NO176137B - Fremgangsmåte til å holde biologisk forurensning av vann i oljeproduksjonssystemer med fastsittende bakterier under kontroll - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til å holde biologisk forurensning av vann i oljeproduksjonssystemer med fastsittende bakterier under kontroll. Det tas sikte på der-ved å øke utvinning av olje i vannstrømmingsoperasjoner. Dette omfatter minskning av innholdet og inhibering av veksten og aktiviteten til fastsittende bakterier, særlig sulfatreduserende bakterier, under utvinningen av olje fra oljeholdige lag ved vannstrømming, ved at det i begynnelsen anvendes en effektiv mengde av et hurtigvirkende biocid som er tilstrekkelig til å minske populasjonen av fastsittende og planktoniske bakterier i systemet, etterfulgt av kontinuerlig tilsetning av effektiv mengde av ett eller flere isotiazoloner.

Vannstrømming er mye anvendt innen petroleumsindustrien for å bevirke utvinning av olje. Denne metode øker det totale utbytte av olje som foreligger i en formasjon utover det som vanligvis utvinnes ved den primære metode. Det er ønskelig ved denne metode å opprettholde en høy grad av vanninjeksjon sammen med minimalt forbruk av energi. Enhver hindring av den frie adgang av vann til de oljeholdige formasjoner senker utvinningsoperasjonens virk-ningsgrad sterkt.

Vannstrømmingssystemer danner et ideelt miljø for vekst og formering av biofilmer. Store mengder vann transporteres gjennom disse systemer og injiseres inn i oljeholdige formasjoner i et forsøk på å opprettholde reservoartrykket eller øke oljens mobilitet gjennom formasjonen til produksjonsbrønner. Vanndistri-busjonnettets store overflateareal oppmuntrer til biologisk forurensning, som er festing og vekst av bakterier på rørveggene.

Biologisk forurensning forårsaket av anaerobe bakterier har i vannstrømminger forbindelse med praksisen med fjerning av oksygen fra vannet før injeksjon. Fjerningen av oksygen utføres for å minimalisere korrosjon på utstyr. Men betingelsene uten oksygen danner et ideelt miljø for veksten av sulfatreduserende bakterier (SRB) i biofilmene. Dette fenomen iakttas både på injeksjonssiden og produksjonssiden i vannstrømmingsoperasjonen. Den metaboliske aktivitet til disse bakterier kan føre til aksel-lererte korrosjonshastigheter, tilstopping av filtere, helsefare på grunn av sulfiddannelse samt eventuell surgjøring av formasjonen (en sur brønn inneholder hydrogensulfid).

En vanlig metode som benyttes for å holde biologisk forurensning under kontroll er regelmessig tilførsel av et biocid. Biocidet velges generelt på basis av dets oppførsel i en standard laboratorium evalueringstest. Inntil nylig befattet denne testen seg ikke med bakterier i en biofilm, men var fokusert på mikro-organismer i fluidmassen (planktoniske organismer). Planktoniske organismer drepes lettere enn sine fastsittende motstykker som følge av at de mangler beskyttelse bevirket av den ekstracellu-lære, polymere grunnmasse som er en integrert del av biofilmkon-sortiene. Ikke desto mindre benyttes testen fremdeles vanlig på grunn av at den er så bekvem.

Glutaraldehyd (pentandial) er vanlig å anvende som biocid for å holde biologisk forurensning under kontroll, selv om det er nødvendig med store mengder. Dersom det ikke lagres på skikkelig måte er det ustabilt ved lagring. Måter å øke dets effektivitet på har omfattet blanding med kvaternære ammoniumhalogenid- eller fosfoniumhalogenidforbindelser, såsom benzyltrimetylammonio-halogenid og liknende.

Det er ifølge den foreliggende oppfinnelse frembrakt en effektiv og prismessig gunstig måte til minskning av antallet fastsittende, sulfatreduserende bakterier som danner biofilm-forurensning og danner hydrogensulfid. Fremgangsmåten kjenne-tegnes ved følgende behandling: a) tilsetning av en biocid effektiv mengde av ett eller flere alkandialer, etterfulgt av b) kontrollert sekvensiell eller kontinuerlig tilsetning av en biocid effektiv mengde av ett eller flere isotiazoloner med formelen

hvor 3 R 1 er (Cl,-CRo)-alkyl eller cykloalkyl, R <2>er H eller halogen og R er H eller halogen.

Et foretrukket isotiazolon er 5-klor-2-metylisotiazolon.

