image
energas.ru

Коррозия Территории Нефтегаз № 2 (37) 2017

Бактерициды

»  01.08.2017 11:00 ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАРАЖЕННОСТИ ПОДТОВАРНОЙ ВОДЫ С ЦПС ТЯМКИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ООО «РН-УВАТНЕФТЕГАЗ» И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ БАКТЕРИЦИДА СНПХ-1517А
Заводнение нефтяных пластов с использованием пресной воды приводит к появлению коррозионно-агрессивной микрофлоры. В статье представлены результаты исследований по изучению микрофлоры подтоварной воды Тямкинского месторождения ООО «РН-Уватнефтегаз». Выявлены пять видов микроорганизмов: сульфатвосстанавливающие, углеводородокисляющие, денитрифицирующие, тионовые и бродильные. Для каждого вида бактерий подсчитаны индекс активности и количество микроорганизмов. На планктонных и адгезированных формах сульфатвосстанавливающих бактерий определены эффективные дозировки бактерицида СНПХ-1517А.
Ключевые слова: сульфатвосстанавливающие бактерии, тионовые бактерии, бродильные бактерии, денитрифицирующие бактерии, углеводородокисляющие бактерии, бактерицидная эффективность.
Открыть PDF


В настоящее время на большинстве нефтяных месторождений в системе поддержания пластового давления (ППД) применяется вода. Для снижения рисков заражения нефтяных продуктивных пластов микроорганизмами целесообразно использовать пластовую и/или подтоварную воду. Но по многим причинам ее зачастую не хватает, и тогда постоянно или периодически производят подкачку пресной воды из открытых водоемов. Это не только изменяет минеральный состав закачиваемой в систему ППД воды, но и приводит к появлению нежелательной микрофлоры.

Жизнедеятельностью микробных сообществ, которые формируются в условиях нефтяного месторождения, может быть обусловлена значительная часть коррозионных повреждений нефтепромыслового оборудования и коммуникаций.
К отрицательным последствиям жизнедеятельности бактерий относятся также бактериальная закупорка и снижение проницаемости пород. Наиболее интенсивное функционирование микробных сообществ наблюдается в системе подготовки и утилизации воды – отстойники, резервуары, трубопроводы системы поддержания пластового давления, а также в радиусе 3–5 м призабойной зоны пласта нагнетательных скважин [1].

Оптимальными условиями для развития микробных сообществ являются невысокая минерализация (плотность минерализованной воды не выше 1100 г/дм3), температура 30–40 °С, рН = 6–8, наличие в воде органических и неорганических веществ, которые являются питательными субстратами для микроорганизмов.

Image_002.png
Рис. 1. Флаконы с СВБ

Если рост бактерий не регулируется, практически на всех поверхностях системы сбора и подготовки нефти начинается процесс формирования биопленок. Это связано со способностью микроорганизмов выделять полисахариды, характеризующиеся высокой степенью адгезии к металлической поверхности, что обусловливает способность бактерий закрепляться на поверхности и образовывать сообщества. Рост адгезированных (прикрепленных к поверхности) клеток происходит гораздо быстрее, чем планктонных (свободноплавающих). Слой полисахаридной слизи способствует адгезии как бактерий, так и питательных веществ, а также защищает от внешнего воздействия, в том числе химического. Образование биопленок успешнее всего происходит в застойных зонах резервуаров, нижних направляющих водоводах, т. е. там, где скорость движения жидкости минимальна.

В пределах биопленки создаются благоприятные условия для развития анаэробных бактерий, в частности сульфатвосстанавливающих (СВБ), в процессе жизнедеятельности продуцирующих сероводород, который значительно увеличивает скорость коррозии металлического оборудования [2].

Установлено, что деятельность бактерий, осуществляющих превращение серы (сульфатвосстанавливающих и тионовых), является причиной снижения рН добываемой продукции и, следовательно, увеличения ее коррозионной агрессивности. СВБ восстанавливают серу и ее окисленные соединения до сероводорода (анаэробный процесс), а тионовые бактерии (ТБ) окисляют соединения серы до серной кислоты (аэробный процесс). Процесс закисления среды может идти до pH = 2. Присутствие денитрифицирующих бактерий (ДНБ) приводит к восстановлению нитратов до нитритов и далее до молекулярного азота, что, в свою очередь, также является причиной снижения рН среды и увеличения скорости коррозии металла.

