способ подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий

Формула изобретения

Способ подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий пластовой воды, включающий дозирование ингибитора-бактерицида на основе азоткислородсодержащих органических соединений, отличающийся тем, что пластовую воду, зараженную бактериальной микрофлорой, дополнительно подвергают воздействию магнитного поля напряженностью 450-655 кА/м в течение 1,2-1,8 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) в промысловой воде в системах поддержания пластового давления (ППД), добычи, подготовки и транспортировки нефти.

При наличии в продукции скважины значительных количеств солей - сульфатов происходит ускоренное развитие тионовых бактерий - СВБ, восстанавливающих сульфат-ион (SO₄ ^{- -}) до сульфид-иона (S ^{- -}) в виде сероводорода (H₂S) или солей сульфидов.

Развитие сульфатвосстанавливающих бактерий в пластовых водах нефтяных месторождений приводит к нежелательным последствиям: образующийся сероводород и колонии СВБ на стенках оборудования вызывают коррозию металлических поверхностей, увеличивается содержание серы в нефти, а выпадающий осадок сульфида железа приводит к закупориванию пор пород нефтяных пластов (уменьшению проницаемости пласта) и стабилизации эмульсии "нефть в воде". Так, при росте концентрации СВБ со 100 до 10⁵ колоний/мл скорость коррозии возрастает с 0,13 до 1,4 мм/год, т.е. почти в 10 раз с пропорциональным уменьшением срока безаварийной эксплуатации трубопроводов и оборудования (Saders P.F.Monitoring & control of sessile Microbes: cost effective Ways to reduce Microbial corrosion - Bombay, India, 1988). В результате снижается добыча и качество нефти, требуются дополнительные расходы на замену и ремонт оборудования и более жесткие условия для разрушения эмульсий, восстановления проницаемости пластов. Кроме того, сульфид железа пирофорен (способен к самовозгоранию при контакте с воздухом), а образовавшейся в процессе жизнедеятельности СВБ сероводород ухудшает качество нефти, затрудняя ее переработку путем отравления катализаторов и образования осадков.

Известен способ подавления роста СВБ, включающий катодную защиту металлов и химическую обработку жидкости (Герасименко А.А. Влияние катодной защиты металлов на микробную коррозию. Электрохим. защита оборудования и сооружений от коррозии: Мат. семинара. М.: Изд-во ЦРДЗ. - 2001, - с.34-35).

Недостатком способа является низкая эффективность катодной защиты металлов от биокоррозии и высокая стоимость ингибиторной обработки жидкости.

Известно средство для подавления роста СВБ, содержащее 70%-ный водный раствор 1-гидрокси-2-[1,3-оксазетидин]-3-ил-этана общей формулы C₄H₉O₂N (патент RU №2173735, кл. 7 МПК С 23 F 11/12, 2001), при этом обеспечивается как уничтожение бактерий, так и защита металла от коррозии за счет образования на поверхности оборудования защитной пленки.

Недостатками его являются высокая стоимость химического реагента и его безвозвратные потери с закачиваемой в пласт водой ППД.

Известен также способ уменьшения роста сульфатвосстанавливающих бактерий в подтоварной воде, включающий обработку подтоварной воды бактерицидами (Смолянец Е.Ф. и др. Выбор реагентов для борьбы с микробиологической зараженностью объектов АО "Юганскнефтегаз". Защита от коррозии и охрана окружающей среды. Научно-техн. информац. сборник. - М., ВНИОЭНГ - №3. - 1997, - с.8-9).

Недостаток способа - большая концентрация бактерицида (500-1000 мг/л) и соответственно большие затраты.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в уменьшении затрат при сохранении эффективности подавления роста СВБ.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий в пластовых водах, зараженных бактериальной микрофлорой.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе подавления сульфатвосстанавливающих бактерий в системах подготовки нефти и поддержания пластового давления, включающем применение бактерицида путем его ввода в пластовую воду с СВБ, добываемую совместно с нефтью и закачиваемую затем обратно в пласт для поддержания пластового давления, в резервуарах очистных сооружений или водоводах низкого давления согласно изобретению пластовую воду с СВБ и бактерицидом дополнительно обрабатывают магнитным полем напряженностью 450-655 кА/м в течение 1,2-1,6 с, при этом дозу бактерицида в обрабатываемой пластовой воде уменьшают по сравнению с применением бактерицида без магнитной обработки до двух и более раз.