Illustrerende for hurtigdrepende biocider er alkandialer, f. eks. lavere alkandialer som Ci-Cg a^andialer, f. eks. propan-dial, butandial, pentandial, heksandial og liknende. Pentandial (glutaraldehyd) foretrekkes. Mengdene av glutaraldehyd som skal anvendes vil variere avhengig av graden av biologisk forurensning i systemet, men mengder på fra 50 ppm til 1000 ppm vil vanligvis bli anvendt.

Ytterligere substanser kan tilsettes, såsom overflateaktive stoffer, forenelige biocider og liknende, såsom kvaternære salter som kvaternære ammonium- eller fosfoniumhalogenidsalter med orga-niske grupper, f.eks. benzyltrialkylammoniohalogenider eller ADBAC. Den foretrukne mengde kvaternært salt er fra 10 til 50% av det hurtigdrepende hovedbiocid som anvendes.

Selv om isotiazoloner (med formelen I) kan anvendes som de hurtigdrepende biocider, nedsettes deres effektivitet av hydrogensulfid som dannes av de foreliggende sulfatreduserende bakterier. Isotiazoloner er imidlertid meget effektive når det gjelder å hindre dannelsen av hydrogensulfid ved at de bibeholder et lavt nivå av sulfatreduserende bakterier og inhiberer deres metaboliske aktivitet.

Selv om andre kontrollerende biocider, såsom MBT, DBNPA eller metronidazol og akrolein, kan tilsettes i små mengder til et renset system for å bibeholde lave nivåer av sulfatreduserende bakterier, er isotiazoloner, særlig blandingen av 5-klor-2-metyl-4-isotiazolin-3-on og 2-metyl-4-isotiazolin-3-on, særlig effektiv og prismessig gunstig idet den funksjonerer på nivåer på fra 0,25 til 2,5 ppm.

Tilsetning av biocider kan gjøres til fastsatte tidspunkter hvorved små mengder tilsettes, eller biocidet kan tilsettes gjennom en matepumpe. Det foretrekkes å tilsette biocidet i vandige systemer eller systemer som er forenelige med vann, såsom vann-løsning eller emulgert dispersjon.

Dersom nivået av tilsatt kontrollbiocid er utilstrekkelig til å holde SRB-innholdet på et lavt nivå, kan oppbygging av biofilm og av hydrogensulfid inntreffe. Dosen av hurtigdrepende biocid kan gjentas. Selv om dette skulle være nødvendig er økono-mien for kontrollen mer gunstig og vannstrømmingssystemets totale rene tilstand bedret i forhold til det kjente system med flere ganger så hyppig anvendelse av hurtigdrepende biocider.

Kombinasjonen av alkandial og isotiazolon er effektiv i saltvann eller ferskvann ved enhver temperatur som vil under-støtte mikrobiell vekst. Systemene kan være statiske, men i drift er det en bevegelse av vann gjennom systemet. Kombinasjonen funksjonerer i systemer som er eksponert for oksygen, men vil vanligvis anvendes der hvor oksygeninnholdet er nedsatt av slike årsaker som for å bedre korrosjonsresistens.

Det har ifølge oppfinnelsen overraskende vist seg at anvendelsen av to separate biocider som spesifikt behøves ifølge oppfinnelsen motvirker toleransen mot sulfatreduserende bakterier og oppbygging av økte populasjoner. Dessuten oppnås dette uten behov for kloring av vannet, som har vært vanlig tidligere.

FORSØK:

