Biomonitoring studies and supervisory research for the purposes of underground gas storage and currently exploited natural gas deposits

• Autorzy: Turkiewicz Anna , Janiga Marek

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.08.01

Warianty tytułu

PL

Badania biomonitoringowe oraz kontrolne prace badawcze dla potrzeb podziemnego magazynowania gazu i obecnie eksploatowanych złóż gazu ziemnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper refers to several aspects of research studies supporting the oil and gas industry – in particular underground gas storage (UGS) in depleted deposits and salt caverns – and focuses on questions related to the formation of hydrogen sulphide contamination in reservoir conditions as well as on methods for limiting unfavourable biogenic phenomena. The main problem found at gas storage facilities is the activity of sulphate reducing bacteria (SRB). The elimination or limitation of H2S generation in microbiologically contaminated environments have been the subject of many extensive studies. Biocides, biocorrosion inhibitors and H2S scavengers are widely applied to protect reservoir structure, gas storage infrastructure as well as water-based drilling fluids from the negative effects of bacterial activity. One of the most popular biocidal products, recommended for oil and gas industry are triazine derivatives, laboratory tested in the presented biomonitoring studies. Triazine products prove very effective in biomass reduction and elimination of anaerobic bacteria, especially SRB. Before any industrial operation (based on technology of using biocides), it was necessary to analyse the sulphur compounds in the stored natural gas in different exploitation gas wells of UGS. It was also necessary to investigate the selection of a specific biocidal product and its proper concentration. A concentration that is too low may even stimulate the microbial growth; since the substance is not toxic for microorganisms, they may start to metabolise it. Moreover, the wrong choice of biocides may even generate an economic loss or environmental hazard. Generally, the application of biocides, H2S scavengers and nitrate-based treatment are one of the most effective world strategies to decrease microbiological contamination, which affects various areas of the oil and gas industry. These products have also been successfully applied to control bacterial growth in Polish natural gas wells. The issue of the influence of microorganisms and biomass on the permeability of reservoir rocks was also presented. In addition, the paper refers to biodegradation processes, that take place in the environment of drilling fluids. Also, the issue of choice of biocide/ H2S scavenger preparations for industrial applications is presented. The choice of chemicals includes efficiency tests of nanoparticles in contaminated media.

PL

Artykuł dotyczy kilku aspektów prac badawczych stanowiących wsparcie dla przemysłu nafty i gazu, głównie podziemnego magazynowania gazu w złożach sczerpanych i kawernach solnych. Skoncentrowano się na zagadnieniach związanych z powstawaniem skażeń siarkowodorowych w warunkach złożowych oraz na metodach ograniczania niekorzystnych zjawisk o charakterze biogennym. W obiektach magazynowania gazu duży problem stanowią aktywne bakterie redukujące siarczany z grupy SRB. Eliminacja lub ograniczenie zawartości siarkowodoru w skażonych mikrobiologicznie środowiskach jest przedmiotem wielu prac badawczych. Preparaty takie jak biocydy, inhibitory biokorozji lub neutralizatory H2S są często stosowane do ochrony struktury złożowej, obiektów magazynowych, jak również wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych przed niekorzystnym oddziaływaniem bakterii. Jednym z najbardziej popularnych środków biobójczych stosowanych w przemyśle nafty i gazu są pochodne triazyny, testowane również w ramach omawianych badań biomonitoringowych. Produkty triazynowe są bardzo efektywne w procesach redukcji biomasy oraz eliminacji bakterii beztlenowych, głównie z grupy SRB. Przed każdorazowym zabiegiem przemysłowym (opartym na technologii stosowania biocydów) niezbędne jest przebadanie zawartości związków siarki w magazynowanym gazie, pobranym z różnych odwiertów eksploatacyjnych podziemnego magazynu. Konieczny jest również dobór odpowiednich preparatów oraz wytypowanie optymalnych stężeń preparatów biobójczych. Zbyt niskie stężenie może bowiem stymulować wzrost mikroorganizmów, które są zdolne do wykorzystania danej substancji w procesach metabolicznych. Ponadto niewłaściwy dobór biocydu może powodować straty i wpływać negatywnie na środowisko przyrodnicze. Generalnie stosowanie biocydów, neutralizatorów siarkowodoru i związków azotanowych stanowi jedną z najbardziej skutecznych światowych strategii ograniczenia skażeń mikrobiologicznych w wielu obiektach złożowych. Wymienione wyżej środki chemiczne były również z sukcesem stosowane w polskich odwiertach gazowych. W artykule przedstawiono także problem wpływu mikroorganizmów i biomasy na przepuszczalność skał zbiornikowych. Ponadto nawiązano do zjawisk o charakterze biodegradacyjnym, które mają miejsce w środowisku płuczek wiertniczych. Zaprezentowano problematykę dotyczącą wspomnianego doboru preparatów typu biocyd/H2S scavenger do zastosowań przemysłowych z uwzględnieniem badań efektywności działania nanocząsteczek w skażonych mediach.

