BRPI0913823B1 - Método para controlar microorganismos em um sistema aquoso ou contendo água - Google Patents

Método para controlar microorganismos em um sistema aquoso ou contendo água Download PDF

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Abstract

composição biocida é método para controlar microorganismos em um sistema aquoso ou contendo água é provida uma composição biocida compreendendo aldeído glutárico e um composto biocida de oxazolidina. a composição é útil para controlar microorganismos em sistemas aquosos ou contendo água tais como aqueles encontrados na produção de petróleo -e gás natural.

Description

Campo da invenção
[0001] Esta invenção se refere a composições biocidas e métodos para seu uso no controle de microorganismos em sistemas aquosos e contendo água.
Antecedentes da invenção
[0002] Proteger sistemas contendo água de contaminações écrítico para o sucesso de muitos processos de produção,especialmente operações de produção de petróleo ou gásnatural. Na produção de petróleo e gás natural, acontaminação por microorganismos tanto de bactérias aeróbicas quanto anaeróbicas pode causar problemas sérios tal como azedamento de reservatórios (“reservoir souring”) (causado principalmente por bactérias redutoras de sulfato anaeróbicas (SRB)), corrosão microbiologicamente influenciada (MIC) sobre superfícies metálicas de equipamentos e tubulações, e degradação de aditivos de polímeros.
[0003] A contaminação microbiana poderá ocorrer em qualquer local ao longo de operações de óleo e gás inclusive em água de injeção, água produzida, intra-coluna, próximo de áreas de perfuração, em torres de desaeração, em dutos de transmissão e tanques de armazenamento de gás, e em fluidos funcionais base água tais como lamas de perfuração, reposição de fluidos de retrabalho (“workover”), fluidos de estimulação, e fluidos de fraturamento.
[0004] Os tratamentos biocidas são essenciais e usados para desinfetar e preservar sistemas aquosos em aplicações de óleo e gás. Entretanto, nem todos os biocidas são eficazes ao longo de uma ampla gama de microorganismos e/ou temperaturas. Em aplicações de óleo e gás, a alta temperatura (até 120°C ou superior) e a presença de H2S em ambientes de coluna se tornam desafios consideráveis e únicos.
[0005] O aldeído glutárico é um biocida de ação rápida e um dos principais biocidas usados para tratamento de água/fluidos produzidos e de injeção em campos de óleo/gás. Entretanto, este não é estável sob certas condições tais como em alta temperatura (p.ex., 80°C ou superior). E, daí, não consegue prover um controle microbiano de longo prazo para ambientes de colunas. Como resultado, existe uma necessidade de biocidas termicamente estáveis, de ação rápida, e de efeito duradouro para aplicações de óleo e gás, incluindo tratamento de colunas para controle anaeróbico de SRBs.
Sumário da invenção
[0006] Em um aspecto, a invenção provê composições biocidas sinérgicas. As composições são úteis para controlar o crescimento microbiano em sistemas aquosos ou contendo água, e são particularmente adequados para aplicações na indústria de petróleo e gás natural. As composições da invenção compreendem aldeído glutárico juntamente com um composto biocida de oxazolidina.
[0007] Em um segundo aspecto, a invenção provê um método para controlar microorganismos em sistemas aquosos ou contendo água. O método compreende tratar o sistema com os copolímeros biocidas aqui descritos.
Descrição detalhada da invenção
[0008] Conforme notado acima, a invenção provê composições biocidas e métodos para usá-los para controlar microorganismos. As composições compreendem aldeído glutárico juntamente com um composto de oxazolidina. Descobriu-se surpreendentemente que a combinação de aldeído glutárico com uma oxazolidina são sinérgicos quando usados para controle de microorganismos em meios aquosos ou contendo água. Isto é, os materiais combinados resultam em propriedades biocidas melhoradas relativamente ao esperado com base nos seus desempenhos individuais no uso-concentração particular. A sinergia observada permite que sejam usadas quantidades reduzidas de materiais para alcançar propriedades biocidas aceitáveis, portanto reduzindo potencialmente impacto ambiental e custo de materiais.
