AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE. Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr Anna Turkiewicz

Transkrypt

1 AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu ROZPRAWA DOKTORSKA mgr Anna Turkiewicz NIEKTÓRE PROBLEMY DEGRADACJI WODNO DYSPERSYJNYCH POLIMEROWYCH PŁUCZEK WIERTNICZYCH Promotor: Prof. dr hab. inż. Józef Raczkowski Praca została wykonana w ramach projektu KBN nr 5T12B Kraków 2005 r.

2 Bardzo dziękuję promotorowi Prof. dr hab. inż. Józefowi Raczkowskiemu za okazaną pomoc podczas realizacji pracy

3 SPIS TREŚCI 1. Wstęp Procesy degradacji płuczek wiertniczych i ich znaczenie w technologii wiercenia Technologia płuczek wiertniczych z uwzględnieniem roli procesów mikrobiologicznych Degradacja wodno-dyspersyjnych polimerowych płuczek wiertniczych pod wpływem działania mikroorganizmów Wprowadzenie Cel badań Materiał i metodyka badań Badania laboratoryjne Dyskusja wyników Omówienie wyników badań płuczek wiertniczych i wód bazowych oraz badań dotyczących wpływu ph środowiska na rozwój mikroorganizmów wyizolowanych z badanych płynów Omówienie wyników badań procesów biodegradacji polimerów stosowanych w technologii płuczek wiertniczych Omówienie wyników badań zmian właściwości reologicznych roztworów związków polimerowych pod wpływem działania aerobowych Omówienie wyników badań zmian właściwości reologicznych roztworów związków polimerowych pod wpływem działania anaerobowych Omówienie wyników badań efektywności działania biocydów w odniesieniu do płuczki wiertniczej oraz wody bazowej... 95

4 Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu ANTIMICROBIAL 7287 w odniesieniu do płuczki wiertniczej Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu BARDAC LF w odniesieniu do płuczki wiertniczej Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu BIOSTAT w odniesieniu do płuczki wiertniczej Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu DODIGEN w odniesieniu do płuczki wiertniczej Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu MODICIDE 340 w odniesieniu do płuczki wiertniczej Omówienie wyników badań efektywności działania biocydów w odniesieniu do wody bazowej Omówienie wyników badań efektywności działania biocydów w oparciu o zmiany właściwości reologicznych płuczki wiertniczej Omówienie wyników badań przepuszczalności skał zbiornikowych pod wpływem działania wyizolowanych z płuczek wiertniczych Podsumowanie wyników badań Wnioski Literatura ZAŁĄCZNIKI: tabele nr 1-83

5 1. Wstęp W pracy omówiono zagadnienia dotyczące procesów mikrobiologicznej degradacji wodno dyspersyjnych płuczek wiertniczych, które zawierają związki polimerowe obecnie stosowane w krajowym wiertnictwie. Wśród problemów związanych z degradacją cieczy wiertniczych na szczególną uwagę zasługują procesy biogenne, ponieważ zagadnienia te są w niewielkim stopniu rozpoznane, a ich wpływ na przebieg i efektywność wiercenia jest szczególnie istotny. W praktyce przemysłowej często występują znaczne utrudnienia, które są spowodowane fermentacyjnym rozkładem płynu krążącego w otworze. Procesy o charakterze biogennym, które generują określone reakcje chemiczne w środowisku płuczki polimerowej, uniemożliwiają utrzymanie właściwych parametrów płynu. Prowadzi to w konsekwencji do zmniejszenia postępu wiercenia, a nawet powoduje konieczność wymiany zdegradowanej cieczy wiertniczej, której właściwości reologiczne nie pozwalają na prawidłowy przebieg wiercenia. Utrudnienia związane z mikrobiologicznym rozkładem płuczek wiertniczych mogą powodować także inne poważne konsekwencje, które spotyka się w przypadku odwiertów wchodzących w skład struktur podziemnego magazynowania gazu. Gdy płuczka nie jest w wystarczającym stopniu zabezpieczona przed biodegradacją, wówczas w odwiertach tych dochodzi do uaktywnienia się. Wzmożona aktywność drobnoustrojów, która pojawia się w trakcie eksploatacji magazynów gazu ziemnego jest szczególnie groźna, zwłaszcza jeżeli w zdegradowanej cieczy wiertniczej występują lub dominują bakterie produkujące siarkowodór. W odróżnieniu od drobnoustrojów autochtonicznych (rodzimych), szczególnie szkodliwe dla złoża są bakterie wprowadzone z zewnątrz oraz łatworozkładalne substancje (np. blokatory organiczne), ponieważ powodują zaburzenie równowagi mikrobiologicznej i chemicznej środowiska złożowego. W trakcie eksploatacji podziemnych zbiorników gazu ziemnego szczególnie destrukcyjnym czynnikiem jest tworzący się biogenny siarkowodór, który przenika do magazynowanego gazu. Wprowadzenie z zewnątrz do złoża lub też uaktywnienie autochtonicznych powoduje nie tylko utrudnienia w eksploatacji bardzo ważnych strategicznie obiektów, jakimi są podziemne magazyny gazu, ale może również negatywnie wpływać na przebieg eksploatacji odwiertów produkcyjnych. Prowadzi to m.in. do zaburzeń przepływu węglowodorów (procesy biologicznej kolmatacji skał zbiornikowych) i wzrostu zawartości H 2 S w mediach złożowych. Problemy związane z aktywnością mikroorganizmów i biochemicznymi procesami degradacji, które zachodzą w wodno dyspersyjnych polimerowych płuczkach wiertniczych są więc bardzo istotne, zarówno biorąc pod uwagę aspekty technologiczne i techniczne wiercenia otworów, jak również mają wpływ na przebieg eksploatacji złóż węglowodorów. Szczególnie dotyczy to tych złóż, które ze względu na korzystne parametry geologiczne zostały przekształcone w podziemne magazyny gazu ziemnego, deponowanego w celach zabezpieczenia sezonowych dostaw gazu i stanowiących rezerwę strategiczną kraju. Zagadnienia wpływu mikroorganizmów na biodegradację płuczek wiertniczych nie zostały dotąd szczegółowo opracowane. Niniejsza praca przybliża tę batrdzo interesującą i mało znaną problematykę, ważną z punktu widzenia aktualnych potrzeb oraz problemów pojawiających się podczas prac wiertniczych. Badania laboratoryjne przeprowadzone na zróżnicowanym i reprezentatywnym materiale bezpośrednio nawiązują do zjawisk, które występują w warunkach krajowych złóż. Wyniki badań ilustrują stan mikrobiologiczny cieczy wiertniczych stosowanych podczas wierceń w różnych rejonach kraju. Mikroorganizmy wyizolowane z badanych płynów wykorzystano jako materiał wyjściowy do badań nad doborem optymalnych metod przeciwdziałania procesom biodegradacji płuczek wiertniczych.

6 W rozprawie sformułowano następujące tezy: Degradacja wodno dyspersyjnych płuczek wiertniczych, zawierających polimery naturalne, półsyntetyczne i syntetyczne, następuje w wyniku procesów fizyko chemicznych oraz mikrobiologicznych. Aktywność mikroorganizmów w środowisku polimerowej płuczki wiertniczej ma istotne znaczenie dla przebiegu procesu wiercenia. Wynikające z niej procesy biodegradacyjne prowadzą do utraty początkowych właściwości reologicznych cieczy wiertniczej. W środowisku polimerowej płuczki wiertniczej występują i rozwijają się mikroorganizmy aerobowe (tlenowce), a także anaerobowe (beztlenowce). Składniki organiczne płuczek wiertniczych są rozkładane przez mikroorganizmy aerobowe, w tym bakterie, grzyby pleśniowe i drożdże. Spośród mikroorganizmów anaerobowych szczególnie groźne są bakterie reprezentujące grupę Sulphate Reducing Bacteria, które są odpowiedzialne za wytwarzanie siarkowodoru w warunkach otworowych. Mikrobiologicznej degradacji ulegają następujące polimery stosowane w technologii płuczek wiertniczych: - karboksymetyloceluloza - karboksymetyloskrobia - skrobia modyfikowana chemicznie (z dodatkiem MgOH), poddana procesowi termicznemu tzw. skrobia kleikowana i sieciowana - PHPA - poliakryloamid częściowo zhydrolizowany - Naturalny polimer ksantanowy o nazwie XCD (polisacharyd), będący produktem metabolizmu Xantomonas campestris Procesy mikrobiologicznej degradacji związków polimerowych, stosowanych w technologii płuczek wiertniczych, przebiegają zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych. Na proces biodegradacji polimerowych płuczek wiertniczych bezpośrednio wpływa stan mikrobiologiczny wód bazowych, stosowanych jako ośrodek dyspersyjny do sporządzania płuczek wiertniczych. Przebadane substancje antybakteryjne (biocydy) działają skutecznie w środowisku polimerowej płuczki wiertniczej, ograniczając liczebność oraz aktywność drobnoustrojów, a nawet całkowicie likwidując procesy mikrobiologiczne. Efektywność działania poszczególnych substancji jest zróżnicowana i zależy od budowy chemicznej preparatu, a także od zastosowanego stężenia. Wyspecjalizowane szczepy bakteryjne rozkładające polimery stosowane w płuczkach wiertniczych umożliwiają odzyskanie przepuszczalności zakolmatowanej skały zbiornikowej. Bakterie zastosowane w warunkach złożowych mogą stanowić korzystny dla złoża czynnik przeciwdziałający procesom kolmatacji (uszkodzenia) strefy przyodwiertowej. 2

7 W niniejszej pracy omówiono problemy związane z rozkładem polimerowych płuczek wiertniczych pod wpływem działania drobnoustrojów. Przeprowadzono szczegółowe badania mikrobiologiczne prób cieczy wiertniczych, stosowanych w krajowym przemyśle naftowym oraz wód bazowych jako istotnego czynnika wpływającego na jakość i stan bakteriologiczny płuczek polimerowych. Z badanego materiału izolowano bakterie aerobowe oraz anaerobowe odpowiedzialne za procesy biodegradacyjne. Badano także zdolności tych mikroorganizmów do rozwoju w szerokim zakresie ph środowiska i w różnych warunkach termicznych. Przy zastosowaniu określonych podłoży mikrobiologicznych przeprowadzono izolację drobnoustrojów, do których należały: 1. Bakterie aerobowe 2. Bakterie anaerobowe 3. Grzyby pleśniowe 4. Drożdże W zakresie izolacji rozkładających poszczególne polimery określano liczebność kilku grup drobnoustrojów. Należały do nich: 1. Bakterie rozkładające skrobię 2. Bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną chemicznie (kleikowaną) 3. Bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię 4. Bakterie rozkładające celulozę 5. Bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę 6. Bakterie rozkładających polimer PHPA 7. Bakterie rozkładające polimer XCD Z badanych płynów izolowano również beztlenowe bakterie redukujące siarczany (SRB) oraz oznaczono w płynnych hodowlach bakteryjnych zawartość siarkowodoru, wytworzonego w procesach biogennych. W celu oceny produkcji siarkowodoru przez wyizolowane kultury mikroorganizmów zastosowano metodę jodometryczną. Przeprowadzono badania zmian właściwości fizyko-chemicznych roztworów związków polimerowych stosowanych w technologii wiercenia, pod wpływem działania. Wykonano oddzielne serie eksperymentów dla tlenowych i beztlenowych, przy czym w składzie mikroflory beztlenowej występowały bakterie redukujące siarczany, wytwarzające siarkowodór. Badano zmiany w zakresie następujących parametrów: lepkość plastyczna lepkość pozorna granica płynięcia wytrzymałość strukturalna ph 3

8 Eksperymenty prowadzono z zastosowaniem następujących polimerów: polimer ksantanowy XCD, wytwarzany przez bakterie Xantomonas campestris poliakryloamid PHPA - produkt o nazwie Modistab 624 skrobia modyfikowana chemicznie (kleikowana) produkt o nazwie Rotomag skrobia modyfikowana chemicznie (sieciowana) produkt o nazwie Rotanet karboksymetyloskrobia - produkt Polvitex Z karboksymetyloceluloza - produkt Polofix LV, charakteryzujący się niską lepkością karboksymetyloceluloza - produkt Polofix HV, charakteryzujący się wysoką lepkością Powyższe związki polimerowe stanowią podstawowe składniki płuczek wiertniczych, które są obecnie używane w krajowym wiertnictwie. Wyizolowane drobnoustroje zostały wykorzystane do badań dotyczących zabezpieczenia wodno-dyspersyjnych polimerowych płuczek wiertniczych przed biologiczną degradacją. Przetestowano 5 preparatów antybakteryjnych, w odniesieniu do skażonej polimerowej płuczki wiertniczej oraz skażonej wody bazowej. W oparciu o wykonane testy wytypowano preparat o najwyższej skuteczności, a także opracowano sposób jego dawkowania w celu osiągnięcia optymalnego efektu w postaci likwidacji szkodliwej mikroflory, rozkładającej składniki organiczne cieczy wiertniczej. 4