En biologisk forurensningskilde som skulle simulere aktivitetene til fastsittende, reduserende bakterier ble utformet ved følgende trekk: 1. En oksygenrensesløyfe til dannelse av en kilde for avionisert vann hvortil bisulfitt tilsettes. 2. Et sjøvannsalt-næringsstoffkonsentrat. 3. En kilde for podestoff for en SRB-biofilm. 4. Et blandekammer for 1, 2 og 3. 5. Et vannreservoar for blandingen fra 4 og en biocidkilde, for tilførsel av 6. Et resirkulasjonssystem omfattende 7. En prøveseksjon for bløtt stål. 1. Fjerning av oksygen fra fluidet som kommer inn i en anordning av bløtt stål for studering av biofilm er nøvendig for hurtig opprettelse av en stabil SRB biofilm. Avionisert vann strømmer med konstant hastighet gjennom tre på hverandre følgende hydrogenspylesylindre. Ammoniumbisulfitt måles inn i den tredje spylesylinder. Mengden oppløst oksygen i det avioniserte vann nedsettes fra 7-9 ppm til under 50 ppb ved denne behandling. 2. En 4X sjøvannsalt-næringsstoffløsning (tabell 1) pumpes inn i blandekammeret (under) i en mengde på 25% av den totale fluidstrøm. 4X sjøvannsalt-næringsstoffløsningen spyles også med nitrogen. 3. Kilden for SRB-biofilm-podestoff er en fastfilmreaktor (FFR). Dette konsept ble tatt fra W.G. Characlis's laboratorium (8). Fastfilmreaktoren er en 1 liter gradert sylinder pakket med steril granittstein som ble podet med en blandet kultur av aerober og sulfatreduserende bakterier fra Nordsjøinjeksjonsvann. Et sjøvann inneholdende 60 mg TSB per liter pumpes gjennom steinsøylen i en mengde på 6 liter pr. dag. Væsken som strømmer ut fra steinsylinderen er kilde for en blandet populasjon av bakterier som hurtig kan forurense de sirkulerende testsløyfer. 4. Blanderen er kilde for innstrømming av vann i hver av åtte resirkuleringstestsløyfer som arbeider parallelle. Anvendelsen av en blander sikrer at hver sirkulerende testsløyfe mottar identisk innstrømmende vann og nedsetter sterkt antallet pumper og vannførende ledninger som er nødvendige for driften av flere testsløyfer. 5. Reservoaret for innkommende vann er fremstilt av rør og fittings av polyvinylklorid (PVC). Dette er det punkt hvor vannet tilføres og tømmes fra hver sirkulerende testsløyfe og er en integrert del av sløyfen. Fluid pumpes inn i hver sirkulerende sløyfe i en mengde på 10 ml pr. minutt. En overløpsledning opprettholder et konstant volum i de resirkulerende testsløyfer. Hver sirkulerende testsløyfe inneholder normalt 300 ml anaerobt sjøvann, og fluidets oppholdstid er 30 minutter. 6. Sirkulering i dette system oppnås ved hjelp av en magnetisk drevet sentrifugalpumpe. Strømning i prøveseksjonen av bløtt stål er vanligvis 0,6 m pr. sekund. Strømningshastigheter kan overvåkes enten ved hjelp av et skovlhjul eller en magnetisk strømningssensor og reguleres ved hjelp av en reguleringsventil. Neoprenslanger anvendes for å forbinde komponentene i sirkula-sjonstestsløyfen for å minimalisere oksygendiffusjon inn i sløyfene. 7. Den rørformete prøvestasjon av bløtt stål er et rør med 80 cm lengde og 1,27 cm ytre diameter uten søm og med en vegg-tykkelse på 0,08 cm.

For prøvetaking vaskes biofilmen i røret av bløtt stål med etanol, og et 2 cm stykke skjæres av med en skjærer. Da fås et prøvestykke med en 7,0 cm<2> prøveoverflate. Prøvestykkets inner-side spyles med sterilt, kunstig sjøvann. Biofilmen skrapes av prøvene av bløtt stål med en steril mikrospatel. Biofilmen og prøvestykket anbringes i et rør med propper inneholdende 10 ml sterilt, anaerobt, kunstig sjøvann, og behandles i minutter i et ultralydrensebad for dispergering av biofilmen. Antall levedyktige sulfatreduserende bakterier og aerober bestemmes ved hjelp av metoden med mest sannsynlig antall.

Antall levedyktige aerobe bakterier bestemmes ved hjelp av et medium inneholdende 20 g TSB per liter. Mediet som anvendes for å bestemme antall sulfatreduserende bakterier fremgår av tabell 2. Dette medium er en modifikasjon av det som anvendes ifølge API RP 38. N-tris(hydroksymetyl)metyl-2-aminoetansulfon-syre anvendes for å bufre mediet istedenfor fosfat. Mediet suppleres med ammonium, kalsium og spormetaller (tabell 3). SRB-mediet anbringes anaerobt i engangsrør av Hungate-type (Bellco Glass, Inc.). SRB-rør inkuberes i en uke etter podingen og vurderes angående vekst. Erfaring indikerer at det endelige antall kan bestemmes i løpet av dette tidsrom.

pH bestemmes med en kalomel kombinasjon-mikroelektrode. Totalt sulfid bestemmes under anvendelse av metylenblått-metoden. Oppløst oksygen måles under anvendelse av CHEMets (CHEMetrics, Inc.).

Glutaraldehyd tilsettes"som en 20% vandig løsning, som også inneholder 5% av en kvaternær ammoniumforbindelse. Isotiazolon-blandingen er en 1,5%, vandig løsning av en blanding av de klorerte og uklorerte materialer. Blandingen inneholder klorert og uklorert i forholdet 4:1.

