رسوب زدای هیدروفلو روشی برای حدف باکتریها طی فرآیند شکست هیدرولیکی
رسوب زدای هیدروفلو روشی برای بهبود کنترل آلودگی باکتریها ضمن کاهش هزینه‌های عملیاتی و بهره برداری است. تولید و بازگرداندان آب از چرخه تولید بعنوان یک زباله گران قیمت که نیاز به دفع و جابه جایی دارد، تبدیل به یک جزء اساسی در فرآیند شکست هیدرولیکی شده است. شیوه‌های مدیریت آب بطور قابل توجهی برای هر جنبه از چرخه آب میدان نفتی با هدف بهبود بهره‌وری در ایمنی، اقتصاد و قابلیت اطمینان بهبود یافته است. رسوب زدایی باکتریایی یک نگرانی رایج در ذخیره‌سازی آب و استفاده در حین انجام عملیات شکست هیدرولیکی است، روشهای قدیمی پیشگیری هزینه‌های بالایی را بدون انجام آزمون در زمان واقعی تحمیل می‌کردند. نوآوری و تکنولوژی جدید اجازه می‌دهد تا حذف باکتریها بخوبی توسط آزمایش باکتری در محل صورت بپذیرد. این امر بطور قابل توجهی کنترل آلودگی باکتریها را ضمن کاهش هزینه‌های عملیاتی بهبود می‌بخشد.
عملیات برگشت و تولید آب کاملا بی هوازی است (با احتساب <2 بخش در میلیون (ppm) اکسیژن محلول O2). آبها غالباً حاوی طیف گسترده‌ای از باکتریها هستند که شامل باکتریهای کاهنده سولفات (SRB) و باکتریهای تولیدکننده اسید (APB) هستند. این آبها همچنین دارای آهن آزاد و سایر مواد مغذی هستند که به صورت کلنیهای باکتریایی می‌توانند به سرعت در محیط بی هوازی تکثیر شوند. در حین عملیات پمپاژ و کنترل آب، اکسیژن کافی وارد می‌شود تا محیط را به وضعیت هوازی تغییر دهد تا باکتریهای هوازی بتوانند به سرعت رشد و تکثیر یابند. اگرچه اکسیژن محلول کافی برای از بین بردن باکتریهای بی‌هوازی اضافه نمی‌شود، اما رشد آنها در این حالت عقب مانده است. اگر اجازه داده شود تا به یک منطقه عمیقتر با اکسیژن کم بازگردد، این باکتریهای بی‌هوازی به طرز تهاجمی تکثیر می‌شوند. آنها قلمروهایی تشکیل می‌دهند که پلی ساکاریدهایی با وزن مولکولی بالا تولید می‌کند، که روی لوله کشی، پروپان و سایر سطوح تشکیل دهنده در زمین شناسی به عنوان بایوفیلم قرار می‌گیرند. که بعنوان یک عنصر جدانشدنی در مستعمرات میکروبی در سطوح فلزی یا سنگی عمل می‌کند.
با توجه به شرایط مناسب در حفره‌ها، این میکروبها در اعماق زمین شناسی همچنان تعدادشان گسترش می‌یابند و این امر باعث می‌شود تا با تولید سولفید هیدروژن، اسید در حفره تشکیل شود. این ماده منجر به خوردگی میکروبیولوژیکی (MIC) بر روی تیوبهای از جنس آهن و مواد چسباننده می‌شود و منافذ و درزهای قابل نفوذ در سنگ را می‌بندد. این امر باعث کاهش تولید و نیاز به انجام تعمیرات اساسی و صرف سرمایه می‌شود. تخمین زده می‌شود که MIC به دلیل هزینه‌های صرف شده در تعویض و تعمیر خطوط تیوبها و تجهیزات، سالانه میلیاردها دلار برای صنعت نفت و گاز هزینه داشته است. البته ضرر حاصله از تأخیر در تولید را هم باید به این هزینه اضافه کرد.