9 2. Procesy degradacji płuczek wiertniczych i ich znaczenie w technologii wiercenia Degradację płuczek wiertniczych powodują czynniki o charakterze chemicznym, fizycznym oraz biologicznym. Omawiając wpływ procesów degradacyjnych na technologię wiercenia trudno jest przecenić którykolwiek z nich, ponieważ każde skażenie płynu wiąże się ze zmianą parametrów reologicznych, a to z kolei powoduje pojawienie się komplikacji podczas wiercenia otworu, a nawet konieczność zmiany technologii [28,69,96,130]. Znajomość mechanizmów degradacji płuczek wiertniczych oraz ich wpływu na parametry reologiczne pozwala na właściwe planowanie procesu wiercenia lub ewentualne korygowanie tego procesu w trakcie głębienia otworu. Czynniki powodujące degradację lub skażenie płuczki mają negatywny wpływ na: - postęp wiercenia - stan techniczny otworu - awaryjność (np. przychwycenie przewodu, tworzenie się obwałów) - koszty wykonania otworu Aby ograniczyć wpływ niekorzystnych zjawisk konieczne jest przede wszystkim dobre rozeznanie geologiczne, które stanowi klucz do optymalizacji wiercenia, zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym. Szczególnie ważna jest znajomość relacji dotyczących możliwości dopływu wód złożowych do otworu, ponieważ jest to jeden z najistotniejszych czynników degradacyjnych. Wraz w wodą złożową do płuczki wiertniczej dostają się różne związki chemiczne, a także mikroorganizmy obecne w płynie złożowym. Każdy objaw wystąpienia czynnika degradacyjnego powinien być jak najszybciej usuwany lub odpowiednio traktowany w zależności od jego natury. Najprostszym sposobem jest prewencja, która polega na okresowym kontrolowaniu parametrów reologicznych płuczki wiertniczej. W przypadku pojawienia się symptomów degradacji płynu, pomiary te powinny być kontynuowane, aż do czasu usunięcia przyczyn skażenia [28,74,96]. Procesy degradacji płuczki wiertniczej polegają na utracie początkowych właściwości reologicznych płynu, tj. lepkości, granicy płynięcia, wytrzymałości strukturalnej, a także takich parametrów, jak gęstość oraz wskaźnik ph, pod wpływem działania czynników fizykochemicznych oraz mikrobiologicznych występujących w trakcie wiercenia. Wśród czynników powodujących degradację należy przede wszystkim wymienić wpływ cząstek przewiercanej skały na właściwości cieczy wiertniczej, kontakt z wodami złożowymi (solankami), a także kontakt płuczki z siarkowodorem. Ponadto istotny jest również wpływ wysokich tempertaur, które panują w przewiercanych warstwach geologicznych, na zmiany własności cieczy wiertniczych. Szczególnie w latach ubiegłych zjawiska degradacyjne zachodzące w wysokich temperaturach stanowiły poważne utrudnienia. Obecnie rozwój technologii płuczkowej oraz produkcja nowych, wysokomodyfikowanych i termoodpornych związków polimerowych w dużej mierze ograniczyły występowanie tego problemu w trakcie prac wiertniczych. Omawiając problemy degradacji płuczek wiertniczych należy zwrócić uwagę na podstawowe zjawiska występujące w środowisku płynu krążącego w otworze wiertniczym, które są bezpośrednio związane z przedstawianymi zagadnieniami. Do zjawisk o charakterze fizyko chemicznym, które zachodzą w zawiesinach ilastych i wpływają na ich właściwości reologiczne należą procesy koagulacji oraz sedymentacji. 5

10 Pod wpływem działania elektrolitu następuje zmniejszenie warstwy podwójnej cząstek koloidalnych zawiesiny ilastej, co wywołuje przewagę sił przyciągania nad odpychaniem i łączenie się cząstek iłu w większe agregaty. Płaskie cząstki minerałów ilastych mogą łączyć się i powstają w ten sposób agregaty równoległych płytek, a także struktury trójwymiarowe określane jako aglomeraty, koagulaty lub flokulanty. Proces koagulacji powodować mogą także cząstki koloidalne innej substancji, obdarzone ładunkiem elektrycznym o przeciwnym znaku. Takie działanie na zawiesiny ilaste wywierają np. koloidalne wodorotlenki chromu i glinu, posiadające ładunek dodatni. W celu wywołania koagulacji zawiesiny ilastej stosuje się polielektrolity kationowe, a także wielkocząsteczkowe związki polimerowe, działające efektywnie już w bardzo niskich stężeniach. Działanie polimerów polega przede wszystkim na równoczesnym wiązaniu wielu cząstek koloidalnych przez jedną drobinę i na zmniejszeniu warstwy podwójnej cząstek koloidalnych zawiesiny ilastej. Przyczyną procesu koagulacji zawiesiny ilastej jest obecność węglanu wapnia, gipsu, anhydrytu, minerałów siarczkowych lub soli rozpuszczalnych [96]. Innym zjawiskiem o charakterze fizyko - chemicznym zachodzącym w zawiesinach ilastych, wpływającym na ich właściwości reologiczne jest proces sedymentacji, który polega na opadaniu cząstek iłu pod wpływem siły ciężkości. W zawiesinach ilastych, które określa się jako stabilne proces sedymentacji przebiega bardzo wolno, osiadają wówczas pojedyncze blaszki minerałów ilastych, tworząc zwarty osad. Natomiast w zawiesinach skoagulowanych proces ten następuje szybko, osiadają duże agregaty cząstek, które tworzą luźny osad o znacznej objętości. Proces sedymentacji cząstek iłu w ośrodku lepkim przebiega pod wpływem działania siły, która jest wypadkową siły ciężkości, siły wyporu oraz siły oporu ośrodka, proces ten przebiega szybko w zawiesinach ilastych skoagulowanych. Na uwagę zasługują również zjawiska zachodzące w płuczkach wiertniczych pod wpływem wysokich temperatur, które występują w złożu. Wzrost temperatury wywołuje w minerałach ilastych istotne zmiany strukturalne oraz jest przyczyną skomplikowanych oddziaływań o charakterze międzyziarnowym. W minerałach ilastych w miarę podwyższania temperatury zachodzą następujące reakcje: dehydratacja (odwodnienie), tj. usunięcie drobin wody z powierzchni zewnętrznej minerałów oraz z przestrzeni międzypakietowych dehydroksylacja i synteza nowych faz krystalicznych w obrębie powstałych form bezwodnych Zachowanie się minerałów ilastych w wysokich temperaturach ma istotne znaczenie w technologii płuczek wiertniczych. Powyższe procesy brane są pod uwagę podczas przygotowania iłu sproszkowanego, przy suszeniu surowca. Nie należy wówczas przekraczać temperatury dehydroksylacji. Wpływ wysokich temperatur jest także ważny w technologii płuczkowej, przede wszystkim w przypadku wierceń głębokich otworów, ponieważ panujące w tym środowisku warunki termiczne mogą ujemnie oddziaływać na własności fizyczne płuczek wiertniczych [74,96]. Technologię wiercenia otworu określają nie tylko nacisk i obroty świdra, ale przede wszystkim płuczka wiertnicza, a w szczególności jej parametry reologiczne. Postęp w nauce o płynach i mechanice ich zachowania się w różnych warunkach temperatury, ciśnienia oraz natężenia przepływu wywarł zasadniczy wpływ na wyjaśnienie zjawisk zachodzących w płuczkach wiertniczych i na postęp technologiczny wiercenia otworów. Wielofunkcyjność zadań, jakie spełniają płuczki wiertnicze sprawia, że dobra znajomość zachowania się płuczek w rozmaitych warunkach otworowych ma zasadniczy wpływ na technologię wiercenia. 6

11 Podstawowe parametry reologiczne płuczki wiertniczej takie jak: gęstość, lepkość, granica płynięcia, wytrzymałość strukturalna, ph oraz jej skład chemiczny stanowią bazę, która pozwala na utrzymanie właściwej technologii wiercenia. Ustanowienie określonych parametrów reologicznych płuczki dla danych warunków wiercenia stanowi źródło nie tylko bezawaryjnego wykonania otworu, ale również optymalizacji wiercenia pod względem ekonomicznym. Wielkość poszczególnych parametrów reologicznych płuczki wiertniczej pozostaje w ścisłym związku ze składem chemicznym płuczki, który musi być odpowiednio dobrany do składu chemicznego przewiercanych formacji geologicznych oraz płynów złożowych, z którymi płuczka pozostaje w kontakcie podczas wiercenia otworu. Ponadto w trakcie wiercenia otworu często występuje potrzeba wykonania różnych zabiegów związanych np. z likwidacją ucieczek płuczki poprzez wykonanie korków cementowych, kwasowania, szczelinowania itp. Zabiegi te obok normalnego cementowania rur okładzinowych wymagają stosowania różnego rodzaju dodatków chemicznych, których skład chemiczny w połączeniu z płuczką wiertniczą powoduje wystąpienie procesów skażenia i degradacji. Nagłe wystąpienie procesów degradacyjnych w płuczce wiertniczej, poprzez skażenie różnego rodzaju czynnikami natury chemicznej oraz fizycznej, może być przyczyną bardzo poważnych awarii wiertniczych i może nawet doprowadzić do likwidacji otworu. Zdolność przewidywania wystąpienia czynników degradacyjnych podczas wiercenia otworu jest bardzo istotna w planowaniu, a także kontroli parametrów reologicznych płuczek wiertniczych. Reagowanie na ich zmiany oraz ciągły monitoring parametrów płuczki wtłaczanej oraz wypływającej z otworu jest możliwe, dzięki zastosowaniu aparatury kontrolno-pomiarowej (tzw. Data Log). Kontrola parametrów reologicznych płuczki i śledzenie procesu wiercenia otworu daje gwarancję, że wystąpienie czynników degradacyjnych może być skutecznie likwidowane lub skutki skażenia płuczki usuwane tak szybko, aby nie nastąpiła sytuacja grożąca awarią otworu. Tak więc, decydujące znaczenie w procesie wiercenia, a szczególnie dowiercania otworów ma występowanie zjawisk o charakterze degradacyjnym i czynników skażenia cieczy wiertniczej. Degradacja płuczek spowodowana przez czynniki natury chemicznej lub fizycznej jest stale postępującym procesem w trakcie wiercenia otworu, w miarę jak następuje ciągły kontakt cieczy wiertniczej z przewiercaną formacją geologiczną oraz płynami złożowymi. Część cząstek zwiercanej skały może być neutralna i nie wpływa negatywnie na parametry reologiczne płuczki, ale z reguły większość przewiercanych formacji, ze względu na ich chemizm, jest przyczyną występowania pewnych problemów dotyczących zmiany wielkości parametrów płuczki wiertniczej lub pojawienia się procesów korozji. Ten negatywny wpływ czynników degradacyjnych zależy od tego, jak szybkie jest ich oddziaływanie na płuczkę wiertniczą. Bardzo często wiercenie prowadzone jest na obszarze w miarę dobrze rozpoznanym pod względem geologicznym, tak więc działania prewencyjne polegające na uprzedniej obróbce chemicznej płuczki wiertniczej stanowią czynnik zapewniający ochronę płynu przed degradacją. Charakter skażenia i degradacji płuczki jest, jak uprzednio wspomniano uzależniony od tego, czy płuczka sporządzona jest na bazie wody, oleju napędowego czy też ropy naftowej [96,101]. Degradacja każdej z tych płuczek przebiega w odmienny sposób. W przypadku płuczek wiertniczych sporządzonych na bazie wody słodkiej lub solanki większość problemów związanych z degradacją płuczki dotyczy oddziaływania czynników cząstek ilastych, co wiąże się z oddziaływaniem o charakterze fizycznym, jak i chemicznym. 7

12 Do powszechnie występujących w praktyce czynników natury chemicznej, które powodują procesy degradacji płuczek wiertniczych zaliczyć można wszelkiego rodzaju sole. Do najprostszych, tzw. jednowartościowych soli można zaliczyć powszechnie występującą sól kamienną NaCl i rzadziej występujący chlorek potasu KCl. Dane literaturowe [16,77,96] wskazują, że do najbardziej rozpowszechnionych soli dwuwartościowych, które biorą udział w procesie degradacji płuczki należą takie sole jak: siarczan wapnia - CaSO 4 wodorotlenek wapnia (cement) - Ca(OH) 2 siarczan magnezu - MgSO 4 chlorek magnezu - MgCl 2 Jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków stosowanych w technologii płuczkowej, które zaliczamy do chemicznych czynników degradacyjnych płuczki jest chlorek sodu. Obok chlorku sodu często jako wtrącenia występują chlorki potasu, które w podobnym stopniu jak NaCl wpływają negatywnie na parametry płuczki. Sól bardzo łatwo rozpuszcza się w wodzie, stąd też destrukcyjne działanie soli w cieczach wiertniczych sporządzonych na bazie wody jest łatwo zauważalne. Wzrost koncentracji jonów chlorkowych w płuczce powoduje znaczący wzrost lepkości, filtracji, wytrzymałości strukturalnej oraz granicy płynięcia, przy jednoczesnym możliwym spadku wartości ph. Najprostszym sposobem oceny destrukcyjnego działania soli jest kontrolowanie poziomu chlorków w filtracie płuczki. Wskaźnik ten jest podstawowym sygnałem, który informuje o dopływie solanki lub też o przewierceniu skał zawierających warstwy solne. Dopływ solankowych wód złożowych do płuczki w trakcie wiercenia jest najczęściej rejestrowany poprzez wzrost poziomu płuczki w zbiornikach, przy jednoczesnym wzroście koncentracji jonów chlorkowych oraz często objawiającym się spadkiem gęstości płuczki. Ostatni parametr, tzn. gęstość płuczki stanowi bardzo ważny czynnik w procesie utrzymywania równowagi ciśnienia w otworze. Zmiana tego parametru jest łatwo zauważalna poprzez spadek ciśnienia tłoczenia i zwiększenie suwów pompy płuczkowej. Podstawowym zabiegiem prewencyjnym związanym z dopływem solanki będzie zawsze podniesienie gęstości płuczki wiertniczej do wartości równoważącej ciśnienie denne otworu. Zabiegi te należą oczywiście do działań czysto mechanicznych, nie mniej jednak w zależności od składu chemicznego solanek należy podjąć działania prewencyjne, mające na celu stabilizację parametrów reologicznych płuczki. Dopływ solanki do płuczki powoduje flokulację płuczki, czyli jej zagęszczenie, co wymaga stosowania środków chemicznych rozrzedzających, jak również stabilizujących parametry reologiczne podwyższających wartość ph. Efektywność działania tych środków jest w dużej mierze uzależniona od składu chemicznego solanek. W niektórych obszarach występowania solanek złożowych, zwłaszcza w formacjach cechsztynu, destrukcyjne działanie solanki może być szczególnie uciążliwe. Często solanki magnezowe należą do tych, które powodują największą destrukcję oraz skażenie płuczki wiertniczej. Czasami obróbka chemiczna płuczek skażonych solankami magnezowymi staje się bezskuteczna i tylko wymiana płuczki pozwala na kontynuację wiercenia otworu. Znane są także przypadki wiercenia otworów na Niżu Polskim, gdzie dopływ solanek magnezowych był przyczyną poważnych awarii wiertniczych oraz likwidacji otworu. Czynnikiem wpływającym degradacyjnie na płuczkę wiertniczą jest także obecność siarczanów wapnia w solance, występujących w postaci uwodnionego siarczanu wapnia, określanego powszechnie jako gips, oraz bezwodnego siarczanu wapnia, tj. anhydrytu. Gipsy 8