[0009] Adicionalmente a exibirem sinergia, as composições da invenção também são eficazes para controlar uma ampla gama de tipos de microorganismos, incluindo tanto microorganismos aeróbicos quanto anaeróbicos. Ademais, as composições são funcionais tanto em baixas quanto em altas temperaturas durante períodos de tempo estendidos. Eles também mantêm sua eficácia em ambientes contendo sulfeto, tais como aqueles contendo o íon sulfeto. Como resultado destes atributos, as composições são particularmente úteis na indústria do petróleo e gás natural. Nestas indústrias, agentes biocidas são necessários que sejam capazes de controlar tanto microorganismos aeróbicos quanto anaeróbicos ao longo de faixas de temperatura variáveis, e que continuem a ser eficazes mesmo quando sulfetos estiverem presentes.
[0010] Para os propósitos deste descritivo, o significado de “microorganismo” inclui, mas não está limitado a, bactérias, fundos, algas e vírus. Microorganismos preferidos contra os quais as composições são eficazes são bactérias e, mais preferivelmente, SRBs. As palavras “controle” e “controlar” deverão ser entendidas no sentido amplo, de maneira a incluir no seu significado, e sem limitação a este, inibir o crescimento ou a propagação de microorganismos, matar microorganismos, desinfecção, e/ou preservação contra re-crescimento.
[0011] Compostos de oxazolidina adequados para uso na invenção incluem, mas não estão limitados a, oxazolidinas monocíclicas, tais como 4,4-dimetiloxazolidina (comercialmente disponível da The Dow Chemical Company), N- metil-1,3-oxazolidina, N-etilol-1,3-oxazolidina, 5-metil-1,3- oxazolidina, 4-etil-4-hidroximetiloxazolidina, 4-etiloxazolidina, e 4-metil-4-etiloxazolidina; 4,4- Dimetiloxazolidina é a oxazolidina monocíclica preferida.
[0012] Compostos de oxazolidina adequados também incluem oxazolidinas bicíclicas, incluindo 1-aza-3,7-biciclo[3.3.0]octano opcionalmente substituído com alquila C1-C6, alcóxi C1-C6, ou hidroxi(alquila C1-C6), tal como 7- etilbiciclooxazolidina(5-etil-1-aza-3,7-dioxabici-clo [3.3.0]octano) (comercialmente disponível da The Dow Chemical Company), 5-hidroximetoximetil-1-aza-3,7-dioxabiciclo[3.3.0] octano) (comercialmente disponível da International Specialty Products), 5-hidroximetil-1-aza-3,7-dioxabiciclo[3.3.0]octano), 5-hidroxipoli(metile-noximetil-1-aza-dioxabiciclo [3.3.0]octano) (comercialmen-te disponível da International Specialty Products), e 1-aza-3,7-dioxa-5-metilol-(3.3.0)- biciclooctano. 7-etilbiciclooxazolidina é a oxazolidina bicíclica preferida.
[0013] Compostos de oxazolidina adequados adicionalmente incluem bisoxazolidinas, tais como N,N-metilenobis(5-metil- oxazolidina) (comercialmente disponível da Halliburton) e bis(4,4’-tetrametil-1,3-oxazolidin-3-il)-metano.
[0014] Compostos de oxazolidina adequados adicionalmente incluem polioxazolidinas.
[0015] Evidentemente, que mais que um composto deoxazolidina poderá ser combinado para uso na presenteinvenção; em tais casos, proporções e concentrações sãocalculadas usando o peso total de todos os compostos deoxazolidina.
[0016] Preferivelmente, a proporção em peso de aldeído glutárico:oxazolidina nas composições da invenção é entre cerca de 50:1 a 1:50, mais preferivelmente 30:1 a 1:30, e ainda mais preferivelmente de 20:1 a 1:20.
[0017] Em algumas concretizações preferidas, a proporção em peso de aldeído glutárico para oxazolidina é entre cerca de 30:1 e cerca de 1:50, mais preferivelmente entre cerca de 20:1 e cerca de 1:30, ainda mais preferivelmente entre cerca de 10:1 e cerca de 1:20. Em concretizações adicionais, a proporção é entre cerca de 10:1 e cerca de 1:15, mais preferivelmente entre cerca de 6:1 e cerca de 1:15, ou entre cerca de 6:1 e cerca de 1:9. As concretizações deste parágrafo são especialmente preferidas quando a oxazolidina for uma oxazolidina monocíclica, tal como 4,4- dimetiloxazolidina. Estas concretizações também são preferidas quando o microorganismo sendo controlado for anaeróbico, tal como uma SRB. Estas concretizações também são preferidas quando a atividade biocida for necessária em altas temperaturas.
[0018] Em concretizações preferidas adicionais, particularmente adequada para uso contra bactérias aeróbicas, a proporção em peso de aldeído glutárico para oxazolidina é entre cerca de 1:6 e cerca de 1:15. Esta concretização também é preferida quando a oxazolidina for uma oxazolidina monocíclica, tal como 4,4-dimetiloxazolidina.
