17 №4 • апрель 2010НЕФТЕГАЗОВЫЕТ Е х Н О Л О Г И И

World Oil: БЕЗОПАСНОСТь

Бактерии могут значительно повлиять на добычу и транспортировку углеводородов, ухудшить качество добываемых жидкостей, повредить трубопроводы и значительно нарушить эксплуатационные качества пласта-коллектора. Аэробные бактерии, для жизнедея-тельности которых требуется кислород, создают био-пленку, которая может уменьшить пористость пласта и привести к засорению и биологи-ческому обрастанию резервуаров и трубопроводов. Шламообразую-щие виды этих бактерий могут на-капливаться в больших объемах и стать причиной возникновения кор-розии или образования язв на стен-ках оснастки и арматуры в стволе скважины, в находящихся на по-верхности трубопроводах и обору-довании складского хозяйства, что значительно укорачивает их полез-ный срок службы (рис. 1).

Происходит интенсивный рост без доступа кислорода анаэробных сульфатвосстанавливающих бак-терий (sulfate-reducing bacteria – SRB). При попадании глубоко в пласт-коллектор во время опера-ций заводнения или его возбуж-дения посредством гидроразрыва SRB-бактерии могут вызвать за-грязнение всего ствола скважины или продуктивного пласта. Как сле-дует из их названия, SRB-бактерии восстанавливают ионы сульфатов в сульфиды и образуют в результа-те коррозии трудную для удаления пленку из сульфида железа (FeS) на металлических поверхностях. SRB-бактерии могут также превратить не содержащие активных соедине-ний серы добываемые углеводороды в высокосернистые (H

2S) углеводо-

роды. Значительно коррозионно-агрессивный H

2S может вызвать

катастрофическое повреждение стволов скважин и добывающего оборудования, которое специально

БОРЬБА с БАКТЕРИяМИ с ПОМОЩЬЮ UV-ОБРАБОТКИ: УМЕНЬшЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕсКИх РИсКОВK. Kleinwolterink, B. Watson, d. Allison, Halliburton M. Sharrock, EOG Resources

UV-обработка сланцевого пласта свиты хейнсвил подтвердила, что интенсивность борьбы с бактериями при использовании этого метода аналогочна обработке химическими биоцидами

не предназначается для добычи такой нефти, и стать причиной возникновения других опасных ситуаций. В процессе обслуживания и ремонта скважин емкости для рабочих жидкостей для гидроразрыва и находя-щиеся наверху другие складские резервуары являются теми местами, где обычно происходит размножение микроорганизмов. Емкости для рабочих жидкостей

для гидроразрыва после прове-дения операций могут содержать много галлонов содержащего бак-терии геля. При добавлении новой порции геля, используемого для ги-дроразрыва, бактерии будут иметь дополнительный источник пищи и начнут быстро размножаться, вы-деляя при этом ферменты, расще-пляющие гель в сахара, которые затем абсорбируются через стенки клеток бактерий.

При нагнетании в забой сква-жины расщепленного геля с умень-шенной вязкостью для проведения новой операции гидроразрыва он будет проходить через оборудова-ние, ствол скважины и попадать в пласт. Вместе с гелем будут транс-портироваться бактерии, что при-ведет к распространению и увели-чению бактериального загрязнения (рис. 2). Эта проблема обычно наи-более остро проявляется в летние месяцы, поскольку бактерии наи-более активны при температурах 60–100 °F. Поскольку бактерии начали расщеплять используемый для гидроразрыва гель, он уже не сможет выполнять необходимые функции, такие как перенос песка и расклинивающих агентов, иниции-рование трещин, отклонение потока пластовых флюидов, уменьшение трения флюидов, усиление кислот-ного возбуждения и других необхо-димых работ для повышения успеха операций возбуждения скважин и интенсификации в них притока.

Рис. 1. Коррозия и язвы в стенках труб в стволе скважины, вызванные бактериями

Рис. 2. На этой микрофотографии, полученной с помощью эпифлуоресцентного микроскопа, можно видеть присутствие обычных водных бактерий в растворе инфузорной земли (100Х-увеличение). Затененные зоны - это выпавшая в осадок инфузорная земля

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

18НЕФТЕГАЗОВЫЕТ Е х Н О Л О Г И И№4 • апрель 2010

World Oil: БЕЗОПАСНОСТь

Трубопроводы и другие, находящиеся наверху сооружения и оборудование для обработки и сбора продукции, являются дополнительными возможны-ми источниками бактериального загрязнения. Линии трубопроводов, являющиеся ключевым элементом доставки углеводородов на рынок, обычно подверга-ются гидростатическим испытаниям под давлением в процессе принятия их в эксплуатацию для гарантии конструктивной целостности. В этом процессе по-является первая возможность попадания бактерий в транспортную систему.