13 oraz anhydryty powszechnie występują w czapach wysadów solnych, w cienkich warstwach osadowych, wodzie bazowej, a także jako skały ewaporytowe przedzielone na przemian cienkimi wtrąceniami warstwowymi mułowców. Siarczany wapnia w kontakcie z płuczką wykonaną na bazie wody słodkiej wywołują zjawisko flokulacji i agregacji, co w rezultacie powoduje, że płuczka ulega zagęszczeniu. Skażenie płuczki wiertniczej siarczanami wapnia powoduje znaczącą zmianę parametrów reologicznych, co objawia się wzrostem lepkości, wytrzymałości strukturalnej, filtracji i granicy płynięcia. Filtrat płuczki skażonej siarczanem wapnia wykazuje podwyższoną twardość, a także wyższą zawartość jonów siarczanowych. W przypadku stosowania płuczek wapiennych dopływ solanek siarczanowych, jak również przewiercania skał zawierających gips lub anhydryt nie będzie miało większego wpływu na skażenie płuczki wiertniczej. Płuczki wiertnicze wykonane na bazie wody słodkiej, skażone siarczanami wapnia należy poddać obróbce chemicznej poprzez dodanie najczęściej węglanu sodu. Dodanie sody powoduje wstrzymanie procesu flokulacji i agregacji poprzez wytrącenie jonów w postaci rozpuszczalnego węglanu wapnia. Poprzez wprowadzenie niewielkiej ilości sody do płuczki wiertniczej następuje automatyczny spadek lepkości oraz wytrzymałości strukturalnej. Przy zastosowaniu większych dawek sody może wystąpić wtórne skażenie płuczki, ponieważ rozpuszczona soda powoduje wzrost wytrzymałości strukturalnej. Innym sposobem na usunięcie skażenia płuczki siarczanami jest zastosowanie środków chemicznych, które inicjują jednocześnie proces agregacji oraz flokulacji. Znanymi preparatami dobrze reagującymi w środowisku skażonym siarczanami są środki chemiczne rekomendowane przez Polski Serwis Płynów Wiertniczych w Krośnie. Zalicza się do nich środki chemiczne znane pod nazwami handlowymi LIGNOPEX, DISPER i DESCO CF, które działają skutecznie w środowisku płuczki o znacznym stopniu zasolenia. W praktyce przed przystąpieniem do przewiercania pokładów warstw gipsowych lub anhydrytowych zaleca się obróbkę płuczki wiertniczej środkami chemicznymi z grupy lignosulfonianów z dodatkiem sody kaustycznej. Środki te w optymalny sposób utrzymują reologię płuczki na poziomie odpowiedniej płynności w obecności soli siarczanowych i dzięki temu ich destrukcyjny wpływ jest prawie niezauważalny [56]. Bardzo istotną rolę w procesach degradacji płuczki wiertniczej odgrywa również skażenie cementem lub kamieniem cementowym. Skażenie cementem (tj. wodorotlenkiem wapnia) jest częstym zjawiskiem spotykanym w różnego rodzaju operacjach w trakcie wiercenia otworu. Do operacji tych zalicza się: zwiercanie korków cementowych w rurach lub otworze niezarurowanym docementowanie rur lub likwidacja nieszczelności wytłaczanie zaczynu cementowego płuczką bez buforu Wykonywanie każdej z w/w operacji stanowi zawsze zagrożenie wystąpienia degradacji płuczki lub okresowego skażenia, które jest zwykle usuwane metodami chemicznymi. Efekt skażenia cementem jest bardziej znaczący, jeżeli płuczka wiertnicza pozostaje w kontakcie z zaczynem cementowym lub czystym cementem. Natomiast w przypadku kontaktu płuczki z cementem związanym, lub kamieniem cementowym stopień degradacji płuczki ulega znacznemu osłabieniu. Skażenie płuczki wiertniczej zaczynem cementowym lub kamieniem cementowym w trakcie jego zwiercania powoduje prawie natychmiastową zmianę własności reologicznych płynu, następuje wzrost lepkości pozornej, granicy płynięcia, wytrzymałości strukturalnej, filtracji oraz ph. Jeżeli wskaźnik ph płuczki jest wysoki (tj. powyżej 10), wówczas stopień degradacji ulega znacznemu osłabieniu w wyniku korzystnego działania jonów wodorotlenowych. W celu usunięcia skutków skażenia płuczki zaczynem cementowym 9

14 należy doprowadzić płyn do stanu zdyspergowanego oraz deflokulacji. Zmiana parametrów reologicznych płuczki wiertniczej w tym przypadku polega na usunięciu jonów wapnia, które są przyczyną powstania skażenia lub degradacji. Powszechnie używanym środkiem chemicznym do usuwania skażenia płuczki zaczynem cementowym jest węglan sodu. Dodatek węglanu sodu do cieczy wiertniczej powoduje wytrącanie węglanu wapnia, który jest rozpuszczalny w wodzie i w ten sposób następuje regulacja parametrów reologicznych. Przy niewielkim skażeniu (niski stopień degradacji) wystarczy dodanie sody kaustycznej, wraz z organicznym środkiem rozcieńczającym, które w sposób prawie natychmiastowy regulują parametry reologiczne płynu [80,99]. Kolejnym czynnikiem powodującym degradację cieczy wiertniczej jest siarkowodór. Przewiercanie skał węglanowych i dolomitycznych często wiąże się z dopływem H 2 S w formie rozpuszczonej w solance. Skażenie płuczki wiertniczej siarkowodorem jest bardzo charakterystyczne, ponieważ przy określonym stężeniu H 2 S płuczka natychmiast zmienia barwę. Jeżeli stężenie solanki zawierającej siarkowodór nie jest zbyt wysokie, wówczas następuje najczęściej zmiana barwy, natomiast parametry reologiczne pozostają prawie niezmienione. W przypadku wysokiego stężenia jonów magnezowych lub wapiennych oraz wysokiego stężenia H 2 S mamy do czynienia z całkowitą degradacją cieczy wiertniczej. Oprócz czynników o charakterze chemicznym w istotny sposób na degradację płuczek wiertniczych wpływają procesy fizycznej degradacji płuczek wiertniczych. Procesy te wiążą się ściśle z zagadnieniem uwodnienia oraz rozdzielenia uwodnionych cząstek iłów, które tworzą strukturę o określonej lepkości i wytrzymałości strukturalnej. Proces hydratacji iłów w wodzie słodkiej przebiega na ogół w sposób uporządkowany, bez wywołania fizycznej degradacji płuczki wiertniczej, natomiast dopływ solanki (magnezowej lub wapiennej) powoduje zakłócenie równowagi zdyspergowanej płuczki iłowej. Znajomość mechanizmów tworzenia się poszczególnych stanów równowagi cieczy wiertniczej oraz kształtowania się poszczególnych parametrów pozwala na zrozumienie zachodzących zjawisk w otworze, podczas przewiercania skał zawierających agresywne płyny lub też skał, których skład chemiczny powoduje degradację. W pewnych przypadkach określenie stanu równowagi płuczki wiertniczej jest trudne, ponieważ przyczyny zmian parametrów reologicznych mogą być związane z wysoką zawartością fazy stałej w płuczce wiertniczej lub ze zjawiskiem sedymentacji, np. barytu. Tak więc, wysoka zawartość fazy stałej oraz zjawisko sedymentacji może być kolejnym fizycznym czynnikiem skażenia lub degradacji płuczki wiertniczej. W takiej sytuacji można raczej mówić o skażeniu, a nie o degradacji, ponieważ płuczka zawierająca fazę stałą w nadmiernej ilości, po określonych zabiegach technologicznych może być przywrócona do pełnej używalności. Natomiast w przypadku cieczy wiertniczych całkowicie zdegradowanych, jedynie ich wymiana na nowe pozwala na dalszą kontynuację wiercenia. Jak uprzednio wspomniano, do fizycznych czynników degradacyjnych można także zaliczyć temperaturę. Jeżeli środki chemiczne stosowane do utrzymania odpowiednich parametrów cieczy wiertniczej nie wykazują wystarczającej odporności termicznej, wówczas temperatura występująca na dnie otworu może być przyczyną zmiany wielu parametrów reologicznych płuczki. Objawy degradacji spowodowanej wpływem wysokich temperatur w otworze mogą być niekiedy zbliżone do tych, które spotyka się w przypadku chemicznych czynników degradacyjnych. Aktualnie czynnik temperaturowy nie stanowi większego problemu w technologii wiercenia, ponieważ środki chemiczne stosowane do obróbki płuczki wiertniczej mają określoną wytrzymałość termiczną, a także łatwo można określić gradient temperatury w konkretnym otworze. Wyjątkiem mogą tutaj być otwory termalne, w których temperatury osiągają czasami niespodziewanie wysokie wartości. 10

15 Przedstawione powyżej fizykochemiczne czynniki degradacyjne [23,28,74,77,96,130] wywierają zasadniczy wpływ na proces wiercenia. Poza opisanymi czynnikami istnieją także czynniki o innym podłożu, które określa się jako procesy biodegradacji. Przez wiele lat nie doceniano w technologii płuczkowej wpływu innych zjawisk, oprócz zjawisk natury fizycznej oraz chemicznej, na przebieg i efektywność wiercenia otworów. W niniejszej pracy zwrócono uwagę na bardzo ważny, a dotąd często pomijany, mikrobiologiczny aspekt procesów degradacji cieczy wiertniczych. Jak wiadomo, procesy z udziałem drobnoustrojów są nieodłącznie związane z przemianami chemicznymi, a także generują określone reakcje chemiczne w środowisku. Kontakt cieczy wiertniczej z wodami złożowymi oraz cząstkami zwiercanej skały, jako podstawowy czynnik degradacyjny (uprzednio omówiony) powoduje nie tylko zmiany chemiczne płynu, ale również jest źródłem zmian o charakterze mikrobiologicznym. W przewiercanych skałach i w solankach złożowych egzystuje wiele rodzajów, są to głównie mikroorganizmy rozkładające węglowodory w postaci ciekłej i gazowej. Mogą one korzystać z węgla organicznego różnych związków węglowodorowych, począwszy od metanu, poprzez węglowodory alifatyczne, aromatyczne, a nawet ciężkie ropy. Bakterie te również w płuczce wiertniczej znajdują korzystne warunki do rozwoju, ponieważ część wymienionych drobnoustrojów posiada cechy metaboliczne umożliwiające rozkład różnych związków organicznych i przy tym wysoką odporność na zmienne czynniki środowiskowe. Specyficzną grupę wśród omawianych, występujących w warstwach ropoi gazonośnych, stanowią anaerobowe bakterie redukujące siarczany (SRB). Metabolizm tych drobnoustrojów, podobnie jak wielu innych tlenowych i beztlenowych, pozwala na rozwój w warunkach złóż węglowodorów, a także na rozwój w środowisku polimerowej płuczki wiertniczej. Bakterie beztlenowe oraz inne współdziałające z nimi mikroorganizmy tlenowe rozkładają zarówno węglowodory, jak i inne związki organiczne, w tym polimery płuczkowe. Do wcześniej omówionych, czynników należał siarkowodór, traktowany jako chemiczny czynnik degradacyjny. Należy zaznaczyć, że H 2 S może mieć także pochodzenie biologiczne, i w tym przypadku jest to produkt przemian biochemicznych, które zachodzą w wyniku aktywności redukujących siarczany. Oprócz wytwarzania szczególnie groźnego związku jakim jest siarkowodór, działalność drobnoustrojów w płuczce wiertniczej to przede wszystkim powstawanie dwutlenku węgla, (w wyniku procesów metabolicznych) który może powodować obniżenie ph płynu. Zmiana wyjściowego, zasadowego odczynu płuczki wiertniczej jest podstawowym sygnałem istnienia procesów biodegradacji. Świadczy to o obecności żywych komórek bakteryjnych w badanym materiale. Część drobnoustrojów, które dostają się do płuczki, posiada zdolności do rozkładu polimerów naturalnych, półsyntetycznych oraz syntetycznych, stanowiących podstawowe składniki cieczy krążącej w otworze. Jest to bardzo niekorzystne zjawisko z punktu widzenia zadań, które płuczka wiertnicza spełnia w otworze. Płuczka polimerowa rozkładana przez bakterie traci swoje własności, stąd tak ważnym aspektem w technologii wiercenia otworów jest odpowiednie zabezpieczenie płynu przed biodegradacją. Tak więc, procesy rozkładu polimerów płuczkowych oraz wytwarzanie gazów biogennych, enzymów i innych produktów metabolizmu może bardzo szybko zmienić wyjściowy skład chemiczny cieczy wiertniczej, a tym samym zmienić jej parametry reologiczne. Istotnym problemem jest także źródło pochodzenia rozwijających się w omawianym środowisku. Poza występowaniem w przewiercanych formacjach geologicznych oraz w solankach złożowych, część drobnoustrojów jest wprowadzana do płuczki w trakcie samych zabiegów technologicznych. Dotychczas nie zwracano uwagi na tego rodzaju czynniki, używając często do sporządzania płuczki wodę zanieczyszczoną, o wysokim stopniu skażenia mikrobiologicznego. 11

