Laboratory tests on the use of Thiobacillus and Acidihiobacillus species in the process of eliminating H2S from formation waters and process waters

• Autorzy: Turkiewicz Anna , Kapusta Piotr , Kania Małgorzata

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.08.03

Warianty tytułu

PL

Testy laboratoryjne wykorzystania bakterii z rodzajów Thiobacillus i Acidithiobacillus do eliminacji H2S z wód złożowych oraz wód technologicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article reports on a series of laboratory tests aimed at determining to what extent it is possible to neutralise hydrogen sulphide with H2S-utilising bacteria from the genera Thiobacillus and Acidithiobacillus in the environment of formation water and process water. Four active bacterial suspensions were used for this study. The formation water was sourced from underground gas storage (UGS) areas and from currently exploited deposits. The water was taken mainly from natural gas reservoirs. Different sample incubation times were applied during the experiments, i.e. 1-day to 30-day incubation periods. The changes in H2S content under the influence of bacterial cultures were measured in individual samples and compared to the hydrogen sulphide content in control samples. The percentage of changes in H2S levels in the tested formation water samples were calculated. Further tests were conducted on contaminated process water. These served as ‘base waters’ used for preparing water-dispersible polymer drilling fluids. The changes in hydrogen sulphide content under bacterial action were also studied in these samples. The aim of this work was to compare the performance of Thiobacillus and Acidithiobacillus bacteria. The suspension of A. thiooxidans was by far the most effective in neutralising H2S, followed by the suspension of A. ferrooxidans. The detailed results are included in the tabulated statements. Other suspensions of the genus Thiobacillus proved to be much less effective at neutralising hydrogen sulphide in the tested water samples. The article also discusses the results of tests carried out to show the combined effect of bacteria and a nitrate inhibitor (called BMF Bac 4), which is used in some deposits with nitrate-based treatment technology. This technology is used worldwide as an alternative to the use of biocides in reducing hydrogen sulphide content in reservoir media.

PL

Artykuł omawia badania laboratoryjne ukierunkowane na stwierdzenie, w jakim zakresie możliwa jest neutralizacja siarkowodoru przez bakterie z rodzajów Thiobacillus i Acidithiobacillus w środowisku wody złożowej i wody technologicznej. Woda złożowa pochodziła z obszarów PMG (podziemnego magazynowania gazu) oraz z obecnie eksploatowanych złóż; wody pobierano głównie ze złóż gazu ziemnego. W trakcie eksperymentów zastosowano zróżnicowany czas inkubacji próbek testowych: od inkubacji 1-dobowej do 30-dobowej. W poszczególnych próbkach określano zmiany zawartości H2S pod wpływem oddziaływania kultur bakteryjnych w stosunku do zawartości siarkowodoru w próbkach kontrolnych. Obliczono procentową zmianę poziomu H2S w badanych próbkach wód złożowych. Kolejne testy przeprowadzono na skażonych wodach technologicznych. Są to tzw. wody bazowe, służące do sporządzania wodno-dyspersyjnych polimerowych płuczek wiertniczych. W wodach tych również badano zmiany zawartości siarkowodoru pod wpływem działania bakterii. W ramach pracy dokonano porównania działania czterech zawiesin bakterii z rodzajów Thiobacillus i Acidithiobacillus. Zdecydowanie najbardziej efektywne okazały się bakterie A. thiooxidans, natomiast na drugim miejscu była zawiesina A. ferrooxidans. Szczegółowe wyniki zawarto w zestawieniach tabelarycznych. Pozostałe zawiesiny bakterii z rodzaju Thiobacillus użyte w pracy badawczej okazały się znacznie mniej skuteczne w neutralizacji siarkowodoru w badanych próbkach wód. Artykuł omawia również wyniki przeprowadzonych testów obrazujących łączny efekt oddziaływania bakterii oraz inhibitora azotanowego (o nazwie BMF Bac 4), stosowanego w niektórych złożach w ramach technologii nitrate-based treatment. Technologia ta znalazła zastosowanie na świecie jako alternatywa dla wykorzystania biocydów, w celu zmniejszenia zawartości siarkowodoru w mediach złożowych.

Słowa kluczowe

EN

bacteria; hydrogen sulphide; sulphate; formation waters; process water; biogenic processes

PL

bakteria; siarkowodór; siarczan; wody złożowe; wody technologiczne; procesy biogenne

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 8
• Strony: 521--528
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.

