Биокоррозия в нефтяной и газовой промышленности

Биокоррозия в нефтяной и газовой промышленностиГЛЕБ СПЕШИЛОВ
Генеральный директор контрактной биотехнологической
лаборатории «Биоспарк»

До 40 % случаев всех коррозионных поражений оборудования и трубопроводов вызваны жизнедеятельностью бактерий. При этом методы традиционной профилактики коррозии оказываются неэффективными по отношению к биокоррозии. Однако современные средства позволяют не только своевременно выявить опасные бактерии, но и успешно бороться с ними. Причем речь идет не о зарубежных технологиях. Именно в нашей стране разработан инновационный сервис генетической диагностики биокоррозии в нефтяной промышленности.

Коррозия оборудования и трубопроводов – одна из наиболее острых проблем в нефтедобывающей отрасли и причина значительных экономических потерь. В общемировом масштабе коррозия ежегодно обходится в миллиарды долларов – это и расходы на незапланированное отключение установок и трубопроводов, и неэффективная эксплуатация или снижение добычи, и повышенные расходы на ремонт, и уплата наложенных штрафов. Сумму убытков от коррозии можно существенно снизить благодаря своевременному обнаружению, определению и мониторингу коррозии.

Наиболее изучены проявления коррозии химического и электрохимического происхождения. Разработанные  традиционные методы анализа позволяют системно выявлять и эффективно бороться с этими видами коррозии. В то же время причины почти трети коррозионных изменений долгое время были не ясны. И только после проведения ряда недавних исследований специалисты пришли к выводу, что за возникновение коррозии ответственны, в том числе, и микроорганизмы. Современные исследования дают следующие цифры:

  • поражение микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности (т. н. микробно-индуцированная коррозия, или биокоррозия) становится причиной 20–40 % случаев коррозии;
  • от 70 до 95 % утечек трубопровода из-за локализованной внутренней коррозии вызваны именно проявлением биокоррозии.

Коррозия оборудования и трубопроводов – одна из наиболее острых проблем в нефтедобывающей отрасли и причина значительных экономических потерь

Биокоррозией называют коррозию металла, которая возникает в результате жизнедеятельности микроорганизмов. В почвах и природных поверхностных водах содержится огромное количество микроорганизмов – бактерии, грибки, водоросли, простейшие и т. д. В настоящее время установлено: коррозию металла инициируют в большинстве случаев именно бактерии из-за высокой скорости их размножения и активности в химических преобразованиях окружающей среды. Когда поверхность металла подвергается воздействию воды, микроорганизмы, содержащиеся в ней, прикрепляются к поверхности трубы и образуют устойчивые биопленки – высокоорганизованные, подвижные, непрерывно изменяющиеся гетерогенные сообщества.

Биопленки изменяют электрохимические условия на границе раздела металл–раствор, вызывая биокоррозию металла. Например, биопленка может стимулировать коррозию различными способами: путем производства кислоты, путем прямого окисления железа в трубах или производя сероводород, который может разрушать защитные покрытия. Также биопленки меняют кислотно-щелочной баланс жидкости и создают физический барьер между анодным и катодным участками. Было отмечено, что чем выше рН в зараженном растворе, тем более благоприятна среда для развития бактерий.

По мере роста биопленок происходит отщепление клеток от поверхности и их перемещение внутри трубопровода с током жидкости, из-за чего возникает микробиологическое поражение других участков трубопроводной системы. В результате коррозионные биопленки значительно сокращают срок службы и снижают надежность оборудования.

Из множества микроорганизмов, способных жить в трубопроводных системах, наибольшую опасность для нефтяной и газовой промышленности представляют сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ), которые в процессе жизнедеятельности потребляют из воды сульфаты и продуцируют сульфиты и сульфиды, обладающие высокой химической активностью. Также в процессе метаболизма бактерии выделяют в среду большое количество сероводорода.

Таким образом, результатом поражения системы СВБ являются:

  • язвенная коррозия, особенно часто наблюдаемая в местах прикрепления биопленок;
  • накопление нерастворимого сульфида железа, механически засоряющего трубопроводную систему;
  • сероводородная коррозия различных узлов системы.

При обслуживании трубопроводов для уничтожения и предотвращения роста коррозионно-вызывающих микроорганизмов используют биоциды (высокоэффективные специализированные «антибиотики») или специальные комплексные ингибиторы разных видов коррозии, обладающие бактерицидными свойствами. Однако без точного определения вида микроорганизмов, которыми поражена поверхность металла, биоцидные обработки часто оказываются неэффективными. Важно отметить, что подавление биокоррозии является долгосрочной задачей в связи с высокой устойчивостью биопленок и разнообразием микроорганизмов в них. Бесконтрольное применение неадекватной стратегии биоцидной обработки вызывает обратный эффект – лавинообразное ускорение роста патогенных бактерий, устойчивых к применяемым биоцидам.

Получается, диагностировать микробиологическое заражение нужно задолго до появления последствий жизнедеятельности СВБ. Раннее обнаружение и соответствующие меры по «лечению» трубопровода предотвратят незапланированные расходы на ремонт и эксплуатацию поврежденного оборудования. Важно помнить, что СВБ – это живые организмы, способные вырабатывать устойчивость к используемым биоцидам, что создает необходимость не только тщательно подбирать реагент, но и регулярно контролировать эффективность его работы.

Сумму убытков от коррозии можно существенно снизить благодаря своевременному обнаружению, определению и мониторингу коррозии

В зависимости от источника поступления сероводорода, СВБ и стадии микробиологического заражения нефтяные месторождения можно условно разделить на 3 группы:

  • новые месторождения, где интенсификация добычи нефти находится в начальной стадии и продукция нефтяных скважин не содержит сероводород и СВБ;
  • месторождения в поздней стадии эксплуатации, разрабатываемые с применением заводнения продуктивных пластов, где появление сероводорода и СВБ обусловлено заводнением;
  • месторождения, где добываемая продукция содержит сероводород и СВБ с начала разработки.