16 Zagadnienia dotyczące aktywności mikroorganizmów w różnych płynach przemysłowych, w tym także w płuczkach wiertniczych są bardzo ważne, zwłaszcza gdy mamy do czynienia z odwiertami produkcyjnymi lub odwiertami wchodzącymi w skład struktur złożowych podziemnych magazynów gazu. W tych przypadkach brak kontroli mikrobiologicznej oraz chemicznej może na długie lata zaburzyć równowagę złoża, a przede wszystkim doprowadzić do pojawienia się biogennego siarkowodoru (lub wzrostu jego stężenia) oraz skażenia strefy przyodwiertowej. Ponieważ bakterie posiadają zdolności do rozkładu polimerów, niszcząc tym samym płuczkę wiertniczą, konieczne jest zabezpieczenie płynu począwszy od pierwszych zabiegów związanych z jego sporządzaniem, sposobem przechowywania składników i stanem ośrodka dyspersyjnego. Drobnoustroje wytwarzają szereg wewnątrz- oraz zewnątrzkomórkowych enzymów [71,109,133], dzięki którym mogą przyswajać określone związki polimerowe. Procesy mikrobiologicznej degradacji związków polimerowych są procesami złożonymi, wymagającymi udziału różnych enzymów, np. całkowity proces rozkładu skrobi i celulozy wymaga działania trzech enzymów [31]. Enzymy są obecne w żywych komórkach, a także wewnątrz spor bakteryjnych. Mogą być adsorbowane na powierzchni cząstek mineralnych. Oznacza to, że aktywność enzymatyczna może utrzymywać się również wtedy, gdy komórki bakteryjne zostaną zabite [50]. Dlatego też niezwykle istotne jest niedopuszczenie do niekontrolowanego rozwoju mikroorganizmów w płynach wiertniczych, gdyż nawet zabieg sterylizacyjny nie gwarantuje inaktywacji wydzielonych wcześniej enzymów i tym samym proces biodegradacji nie zostanie zahamowany [58]. Spośród całego spektrum enzymów [18,65,76,107] wytwarzanych przez drobnoustroje należy wymienić: amylazy i pullulanazy - odpowiedzialne za degradację preparatów skrobiowych, celulazy i karboksymetylocelulazy - rozkładające KMC, specyficzne depolimerazy - odpowiedzialne za rozkład polimerów syntetycznych Enzymy są związkami wysoce specyficznymi w stosunku do substratu, jak również do atakowanego wiązania. Jest to uwarunkowane ich określoną budową chemiczną, gdyż są to także polimery, tj. białka, o wyjątkowo złożonej strukturze przestrzennej tzw. konformacji. Struktura ta pozwala cząsteczkom enzymów na ścisłe oddziaływanie z cząsteczkami substratu i stworzenie odpowiedniego środowiska dla rozpoczęcia reakcji enzymatycznej. Problematyka biodegradacji w technologii płuczek wiertniczych stanowi szczególnie istotny aspekt w całości zjawisk związanych z degradacją tych płynów. Problem dotyczy przede wszystkim ochrony polimerów jako składników płynów wiertniczych, a więc wiąże się ze stosowaniem odpowiednich biocydów. Z drugiej strony należy zwrócić uwagę, że procesy biodegradacji mają również korzystne znaczenie, gdy pojawia się problem odpadów pozostających po wierceniu i konieczność ich utylizacji. W tym zakresie mikroorganizmy pełnią pożyteczną rolę, zmniejszając zagrożenie dla środowiska przyrodniczego związane z dużą ilością materiałów organicznych oraz węglowodorów, które często deponowane były na obszarze kraju w dołach urobkowych. W pewnych rejonach kraju stanowią one nadal duże zagrożenie dla środowiska przyrodniczego, a szczególnie dla wód. Aby ten problem rozwiązać konieczne jest stosowanie odpowiednich wyselekcjonowanych drobnoustrojów, w zależności od rodzaju skażenia, jak również uaktywnienie mikroflory autochtonicznej. 12

17 Wyniki prac badawczych w zakresie likwidacji odpadów wiertniczych zostały z pozytywnym efektem wdrożone przez Instytut Nafty i Gazu, na dołach urobkowych zlokalizowanych na południu kraju. Nadal kontynuowane są badania laboratoryjne nad doborem optymalnych biopreparatów w celu oczyszczania gruntów metodą mikrobiologiczną. Należy podkreślić, że zagadnienia związane z aktywnością drobnoustrojów w płuczkach wiertniczych i podatnością różnych związków polimerowych na biodegradację mogą być bardzo przydatne dla celów przemysłowych, ze względu na wpływ czynników o charakterze biologicznym na trwałość płuczki wiertniczej, przebieg procesu wiercenia i jednocześnie na możliwość rozkładu powyższych materiałów płuczkowych w środowisku po zakończeniu procesu wiercenia. Prace badawcze dotyczące tych zagadnień prowadzone były m.in. na materiale stosowanym w warunkach wierceń morskich (off shore) na złożu w Nigerii [87]. Ponadto, jak informują najnowsze dane literaturowe [37], obecnie realizowane są badania nad usprawnieniem metod i procedur stosowanych w celu rozkładu organicznych polimerów zdeponowanych w środowisku, przy udziale drobnoustrojów. W dalszej części niniejszej rozprawy omówiono szczegółowo procesy mikrobiologiczne występujące w polimerowych płuczkach wiertniczych, w oparciu o materiał zgromadzony w ciągu wielotetnich prac, bezpośrednio związanych z krajowym przemysłem naftowym. 13

18 3. Technologia płuczek wiertniczych z uwzględnieniem roli procesów mikrobiologicznych Płuczka wiertnicza jako wieloskładnikowy układ dyspersyjno koloidalny wymaga zastosowania różnorodnych materiałów oraz środków chemicznych, w celu uzyskania wymaganych parametrów technologicznych i reologicznych w trakcie procesu wiercenia. Od wielu lat w technologii płuczkowej znajdują zastosowanie liczne polimery organiczne. Polimery naturalne (biopolimery) w sprzyjających warunkach, tj. odpowiedniej temperaturze, zasoleniu i ph płuczki ulegają bardzo szybkiemu rozkładowi biologicznemu [8,97]. Spośród polimerów półsyntetycznych stosowane są pochodne celulozy oraz skrobi [46,99,131,137], które również są substratem w procesach metabolicznych drobnoustrojów. Mikrobiologiczna degradacja związków organicznych, wchodzących w skład płuczek wiertniczych przyczynia się do pogorszenia ich jakości, co powoduje konieczność zwiększenia częstotliwości obróbki chemicznej płuczek w trakcie wiercenia i wzrost kosztów eksploatacji. W technologii płuczek wiertniczych decydujący jest dobór odpowiednich materiałów płuczkowych do określonego typu płuczki, jej specyficzny skład chemiczny, rodzaj ośrodka dyspersyjnego, sposób i warunki wytwarzania płuczki wiertniczej oraz regulowania jej parametrów fizykochemicznych. Do materiałów płuczkowych zalicza się różnorodne surowce, materiały i środki chemiczne służące do sporządzania oraz regulowania parametrów płuczek wiertniczych. Podstawowymi surowcami płuczkowymi są minerały ilaste, które w postaci surowej lub sproszkowanej służą do sporządzania najczęściej stosowanych typów płuczek wiertniczych. Ważną rolę pełnią także surowce używane do regulowania ciężaru właściwego płuczki, a także środki chemiczne przeznaczone do regulowania parametrów reologicznych płuczek wiertniczych. Na szczególną uwagę zasługują materiały płuczkowe służące do regulowania filtracji płuczek wiertniczych. Płuczka sporządzona z wysokojakościowego bentonitu odznacza się niską filtracją. Jest to spowodowane tym, że tworzący się osad iłowy, pomimo że tworzy cienką warstwę, jest zwięzły i dobrze zagęszczony oraz przepuszcza tylko niewielką ilość filtratu. Filtracja płuczki ma istotne znaczenie dla prawidłowego przebiegu procesu wiercenia otworu. Wysoka filtracja może być przyczyną wielu problemów podczas wiercenia, które są spowodowane przez rozmakanie i obsypywanie się skał ilastych do otworu. Może także powodować utratę przepuszczalności skał zbiornikowych. Miarą filtracji jest liczba centymetrów sześciennych filtratu odsączona z płuczki pod ciśnieniem 0,69 MPa w ciągu 30 min. Wyróżnia się dwa rodzaje filtracji: statyczną oraz dynamiczną. Filtracja statyczna występuje w przypadku przesączania się cieczy do przewierconych skał w warunkach statycznych. W procesie tym twarde cząstki z płuczki wiertniczej osadzają się w porach oraz szczelinach skał i zatykając je tworzą cienką warstwę iłu o kapilarnych kanalikach, przez które przesącza się ciecz. W początkowym stadium procesu powstawania osadu iłowego następuje kolmatacja strefy przyodwiertowej. Podstawowe znaczenie dla procesu filtracji i osadu iłowego ma rodzaj iłu, z którego sporządzono płuczkę oraz jej stan koloidalny. Płuczka wiertnicza koloidalna tworzy na ścianie otworu cienki oraz wytrzymały osad iłowy, natomiast płuczka o niskim stopniu koloidalności tworzy osad mniej wytrzymały. Filtracja dynamiczna występuje w przypadku przesączania cieczy podczas przepływu płuczki wiertniczej w otworze. Proces ten występuje w trakcie cyrkulacji płuczki wiertniczej i powstaje wówczas większa ilość filtratu, niż w warunkach statycznych, natomiast ilość 14

19 osadu iłowego jest mniejsza. Pomiędzy płuczką wiertniczą a osadem iłowym tworzy się strefa przejściowa, której grubość jest charakterystyczna dla danej płuczki. Strefa ta wpływa na proces filtracji dynamicznej. Wytrzymałość osadu iłowego na ścianie otworu jest stosukowo wysoka, tak więc nie występuje jego ścinanie przy przepływie płuczki wiertniczej. Natomiast wytrzymałość strefy przejściowej jest niewielka i strefa ta może być zerwana przez przepływającą płuczkę wiertniczą. Stwierdzono również, że podczas burzliwego przepływu płuczki osad iłowy jest niszczony szybciej, niż podczas przepływu warstwowego. W trakcie wiercenia, w otworze zmieniają się warunki geologiczne, i w związku z tym na proces powstawania osadu iłowego mają wpływ zmieniające się właściwości fizykochemiczne płuczki wiertniczej. Dobór odpowiedniego stopnia filtracji płuczki wiertniczej zależy od konkretnych warunków geologicznych. Podczas dowiercania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego, jak również wiercenia w skałach porowatych lub pęczniejących pod wpływem wody, wskaźnik filtracji powinien być jak najmniejszy. Jest to związane z niebezpieczeństwem zmniejszenia się średnicy otworu w wyniku powstania grubego osadu iłowego oraz występowania zjawiska pęcznienia przewiercanych skał. Podczas stosowania płuczki wiertniczej o wysokiej filtracji, pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego słupa płuczki, w otworze następuje intensywne przenikanie filtratu w skały porowate. W związku z tym następuje zmiana przepuszczalności strefy przyodwiertowej oraz jej kolmatacja przy ścianie otworu. Oddziaływanie filtrującej płuczki wiertniczej na złoże może być przyczyną istotnych zmian współczynnika przepuszczalności w obrębie strefy przyodwiertowej [96]. Materiały płuczkowe, których używa się do regulowania filtracji płuczek wiertniczych to koloidy ochronne (stabilizatory). Jak uprzednio wspomniano, do podstawowych koloidów ochronnych zalicza się modyfikowaną skrobię, karboksymetylocelulozę i poliakrylonitryle. Powyższe środki chemiczne, będące składnikami wodno dyspersyjnych polimerowych płuczek wiertniczych, zostały poddane szczegółowym i wielostronnym badaniom mikrobiologicznym, zaprezentowanym w dalszych rozdziałach niniejszej rozprawy. Rola polimerów w płuczce wiertniczej to, jak wyżej omówiono, przede wszystkim obniżanie filtracji. Poza nielicznymi wyjątkami, podczas wiercenia otworu wymagana jest mała filtracja płuczki w celu ograniczenia szkodliwego działania filtratu na przewiercane poziomy produktywne i perspektywiczne oraz zapobiegania trudnościom wiertniczym, związanym z przewiercaniem skał ilastych i innych słabozwięzłych skał. Małą filtrację płuczki wiertniczej zapewnia przede wszystkim użycie koloidów ochronnych oraz częściowo bentonitu. Jednym z najważniejszych i podstawowych parametrów płuczki wiertniczej jest omówiona uprzednio filtracja. Ponadto związki polimerowe spełniają różne inne funkcje, jak np. zwiększanie lub zmniejszanie lepkości, flokulacja zwiercin, ograniczanie hydratacji przewiercanych skał ilastych i inne [33,96,98,123]. Omawiając zagadnienia związane z technologią oraz degradacją płuczek wiertniczych, ze szczególnym uwzględnieniem roli procesów mikrobiologicznych, należy zwrócić uwagę na zastosowanie polimerów organicznych w technologii płuczkowej. Związki polimerowe są obecnie w powszechnym użyciu w przemyśle naftowym [7,9,101,122], a ich odpowiedni dobór, uzależniony od warunków geologicznych oraz technicznych umożliwia optymalizację procesu wiercenia. Biorąc pod uwagę zjawiska o charakterze biodegradacyjnym w środowisku płuczki wiertniczej, pierwszoplanowym aspektem jest zastosowanie w technologii wiercenia tych związków polimerowych, które wykazują najniższą odporność na działanie drobnoustrojów. Związki chemiczne ulegające stosunkowo szybkiemu rozkładowi pod wpływem działania mikroorganizmów są z jednej strony korzystne ze względów ekologicznych, jednak ich stosowanie może stać się przyczyną wystąpienia niekorzystnych zjawisk w trakcie wiercenia. 15