برطرف کردن مشکل و تغییر نتایج
برای جلوگیری از حضور این باکتریها در چاه‌های جدید، چندین روش درمان باکتریایی ایجاد شده است. این روشها نتایج مثبتی را نشان داده‌اند. ترکیب باکتریها و اکسیدکننده‌ها (دی اکسید کلر یا ازن) تعداد کلنیهای زنده را بطور موقت کاهش می‌دهد، مگر اینکه این اثربخشی برای کنترل جمعیت در نظر گرفته شود، باکتریها اغلب بایوفیلمی که برای محافظت از کلنی‌ها استفاده می‌شود را با موفقیت از بین نمی‌برند. رشد تصاعدی این ارگانیسمها در شرایط زیرسطحی گرم، همراه با آب غنی از اکسیژن باعث می‌شود که رشد باکتریهای هوازی و بی‌هوازی در چاه دوباره از سرگیرد و جمعیت میکروبها در طی چند روز دوباره رشد کنند. یک آزمون رایج در این زمینه انجام تستهای قابل اعتماد و نزدیک به واقعیت بر روی آب است تا میزان باکتریها را ساعت به ساعت اندازه‌گیری کنید. اگر این امکان میسر شود، مدیریت دوز بایوساید امکانپذیر است و اطمینان از وجود باکتریها در مایعات که به داخل حفره می‌روند افزایش می‌یابد. ابزارهای فعلی برای تأیید باکتریها در انجمن ملی NACE، نظارت کاملی از رشد باکتریها در سیستمهای نفت و گاز را شرح داده است. آنها برای تخمین میزان چسبندگی مفید هستند و جمعیت باکتریهایی که معمولا در سیستمهای نفتی وجود دارند را یافت می‌کنند.
متداول‌ترین روش برای سنجش باکتریها در نفت و گاز، تمرکز بر روی انواع باکتریها از جمله ارگانیسمهای SRB و APB با استفاده از بطری‌های آزمایشگاهی است. اینها به رقیق‌سازی سریال و کشت در محیط مواد مغذی برای دوره‌های نسبتاً طولانی و اغلب تا 30 روز متکی هستند. با این وجود، کمتر از 10 درصد میکروبهای زنده با استفاده از این روش کشت داده می‌شوند، طیف گسترده‌ای از میکروارگانیسمهای موجود در سیستمهای نفت و گاز وجود دارد که ممکن است به یکپارچگی خوب آنها آسیب بزنند که هنوز شناسایی نشده‌اند. علاوه براین پس از تصمیم‌گیری لازم برای تصفیه آب، تعداد کلنی‌ها به خوبی ارائه می‌شود. بنابراین، یک شکاف قابل توجه در کنترل باکتریها از نظر تاریخی وجود دارد.
مدارک استاندارد NACE به پیشرفتهایی در گزینه‌های آزمایشی اشاره دارد که از روشهای میکروبیولوژیکی مولکولی (MMM) استفاده می‌کنند که یک تغییر اساسی در ارزیابی اثرات میکروب را نشان می‌دهد.
این روشها شامل واکنش زنجیره‌ای پلیمر کمی (qPCR)، هیبریداسیون درون فلورسانس (FISH) و یک روش رنگ آمیزی میکروب با استفاده از یک لکه فلورسنت معروف به 4’ و DAPI است. این تکنیکهای خاص درک کاملتری از هویت و مقادیر میکروب موجود در مایعات نفت و گاز ارائه می‌دهد. یک ترکیب با میکروسکوپ، تجزیه و تحلیل مواد سلولی ژنتیکی و واکنشهای آنزیمی، شمارش کامل میکروبهای موجود در یک نمونه آب را نشان می‌دهد و نتایج در یک روز، به جای انتظار در چند هفته در دسترس هستند.
دو روش qPCR از یک واکنش آنزیمی استفاده می‌کند که اطلاعات کمی را در گروه‌های میکروبی ارائه می‌دهد. شناسایی گروه‌های خاص ارگانیسمها، مانند جنس میکروب و گونه‌ها، امکان استفاده از بیوشیدها را با تأثیرات بیشتر و عموماً با هزینه‌های پایین‌تر قبل از مهاربندی فراهم می‌کند. qPCR می‌تواند به طور خاص باکتریهای کاهش‌دهنده سولفات را آزمایش کند. برای شناسایی جامع کلیه باکتریهای موجود، یک آزمایش متاژنومیک موردنیاز است. تست WCT بطور کامل قادر به شناسایی همه باکتریها توسط جنسها و گونه‌ها در یک نمونه سیال معین از جمله IRB، APB، SRB و موارد دیگر است. مشخص کردن جنس و گونه‌های خاص به این معنی است که بیوکسایدها می‌توانند کوچکتر و باکارایی بیشتر و عموماً با هزینه‌های پایین‌تر قبل از شکست هیدرولیکی اعمال شوند.