Twórcy

autor

Turkiewicz Anna

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

autor

Kapusta Piotr

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

autor

Kania Małgorzata

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

Bibliografia

• Abishek A., 2006. New nitrate-based treatments – a novel approach to control hydrogen sulfide in reservoir and to increase oil recovery. SPE Europec/EAGE Annual Conference and Exhibition, Vienna, Austria. SPE-100337-MS. DOI: 10.2118/100337-MS.
• Aroca G., Urrutia H, Nunez D., Oyarzun P., Arancibia A, Guerrero K., 2007. Comparison on the removal of hydrogen sulfide in biotrickling filters inoculated with Thiobacillus thioparus and Acidithiobacillus thiooxidans. Electr. Journ. of Biotechnol., 10(4): 514–520. DOI:10.2225/vol.10-issue4-fulltext-6.
• Badr K., Bahmania M., Jahanmiri A., Mowla D., 2014. Biological removal of methanethiol from gas and water streams by using Thiobacillus thioparus: Investigation of biodegradability and optimization of sulphur production. Environ. Technol., 35(13–16): 1729–1735. DOI:10.1080/09593330.2014.881404.
• Cypionka H., 2000. Oxygen respiration by Desulfovibrio species. Ann. Rev. Microbiol., 54: 827–848. DOI: 10.1146/annurev.micro.54.1.827.
• Das A., Roy P., Mishra A.K., 1993. Desulfuring of natural gas and petroleum oil by autotrophic Thiobacillus ferroxidans. Lett. Appl. Microbiol., 16(3): 164–166. DOI: 10.1111/j.1472-765X.1993.tb01385.x.
• Fugiel K., Geroń S., Wleklak A., 1979. Zasady neutralizacji siarkowodoru w płuczkach wiertniczych. Nafta, 10: 280–286.
• Hiszpańska A., Małek R., Apolinarski M., 2001. On the contribution of deaeration on the removal of nitrates by sulphur denitrification. Ochrona Środowiska, 4(83): 41–44.
• Holt J.G. (ed.), 1994. Bergey’s manual of determinative bacteriology. Lippincott, Williams & Wilkins, Baltimore.
• Kamalakshi D., Bhagobaty R.K., 2021. Development of biochemically enhanced oil recovery technology for oil fields – a review. Nafta-Gaz, 2: 63-74. DOI: 10.18668/NG.2021.02.01.
• Kapusta P., Turkiewicz A., Brzeszcz J., 2021. Testy biocydów i neutralizatorów H2S jako dodatków do płuczek wiertniczych i płynów szczelinujących. Nafta-Gaz, 3: 143-151. DOI: 10.18668/NG.2021.03.01.
• Kotowski T., Burkowska A, 2009. The origin of sulphates in the deep Pleistocene aquifer near Wysoka based on isotopic and microbiological research. Bull. of Polish Geological Inst., 436(9/1): 273–280.
• Matlakowska R., Piotrowska W., 2018. Bakterie siarkowe zasiedlające czarny łupek Kupferschiefer i ich znaczenie w przemianach nieorganicznych związków siarki. [In:] Ratajczak T., Drzymała J. (eds): Monografia łupek miedzionośny. Cz. IV: 7–23. Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Politechnika Wrocławska, Wrocław. DOI: 10.5277/lupek1801.
• Mokhatab S., Poe W.T., Mak J., 2015. Handbook of natural gas transmission and processing. 3-rd ed. Gulf Professional Publ. ISBN:9780128014998.
• Moore P.J., Spitler R.W., 2003. Hydrogen sulfide measurement and detection. American School of Gas Measurement Technol. Proccidings: 118–123.
• Osorio H., Mettert E., Kiley P., Dopson M., Jedlicki E., Holmes D.S., 2019. Identification and unusual properties of the Master Regulator in the extreme acidophile Acidithiobacillus ferrooxidans. Front. Microbiol., 10: 1642. DOI: 10.3389/fmicb.2019.01642.
• Pawlak Z., Pawlak A.S., 1999. Modification of iodometric determination of total and reactive sulfide in environmental samples. Talanta, 48(2): 347–353. DOI: 10.1016/S0039-9140(98)00253-7.
• Prajapat G., Jain S., Agrawal A., 2019. Microbial diversity and dynamics in hydrocarbon resource environments. [In:] Satyanarayana T.,
• Johri B., Das S. (eds): Microbial diversity in ecosystem sustainability and biotechnological applications. Springer, Singapore. DOI:10.1007/978-981-13-8315-1_17.
• Raczkowski J., 1981. Technologia płuczek wiertniczych. Wyd. Śląsk, Katowice.
• Ramirez M., Gómez J.M., Aroca G., Cantero D., 2009. Removal of hydrogen sulfide by immobilized Thiobacillus thioparus in a biotrickling filter packed with polyurethane foam. Bioresour. Technol., 100(21): 4989–4995. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.05.022.
• Salma T., Briggs M.L., Hermann D.T., Yelverton E.K., 2001. Hydrogen sulfide removal from sour condensate using non-regenerable liquid sulfide scavengers: A case study. SPE Conf., Keystone, Colorado, USA. DOI: 10.2118/71078-MS.
• Schieman S.R., 1999. Solids-free H2S scavenger improves performance and operational flexibility. SPE Int. Symp. On Oilfield Chem., Houston, TX, USA.
• Tang K., Baskaran V., Nemati M., 2009. Bacteria of the sulphur cycle: An overview of microbiology, biokinetics and their role in petroleum and mining industries. Biochem. Eng. Journ., 44(1): 73–94. DOI: 10.1016/j.bej.2008.12.011.
• Tian H., Gao P., Chen Z., Li Y., Li Y., Wang Y., Zhou J., Li G., Ma T., 2017. Compositions and abundances of sulfate-reducing and sulfuroxidizing microorganisms in water-flooded petroleum reservoirs with different temperatures in China. Front. Microbiol., 8(143): 1–12. DOI: 10.3389/fmicb.2017.00143.
• Wargin A., Marchelek M., 2015. Presence of sulphur bacteria and a quality of groundwater in water intake Osowa. Przegląd Geologiczny,63(10/2): 1122–1124.
• Weiland R.H., Hatcher N.A., 2021. Approach uses tray design to optimize treating shale gas containing H2S and CO2. The American Oil & Gas Reporter. >https://www.aogr.com/magazine/cover-story/approach-uses-tray-design-optimize-treating-shale-gas-containing-h2s-andco2< (dostęp: 01.03.2021).
• Xue Y., Voordouw G., 2015. Control of microbial sulfide production with biocides and nitrate in oil reservoirs simulating bioreactors. Front. Microbiol., 8: 1387. DOI: 10.3389/fmicb.2015.01387.

Uwagi

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