20 Grupa związków polimerowych obejmuje różne wielkocząsteczkowe związki chemiczne otrzymywane z monomerów w procesie polimeryzacji. Polimery składają się z szeregu (od kilku do kilku tysięcy) powtarzających się prostych cząsteczek. Związki te mogą być utworzone z łańcuchów prostych lub rozgałęzionych, mogą mieć także budowę usieciowaną. Masa cząsteczkowa poszczególnych cząsteczek polimerowych na ogół nie jest jednakowa i dlatego podaje się zwykle przedział wartości lub średnią masę cząsteczkową. Zdolność do polimeryzacji charakteryzuje związki chemiczne zawierające wiązania wielokrotne między atomami węgla, jak np.: ( ' C = C ' ( C / C Zdolność do polimeryzacji posiadają także związki chemiczne zawierające wiązania wielokrotne między atomami węgla i innych pierwiastków, jak np.: C / N ( C = O ' Klasyfikując polimery organiczne stosowane w technologii płuczek wiertniczych, można dokonać ich podziału na podstawie pochodzenia, składu chemicznego oraz funkcji spełnianej w płuczce, a także innych cech. Najczęściej polimery dzieli się na trzy grupy: naturalne np. żywica guarowa; modyfikowane, w tym produkty żywych organizmów () np. żywica ksantanowa oraz polimery półsyntetyczne np. karboksymetyloceluloza, wysokomodyfikowane pochodne skrobi; syntetyczne. Pod względem funkcji spełnianych przez polimery w płuczce wiertniczej można je podzielić następująco: środki zagęszczające płuczkę wiertniczą wiskozifiery; środki rozrzedzające płuczkę wiertniczą upłynniacze; środki obniżające filtrację; flokulanty całkowite i selektywne; stabilizatory skal ilastych; środki zwiększające wydajność bentonitu; polimerowe środki przeciwpianowe. 16

21 Zróżnicowanie polimerów pod względem ich składu chemicznego, własności oraz pełnionych funkcji jest brane pod uwagę przy doborze danego polimeru do konkretnej płuczki wiertniczej. Do czynników wpływających na skuteczność działania polimerów należy: temperatura; zawartość soli rozpuszczalnych w płuczce wiertniczej; zawartość związków alkalicznych; czas użytkowania płuczki; liczebność i aktywność mikroorganizmów w płuczce wiertniczej. O skuteczności działania związków polimerowych w płuczce wiertniczej decyduje także sposób ich stosowania. Wybierając dany związek polimerowy należy wziąć pod uwagę nie tylko jego właściwości, ale także potencjalny wpływ określonego związku na środowisko przyrodnicze. Dotychczas najczęściej używanymi polimerami do obróbki płuczki wiertniczej są produkty skrobiowe i pochodne celulozy, uważane za środki w dużym stopniu uniwersalne, umożliwiające regulowanie parametrów różnych rodzajów płuczek wiertniczych [136], w tym m.in. płuczek inhibitowanych oraz zasolonych. Preparaty skrobiowe należą do skutecznie działających koloidów w wielu typach płuczek wiertniczych, w tym również w płuczkach zasolonych do nasycenia chlorkiem sodowym lub potasowym. Płuczka wiertnicza zawierająca odpowiedni preparat skrobiowy jest w większym stopniu odporna na skażenia zwiercinami, (pochodzącymi z przewiercanych anhydrytów, gipsów, wapieni, jak również soli o zróżnicowanym składzie chemicznym), w porównaniu z płuczką zawierającą syntetyczne związki polimerowe, spełniające funkcję koloidów ochronnych. Ze względu na ich hydrofilowy charakter, środki skrobiowe łatwo rozpuszczają się w wodzie i w płuczce wiertniczej, w związku z czym obróbka chemiczna płuczki nie stwarza większych trudności. Ponadto preparaty skrobiowe, ze względu na ich skład chemiczny i wysoką biodegradowalność traktowane są jako związki nieszkodliwe dla środowiska przyrodniczego. Omawiając polimery skrobiowe i ich zastosowanie w technologii wiercenia należy przypomnieć właściwości chemiczne tych związków. Skrobia jest wielkocząsteczkowym polimerem naturalnym, zaliczanym do grupy węglowodanów (cukrów). Jest polisacharydem szeroko rozpowszechnionym w przyrodzie, stanowiący materiał zapasowy roślin. Rośliny wytwarzają skrobię w procesie asymilacji dwutlenku węgla z powietrza (proces fotosyntezy) przy udziale chlorofilu. Skrobia składa się z polisacharydów, a także niewielkich domieszek glikolipidów i fosforanów. Po ogrzaniu w wodzie skrobia tworzy dwie frakcje, tj. praktycznie nierozpuszczalną i pęczniejącą amylopektynę (80 %) oraz amylozę (ok. 20 %), która tworzy roztwór koloidalny. Amylopektyna tworzy łańcuchy wielokrotnie rozgałęzione, natomiast amyloza występuje w postaci prostych łańcuchów reszt glukozy (rozpuszczalna postać tego związku barwi się na niebiesko w obecności jodu). Stosunek ilościowy tych dwóch frakcji polimerowych zmienia się w zależności od pochodzenia skrobi, lecz przeważa amylopektyna stanowiąca ok % całkowitej masy skrobi [12,14]. Cząsteczki glukozy połączone są w skrobi wiązaniami glikozydowymi. Pod wpływem hydrolizy skrobia rozpada się na dekstryny, dwucukier maltozę, a w końcu na α - D - glukozę. Ze względu na bardzo wysoki stopień biodegradowalności skrobi w jej podstawowej postaci chemicznej, w technologii wiercenia używane są różne pochodne skrobi i skrobia modyfikowana (np. kleikowana). Daje to możliwość stosowania preparatów posiadających większą odporność m.in. na rozkład biologiczny w trakcie procesu wiercenia i jednocześnie całkowicie nietoksycznych dla środowiska złożowego. 17

22 Zarówno pochodne skrobi (np. KMS - karboksymetyloskrobia), jak i skrobia poddana innym modyfikacjom należą do grupy związków, które są stosunkowo łatwo rozkładane przez różne grupy drobnoustrojów. Tak więc środki te, w trakcie ich stosowania w otworze, a także po zakończeniu procesu wiercenia, (występujące w odpadach wiertniczych) nie stanowią zagrożenia dla środowiska przyrodniczego. Stanowią one najbardziej przyjazną ekologicznie grupę związków chemicznych, które używane są obecnie w technologii płuczkowej. Przedstawione powyżej zalety preparatów skrobiowych powodują, że są one często uznawane za uniwersalne koloidy ochronne do płuczek wiertniczych. Wiadomo jednak, że środki te ulegają fermentacji i odznaczają się niższą odpornością termiczną w porównaniu z innym koloidami, np. karboksymetylocelulozą (KMC), co stanowi pewną przeszkodę w ich powszechnym stosowaniu. Część znanych i używanych w wiertnictwie preparatów skrobiowych została opracowana w latach 60-tych. Następne udoskonalone preparaty, będące pochodnymi skrobi były opracowywane w późniejszym okresie, m.in. w Instytucie Nafty i Gazu, w latach 90-tych i obecnie. Skrobia była pierwszym naturalnym polimerem organicznym, który został zastosowany w przemyśle już w 1939 roku do regulowania filtracji płuczek o znacznej zawartości soli. W technologii płuczek wiertniczych skrobia stosowana jest w postaci zmodyfikowanej, ze względu na jej rozpuszczalność w wodzie. Różnorodne środki skrobiowe, które oprócz obniżania filtracji, dodatkowo zwiększają lepkość płuczek, stosowane są jako skuteczne koloidy ochronne praktycznie we wszystkich rodzajach płuczek wodno dyspersyjnych o różnym stopniu zasolenia i rodzaju rozpuszczonych w nich soli. Takie działanie skrobi jest wynikiem jej pęcznienia i zwiększania objętości poprzez adsorpcję wolnej wody z systemu płuczki, dzięki czemu obniża się filtracja oraz następuje wzrost wartości parametrów reologicznych płuczki wiertniczej. Skrobia o zwiększonej objętości wchodzi w skład osadu filtracyjnego. Tworzy ona mieszaninę polimerowo ilastą oraz zmniejsza przepuszczalność tego osadu, ograniczając tym samym szkodliwe działanie filtratu na niezarurowane odcinki otworu [137]. Poprzez odpowiednie zastosowanie preparatów skrobiowych, w połączeniu z bentonitem lub innymi polimerami (np. syntetycznymi) istnieje możliwość kontroli przepuszczalności osadu filtracyjnego, która jest najlepszą metodą regulowania filtracji [14]. Środki skrobiowe charakteryzujące się dużą aktywnością chemiczną w systemie płuczki wiertniczej zaliczane są do koloidów ochronnych typu hydrofilowego. Koloidy hydrofilowe charakteryzują się następującymi właściwościami: są łatwo rozpuszczalne w ośrodku dyspersyjnym; powodują wzrost lepkości sporządzanych roztworów w wyniku wiązania dużej objętości wolnej wody przez cząstki fazy rozproszonej; są odpowiedzialne za tworzenie się galaretowatej konsystencji sporządzanych roztworów poprzez samorzutne przechodzenie zolu w żel; posiadają zdolność pęcznienia, polegającego na zwiększaniu objętości fazy stałej wskutek adsorpcji wody jako ośrodka dyspersyjnego; w wyniku wzajemnego oddziaływania cząstek fazy rozproszonej oraz ośrodka dyspersyjnego w roztworze powstaje określona struktura fibrylowa. Poszczególne rodzaje skrobi różnią się między sobą ciężarem cząsteczkowym, przy czym najniższy ciężar cząsteczkowy posiadają skrobie zbożowe i kukurydziane, najczęściej stosowane przez firmy zachodnie do produkcji koloidów ochronnych. Preparaty skrobiowe stosowane w kraju do regulowania filtracji płuczek wodno dyspersyjnych otrzymywane są ze skrobi ziemniaczanej, charakteryzującej się najwyższym ciężarem cząsteczkowym. 18

23 W technologii płuczek wiertniczych stosowane są środki skrobiowe, które zostały poddane uprzednio obróbce termiczno chemicznej, co powoduje m.in. zwiększenie ich rozpuszczalności w wodzie, w porównaniu z naturalną postacią skrobi. Najprostszym sposobem modyfikacji skrobi jest proces kleikowania (żelatyzacja). Jest to proces termicznej obróbki w temperaturze ok o C w obecności kwaśnych lub zasadowych katalizatorów, w wyniku czego następuje rozerwanie zewnętrznej powłoki amylopektyny oraz uwolnienie zawartej wewnątrz amylozy pęczniejącej i adsorbującej wodę. Otrzymana w ten sposób skrobia jest niepodstawialna i niejonowa oraz rozpuszczalna w wodzie chłodnej, a także w roztworach o dużej koncentracji elektrolitów [99,101]. Środki skrobiowe, otrzymywane w procesie kleikowania zarówno ze skrobi kukurydzianej, jak i ziemniaczanej charakteryzują się niską odpornością termiczną i skłonnością do rozkładu fermentacyjnego pod wpływem działania drobnoustrojów. Odporność termiczna powyższych preparatów wskazuje na graniczną temperaturę, w której preparaty skrobiowe zachowują właściwości koloidu ochronnego i wynosi ona ok o C, w zależności od rodzaju płuczki wiertniczej. Do wysokomodyfikowanych preparatów skrobiowych zalicza się pochodne skrobi, tj. karboksymetyloskrobię (KMS) i hydroksypropyloskrobię (HPS), które są odporne na temperatury wynoszące ok. 130 o C. Wyższą odporność termiczną preparatów skrobiowych, uzyskanych metodą kleikowania, uzyskuje się poprzez ich modyfikację w środowisku płuczki wiertniczej za pomocą polimeru syntetycznego. Biorąc pod uwagę procesy mikrobiologiczne, które zachodzą w środowisku płuczki wiertniczej, należy stwierdzić, że w porównaniu z innymi koloidami ochronnymi np. celulozą, skrobia jest łatwo przyswajalna przez drobnoustroje oraz ulega szybkiej fermentacji pod wpływem ich działalności metabolicznej. Podczas rozkładu skrobi wydzielają się substancje biogenne, odpowiedzialne za pienienie, utratę prawidłowych własności płuczki wiertniczej oraz powstanie nieprzyjemnego zapachu. Te niekorzystne zjawiska pojawiające się w trakcie procesu wiercenia są bezpośrednim następstwem mikrobiologicznej degradacji składników organicznych płynu krążącego w otworze. Koloidy skrobiowe, w których występują wiązania typu α są bardziej podatne na biodegradację, w porównaniu z wiązaniami chemicznymi występującymi w innych koloidach ochronnych, np. w związkach celulozowych zawierających wiązania o konfiguracji typu β. Rozkład polimerów płuczkowych (polisacharydów), w zależności od rodzaju istniejących wiązań chemicznych zachodzi w wyniku działania wielu grup drobnoustrojów, w tym, grzybów i drożdży [18,76,141,142]. Na szybkość procesu fermentacyjnego wpływa temperatura i warunki stosowania środka skrobiowego. W czasie nieprzerwanej cyrkulacji płuczki w otworze, w temperaturze 90 o C skrobia ulega szybkiej degradacji biologicznej. Powyższy proces objawia się wzrostem filtracji i grubości osadu filtracyjnego, nie wywołując większych zmian lepkości płuczki wiertniczej [74,137]. Fermentacyjnemu rozkładowi skrobi w płuczkach można przeciwdziałać poprzez: zwiększenie ph płuczki nawet do wartości ok utrzymywanie zasolenia fazy wodnej powyżej 20 % dodawanie do płuczki wiertniczej środków antyfermentacyjnych, czyli biocydów Środki antybakteryjne powinny być okresowo uzupełniane ze względu na ich adsorpcję na zwiercinach i ścianie otworu, a także mogą one ulegać częściowej inaktywacji w trakcie wiercenia. Obecnie najczęściej stosowane w krajowej technologii płuczkowej są następujące biocydy, które zapobiegają rozkładowi skrobi oraz innych polimerów: 19