Для первой группы месторождений необходимо выбрать источник заводнения с отсутствием или минимальным содержанием СВБ и проводить постоянную обработку бактерицидами в минимальной концентрации. Кроме того, следует 2–3 раза в год менять тип бактерицида для предотвращения адаптации СВБ к реагенту.

Для второй группы месторождений борьба с СВБ должна проводиться в двух направлениях: подавление СВБ в пласте путем обработки нагнетательных скважин бактерицидами в ударной дозировке и защита нефтепромыслового оборудования от коррозии реагентами комплексного действия (бактерициды-ингибиторы).

Для третьей группы месторождений могут быть рекомендованы антикоррозионные мероприятия с применением ингибиторов коррозии и ингибиторов-бактерицидов. Большинство месторождений России принадлежат ко второй группе приведенной классификации, и борьбу с бактериальным заражением необходимо осуществлять в нескольких направлениях:

  • подавление бактерий в пласте;
  • защита нефтепромыслового оборудования от коррозии.

План действий по подавлению бактерий в пласте:

  • Этап 1 – детальное исследование, идентификация микроорганизмов, определение их количества;
  • Этап 2 – подбор бактерицидов;
  • Этап 3 – разработка метода применения бактерицида на опытном участке;
  • Этап 4 – широкое применение ингибитора на месторождениях.

Чтобы купировать бактериальное заражение, необходимо провести полное профилирование – это позволит понять, какие группы микроорганизмов «живут» в трубе и в каком количестве. Полученные данные помогут в дальнейшем проводить менее подробное экспресс-тестирование и проверять наличие только тех микроорганизмов, которые представляют наибольшую опасность именно для этого клиента.

Чтобы купировать бактериальное заражение, необходимо провести полное профилирование – это позволит понять, какие группы микроорганизмов «живут» в трубе и в каком количестве

Раньше на подобные тесты уходили недели, так как в процессе тестирования применялся метод культивирования микроорганизмов в питательной среде, визуальная идентификация микроскопированием и подсчет колоний. Однако жизненный цикл большинства бактерий варьируется от нескольких часов до нескольких дней, и при этом разные виды микроорганизмов в лабораторных условиях размножаются с различной скоростью. Это значит, что полученные традиционными методами результаты не отражают достоверно свойства анализируемого образца, так как за время культивации количество микроорганизмов и их разнообразие значительно изменяется. Также существует высокий риск ошибочного определения вида микроорганизмов, особенно в отношении редких некультивируемых форм, которые часто составляют до 70 % общего количества биомассы. Применение таких методов сильно усложняет подбор оптимального биоцида и дальнейший контроль его эффективности.

Чтобы решить эти проблемы, лаборатория BioSpark впервые в России предлагает использовать молекулярно-генетические технологии для идентификации микро-организмов и борьбы с бактериальным заражением. Эти технологии непосредственно работают с исходным образцом и исключают классические стадии культивации биомассы, а также сокращают продолжительность тестирования всего до нескольких часов.

Применяя современные методы выделения и расшифровки ДНК, можно добиться максимальной чувствительности идентификации микроорганизмов в образце – до 0,005 %, то есть найти единичную бактерию среди 20 000 других! Это позволяет зарегистрировать появление патогенных микроорганизмов задолго до выявления первых признаков биокоррозии. Когда есть все необходимые данные, стратегия подбора бактерицида становится целевой: используется бактерицид, разработанный для уничтожения конкретных видов бактерий. Причем постоянно контролируется эффективность его применения.

На втором этапе по результатам диагностики подбираются бактерициды, которые подавляют определенную группу микроорганизмов. Кроме того, бактерициды должны обладать следующими свойствами:

  • при взаимодействии с минерализованными нефтепромысловыми средами не давать осадков;
  • технологичностью (жидким состоянием, низкой вязкостью, низкой температурой застывания);
  • стабильностью при длительном хранении;
  • невысокой токсичностью;
  • доступностью сырьевой базы;
  • должны быть совместимы с компонентами буровых растворов и не изменять их физико-химические свойства (если бактерициды применяются для защиты от коррозии бурового оборудования);
  • не должны растворяться в нефти и нефтепродуктах, чтобы не вызвать выхода из строя катализаторов на нефтеперерабатывающих предприятиях (если бактерициды используются на нефтепромыслах).

Концентрация бактерицида считается эффективной, если обеспечивается гибель не менее 99 % бактерий. В современной практике большинство усилий компаний направлено на борьбу с проявлениями коррозии, а не на предотвращение заражения нефтяных формаций коррозионно-опасными бактериями. Новый высокочувствительный метод диагностики позволяет не только выявить причину существующей биокоррозии там, где это необходимо, но и заблаговременно предупредить о высокой вероятности ее появления.

Для эффективной борьбы с источником возникновения биокоррозии необходимо составить и реализовывать по- этапный план мероприятий, где отправной точкой должен стать процесс идентификации микроорганизмов и опре- деление их количественного содержания в добываемой продукции и закачиваемых водах. Только проведя детальное исследование, идентифицировав микроорганизмы и определив их количество, можно грамотно подобрать и использовать бактерициды для эффективной борьбы с биокоррозией и добиться существенной экономии средств и увеличения срока эксплуатации оборудования.

Источник: Журнал «Нефтегазовая вертикаль», Март 2019 №6 (450)
Дата: 27 марта 2019г.