ХИМИЧЕСКИЕ БИОЦИДЫОбычно с микроорганизмами, которые попадают

в скважины, в пласт на этапах бурения и заканчива-ния и (или) в трубопроводы и оборудование на этапах сбора и транспортировки, борются с помощью хими-ческих биоцидов. Чтобы биоциды могли работать, они должны входить в контакт с микроорганизмами, по-скольку они предназначены для разрушения стенки клетки или для прерывания процесса синтеза протеи-на. Биоциды представляют значительную опасность для здоровья людей, их использование строго регули-руется в большинстве стран. Персонал, работающий с опасными биоцидами, должен носить специальную защитную одежду и использовать специальное обо-рудование. Кроме того, рабочие проходят обучение, чтобы правильно выполнять требуемые процедуры обработки, использовать технические средств уда-ления, не допускать проливания биоцидов и обеспе-чивать правильное их дозирование. Все это крайне важно для предотвращения происшествий, опасных для здоровья и безопасности людей и окружающей среды.

Также требуется экспертиза для выбора правиль-ного биоцида, чтобы не повлиять на желаемые свой-ства всей системы флюидов. В противном случае мо-гут возникнуть проблемы химической совместимости, включая рН, температуру, соленость и растворенные или нерастворенные материалы, что может сделать об-работку биоцидами неэффективной, кроме того, они могут разрушить другие добавки.

БОРьБА С БАКТЕРИЯМИ С ПОМОЩьЮ UV-ОБРАБОТКИ

Система CleanStream компании Halliburton ис-пользует UV-обработку для борьбы с бактериальным загрязнением нефтяного месторождения и трубо-проводов, а также для того, чтобы свести к миниму-му или исключить использование опасных биоцидов. UV-процесс, который широко используется для обра-ботки воды, пищи и в лечебных учреждениях, простой и очень эффективный. При протекании жидкости че-рез специальные камеры в мобильной установке жид-кость подвергается UV-обработке. При прохождении света через жидкую среду он абсорбируется в стенках клеток бактерий и разрушает их структуру ДНК, уни-чтожая колонии бактерий за счет того, что предотвра-щает продуцирование протеинов или размножение. Во время испытаний на месторождении UV-метод борьбы с бактериями дезактивировал присутствующие в воде бактерии за микросекунды.

При скоростях обработки до 120 брл/мин качество дезинфекции аналогично или выше чем при использо-вании биоцидов. Эффективность UV-процесса борьбы с бактериями зависит от следующих факторов:

• скорости потока жидкости;• интенсивности UV-облучения;• уровня пропускания света (T) жидкостью (т.e. ее

способности полностью пропускать свет, которая измеряется как отношение падающего к проходя-щему через жидкость света).

Для получения наилучших результатов рекоменду-ется измерять Т при длине волны света около 254 нм, которая находится в убивающей бактерии непрерыв-ной части UV-спектра. Полученные на месторождении данные показывают, что уровни пропускания света, равные, по меньшей мере, 50 % при расходе 50 брл/мин, обеспечивают минимальный стандарт и позволяют получать успешные результаты. Если жидкость со-держит большое количество нерастворенных твердых веществ, которые могут потенциально препятствовать прохождению света и ограничивать уровни его про-пускания, то могут потребоваться фильтры между источником воды и блоком обработки для гарантии получения высококачественных характеристик. Те-стирование перед проведением обработки и монито-ринг на месте для контроля качества позволяют это обнаружить. Наконец, следует отметить, что хотя этот новый процесс очень эффективно уничтожает бакте-рии, которые уже находятся в жидкости, он не позво-ляет уничтожить остатки после такой обработки, ко-торые могут привести к повторному бактериальному загрязнению. Когда такое загрязнение имеет место, небольшая доза биоцида (около 10 % от обычной) мо-жет использоваться для дополнительной обработки. Например, для антибактериальной обработки 5 млн галл воды, используемой в операции гидроразрыва, обычно требуется 5000 галл биоцида. Теперь это коли-чество воды может быть обработано с использованием одной UV-установки борьбы с бактериями и 500 галл биоцида для борьбы с повторным бактериальным за-грязнением. Если логистика на месте расположения скважины позволяет производить UV-обработку не-прерывно, то доза биоцида может быть уменьшена до нуля, если не требуется долговременная защита.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИВ отличие от биоцидов UV-процесс борьбы с бак-

териями не требует разработки мер безопасности или сложных процедур, что исключает или значительно смягчает локальные проблемы, такие как транспор-тировка опасных материалов и возможность их рас-плескивания или пролива. Обработка производит-ся с помощью мобильного блока, который не имеет движущихся частей (рис. 3). Встроенные в каждую камеру датчики, входящие в компьютерную систему управления, обеспечивают мониторинг интенсивности UV-света, электрического тока и температур в каме-рах, что помогает обеспечить безопасную рабочую среду. Если происходит снижение интенсивности све-та, на панели управления будет индицироваться сигнал тревоги, извещающий об этом оператора. Поскольку в каждой камере используется множество UV-ламп,