24 1. Biostat pochodna triazyny (biocyd rekomendowany przez PSPW Krosno) 2. Modicide 340 bromo-nitropropane-diol (biocyd rekomendowany przez serwis płuczkowy Best Drilling Chemicals Kraków) 3. Dodigen V 3485 biocyd wytworzony na bazie związków aminowych (produkt niemiecki rekomendowany do zastosowania w warunkach złożowych) 4. Roksol KSTL - 17 biocyd opracowany w Instytucie Górnictwa Naftowego i Gazownictwa w Krośnie, posiadający właściwości porównywalne do Dodigenu V 3485 Powyższe preparaty antybakteryjne zastąpiły stosowane dotąd powszechnie w wiertnictwie i bardzo toksyczne dla środowiska przyrodniczego związki chemiczne typu: formaldehyd, fenol, krezole. Środki skrobiowe ze względu na dostępność skrobi naturalnej oraz ich wszechstronne działanie są szeroko rozpowszechnione w technologii płuczek wiertniczych. W zależności od stopnia modyfikacji chemicznej preparaty te są stosowane w określonych warunkach geologicznych. Dla potrzeb krajowego wiertnictwa na bazie skrobi ziemniaczanej zostały opracowane rozmaite preparaty skrobiowe o następujących nazwach handlowych: Rotosol, Rotocal, Rotomag, Rotopol i Stardrill. Modyfikacja skrobi ziemniaczanej prowadzona jest metodą termiczno alkaliczną, z udziałem soli metali dwuwartościowych oraz przewagą jonów Ca 2+ i Mg 2+, jak również NaOH i KOH. Skrobię poddaną najmniejszej modyfikacji (tj. wstępnie żelatynizowaną) oferuje większość zachodnich firm płuczkowych. Są to produkty o następujących nazwach handlowych: All Starch (produkt firmy Allience), Drill Star (produkt firmy Baker), Impermex (produkt firmy Baroid) i inne. Wymienione powyżej preparaty skrobiowe nie są zabezpieczone przed rozkładem biologicznym i dlatego należy stosować je wraz z biocydami. Liczne firmy płuczkowe oferują także skrobię modyfikowaną chemicznie, zabezpieczoną środkiem przeciwfermantacyjnym, tj. odpowiednim biocydem. Wynikiem bardziej złożonych sposobów modyfikacji skrobi ziemniaczanej i kukurydzianej jest produkcja pochodnych skrobi, charakteryzujących się znaczną odpornością na wpływ wysokich temperatur. Należą do nich takie preparaty jak np.: hydroksyalkilowy eter skrobiowy, skrobia sieciowana, skrobia modyfikowana związkiem glinowo - potasowym, skrobia z dodatkiem karboksymetylocelulozy oraz inne odmiany skrobi reprezentowane przez kationowe środki skrobiowe. Do środków kationowych należy m.in. trzeciorzędowy eter aminoalkiloskrobi oraz skrobia amonowa. Powyższe środki chemiczne stanowią zmodyfikowane odmiany skrobi i znajdują zastosowanie podczas prac wiertniczych w różnych warunkach geologicznych. Oprócz wymienionych preparatów skrobiowych inną grupę stanowią polimery półsyntetyczne, które różnią się od nich budową chemiczną oraz sposobem modyfikacji związanym jest z odmiennym procesem ich wytwarzania. Są to również związki podatne na biodegradację. Należą do nich następujące polimery: karboksymetyloskrobia (KMS) hydroksyetyloskrobia (HEC) hydroksypropyloskrobia (HPS) Karboksymetyloskrobia otrzymywana jest w wyniku reakcji estryfikacji skrobi alkalicznej poprzez działanie soli sodowej kwasu monochlorooctowego [14,131]. Hydroksyetyloskrobia i hydroksypropyloskrobia powstają wyniku reakcji tworzenia eterów (eterfikacji), w której uczestniczy skrobia alkaliczna, która reaguje z tlenkiem etylenu lub tlenkiem propylenu. 20

25 Bardzo często używana w wiertnictwie pochodna skrobi typu KMS produkowana jest w kilku odmianach, które różnią się lepkością roztworów wodnych, tworzonych przez poszczególne jej odmiany. Karboksymetyloskrobia powoduje m.in. zagęszczenie płynu, pełni funkcję koloidu ochronnego regulującego i stabilizującego filtrację, może też w niewielkim stopniu powodować wzrost lepkości płynu, a także w postaci niskolepnego koloidu może skutecznie obniżać filtrację płuczki wiertniczej [101]. Intensywność działania poszczególnych odmian KMS w płuczce wiertniczej zależy od ich specyficznego procesu wytwarzania oraz sposobu ich modyfikacji. Preparaty karboksymetyloskrobiowe są produkowane w kraju pod nazwami handlowymi Xendrill oraz Polvitex Z. W wiertnictwie znane i stosowane są następujące preparaty skrobiowe [137]: Polvitex Z preparat wytworzony z modyfikowanej skrobi ziemniaczanej, jest to sól sodowa karboksymetyloskrobi, występuje w postaci proszku, który łatwo pęcznieje i rozpuszcza się w wodzie o temperaturze o C, tworząc jednorodne roztwory o dużej lepkości. Roztwory te są odporne na działanie zasad, a także na twardą wodę, natomiast nie wykazują odporności na działanie soli metali trójwartościowych (np. chrom, glin itp.); Unidrill S preparat wytwarzany z wysokojakościowej oraz modyfikowanej skrobi z dodatkiem nietoksycznego środka przeciwfermentacyjnego; Unidrill C nowoczesny i uniwersalny preparat do stabilizacji filtracji i lepkości płuczek wiertniczych w działający w szerokim spektrum temperatur o C. Środek ten ma zastosowanie jako składnik płuczek wiertniczych sporządzanych na bazie wody nisko- lub wysokozmineralizowanej (zawierającej jony wapnia, magnezu, sodu i potasu); Flokulant CW preparat wytworzony ze skrobi modyfikowanej, występuje w postaci proszku dobrze rozpuszczalnego w wodzie, nie zawiera dodatków antyfermentacyjnych. Oprócz wymienionych znanych preparatów skrobiowych prowadzone są również badania na nowych środkach wyprodukowanych na bazie skrobi, ale z dodatkiem polimeru syntetycznego np. poliakryloamidu. W celu zabezpieczenia badanych środków skrobiowych przed fermentacyjnym rozkładem często zastosowany jest, jako dodatek do płuczek wiertniczych, biocyd o nazwie Modicide 340. Jest to płynny środek bakteriobójczy, który niszczy bakterie w środowisku płuczki wiertniczej, zapobiega rozwojowi tlenowych i beztlenowych w warstwie wodonośnej, a także przeciwdziała powstawaniu siarkowodoru poprzez niszczenie redukujących siarczany. W zależności od temperatury płuczki wiertniczej wypływającej z otworu, biocyd ten jest najczęściej stosowany w stężeniu od 0,25 l / m 3 (przy temperaturze o C, co 3-ci dzień) do 0,5 l / m 3 (przy temperaturze o C, co 2-gi dzień). Nowe środki skrobiowe testowane są również jako składniki różnych typów płuczek wiertniczych, w tym potasowo polimerowej, potasowo glikolowej, solno skrobiowej chlorkowo potasowej z blokatorem węglanowym oraz płuczki beziłowej. Prowadzi się także badania wpływu poszczególnych preparatów skrobiowych oraz mieszanin badanych środków skrobiowych w połączeniu z syntetycznym związkiem polimerowym, na zawiesiny bentonitowe sporządzone na wodzie słodkiej i słonej oraz wpływu płuczek wiertniczych, przeznaczonych do dowiercania oraz zawierających poszczególne preparaty skrobiowe na zmiany przepuszczalności skał zbiornikowych w strefie przyodwiertowej [137]. 21

26 Wyniki opisanych powyżej badań laboratoryjnych, zrealizowanych przez zespół specjalistów Instytutu Nafty i Gazu w Krośnie i w Krakowie wskazują, że różne rodzaje preparatów skrobiowych (typu Unidrill S, Unidrill C i Polvitex Z), jako główne składniki płuczek wiertniczych spełniają wymagania stawiane koloidom hydrofilowym, w technologii wiercenia. Adsorbując wolną wodę w systemie dowolnego rodzaju płuczki wiertniczej skutecznie regulują przede wszystkim filtrację oraz właściwości reologiczno strukturalne. Ponadto środki skrobiowe pod w/w nazwami stanowią nowe rozwiązania w zakresie modyfikacji kleikowanej skrobi ziemniaczanej. Badania wykazały, że środek skrobiowy o nazwie Unidrill C jest odporny na wysoką temperaturę (do 140 o C). Natomiast traci on swoją skuteczność w systemach płuczek wiertniczych zasolonych do nasycenia chlorkiem sodowym. Modyfikowany preparat skrobiowy o nazwie Unidrill S zastosowany w płuczce wiertniczej w ilości od 3 do 4 % zapewnia utrzymanie filtracji na odpowiednim poziomie, a także uzyskanie optymalnych właściwości reologicznych, w temperaturze dochodzącej do 120 o C. W temperaturze ok. 130 o C wskazane jest stosowanie tego środka w połączeniu z polimerem syntetycznym, dla zabezpieczenia i zwiększenia jego odporności termicznej. Wykazuje on także odporność na skażenia wapniowo magnezowe. Generalnie można stwierdzić, że opisywany środek skrobiowy jest odpowiedni do zastosowania we wszystkich rodzajach dotychczas stosowanych płuczek wiertniczych, zarówno jako pojedynczy składnik, jak i w mieszaninie z KMS. Karboksymetyloskrobia jest środkiem powszechnie znanym w technologii płuczkowej, zarówno w kraju i za granicą, a preparat pod nazwą Polvitex Z jest polskim odpowiednikiem zagranicznych środków typu KMS. W badaniach Instytutu Nafty i Gazu stwierdzono, że najbardziej efektywne działanie tego preparatu w środowisku płuczki wiertniczej narażonej na skażenia chemiczne, a także wysoką temperaturę można uzyskać w synergicznym działaniu ze środkiem typu skrobi kleikowanej. Omawiany preparat utrzymuje optymalne właściwości strukturalne płuczki wiertniczej, lecz w mniejszym stopniu umożliwia obniżenie filtracji, w związku z czym powinien być stosowany łącznie z innym, bardziej aktywnym w tym zakresie środkiem skrobiowym. Ponadto preparat skrobiowy Polvitex Z w synergicznym działaniu z inhibitorem jonowym i polimerowym wpływa na efektywne inhibitowanie hydratacji skał ilasto łupkowych. Mieszanina skrobiowa działa efektywnie w połączeniu z polimerem naturalnym typu XCD, będącym produktem metabolizmu Xantomonas campestris. Takie połączenie polimerów może być bardzo przydatne i efektywne w zastosowaniu do płuczek wiertniczych przeznaczonych do wiercenia poziomych odcinków otworu w strefie złożowej, ponieważ umożliwia uzyskanie specyficznych właściwości reologicznych, zapewniających utrzymanie w zawieszeniu zarówno blokatora, jak i zwiercanej skały. Ponadto omawiane systemy płuczek skrobiowych charakteryzują się innymi pozytywnymi właściwościami. Odpowiedni skład chemiczny płuczek wiertniczych sporządzonych na bazie polimerów skrobiowych zapewnia ochronę strefy przyotworowej skały zbiornikowej, poprzez utworzenie na ścianie czołowej warstwy ochronnej, która uniemożliwia wnikanie warstwy ilastej i filtratu płuczki do złoża. Dobór zawartości blokatorów w płuczce skrobiowej zależy od średnicy porów dowiercanej skały zbiornikowej. W związku z tym, że skrobia jest uniwersalnym koloidem ochronnym stosowanym w różnych rodzajach płuczek wiertniczych, bardzo ważne dla rozwoju technologii wiercenia są badania w tej dziedzinie, związane np. z wykorzystaniem hydroksypropyloskrobi jako składnika płuczek wiertniczych polimerowo solnych (w których NaCl pełni rolę blokatora strefy przyodwiertowej przy pełnym zasoleniu płuczki, w postaci nierozpuszczalnej). 22