دو راه حل برای حذف باکتری در محل
ترکیبی از آزمایش باکتریهای Rapid-B و AES HydroFlow یک قدم متفاوت در کنترل باکتریهای نفتی ایجاد می‌کند. یک ابزار جدید، آزمایشگاه باکتریهای موبایل Vivione Rapid-B است که از فلوسیتومتری برای شناسایی خصوصیات جسمی هر باکتری (از جمله اندازه، شکل، زنده یا مرده، شفافیت) استفاده می‌کند و پاسخ به پروبها و رنگهای DNA را تحلیل می‌کند.
شرکت AES Water Solutions با Vivione در معرفی این قابلیتها در بخش نفت و گاز همکاری کرده و آزمایش باکتریهای موجود را در محل بر روی مایعات ارائه می‌دهد. سیستم Rapid-B تعداد کل باکتریهای زنده را در مدت زمان 15 دقیقه مشخص کرده و قادر است باکتریهای زنده را از مرده متمایز کند. این ماده همچنین تداخل ماده غیرباکتریایی مانند رسوبات را با استفاده از یکسری فیلترهای الکترونیکی که نتایج قابل اطمینان را تضمین می‌کند ازبین می‌برد. سرانجام، داده‌های آنالیز شده را با چندین پایگاه داده از جنس و گونه‌ها مقایسه می‌کند تا نتایج قابل اعتماد بدست آورد.
شرکت AES Water Solutions آزمایش باکتریها را در محل انجام می‌دهد و نتایج آزمایشات با کیفیت بالا را در مدت 15 دقیقه ارائه می‌دهد. قبل و بعد از دوز بایوساید با تأیید تعداد باکتریها بعد از مخلوط کردن و قبل از ورود مایعات به داخل چاه، تصمیم گیری می‌شود. اگر بینش بیشتری در مورد ترکیب منبع آب موردنظر وجود داشته باشد، AES پیش از شکست هیدرولیکی، نمونه‌ای از آب را از یک گودال جمع می‌کند و نمونه را برای آزمایش qPCR می‌فرستد که حضور SRB را مشخص می‌کند. نتایج در مدت 48 ساعت در دسترس خواهد بود. برای بدست آوردن جزئیات بیشتر، WCT می‌تواند در طی 7 روز کاری انجام شود تا تمام باکتریهای موجود در نمونه سیال مشخص شود. این روش گونه‌های باکتری موجود در آب را شناسایی می‌کند در حالی که تست Rapid-B در محل فعالیت، تعداد 15 باکتری را دقیقا بدون هیچ تردیدی در مدت 15 دقیقه شناسایی می‌کند. اگر درک بهتری از گونه‌های باکتریها قبل از هر فعالیتی بدست آوریم، عملکرد بهتری می‌توانیم ارائه دهیم. بدین ترتیب باکتری‌کشی با دقت بیشتری نسبت به روشهای سنتی و تست در محل انجام می‌شود، به نحوی که اقدامات اصلاح کننده مانع از ورود باکتریها می‌شوند.
در زمان تولید، جریان برگشتی و آب شیرین، مقادیر مختلفی از باکتریها موجود هستند که در صورت ذخیره در استخرهای حاوی مواد مغذی، رشد می‌کنند. مصرف دوز با اکسیدکننده و بایوکسایدها برای کاهش جمعیت باکتریها فقط موقتاً مؤثر و مقرون به صرفه است اگر درنظر گرفته شود که برای خنثی سازی مداوم عملیات باکتریها رسوب زدای هیدروفلو در طول چرخه گودالها یا هنگام اقدام برای شکست هیدرولیکی قرار گیرد بهترین عملکرد خواهد بود.