Развитию СВБ предшествует формирование биоценоза углеводород-окисляющих и бродильных бактерий. Углеводородокисляющие бактерии (УОБ) относятся к аэробным, они используют растворенный в воде кислород для окисления углеводородов нефти и попутного газа до продуктов неполного окисления (спиртов, альдегидов и кислот), которые далее в анаэробных условиях биопленок потребляются сульфатвосстанавливающими бактериями. Бродильные бактерии (ББ) также в анаэробных условиях в процессе своей жизнедеятельности продуцируют вещества, являющиеся питательными для СВБ [3].

Image_003.png
Рис. 2. Фото СВБ, полученное методом микроскопирования

В данной работе приведены результаты лабораторных исследований по оценке бактериальной зараженности подтоварной воды с центрального пункта сбора нефти (ЦПС) Тямкинского месторождения ООО «РН-Уватнефтегаз». В исследуемой воде определяли наличие пяти физиологических групп бактерий: сульфатвосстанавливающих, углеводородокисляющих, тионовых, денитрифицирующих и бродильных.

Для обнаружения и культивирования указанных микроорганизмов из подтоварной воды с ЦПС Тямкинского месторождения были использованы элективные питательные среды, при приготовлении которых учитывались биологические особенности каждой конкретной группы бактерий:

  • среда Постгейта В – для сульфатвосстанавливающих бактерий;

  • среда Раймонда – для углеводородокисляющих бактерий;

  • среда Бейеринка – для тионовых бактерий;

  • среда Гильтая – для денитрифицирующих бактерий;

  • среда Емцева – для бродильных бактерий.

Данные элективные среды содержат все необходимые для размножения микроорганизмов вещества в легкоусвояемой форме, имеют оптимальную вязкость и рН.

Для микробиологических исследований в лабораторных условиях пробу подтоварной воды с ЦПC Тямкинского месторождения высевали в питательную среду и инкубировали при температуре 30–35 °С в течение 15 сут.

Микроскопические исследования выполняли на микроскопе «Микромед-3» с увеличением 1000 крат.

Image_004.png 
Рис. 3. Флаконы с УОБ

Присутствие СВБ устанавливали по развитию процесса сульфатредукции в зараженной среде.

Критерием зараженности СВБ является появление черного осадка сульфида железа, образовавшегося в результате взаимодействия сероводорода (продукта жизнедеятельности СВБ) с ионами двухвалентного железа, содержащегося в питательной среде (рис. 1).

На рис. 2 представлена фотография сульфатвосстанавливающих бактерий, полученная методом микроскопирования.

Image_005.png
Рис. 4. Фото УОБ, полученное методом микроскопирования  

Присутствие УОБ в исследуемой воде определяли по следующим показателям:

  • помутнение среды в посевных флаконах (образование равномерной неоседаемой мути, которое вызывается накоплением бактериальных клеток во всем объеме питательной среды (рис. 3));

  • наличие живых форм УОБ методом микроскопирования (рис. 4);

  • степень деградации нефти. 

Присутствие тионовых бактерий, окисляющих соединения серы до серной кислоты в исследуемых водах, отмечали по следующим показателям:

  • помутнение питательной среды в посевных флаконах, которое вызывается накоплением бактериальных клеток, взвешенных во всем объеме питательной среды;

  • наличие живых форм тионовых бактерий методом микроскопирования.

Image_007.png
Рис. 5. Флаконы с ДНБ  

Присутствие денитрифицирующих бактерий в исследуемой среде определяли по следующим признакам:

  • помутнение питательной среды и изменение цвета от зеленой окраски до голубой в посевных флаконах (рис. 5);

  • наличие газов (CO2 и NO2);

  • наличие живых форм ДНБ (методом микроскопирования) (рис. 6).

Image_008.png
Рис. 6. Фото ДНБ, полученное методом микроскопирования  

Присутствие бродильных бактерий отмечали по факторам:

  • помутнение питательной среды в посевных флаконах;

  • наличие живых форм бродильных бактерий (методом микроскопирования) (рис. 7);

  • наличие газов (CO2).

Для подсчета бактерий были использованы два способа количественной оценки наличия бактерий: ориентировочный и уточненный. Ориентировочная оценка определения – по индексу активности, уточненная – методом предельных разведений.

Image_009.png 
Рис. 7. Фото ББ, полученное методом микроскопирования

Индекс активности определяли по признакам:

  • для сульфатвосстанавливающих бактерий – по скорости образования сульфида железа в посевной склянке;

  • для тионовых, углеводородокисляющих, бродильных и денитрифицирующих бактерий – по скорости образования бактериальной мути.

При образовании сульфида железа или бактериальной мути в посевном флаконе за 1 сут индекс активности принимали за 100 ед., за 2 сут – 50 ед. и т. д. Расчет индекса активности производили по формуле:

1_1_3.png  

где a – время (сут) появления черного осадка, бактериальной мути или изменения цвета среды с момента посева пробы.