27 Jak już wspomniano, spośród wielu różnych związków chemicznych stosowanych w technologii wiercenia, związkami najbardziej podatnymi na biodegradację są związki skrobiowe. Jednak, jak dowodzą liczne badania naukowe, również inne związki polimerowe, w tym polimery syntetyczne, mogą być przyswajane i rozkładane przez mikroorganizmy. Informacje literaturowe [79,107,117] świadczą o możliwościach wykorzystania polimerów syntetycznych jako źródło węgla organicznego, niezbędnego w procesach metabolicznych drobnoustrojów, pomimo że ta grupa związków chemicznych charakteryzuje się zwiększoną odpornością na mikrobiologiczną degradację, w porównaniu z polimerami naturalnymi lub półsyntetycznymi. W ostatnich latach syntetyczne zwiazki polimerowe powszechnie towarzyszą używanym w technologii płuczek wiertniczych polimerom skrobiowym oraz celulozowym. Pierwsze próby stosowania syntetycznych polimerów do obróbki płuczek wiertniczych podejmowane były w latach 50-tych. Początkowo związki te stosowano w celu regulowania filtracji i innych właściwości reologicznych oraz do ulepszenia bentonitu. Od dłuższego czasu prowadzone są badania nad zastosowaniem w wiertnictwie polimerów syntetycznych, głównie produktów petrochemii. Polimery syntetyczne (nazywane ogólnie polimerami akrylowymi) powstają w wyniku reakcji syntezy węgla, wodoru, tlenu i azotu. W odróżnieniu od opisanych powyżej środków skrobiowych i pochodnych celulozowych, charakteryzujących się nietrwałymi wiązaniami eterowymi oraz glikozydowymi, w syntetycznych związkach polimerowych występują bardzo trwałe wiązania między atomami węgla, które nadają im znacznie większą odporność na wysokie temperatury (są stabilne w temperaturze ponad 200 o C), jak również dość wysoką odporność na działanie drobnoustrojów. Polimery organiczne, które znalazły zastosowanie w technologii płuczek wiertniczych, w tym także polimery syntetyczne, tworzą roztwory o dużej lepkości, a w środowisku wodnym związki te pęcznieją i ulegają dyspersji. Omawiane syntetyczne związki polimerowe są materiałami o działaniu wielokierunkowym, stosowanymi w technologii płuczek wiertniczych. Wpływają one równocześnie na kilka parametrów płuczki. Należą do polielektrolitów i tworzą roztwory koloidalne. Do grupy polielektrolitów zalicza się polimery rozpuszczalne w wodzie oraz ulegające dysocjacji. Rozróżnia się polielektrolity kationowe, anionowe, amfoteryczne i niejonowe. W wiertnictwie najczęściej stosowane polimery syntetyczne to poliakryloamid, (monomerem bazowym jest akryloamid) oraz poliakrylany (monomerem bazowym jest kwas akrylowy). W wyniku syntezy kwasu akrylowego i akryloamidu powstaje kopolimer akrylanowo akryloamidowy. Poliakryloamid jest polimerem niejonowym, natomiast PHPA, tj. częściowo zhydrolizowany poliakryloamid, stosowany w badaniach mikrobiologicznych opisanych w dalszej części niniejszej rozprawy, należy do polielektrolitów anionowych. Wzory chemiczne powyższych związków są następujące: - CH 2 - CH - CH 2 - CH - C = O C = O OH NH 2 Poliakryloamid częściowo zhydrolizowany 23

28 - CH 2 - CH - C = O NH 2 Poliakryloamid W zależności od występujących warunków polielektrolity mogą stabilizować własności płuczki wiertniczej, albo przyspieszać sedymentację cząstek ilastych. Teoretycznie cząstka iłu może tak długo znajdować się w stanie zdyspergowanym, jak długo energia jej ruchów termicznych przezwycięża przyciąganie grawitacyjne. Tak więc wzrost masy cząstek zmniejsza stabilność płuczki, a wszelka ich agregacja przyspiesza sedymentację. Tym samym rola polielektrolitów jako stabilizatorów polega na przeciwdziałaniu procesom agregacji [96]. Jak uprzednio wspomniano, wielkocząsteczkowe związki polimerowe stosowane w wiertnictwie ulegają dysocjacji w ośrodku wodnym, a w wyniku dysocjacji elektrolitycznej powstają polijony. Grupy funkcyjne polielektrolitu ulegają jonizacji, przyjmując ładunek elektryczny dodatni lub ujemny, przy czym polielektrolit, który zawiera tylko jeden rodzaj grup funkcyjnych, określany jest jako polielektrolit prosty, natomiast jeżeli w budowie łańcucha polimeru uczestniczy więcej grup funkcyjnych, to związek ten określa się jako polielektrolit kompleksowy [61]. Liczną grupę związków polimerowych, które znalazły zastosowanie w technologii płuczkowej, stanowią polimery anionowe. Grupy funkcyjne w strukturze łańcucha polimerowego w tej grupie związków chemicznych mają ujemny ładunek elektryczny. Obecnie w technologii wiercenia stosowane są również polimery amfoteryczne, które w swojej budowie chemicznej zawierają anionowe oraz kationowe (dodatnie i ujemne) grupy funkcyjne. W środowisku o niskim ph polimer ten przyjmuje ładunek dodatni i jest polimerem kationowym. Natomiast w ośrodku o wysokim ph związek ten jest polimerem anionowym, który przyjmuje ładunek ujemny. Oprócz opisanych powyżej polielektrolitów jonowych często stosowane są również polimery niejonowe, otrzymywane w procesie kopolimeryzacji tlenku etylenu z monomerami zawierającymi grupy alkilowe i fenolowe. Są to polimerowe związki powierzchniowo czynne, tworzące roztwory koloidalne w środowisku wodnym. Długość oraz konfiguracja makrocząsteczek poliakrylanu lub częściowo hydrolizowanego poliakryloamidu uzależnione są od składu chemicznego ośrodka wodnego, w którym są rozpuszczone. W wodzie słodkiej makrocząsteczki polimeru adsorbują wodę, łańcuch polimerowy pęcznieje i wykazuje tendencję do wyprostowywania się, a karboksylowe grupy funkcyjne związane z łańcuchem uaktywniają się poprzez powstanie ładunków elektrycznych. Natomiast w wodzie, która zawiera kationy wielowartościowe (np.wapń lub magnez), pęcznienie łańcucha polimerowego jest znacznie mniejsze, ładunki elektryczne w grupach funkcyjnych są słabsze i w związku z tym polimer jest mniej skuteczny. Ponadto dwuwartościowe kationy mogą reagować z fragmentem hydroksylowym (OH - ) w grupach karboksylowych dwóch różnych łańcuchów polimerowych, wiążąc je ze sobą. Jeżeli połączenia te wytworzą się w większej ilości łańcuchów polimerowych, wówczas następuje wytrącenie się polimeru z roztworu. 24

29 Opisane efekty pojawiają się przy przekroczeniu stężenia jonów wapnia powyżej 200 mg Ca 2+ / l dla poliakrylanu sodowego, a dla poliakryloamidu hydrolizowanego powyżej 400 mg Ca 2+ / l. Prace laboratoryjne w dziedzinie wykorzystania związków polimerowych w wiertnictwie koncentrowały się m.in. na opracowaniu i zastosowaniu różnych kopolimerów o znacznie większej odporności na kationy dwuwartościowe, jak również sole metali jednowartościowych [23,94,95,96,119]. Omawiając rolę polimerów w płuczce wiertniczej należy także zwrócić uwagę na ich masę cząsteczkową, która jest miarą ilości monomerów, tworzących łańcuch polimerowy. Poszczególne łańcuchy polimerowe różnią się między sobą długością, w związku z czym masa cząsteczkowa danego produktu polimerowego jest to średnia masa cząsteczkowa wszystkich wchodzących w jego skład łańcuchów. Zazwyczaj masa cząsteczkowa określonej kompozycji polimerowej determinuje jej zastosowanie. W technologii płuczkowej poliakrylany sodowe o małej masie cząsteczkowej pełnią funkcję deflokulantów, tj. środków obniżających lepkość oraz granicę płynięcia płuczki wiertniczej. Te same polimery, których średnia masa cząsteczkowa jest wyższa, używane są jako środki obniżające filtrację. Natomiast polimery o dużej masie cząsteczkowej stosowane są jako flokulanty, a także pełnią rolę stabilizatorów skal ilastych. Niektóre polimery mogą być syntetyzowane w szerokim zakresie mas cząsteczkowych i tym samym mogą spełniać różne funkcje w płuczce wiertniczej. Najczęściej jednak, związki polimerowe pełnią określoną, jedną funkcję, ze względu na ich charakterystyczną masę cząsteczkową [100]. Istotne znaczenie ma wzajemne oddziaływanie polimeru z materiałem ilastym i innymi składnikami płuczki. Od chemicznych i fizycznych własności polimeru uzależniona jest efektywność jego działania w płuczce wiertniczej. Wzajemne oddziaływanie polimeru z minerałem ilastym, w wodnym ośrodku dyspersyjnym polega na fizycznej oraz chemicznej adsorpcji, w wyniku której powstają kompleksy iłowo polimerowe. Skuteczność działania większości polimerów uzależniona jest również od wartości ph płuczki wiertniczej. Optymalna rozpuszczalność polimeru ma miejsce wówczas, gdy wartość ph utrzymuje się w granicach 8,5 9,5. Niezbędnym warunkiem dobrej rozpuszczalności polimerów w tym środowisku jest zasadowy odczyn płuczki, tj. ph>7. Poliakrylany oraz poliakryloamidy były pierwszymi syntetycznymi polimerami, które zastosowano w celu obniżenia filtracji płuczek wiertniczych. Do syntetycznych związków polimerowych, które najwcześniej używane były w wiertnictwie zalicza się: hydrolizowany poliakrylan sodowy, hydrolizowany poliakrylonitryl, a także hydrolizowany poliakryloamid. Związki te w postaci niezhydrolizowanej nie rozpuszczają się w wodzie. W celu otrzymania produktów rozpuszczalnych, polimery poddawane są hydrolizie w środowisku alkalicznym w temperaturze bliskiej wrzenia wody, najczęściej w roztworze wodnym NaOH. Wymienione polimery, podobnie jak akrylanowe deflokulanty nie są odporne na działanie jonów wapnia i magnezu, w związku z czym mogą być stosowane tylko do regulowania filtracji płuczek słodkowodnych lub zasolonych chlorkiem sodu. Natomiast w przypadku kontaktu z jonami wapnia i magnezu bardziej przydatne są kopolimery oraz terpolimery nowej generacji [94]. Przykładem efektywnego kopolimeru jest związek złożony z monomeru winylosulfonowego i jednego lub więcej monomerów, takich jak akryloamid, kwas winylosulfonowy lub kwas akrylowy [30]. Kopolimery i terpolimery, charakteryzujące się wysoką masą cząsteczkową, powodują zwiększenie lepkości płuczek wiertniczych. Wykazują one również odporność na wysokie stężenie jonów wapnia i magnezu w roztworze, dochodzącą nawet do 7,5 %. W przypadku zastosowania tego rodzaju związków w technologii płuczkowej, konieczne jest jednoczesne użycie środków upłynniających, szczególnie dotyczy to płuczek wiertniczych o podwyższonej zawartości fazy stałej. 25

30 Ważną grupę wśród polimerów syntetycznych pełnią polimerowe środki obniżające lepkość oraz granicę płynięcia płuczek wiertniczych, określane jako środki rozrzedzające, dyspersanty i deflokulanty. Mechanizm oraz skuteczność działania powyższych środków odbiega w znacznym stopniu od tradycyjnie stosowanych w tym celu preparatów taninowych, lignosufonianowych lub lignitowych. Polimerowe środki rozrzedzające są reprezentowane przez grupę małocząsteczkowych homopolimerów lub kopolimerów, które upłynniając płuczkę wiertniczą nie wywołują dyspersji zwiercin ilastych [125]. Do najczęściej używanych syntetycznych deflokulantów należą małocząsteczkowe poliakrylany, a także kopolimery akrylanowo akryloamidowe. Polimery akrylanowe uzyskiwane są w wyniku procesu polimeryzacji kwasu akrylowego lub metakrylowego. Wzory powyższych monomerów są następujące: kwas akrylowy: CH 2 = CHCOOH kwasu metakrylowy: CH 2 = C (CH 3 ) COOH Polimery akrylanowe w wyniku hydrolizy stają się polimerami anionowymi. Polimerowe deflokulanty charakteryzują się znacznie większą odpornością termiczną w porównaniu z innymi tradycyjnymi środkami rozrzedzającymi. Są stabilne w temperaturze powyżej 200 o C, natomiast są mniej odporne na kationy dwuwartościowe, w obecności których przekształcają się w nierozpuszczalne sole. Odporność tych związków na działanie kationów jednowartościowych jest większa [30,94]. Należy jednak zaznaczyć, że poliakrylany nie zapobiegają w wystarczającym stopniu gęstnieniu (żelowaniu) płuczki wiertniczej w wysokiej temperaturze. Te właściwości można uzyskać, stosując kopolimery wytworzone na bazie bezwodnika maleinowego, a także sulfonowanego styrenu, które dają efekt długotrwałego obniżenia lepkości plastycznej oraz wytrzymałości strukturalnej. Skutecznie zapobiegają one żelowaniu bentonitu i zwiercin ilastych w wysokiej temperaturze. Wspomagają również działanie polimerowych inhibitorów hydratacji skał ilastych. Krótkie łańcuchy polimeru, zawierające ładunek ujemny łączą się na skutek działania sił elektrostatycznych z dodatnimi ładunkami pojedynczych płytek iłu. Po przyłączeniu polimeru następuje neutralizacja dodatnich ładunków cząstek ilastych i tworzą się kompleksy polimerowo ilaste. Zanikają wówczas siły przyciągania elektrostatycznego pomiędzy cząstkami zwiercin, a kompleksy charakteryzują się ogólnym ładunkiem ujemnym. Pod wpływem działania polimeru zachodzi proces rozpadu agregatów utworzonych z cząstek ilastych i w związku z tym nie następuje dyspersja zwiercin w płuczce wiertniczej. Ułatwia to przebieg procesu wiercenia poprzez oczyszczanie płuczki ze zwiercin oraz wpływa na wzrost postępu wiercenia. Jednym z najważniejszych problemów pojawiających się w trakcie wierceń otworów jest proces hydratacji skał ilastych. Proces ten można w dużym stopniu ograniczyć poprzez zastosowanie płuczki inhibitowanej, zawierającej elektrolity (najczęściej w postaci soli oraz wodorotlenków wapniowych lub potasowych), lub też stosując płuczkę z polimerem wielkocząsteczkowym. Działanie tego związku polega na tym, że pokrywa on ścianę otworu wiertniczego oraz zwierciny warstewką adsorpcyjną, ograniczającą przenikanie filtratu płuczki do przewiercanej skały. Jest to proces inhibitowania polimerowego [100]. Polimery tworzące cienką powłokę adsorpcyjną na powierzchni skały ilastej określa się jako inhibitory (stabilizatory) łupków lub polimery kapsułujące. Znane są przypadki stosowania płuczki wiertniczej, będącej wodnym roztworem polimeru kapsułującego, bez udziału elektrolitu podczas wierceń w warstwach ilasto łupkowych. Płuczki zawierające ten rodzaj polimerów stosowano podczas prac wiertniczych w różnych rejonach Polski [41]. 26