Słowa kluczowe

EN

hydrogen sulphide; microorganisms; deposit waters; biocides; H2S scavenger; permeability; nanomaterials

PL

siarkowodór; mikroorganizmy; wody złożowe; biocydy; pochłaniacz H2S; przepuszczalność; nanomateriały

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 8
• Strony: 503--509
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Turkiewicz Anna

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

autor

Janiga Marek

• 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. DOI: 10.2118/100337-MS.
• Atlas R.M., 1979. Handbook of microbiological media. Second Edition. USA, CRC Press, Inc.
• Aullo T., Ranchou-Peyruse A., Ollivier B., Magot M., 2013. Desulfotomaculum spp. and related gram-positive sulfate-reducing bacteria in deep subsurface environments. Frontiers in Microbiology, 2(4): 362. DOI: 10.3389/fmicb.2013.00362. Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria, 2015. Wiley, USA.
• Civan F., 2015. Reservoir formation damage. Third Edition, Gulf Professional Publishing, 239-244.
• Clark J.C., Trevino M., Karas L.J., Gallardo J.M., Anantaneni P., Passos R.C., Burrell C., Rana G., 2019. Method of removing a sulfur containing compound by adding a composition in petroleum and natural gas applications. Patent WO 2019014415A1.
• Cypionka H., 2000: Oxygen respiration by Desulfovibrio species. Annual Review of Microbiology, 54, 827–848. DOI: 10.1146/annurev.micro.54.1.827.
• Enning D., Garrelfs J., 2014. Corrosion of iron by sulfate-reducing bacteria: new views of an old problem. Applied and Environmental Microbiology, 80(4): 1226–1236. DOI: 10.1128/AEM.02848-13.
• Harrington R.M., 2014. Hydrogen sulfide scavengers, patent WO 201412907A1, Appl. No. PCT/US2014/013818.
• Hemme C., van Berg W., 2017. Potential risk of H2S generation and release in salt cavern gas storage. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 47: 114–123. DOI: 10.1016/J.JNGSE.2017.09.007.
• Kachel-Jakubowska M., Szymanek M., Dziewulska-Hunek A., 2015. Nanotechnologia – możliwości rozwoju i zastosowań. Konferencja Uniwersytetu Rolniczego w Lublinie, Materiały konferencyjne,92–99.
• Kapusta P., Turkiewicz A., Brzeszcz J., 2021. Testy biocydów i neutralizatorów H2S jako dodatków do płuczek wiertniczych i płynów szczelinujących. Nafta-Gaz, 77(3): 143–151. DOI 10.18668/ NG.2021.03.01.
• Leibensteiner M.G., Tsesmetzis N., Stams A.J., Lomans B.P., 2014. Microbial redox processes in deep subsurface environments and the potential application of (per)chloride in oil reservoirs. Frontiers in Microbiology, 5, 428. DOI 10.3389/fmicb.2014.00428.
• Nazina T., Shestakova N., Pavlova N., Tatarkin Y., Ivolov V., Khisametdinow M.R., Sokolova D.Sh., Babich T.L., Tourova .P., Poltaraus A.B., 2013. Functional and phylogenetic microbial diversity in formation waters of a low-temperature carbonate petroleum reservoir. International Biodeterioration & Biodegradation,81: 71–81. DOI 10.1016/j.iiod.2012.07.008.
• Peszke J., 2014. Nanotechnologia na Uniwersytecie Śląskim. Projekt Unijny, finansowany przez UE, Europejski Fundusz Społeczny.
• Plugge C.M., Zhang W., Scholten J.C., Stams A.J., 2011. Metabolic flexibility of sulfate-reducing bacteria. Frontiers in Microbiology,2, 81. DOI 10.3389/fmicb.2011.00081.
• 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, Texas, USA. DOI: 10.2118/89906-MS.
• Such P., Turkiewicz A., Kapusta P., Stopa J., Rychlicki S., 2007. Zastosowanie biocydów w celu ograniczenia rozwoju flory bakteryjnej w PMG. Wiertnictwo Nafta Gaz, 24(1): 553–558.
• Ridley C.M., Voordouw G., 2018. Aerobic microbial taxa dominate deep subsurface from the Alberta oil sands. FEMS Microbiology Ecology, 94. DOI: 10.1093/femsec/fiy073.
• Turkiewicz A., Falkowicz S., Kapusta P., 2017. Laboratory tests for the application of nitrate-based inhibitor against H2S formation. AGH Drilling Oil Gas Quarterly, 34(1): 231–241. DOI: 10.7494/DRILL.2017.34.1.231.
• Weers J.J., Chakraborty S., Panchalingam V., 2018. Functionalized aldehydes as H2S and mercaptan scavengers. Patent WO 201844448A1.
• Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2001. Wiley-VCH.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).