رسوبزدای هیدروفلو در قسمت بیرونی لوله انتقال آب در هر اندازه وصل می‌شود و مجموعه‌ای از اتصالهای فریت در اطراف لوله بسته می‌شوند که هر دو انتهای آن به رسوبزدای هیدروفلو وصل شده است که با قدرت 110 یا 220 ولت کار می‌کند. سختی گیر هیدروفلو سیگنال الکتریکی پایدار 150 کیلوهرتز را از طریق سیال درون لوله (فلز یا PVC) منتقل می‌کند. باکتریها و جلبکهایی که از این حلقه فریت عبور می‌کنند توسط سیگنال سختیگیر هیدروفلو شارژ می‌شوند. این بار لایه هیدراتاسیون از آب خالص در اطراف سیتوپلاسم باکتری را تشکیل می‌دهد. فشار اسمزی آب را وارد باکتریها ویا جلبکها می‌کند و باعث ایجاد فشار اسمزی می‌شود که غشای سلولی را پاره می‌کند و باعث مرگ سلول می‌شود. با عبور سیگنال رسوبزدای هیدروفلو از یک لوله باکتریها، جلبکها و رسوبهای چسبیده به سطح داخلی لوله متلاشی می‌شوند و به تدریج بایوفیلم و رسوبها را با گذشت زمان آزاد می‌کنند. نتیجه حاصل از مصرف مداوم رسوب زدا، از بین بردن گرفتگی درون لوله و غیرفعال کردن باکتریهای موجود در آب و حذف بایوفیلم است.
در بسیاری از موارد، اثر خنثی سازی باکتریها از 〖10〗^5 باکتری تشکیل دهنده کلونی در هر میلی لیتر به 〖10〗^2 بدون هیچ ماده شیمیایی بایوساید پس از استفاده مداوم از رسوبزدای هیدروفلو نشان داده شده است. AES HydroFlow به مایعات نیاز دارد تا دائماً از طریق لوله عبور کنند، که می‌تواند باکتریها را با سرعت جریان بیش از 100 بشکه در دقیقه از بین ببرد. بسته به غلظت باکتریها، ممکن است یک یا چند واحد رسوب زدای هیدروفلو در طول یک خط انتقال آب قرار داشته باشد تا بطور مؤثر تعداد بیشتری از باکتریها را از بین ببرد. رسوب زدای هیدروفلو سالهاست با سابقه قوی در ازبین بردن بایوفیلم، رسوب و باکتری موجود در لوله‌ها و دیگهای بخار در بخشهای صنعتی موفق بوده است. رسوب موجود به دلیل فرکانس مداوم تولید شده توسط رسوب زدای هیدروفلو کاهش می‌یابد و به زودی کاملا حذف می‌شود.
AES HydroFlow برای تصفیه آبهای سطحی از طریق چرخش استفاده شده است و باکتریهای زنده را با موفقیت بیش از 95% کاهش می‌دهد. اپراتور شکست هیدرولیکی از تعداد زیادی باکتری در فیلد برخوردار است و قادر است دز زیستی موردنیاز برای کشته شدن باکتریهای باقیمانده را با حاشیه شیمیایی باقیمانده بطور دقیق محاسبه کند.اپراتور حجم قابل توجهی از مواد شیمیایی به همراه هزینه قابل توجهی را کاهش می‌دهد. نظارت بر چرخه زیست محیطی همه جریانهای آب یک جزء اصلی مدیریت چرخه آب است. ثبت سوابق دقیق از تعداد سلولها و فعالیتها در هر مرحله از روند، امکان شناسایی نقاط حساس میکروبی در سیستم را فراهم می‌آورد. در پایان، مدیریت هوشمند این چرخه با یک برنامه زیست سنجی خوب می‌تواند باعث کاهش استفاده کلی از مواد شیمیایی بایوساید شود و به همان اندازه مؤثر واقع شود. ترکیبی از آزمایش باکتریایی Rapid-B و AES HydroFlow می‌تواند با تغییر در کنترل باکتریهای نفتی هزینه‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. اپراتورها قادر به حفظ سطوح پایین باکتریها در آبهای ذخیره شده و منتقل شده هستند، درحالی که توانایی آزمایش سطح باکتریها را در زمان تقریبا واقعی در محل دارا هستند.