[0019] Em ainda outras concretizações preferidas, a proporção em peso de aldeído glutárico para oxazolidina é entre cerca de 30:1 e cerca de 1:30, mais preferivelmente entre cerca de 20:1 e cerca de 1:20. As concretizações deste parágrafo são especialmente preferidas quando a oxazolidina for uma oxazolidina bicíclica, tal como 7- etilbiciclooxazolidina.
[0020] As composições da invenção são úteis para controlar tanto microorganismos aeróbicos quanto anaeróbicos em aplicações em petróleo e gás natural. Em algumas concretizações, as composições são preferivelmente usadas contra microorganismos anaeróbicos (preferivelmente contra bactérias anaeróbicas).
[0021] As composições da invenção são adequadas para uso ao longo de uma ampla faixa de temperaturas. Em algumas concretizações adicionais, as composições são usadas em sistemas aquosos ou contendo água a uma temperatura de 37°C ou maior, mais preferivelmente de 60°C ou maior, ainda mais preferivelmente de 80°C ou maior. As composições são adicionalmente eficazes quando uma fonte de sulfeto (p.ex., sulfeto de hidrogênio) estiver presente no sistema aquoso ou contendo água.
[0022] Exemplos de sistemas de petróleo ou gás natural onde as composições da invenção poderão ser usadas incluem, por exemplo, injeção em campos de petróleo e gás e água produzida e fluidos funcionais, poços de petróleo e gás, operação de óleo e gás, sistemas de separação, armazenamento, e transporte, dutos de óleo e gás, vasos de óleo e gás, e combustíveis.
[0023] As misturas também poderão ser usadas para controlar microorganismos em outras matrizes industriais contaminadas aquosas e contendo água, tais como águas de resfriamento, águas de caldeiras, águas de plantas de papel e polpa, águas de outros processos industriais, águas de lastro, águas residuárias, fluidos de usinagem, látices, tintas, revestimentos, adesivos, tintas de impressão, compostos de fitas de vedação, produtos para cuidado pessoal e domésticos, ou um sistema usado com estes. Adicionalmente, as misturas poderão empregadas em outras áreas onde aldeído glutárico seja usado como biocida e cargas reduzidas sejam desejadas.
[0024] Aquele medianamente entendido no assunto poderá prontamente determinar, sem experimentação indevida, a concentração da composição que deverá ser usada em qualquer aplicação particular. Para fins de ilustração, em algumas concretizações para injeção de óleo e gás, é preferido que concentrações ativas da composição variando de cerca de 10 a cerca de 500 ppm em peso, preferivelmente de cerca de 30 a cerca de 300 ppm, são usadas para tratamentos de topo (“top side”) (onde a temperatura é geralmente baixa e bactérias aeróbicas provavelmente serão predominantes), e as concentrações ativas de cerca de 30 a cerca de 1000 ppm, preferivelmente cerca de 50 a cerca de 500 ppm, para tratamento de colunas (onde a temperatura é geralmente alta e bactérias anaeróbicas estarão mais provavelmente predominantes).
[0025] Os componentes da composição poderão ser adicionados ao sistema aquoso ou contendo água separadamente, ou pré-misturados antes da adição. Aquele medianamente entendido no assunto poderá prontamente determinar o método de adição apropriado. A composição poderá ser adicionada ao sistema com outros aditivos tais como, mas não limitados a, tensoativos, polímeros iônicos/não iônicos e inibidores de incrustação e corrosão, expurgadores de oxigênio. Biocidas adicionais também poderão ser adicionados, tais como compostos de amônio quaternário, sais de tetraquis(hidroximetil)fosfônio e tris hidroximetil fosfina, 2,2-dibromo-3-nitrilopropionamida (DBNPA), 2-bromo-2- nitropropano-1,3-diol (Bromopol), 5-cloro-2-metil-4- isotiazolin-3-ona, 2-metil-4-isotiazolin-3-ona (CMIT/MIT), 2- metil-4-isotiazolin-3-ona, tris(hidroximetil)nitrometano, cloreto de 1-(3-cloroalil)3,5,7-triaza-1-azonia-adamantano, 1,2-benziso-tiazolil-3-ona, o-ftalaldeído, formaldeído,triazina, acetato de 2,6-dimetil-m-dioxan-4-ol, oxidantes, tais como cloro, dióxido de cloro, peróxidos, ácido peracético, brometo de amônio, brometo de sódio, hipoclorito de sódio, hipobromito de sódio, 1-bromo-3-cloro-5,5- dimetilhidantoína (BCDMH), cloramina.