Eksempel 1

Tabellen nedenfor viser virkningen av kontinuerlig dosering på fastsittende bakterier i biologisk forurensede sløyfer under høyt forurensningstrykk.

1) Blanding av 5-kloro-2-metyl-4-isotiazolin-3-on (75%) og 2-metyl-4-isotiazolin-3-on (25%) .

Isotiazoloner på lave nivåer undertrykker delvis eller eli-minerer totalt SRB-vekst eller hydrogensulfiddannelse på grunn av de sulfatreduserende bakterier. På tilsvarende nivåer er glutaraldehyd ineffektivt. Anvendelsen av bare isotiazolon gjør det nødvendig med noe tid før virkelig lave nivåer (under 10"*) av SRB er oppnådd. Selv i konsentrasjoner under de ikkedødelige (0,5 ppm aktiv bestanddel) av isotiazolon undertrykkes hydrogensulfidut-vikling hurtig, noe som antyder at isotiazolonet også er et effektivt middel når det gjelder å hindre hydrogensulfiddannelse på grunn av sulfatreduserende bakterier.

Eksempel 2

De følgende data viser verdier for innholdet av sulfatreduserende bakterier som funksjon av tiden i uker. Etter uttak av prøver for måling, ble systemet tilsatt formuleringen glutaraldehyd og kvaternært salt to ganger pr. uke. Konsentrasjonen av aktiv bestanddel var 150/37 ppm over et tidsrom på 4 timer. Systemet var blitt forurenset i 4 uker før behandlingen.

BS: Prøver tatt før tilsetning av glutaraldehyd/kvaternært salt. AS: Prøver tatt etter fire timers tilsetning av glutaraldehyd/

kvaternært salt.

Bemerk at selv om tilsetningen av glutaraldehyd og kvaternært salt senker antallet sulfatreduserende bakterier på et tidlig stadium av forsøket gjenvinnes det opprinnelige innhold i løpet av en uke. Dessuten kan den relative ineffektivitet i de senere uker indikere utvikling av toleranse hos de fosfatredu-serende bakterier mot kombinasjonen av glutaraldehyd og kvaternært salt.

Eksempel 3

I dette eksempel ble sløyfer forurenset på forhånd i fire uker før biocidbehandling. Glutaraldehyd/kvaternært salt ble tilsatt som i eksempel 2, hvoretter isotiazolon ble matet kontinuerlig ved 0,25 ppm. Man vil se at antallet sulfatreduserende bakterier umiddelbart falt og ble bibeholdt under et nivå for uønsket oppbygging, fastsatt til 1000 SRB/cm2 .

Ovenfor er:

TSB tryptikase soyamedium, et bakteriekulturmedium,

API RP 38 det Amerikanske Petroleuminstitutts analytiske metode for bakterier og biocideffektivitet i vann i oljefelter,

ADBAC en familie av kvaternære forbindelser,

alkyldimetylbenzylammoniumklorid,

MBT metylen-bistiocyanat,

DBNPA dibromnitrilpropionamid, og

en 4X-løsning en kunstig fremstilt løsning med fire ganger normal konsentrasj on.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til å holde biologisk, forurensning av vann i oljeproduksjonssystemer med fastsittende bakterier under kontroll, karakterisert ved følgende behandling: a) tilsetning av en biocid effektiv mengde av ett eller flere alkandialer, etterfulgt av b) kontrollert sekvensiell eller kontinuerlig tilsetning av en biocid effektiv mengde av ett eller flere isotiazoloner med formelen: hvor R 1 er (C^-Cg)-alky1 eller cykloalkyl, R 2er H eller halogen og R"* er H eller halogen.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at vannet er stort sett fritt for oksygen under behandlingen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som isotiazolon anvendes 5-klor-2-metylisotiazolin-3-on.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at alkandialet er (C^-Cg)-alkandial, fortrinnsvis pentandial (glutaraldehyd).

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at et kvaternært ammonium-eller fosfoniumsalt også tilsettes i en biocid effektiv mengde, fortrinnsvis et kvaternært ammoniumhalogenid eller fosfoniumhalogenid.

6. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at mengden glutaraldehyd er fra 50 til 4000 ppm.

7. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at mengden isotiazolon er fra 0,25 til 5 ppm.

8. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at behandlingen gjentas når nivået av fastittende bakterier i vannet overskrider et antall på 1000 sulfatreduserende bakterier pr. cm<2>.