Сущность данного предложения заключается в том, что совместное применение бактерицида и сверхмощных магнитных полей при предложенных условиях дозировки и магнитной обработки обеспечивают гибель до 97-100% клеток СВБ при существенном снижении дозы бактерицида. Дополнительная магнитная обработка активирует полярные молекулы бактерицида, что ускоряет процесс разрушения биопленки, позволяет уничтожить оставшиеся бактерии, повышает адгезию пленки бактерицида на внутренней поверхности трубопроводов и оборудования.

Механизм воздействия магнитной обработки на подавление СВБ связан с изменением структуры и химической активности молекул, изменяющей клеточные процессы обмена. Молекулы бактерицидов имеют собственный магнитный момент, при взаимодействии с внешним магнитным полем происходит усиление магнитного момента молекулы и повышение ее химической активности.

Как показали лабораторные опыты, результаты которых приведены в таблице 2, положительный результат по уничтожению клеток СВБ может быть достигнут только при высокой напряженности магнитного поля (от 450 до 655 кА/м) и времени обработки пластовой (подтоварной) воды от 1,2 до 1,6 с. При меньшем времени обработки и напряженности магнитного поля эффект обработки резко падает. Увеличение напряженности магнитного поля и времени обработки связано со сложностью реализации конструкции магнитоактиватора, а это существенно повышает стоимость магнитоактиватора.

Такие параметры могут быть обеспечены только при применении сверхмощных магнитов из сплава "неодим-железо-бор" или "самарий-кобальт" и конструкции магнитоактиватора, обеспечивающей требуемую производительность обработки.

Применяемые бактерициды представляют собой концентрированные водные растворы активного токсиканта (формальдегид, глутаровый альдегид, их смеси, четвертичные соли аммониевых оснований и др.) с добавками поверхностно-активных веществ (ПАВ), стабилизаторов. Основой большинства бактерицидов являются сходные по строению вещества - альдегиды и их смеси, поэтому действие магнитной обработки однотипно для разных марок бактерицида разных отечественных и зарубежных производителей.

В качестве бактерицида целесообразно использовать ингибиторы-бактерициды коррозии, которые уменьшают рост СВБ и образуют пленку на поверхности металла, например бактерициды ЛПЭ-11В производства ОАО НПО "Технолог" (г. Стерлитамак), Servo UCA-497 производства "Серво Делден Лтд" (Нидерланды), СНПХ-1004, "Напор 1007" производства ОАО "Напор" (г. Казань) и др.

Дополнительным эффектом магнитной обработки в этом случае является уменьшение общей скорости коррозии.

Для ввода бактерицида в пластовую воду используют типовые блоки дозировки химреагентов (БРХ, БДР) с возможностью регулирования дозы бактерицида от 0 до 1000 мг/л. Обработка производится периодически, 1 сутки/10-20 дней или 6 час/неделю (в зависимости от концентрации СВБ).

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема совместной бактерицидной и магнитной обработки пластовой воды.

Способ реализуется следующим образом. Вначале, исходя из производительности системы ППД, выбирают основные элементы схемы: магнитоактиватор, блок дозировки ингибитора-бактерицида (стандартный БРХ) и монтируют технологическую схему совместной обработки. Схема реализации включает резервуар для сбора пластовой воды 1 с входной трубой 2 и блоком дозировки бактерицида 3, соединенным с входной трубой 2. На выходе резервуара 1 установлен насос низкого давления 4, соединенный через трубопровод низкого давления 5 и магнитоактиватор 6 с буферной емкостью 7. Вход высоконапорного насоса 8 соединен с буферной емкостью 7, а выход - с нагнетательной скважиной 9.

Схема работает следующим образом. В резервуар 1 одновременно подается пластовая вода и через блок дозировки 3 - ингибитор-бактерицид. При этом выбирают минимальную дозировку бактерицида (50 мг/л) и постепенно повышают ее до достижения эффективности не менее 97%. Перемешанную с бактерицидом пластовую воду насосом 4 подают через магнитоактиватор 6 в буферную емкость 7. Комбинация мощных магнитных полей магнитоактиватора 6 с активированными молекулами бактерицида уничтожает оставшиеся в живых клетки СВБ в пластовой воде, тем самым исключается опасность биокоррозии оборудования и образования сероводорода в призабойной зоне нагнетательной скважины 9 и продуктивном пласте, куда обработанная вода закачивается насосом высокого давления 8.

Бактерицидная активность реагентов оценивалась по стандартным методикам (РД 39-3-973-83. Методика контроля микробиологической зараженности нефтепромысловых вод бактериями и оценки защитного действия реагентов. Уфа. ВНИИСПТнефть, 1983, - 37 с).