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

19 №4 • апрель 2010НЕФТЕГАЗОВЫЕТ Е х Н О Л О Г И И

World Oil: БЕЗОПАСНОСТь

выход из строя одной из них не повлияет на рабочие параметры системы. Случайная частота выхода из строя лампы равна менее трех ламп на 100 млн галл обрабатываемой воды. Если выходит из строя значи-тельное число ламп, то скорость потока может потре-бовать регулировки, чтобы обеспечить эффективную дезинфекцию. В случае выхода из строя всех ламп (что практически невозможно), может использоваться об-водной коллектор вокруг UV-камер, чтобы жидкость могла продолжать проходить через блок. Это гаранти-рует, что работа всей системы не будет нарушена, и позволит завершить ремонт в реальном времени.

РЕЗУЛьТАТЫUV-обработка рабочей жидкости, используемой

для гидроразрыва сланцевого пласта хейнсвилской свиты, показала, что этот метод позволяет уменьшить бактериальное загрязнение воды со скоростью, ана-логичной скорости реакции при применении для этих целей химических биоцидов, без какого либо риска, связанного с использованием последних.

Эти работы были начаты в апреле 2009 г. и прово-дились компанией EOG Resources, которая к настоя-щему времени использовала UV-процесс для борьбы с бактериями на 11 многопластовых горизонтальных скважинах в Восточном Техасе. Этот регион представ-ляет собой отличную испытательную среду благодаря теплому климату, высокому уровню осадков и изоби-лию органики, которая делает борьбу с бактериальным загрязнением трудной даже при использовании агрес-сивных биоцидов. Также желательно минимизировать или уменьшить потенциальные риски для окружаю-щей среды, связанные с использованием биоцидов.

Полученные к настоящему времени результаты по-казывают, что UV-обработка воды является полезным и недорогим методом борьбы с бактериями. Разрабо-танные планы предусматривают использование этой системы еще на шести скважинах, после чего будут сделаны окончательные выводы, как проводить эти работы дальше. Предполагается, что метод борьбы с бактериями с помощью UV-обработки будет шире ис-

пользоваться на остальных скважинах. В настоящее время небольшое количество биоцидов используется для дезинфекции резервуаров перед подачей в них воды, подвергнутой UV-обработке. На основании ре-зультатов анализа, решения по которым еще пока не приняты, можно предположить, что при выполнении этой программы в будущем откажутся от использова-ния биоцидов на скважинах. Представленные здесь результаты испытаний установки на двух скважинах на указанном месторождении являются характерны-ми общими результатами борьбы с бактериальным загрязнением с помощью UV-обработки.

Скважина Watkins-1H. Это восьмиступенчатая горизонтальная скважина (в Шелби, Техас), была успешно пробурена на измеренную глубину 14 888 фут (1фут = 0,3048 м). В течение трехдневной операции около 3,4 млн галл воды подвергли UV-обработке для борьбы с бактериями со средней скоростью около 80 брл/мин. В ходе этой операции контролирова-лось пропускание света для проверки прозрачности с усреднением зарегистрированных значений. Была

Рис.4. Результаты испытаний по борьбе с аэробными бактериями в 1 ступени скважины Watkins

Рис. 5. Результаты испытаний по борьбе с анаэробными бактериями в 1 ступени скважины Watkins

Рис. 3. Во время испытаний на месторождении мобильная UV-установка борьбы с бактериальным загрязнением деактивировала находящиеся в воде бактерии со скоростями до 120 брл/мин

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

20НЕФТЕГАЗОВЫЕТ Е х Н О Л О Г И И№4 • апрель 2010

World Oil: БЕЗОПАСНОСТь

получена приемлемая величина около 54,6 % при длине волны около 365 нм при средней скорости обработки около 80 галл.

Производился отбор проб воды на входе и выходе из мобильной установки UV-обработки воды. Также провели несколько испытаний с разбавлением воды в ступенях скважины 1, 3, 5 и 7 для определения эф-фективности UV-обработки. Испытания проводились с учетом соответствующей отраслевым стандартам оптимальной концентрации биоцида/бактерицида для процедуры обработки воды. Для выявления присут-ствия аэробных бактерий использовались пузырьки с питательной средой, содержащие фенольный бульон красной декстрозы. Пузырьки с питательной средой для анаэробных бактерий содержали раствор суль-фат с железными гвоздями (рис. 4). До проведения UV-обработки для борьбы с бактериями, проверка об-наружила уровни бактериального загрязнения от 1– 10 млн образующих колонии бактериальных единиц на см3 (рис. 4a). После обработки проверка показала присутствие только 1–10 бактерий на мл; эффектив-ность обработки составила 99,9 % (рис. 4b).