При отсутствии осадка сульфида железа, бактериальной мути, изменения цвета среды в посевной склянке за время инкубации свыше 15 сут считали, что изучаемые бактерии в подтоварной воде с ЦПС Тямкинского месторождения ООО «РН-Уватнефтегаз» отсутствуют.

Для разведения и посева отбирали 1 мл анализируемой воды стерильным шприцем и вводили в склянку с питательной средой. Содержимое перемешивали и новым стерильным шприцем отбирали из этой склянки 1 мл пробы и вводили в следующую склянку с питательной средой – разведение 1:10. Таким же образом готовили и последующие разведения: 1:100, 1:1000, 1:10000 и т. д. После посева все склянки инкубировали при температуре 32 °С и наблюдали в течение 15 сут.

В таблице представлены результаты по расчету индекса активности и количества микроорганизмов различных видов бактерий.

Учитывая, что среди микроорганизмов, инициирующих процессы коррозии в нефтепромысловых средах, доминирующая роль принадлежит сульфатвосстанавливающим бактериям, была проведена оценка эффективности разработанного в АО «НИИнефтепромхим» бактерицида СНПХ-1517А, направленного на подавление жизнедеятельности СВБ, гибель которых приведет к нарушению биоценоза всех видов бактерий и, следовательно, к снижению их отрицательного воздействия.

Испытания проводили на планктонных и адгезированных формах СВБ.

1_1.png

В ходе оценки эффективности в отношении планктонных форм СВБ бактерицид СНПХ-1517А был испытан в диапазоне дозировок 50–300 г/м3. При проведении испытаний в маркированные флаконы наливали по 10 мл стерилизованной модели подтоварной воды и по 1,0 мл накопительной культуры СВБ. Во флаконы добавляли биоцид в заданной дозировке и выдерживали при комнатной температуре 24 ч, после чего из них отбирали по 1 мл жидкости и вводили во флаконы с питательной средой Постгейта В. Флаконы на 14 сут помещали в инкубатор с температурой 34 °С. О прорастании или отсутствии бактерий судили по появлению черного осадка сульфида железа.

В результате исследований выявлено, что бактерицид СНПХ-1517А подавляет развитие планктонных форм СВБ в дозировке 175 г/м3.

Для оценки бактерицидной эффективности реагентов относительно адгезированных форм СВБ подготовленные металлические образцы с площадью поверхности
2 см2 помещали в пенициллиновые флаконы с питательной средой Постгейта В, вносили двухсуточную культуру СВБ в количестве 10 % от объема среды, закрывали герметично пробкой и помещали в термостат при температуре 32–34 °С на 7 сут для формирования биопленки. По истечении этого времени в маркированные стерильные флаконы заливали определенный объем стерилизованной модели подтоварной воды и вводили дозированное количество испытуемого реагента. Образцы со сформировавшейся на них биопленкой стерильным пинцетом помещали во флаконы с реагентом и герметично закрывали резиновой пробкой. Пробы выдерживали при комнатной температуре 24 ч.

Выдержанные в реагенте образцы с адгезированными клетками вносили во флаконы с питательной средой Постгейта В и инкубировали в термостате 14 сут при температуре 32–34 °С.

О росте и развитии СВБ судили по образованию черного осадка сульфида железа во флаконе. Отсутствие черного осадка свидетельствует о полном подавлении роста адгезированных СВБ. Образец, не бывший в контакте с реагентом, служил для контроля роста бактерий.

В результате исследований выявлено полное подавление развития адгезированных форм СВБ при дозировке бактерицида СНПХ-1517А – 600 г/м3

В результате проведенных испытаний были определены две эффективные дозировки бактерицида СНПХ-1517А:

  • для подавления планктонных форм концентрация СВБ = 175 г/м3;

  • для подавления адгезированных форм концентрация СВБ = 600 г/м3.

Значительное превышение дозировки для подавления адгезированных форм бактерий связано с наличием биопленки, защищающей бактерии от влияния негативных внешних факторов.

Таким образом, в результате проведенного анализа микробиологической зараженности подтоварной воды с центрального пункта сбора нефти Тямкинского месторождения ООО «РН-Уватнефтегаз» выявлены пять видов бактерий: сульфатвосстанавливающие, тионовые, углеводородокисляющие, денитрифицирующие, бродильные. Наиболее активными из них являются СВБ. Кроме того, определены эффективные дозировки бактерицида СНПХ-1517А относительно планктонных и адгезированных форм СВБ.



← Назад к списку