Результат совместной обработки пластовой воды контролируется микробиологическим тестом на остаточное содержание бактерий - типовым методом высевания культур, широко применяемым в нефтедобыче. Основными показателями являются количество клеток бактерий, оставшихся в живых после обработки, и содержание сероводорода H₂S после обработок пластовой воды.

Результат совместной обработки можно проверить также по содержанию сероводорода Н₂S в пластовой воде. По результатам контрольных анализов увеличивают или уменьшают начальную дозу бактерицида.

В таблице 1 приведены данные по дозировкам типовых реагентов, взятые из обзорных статей (журнал "Нефтяное хозяйство" №2 за 2004 г., №1 за 2001 г., №4 за 2002 г.).

Таблица 1
Режим бактерицидной обработки воды ППД разными реагентами без магнитной обработки
Марка бактерицида	Дозировка, г/м3	Начальная концентрация СВБ, кол/мл×10 3	Эффективность бактерицида, отн.%
ЛПЭ-11В	500-600	100	30
Troskil - 5407	500	450	95
СОНЦИД8101	300-400	1	90
РИФ	500-600	10	30
DMS-HS	250-500	100	98-100

В таблице 2 приведены результаты лабораторных опытов действия ингибитора-бактерицида (DMS - HS) и магнитной обработки на численность клеток СВБ в пластовой воде системы ППД месторождения "Белый Тигр" СП "Вьетсовпетро".

Указанный ингибитор-бактерицид представляет собой водорастворимую смесь токсиканта (яда для СВБ), ПАВ и других добавок, усиливающих действие токсикантов и обеспечивающих адсорбцию бактерицида на внутренней поверхности оборудования, стойкость к солям. Является сложным органическим веществом, обладающим собственным магнитным моментом.

При использовании в качестве реагента ингибитора-бактерицида, содержащего кроме токсиканта ингибиторы коррозии - сложные органические вещества, создающие на поверхности стали защитную пленку (имидазолины, амины сложные эфиры), также обладающие магнитовосприимчивостью, магнитная обработка усиливает адсорбционные свойства молекул и способствует повышению защитного эффекта от общей коррозии, что является дополнительным полезным эффектом данного предложения. Общая коррозия обусловлена действием не СВБ, а солей и растворенного кислорода.

Таблица 2
Зависимость действия бактерицида DMS-HS и магнитной обработки на численность клеток СВБ в пластовой воде месторождения "Белый Тигр"
№ п/п	Обработка исследуемой пробы воды				Число клеток СВБ, тыс. клет/мл		Гибель клеток СВБ, %
	Бактерицид		Магнитное воздействие		Исходное	После обработки
	Доза, мг/л	Время воздейст., час	Время обработки, с	Напряженность поля, кА/м
1	0	0	1,2	450	450	300	33
2	0	0	1,4	450	450	200	55
3	0	0	1,6	450	450	160	64
4	100	1	1,2	450	450	130	70
5	100	1	1,8	450	450	13,5	97
6	200	1	1,2	450	450	25	95
7	200	1	1,4	450	450	13,5	97
8	100	1	0	0	450	150	67
9	200	1	0	0	450	60	87
10	0	0	1,0	655	25	25	0
11	0	0	1,4	655	25	5	80
12	0	0	1,6	655	25	0,5	98
13	0	0	1,8	655	25	0	100
14	100	1	1,4	655	450	13,5	97
15	250	1	0	0	2,5	0,045	98,2
16	250	1	0	0	450	0,9	99,8
17	500	1	0	0	2,5	0	100
18	50	1	1,4	450	450	170	60

Как вытекает из приведенных в табл. 1 данных, рациональные параметры магнитной обработки при совместном воздействии бактерицида и магнитного поля находятся в следующих пределах: напряженность магнитного поля в рабочем зазоре 450-655 кА/м, время магнитной обработки 1,2-1,6 с. Требуемая доза бактерицида при этом составляла 100-200 мг/л, что в 2-2,5 раза меньше дозы, требуемой без магнитной обработки. Магнитное поле обладает бактерицидным действием и без бактерицида, но добиться высокой эффективности можно только при низкой концентрации СВБ (поз.11-13) или применением особо мощных громоздких магнитных устройств. При значительной концентрации СВБ добиться эффективности свыше 90% затруднительно (поз.1-3 в табл. 2). Но экономия бактерицида достигается и за счет увеличения периода между химобработками.

Таким образом, дополнительная магнитная обработка пластовой воды позволяет существенным образом (в 2-2,5 раза) уменьшить дозу бактерицида, при этом сохраняется эффективность обработки на высоком уровне (97%).