. Rijnaarts H.H.M., de Voogt P., Langenhoff A.A.M., Parsons J.R., 2020. Non-targetscreening reveals the mechanisms responsible for the antagonistic inhibiting effect of the biocides DBNPA and glutaraldehyde on benzoic acid biodegradation. J. Hazard. Mater., 386: 121661. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121661.
• Yin B., Williams T., Koehler T., Morris B., Manna K., 2018. Targeted microbial control for hydrocarbon reservoir: Identify new biocide offerings for souring control using thermophile testing capabilities. Int. Biodeter. Biodegr., 126: 204–207. DOI:10.1016/j.ibiod.2016.07.019.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).