В испытаниях по борьбе с анаэробными бактерия-ми проверка, проведенная перед UV-обработкой, пока-зала наличие от 10 до 100 образующих колонии бакте-риальных единиц в см3 (рис. 5а). После UV-обработки SBR-бактерии отсутствовали; эффективность обработ-ки составила 100 % (рис. 5b).

Результаты последовательных испытаний показа-ли, что в среднем число аэробных бактерий уменьши-лось до 97,48 % (рис. 6). Эти результаты сравнимы со скоростями уменьшения численности бактерий при использовании химических биоцидов, но без риска для окружающей среды, связанного с использованием последних.

Скважина Gammage-1. Это девятиступенчатая скважина в сланцах хейнсвилской свиты (р-н Наког-дочес, Техас), была пробурена до глубины 16 070 фут. В ходе выполнения операций гидроразрыва была про-изведена UV-обработка с использованием 3,7 млн галл воды для борьбы с бактериями со средней скоростью около 80 брл/мин. Было проведено несколько испы-таний в ступенях 1, 3, 5, 7 и 9 с использованием стан-дартной процедуры, опробованной при испытаниях

Kembe Kleinwolterink (К. Клейнволтеринк) осуществляет контроль за испытаниями на месторождении процесса борьбы с бактериями с по-мощью UV, поскольку он был первым, кто применил его в Килгор, Техас. М-р Клейнволтеринк закончил Университет шт. Айова и получил степень бакалавра по механике, затем он работал в компании Halliburton про-мысловым инженером, занимаясь технологиями повышения добычи. В настоящее время м-р Клейнволтеринк является техническим руководи-телем компании Halliburton в округе Килгор/Боссье.

Brandon B. Watson (Б. Б. Уотсон), представитель заказчика в компании Halliburton в Тайлере, Техас. М-р Уотсон получил степени бакалавра гума-нитарных наук в области менеджмента и управления трудовыми ресурса-ми в Университете Ламара, Бьюмонт, Техас. М-р Уотсон был техническим специалистом компании Halliburton в Килгоре, Техас

Dave Allison (Д. Эллисон) проживает в г. Дункан, Oклахома, отвечает за внедрение и использование новых технологий компании Halliburton и за соответствие сервисных работ спецификациям. М-р Эллисон стал побе-дителем по разработке новых продуктов в компании Swell Technology и руководил разработкой новых продуктов для цементирования скважин и повышения добычи. М-р Эллисон имеет множество патентов и опублико-вал несколько статей по возбуждению, заканчиванию, борьбе с песком, использованию наматываемых на катушки гибких труб, перфорации и цементированию труб в процессе спуска. М-р Эллисон получил степень бакалавра по гражданскому строительству в Университете г. Питтсбург и степень магистра по организации и управлению строительством в Уни-верситете штата Оклахома Matt Sharrock (М. Шарок) инженер-нефтяник компании EOG Resources, Тайлер, Техас. М-р Шарок получил степень бакалавра по технологии до-бычи нефти в Университете г. Остин, Техас и степень магистра в универ-ситете г.Taйлер, Техас. В 2009 г. м-р Шарок занимался разработкой узлов заканчивания скважин в пласте хейнсвилской свиты. Раньше м-р Шарок занимался проблемами исследования, бурения и заканчивания скважин в продуктивных коллекторах в районах Арканзас, Техас, Луизиана и Мис-сисипи для компании EOG Resources.

скважины Watkins-1H. Результаты показали высокую эффективность борьбы с аэробными и анаэробными бактериями; было зарегистрировано уменьшение их числа на 99 % или больше. Результаты всех испытаний на скважине Gammage-1 показаны на рис. 7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕИспользование в сложных условиях конкретных

скважин для борьбы с бактериальным загрязнением с помощью UV-обработки показало, что этот процесс позволяет уменьшить количество химических биоци-дов, нагнетаемых в пласты-коллекторы и попадающих в окружающую среду. Эта технология является при-емлемой для операторов нефтяных месторождений и линий трубопроводов и представляет собой жизне-способный метод.

Перевел В. Клепинин

Рис. 6. Результаты всех испытаний в скважине Watkins

Умен

ьшен

ие ч

исла

бак

тери

й, %

ступень

Результаты испытаний в скважине Watkins

Уменьшение аэробных бактерий, %Уменьшение анаэробных бактерий, %

Рис.7. Результаты всех испытаний в скважине Gammag-1

Результаты испытаний в скважине Gammage

Умен

ьшен

ие ч

исла

бак

тери

й, %

ступень

Уменьшение аэробных бактерий, %Уменьшение анаэробных бактерий, %

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»