[0026] Os seguintes exemplos são ilustrativos da invenção, mas não são pretendidos para limitar usa abrangência. EXEMPLOS
[0027] Os índices de sinergia reportados nos seguintes exemplos são calculados usando a seguinte equação:Índice de Sinergia = Ca/CA + Cb/CBonde Ca: concentração de biocida A requerido para alcançar um certo nível ou completar a morte de bactérias quando usado em combinação;CA: concentração do biocida A requerido para alcançar um certo nível ou completar a morte de bactérias quando usado isoladamente;Cb: concentração de biocida B requerido para alcançar um certo nível ou completar a morte de bactérias quando usado em combinação;CB: concentração do biocida B requerido para alcançar um certo nível ou completar a morte de bactérias quando usado isoladamente.
[0028] Um índice de sinergia (SI) de 1 indica aditividade, um índice de menos que 1 indica sinergia, e um índice de mais que 1 indica antagonismo.
[0029] Diversos métodos conhecidos daqueles entendidos no assunto poderão ser usados para avaliara eficácia biocida. Em alguns dos exemplos abaixo, é usada uma técnica de diluição em série, que determina bactérias viáveis permanecendo após o regime de tratamento. O método é baseado ou adaptado (p.ex., para ensaios em altas temperaturas na presença de sulfeto) da metodologia descrita no pedido de patente internacional pendente PCT/US08/075755, depositado em 10 de setembro de 2008, que é aqui incorporado por referência.Exemplo 1Sinergia de aldeído glutárico/oxazolidina contra bactérias aeróbicas:
[0030] Uma solução de NaCl estéril (0,85%) é contaminada com inóculos bacterianos à concentração bacteriana final de aproximadamente 106 CFU/mL. Então, solução de biocida (individual ou em combinação) é adicionada à suspensão bacteriana em diversas concentrações e imediatamente bem misturada. Após as misturas serem incubadas a 37°C durante 1 hora, as bactérias viáveis restantes na solução são determinadas. A redução log bacteriana é então calculada. A tabela 1 abaixo compara as dosagens requeridas para alcançar uma redução bacteriana de 3 log quando aldeído glutárico e 4,4-dimetil oxazolidina são usados isoladamente e em combinação a uma razão em peso de ativos de 1:6.Tabela 1. Eficácia biocida de glutaraldeído, 4,4-dimetiloxazolidina e sua combinação
Figure img0001
[0031] Conforme mostrado na tabela 1, o aldeído glutárico em combinação com 4,4-dimetil oxazolidina mostra um alto efeito sinérgico e, daí, dosagens muito mais baixas são necessárias para um bom controle bacteriano quando os biocidas são usados em combinação ao invés de separadamente.
[0032] Usando a mesma avaliação, outras proporções da combinação de aldeído glutárico/4,4-dimetil oxazolidina são testados. Os índices de sinergia da eficácia destas combinações contra a Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 estão sumarizados na tabela 2.Tabela 2. Índice de sinergia de combinações de aldeído glutárico/4,4-dimetil oxazolidina contra Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 em diferentes proporções
Figure img0002
[0033] As combinações de aldeído glutárico com 7-etil- biciclooxazolidina também foram testadas. A tabela 3 compara as dosagens requeridas para alcançar uma redução bacteriana de 3 log quando aldeído glutárico e 7-etil-biciclooxazolidina são usados isoladamente e em combinação a uma razão em peso de ativos de 1:6. Tabela 3. Eficácia biocida de glutaraldeído, 7-etil biciclooxazolidina e sua combinação
Figure img0003
[0034] Os índices de sinergia da eficácia biocida de outras combinações de aldeído glutárico/7-etil- biciclooxazolidina contra Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 estão sumarizados na tabela 4. Tabela 4. Índice de sinergia de combinações de aldeído glutárico/7-etil biciclooxazolidina contra Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 em diferentes proporções
Figure img0004
Exemplo 2Sinergia de aldeído glutárico/oxazolidina contra bactérias anaeróbicas:
[0035] Dentro de uma câmara anaeróbica (Bactron III), uma solução salina estéril desaerada (3,1183 g de NaCl, 1,3082 mg de NaHCO3, 47,70 mg de KCl, 72,00 mg de CaCl2, 54,49 mg de MgSO4, 172,28 mg de Na2SO4, 43,92 mg de Na2CO3 em 1 L de água) é contaminada com um consórcio de SRB anaeróbico isolado de campo de petróleo com concentrações bacterianas finais de cerca de 107 CFU/mL. As alíquotas desta suspensão bacteriana são tratadas com aldeído glutárico, biocidas de oxazolidina (4,4-dimetil-oxazolidina ou 7-etil-biciclooxazolidina neste caso) ou as combinações de aldeído glutárico/oxazolidina em diferentes concentrações. Após as misturas serem incubadas a 40°C durante 1 hora, as bactérias viáveis restantes na mistura são determinadas usando um método de diluição em serie. A redução log bacteriana é então calculada. A tabela 5 compara as dosagens requeridas para alcançar a morte bacteriana total quando aldeído glutárico e 4,4-dimetil- oxazolidina são usados individualmente e em combinação. Tabela 5. Eficácia biocida de aldeído glutárico, 4,4-dimetil- oxazolidina e sua combinação contra SRB
Figure img0005
[0036] Conforme poderá ser visto na tabela 5, são demonstrados no ensaio altos efeitos sinérgicos dascombinações de aldeído glutárico/4,4-dimetil-oxazolidina. Aeficácia biocida do aldeído glutárico, 7-etil- biciclooxazolidina e suas combinações com várias com várias razões em peso de ativos estão sumarizados na tabela 6. Os dados da tabela 6 mostram um alto efeito sinérgico de aldeído glutárico/7-etil-biciclooxazina e suas combinações contra SBRs anaeróbicos. Tabela 6. Eficácia biocida de aldeído glutárico, 7-etil-biciclooxazolidina e sua combinação contra SRB
Figure img0006
Exemplo 3Sinergia de aldeído glutárico/oxazolidina contra bactérias anaeróbicas em altas temperaturas:
[0037] Neste exemplo, a eficácia biocida de aldeído glutárico, oxazolidina, e suas combinações é avaliada a 80°C ao longo de 5 dias. Os biocidas são desafiados com 105 CFU/mL de consórcio de SRBs de campo de petróleo na presença de 10 ppm de sulfeto. As soluções de biocida são re-desafiadas com consórcio de SRBs e sulfeto nos dias 3 e 4. A tabela 7 mostra os resultados de índices de sinergia para o ensaio de 5 dias. Os resultados da tabela 7 revelam que a combinação de aldeído glutárico/4,4-dimetil-oxazolidina é sinérgica a 80°C, com desafio de SRB e sulfeto. Tabela 7. Índice de sinergia de combinação de aldeído glutárico/4,4-dimetil-oxazolidina para aplicação em ambiente de alta temperatura e sulfeto
Figure img0007
[0038] Conquanto a invenção tenha sido descrita acima de acordo com suas concretizações preferidas, ela poderá ser modificada dentro do espírito e da abrangência desta divulgação. Daí pretende-se que este pedido cubra quaisquer variações, usos, ou adaptações da invenção usando is princípios gerais divulgados aqui. Ademais, pretende-se que o pedido cubra tais desvios da presente divulgação na medida em que caiam dentro da prática conhecida e costumeira na técnica à qual esta invenção pertence e que caiam dentro dos limites das seguintes reivindicações.

Claims (6)

1. Método para controlar microorganismos em um sistema aquoso ou contendo água, para produção de petróleo ou gás natural, dito método sendo caracterizado pelo fato de compreender tratar o sistema com uma composição compreendendo: - aldeído glutárico; e- um composto biocida de oxazolidina, sendo que o oxazolidina é 4,4-dimetiloxazolidina ou 7-etilbiciclooxazolidina.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a proporção em peso de aldeído glutárico para 4,4-dimetiloxazolidina estar entre 6:1 e 1:15, ou a proporção em peso de aldeído glutárico para composto biocida de oxazolidina 7-etilbiciclooxazolidina estar entre 20:1 e 1:20.
3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o sistema aquoso ou sistema contendo água compreender sulfetos.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de a produção de petróleo e gás compreender a injeção no campo de petróleo e gás e fluidos funcionais e água produzida, poços de petróleo e gás, operação de petróleo e gás, separação, armazenamento, e sistemas de transportes, dutos de petróleo e gás, vasos de petróleo e gás, ou combustíveis.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de os microorganismos serem bactérias anaeróbicas.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de o sistema aquoso ou contendo água estar a 37°C ou acima.a
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