31 Obecnie do najbardziej rozpowszechnionych płuczek wiertniczych należą płuczki jonowo polimerowe, o działaniu inhibitującym proces hydratacji skał ilastych. W krajowym wiertnictwie najczęściej stosowane są płuczki potasowo polimerowe, które zostały przebadane w ramach niniejszej pracy. Ten typ płuczki wiertniczej zawiera inhibitor jonowy w postaci chlorku potasowego, natomiast funkcję inhibitora polimerowego pełni opisany uprzednio związek o nazwie PHPA (ang. partially hydrolized polyacrylamide). Jest to częściowo zhydrolizowany poliakryloamid znany pod różnymi nazwami handlowymi oraz stosowany przez wiele krajowych i zagranicznych firm naftowych. Analogiczne zastosowanie znajdują również kopolimery akryloamidowo akrylanowe, które produkowane są w postaci roztworów wodnych, emulsji lub w postaci sproszkowanej substancji stałej [145]. Stopień hydrolizy PHPA i jego masa cząsteczkowa determinują zastosowanie powyższego polimeru w technologii płuczkowej. Najbardziej efektywnym preparatem poliakryloamidowym jest PHPA, którego stopień hydrolizy kształtuje się w granicach %, a masa cząsteczkowa wynosi ponad 3 mln jednostek. Z danych literaturowych [61] wynika, że powyższe parametry gwarantują uzyskanie najbardziej skutecznego inhibitowania procesu hydratacji skał ilastych. Istotną rolę pełnią tu ujemne ładunki elektryczne rozmieszczone wzdłuż każdego łańcucha makrocząsteczki polimeru PHPA. Jak już wspomniano, jedna z ogólnie przyjętych teorii zakłada, że w wyniku działania sił przyciągania elektrostatycznego makrocząsteczki poliakryloamidu pokrywają cienką warstwą zwierciny oraz ścianę otworu. Powyższe zjawisko występuje pomiędzy ujemnie naładowanymi (tj. anionowymi) grupami karboksylowymi cząsteczek polimeru, a dodatnio naładowanymi krawędziami zwiercin i cząstek skały ilastej, tworzącej ścianę otworu wiertniczego. Powstająca na ścianie otworu cienka i jednocześnie trwała warstwa stanowi barierę dla migracji filtratu z płuczki wiertniczej do skały. Dodatkowym czynnikiem, który również przyczynia się do zmniejszenia hydratacji przewiercanych skał ilastych jest zwiększona lepkość fazy wodnej w płuczce, spowodowana obecnością rozpuszczonego polimeru kapsułującego oraz innych związków polimerowych regulujących filtrację. Wielokierunkowe działanie inhibitorów polimerowych w połączeniu z działaniem inhibitora jonowego (KCl) w dużej mierze umożliwia ograniczenie niekorzystnego procesu hydratacji, pęcznienia, a także sypania się przewiercanych skał ilastych. Ponadto stosowanie inhibitora polimerowego ułatwia flokulację oraz wynoszenie zwiercin (dotyczy to głównie zwiercin drobno dyspersyjnych i koloidalnych), jak również przyspiesza oczyszczanie płuczki ze zwiercin na sitach wibracyjnych. Należy również zwrócić uwagę, że stosowanie inhibitorów polimerowych takich jak PHPA wspomaga działanie koloidów ochronnych obniżających filtrację. Innymi korzyściami wynikającymi z zastosowania polimerów jest poprawa efektywności płukania otworu, cementowania rur w otworze, a także, jak wcześniej wspomniano, zmniejszenie uszkodzeń przepuszczalności strefy przyodwiertowej w warstwach produktywnych. Efektywne działanie w płuczce wiertniczej zapewnia również synergiczne (łączne) zastosowanie małocząsteczkowego oraz wielkocząsteczkowego związku z grupy polimerów kationowych [106]. Zapobiega to hydratacji, pęcznieniu i dyspersji przewiercanych skał ilastych w większym stopniu, niż zastosowanie polimerów anionowych. Należy dodać, że obecnie projektuje się polimery o określonej strukturze chemicznej, posiadające charakterystyczny skład oraz budowę łańcucha, w zależności od konkretnego zastosowania polimeru. 27

32 W przypadku stosowania płuczek wiertniczych olejowych używane są polimery kationowe, należące do grupy środków powierzchniowo czynnych. Stosuje się je w celu uzyskania odpowiedniej dyspersji bentonitu w płuczce. Stwierdzono, że związki te mogą pełnić rolę inhibitorów hydratacji skał ilastych, ale jednak ich zastosowanie w tym celu było niewielkie ze względu na wysoką toksyczność polimerów kationowych dla środowiska przyrodniczego oraz brak kompatybilności z innymi materiałami stosowanymi w technologii płuczek wiertniczych. Badania laboratoryjne i próby przemysłowe [5] wykazały, że płuczka z zawartością polimerów kationowych znacznie przewyższa pod względem inhibitowania hydratacji skał ilastych płuczki wiertnicze, wytworzone na bazie polimerów anionowych. Przykładem może być również zastosowanie kationowego poliakryloamidu, który posiada dużą masę cząsteczkową i w związku z tym nie może penetrować przestrzeni międzypakietowej. Polimer ten adsorbuje się na powierzchni cząstek iłu oraz na ścianie otworu wiertniczego, tworząc cienką powłokę adsorpcyjną, która przeciwdziała m.in. skażeniu strefy przyodwiertowej, podobnie jak w przypadku stosowania polimerów anionowych. Znane są z doniesień literaturowych [113,117,133,142,147] zjawiska biologicznego rozkładu polimerów naturalnych i półsyntetycznych, a nawet syntetycznych, pomimo ich wysokiej odporności uwarunkowanej budową chemiczną. Zjawisko to jest możliwe dzięki specyficznym enzymom bakteryjnym, które atakują wiązania w cząsteczkach polimerów i uwalniają poszczególne monomery, wykorzystując je jako źródło węgla, azotu i fosforu. Od wielu lat stosowane są w technologii płuczkowej liczne polimery spełniające szereg różnych funkcji, które zostały powyżej omówione. Preparaty polimerowe w porównaniu z konwencjonalnymi materiałami stosowanymi do sporządzania płuczek wiertniczych są najlepszymi materiałami, ponieważ nie są toksyczne, a zatem nie stwarzają zagrożenia dla środowiska naturalnego. Jest to bardzo ważny aspekt działalności przemysłowej w tej dziedzinie. Coraz częściej ochrona środowiska i zrównoważony rozwój przemysłu, bez szkody dla ekosystemu jest brany pod uwagę przy planowaniu i realizacji wszelkich prac związanych z poszukiwaniem i wydobyciem węglowodorów [57,96,102,103,106,111,129]. Jak wiadomo, najbardziej podatne na działanie drobnoustrojów są polimery naturalne (np. skrobia, żywica guarowa). Bardziej odporne na procesy biodegradacji są polimery półsyntetyczne. Najwyższą odporność wykazują polimery wytworzone na drodze syntezy chemicznej, tj. opisane powyżej syntetyczne związki polimerowe, które charakteryzują się obecnością trwałych wiązań C C pomiędzy poszczególnymi monomerami [27,46,126]. 28

33 4. Degradacja wodno-dyspersyjnych polimerowych płuczek wiertniczych pod wpływem działania mikroorganizmów 4.1. Wprowadzenie Drobnoustroje dzięki swoim szczególnym właściwościom pełnią ważną rolę w wielu przemianach zachodzących w przyrodzie, jak również w procesach technologicznych z ich udziałem. Decyduje o tym duża szybkość przemiany materii, różnorodność prowadzonych reakcji chemicznych i produktów syntezy oraz znaczna zmienność fizjologiczna, co pozwala na sterowanie przebiegiem procesów mikrobiologicznych poprzez odpowiedni dobór parametrów środowiskowych. W reakcjach biotechnologicznych bakterie wykorzystują dostarczane z zewnątrz, niezbędne do przebiegu procesów metabolicznych pierwiastki, takie jak: węgiel, tlen i wodór, w postaci związków będących podstawowym źródłem energii. Wyjątek stanowią metylotrofy oraz organizmy rozkładające węglowodory, które korzystają z tlenu atmosferycznego i z tlenu zawartego w wodzie. Mikroorganizmy przyswajają azot, siarkę i fosfor zarówno w postaci związków organicznych, jak i soli mineralnych, przy czym do najłatwiej przyswajalnych należą jony: NH 4 +, SO 4 2-, PO Procesy o charakterze biogennym występują powszechnie w wielu środowiskach. Spośród ważnych obszarów zainteresowań mikrobiologii złożowej, oprócz omawianych zagadnień dotyczących technologii płuczek wiertniczych, na uwagę zasługują zagadnienia związane z magazynowaniem gazu ziemnego w sczerpanych złożach. Wieloletnie prace naukowo - badawcze z tej dziedziny, prowadzone przez Zakład Mikrobiologii Instytutu Nafty i Gazu zakończyły się licznymi wdrożeniami, jak również pozytywnymi opiniami ze strony przedstawicieli krajowego przemysłu naftowego. Jednym z obiektów szczegółowych prac laboratoryjnych jest Podziemny Magazyn Gazu Ziemnego w Wierzchowicach (k/milicza), będący największym w Polsce zbiornikiem gazu ziemnego o docelowej pojemności czynnej 4.3 mld m 3. Wytworzony został w utworach węglanowych werry i piaskowcach saksonu. Głównym poziomem kolektorskim jest wapień podstawowy. Kompleks uszczelniający złoże stanowią utwory ilasto anhydrytowo solne cechsztynu. Złoże ma charakter masywowy i zalega na głębokości m. Interesującą z punktu widzenia potrzeb magazynowania gazu, górną część wapienia tworzą skały węglanowe pochodzenia rafowego. Są to wapienie dolomityczne oraz dolomity silnie porowate, o bardzo dobrej przepuszczalności [78]. Ze względu na znane z literatury światowej [72,73], jak i występujące w warunkach krajowych problemy związane z podziemnym magazynowaniem gazu prowadzone są badania w celu określenia parametrów biochemicznych w środowisku złożowym oraz działania prewencyjne, ukierunkowane na ochronę struktury magazynowej PMG przed niekorzystnym wpływem drobnoustrojów. Szczególne utrudnienia w eksploatacji podziemnych zbiorników gazu są spowodowane przez nadmierny i niekontrolowany rozwój anaerobowych produkujących siarkowodór w warunkach złożowych. Mikroorganizmy te należą do grupy Sulphate Reducing Bacteria. Na skutek ich wzmożonej aktywności metabolicznej może nastąpić skażenie wód złożowych. Wprowadzenie obfitej mikroflory np. wraz z płuczką wiertniczą do odwiertu magazynowego, może być przyczyną zaburzeń w eksploatacji złoża, obniżenia jakości gazu ziemnego przechowywanego w strukturach geologicznych, korozji mikrobiologicznej urządzeń wiertniczych oraz innych niepożądanych zjawisk [82,105,135]. 29

34 Badania mikrobiologiczne prowadzone pod kątem izolacji redukujących oraz utleniających związki siarki, rozpoczęte w 1996 roku, w I cyklu pracy PMG Wierzchowice [85] są obecnie kontynuowane w formie monitoringu. Prace laboratoryjne z wykorzystaniem różnych preparatów bakteriobójczych, prowadzone w odniesieniu do aktywnych kultur z grupy SRB zostały wykorzystane w warunkach magazynowania gazu ziemnego. Analizy prób pochodzących z środowiska PMG Wierzchowice zostały wykonane również w ramach niniejszej pracy i obejmowały badania płuczek wiertniczych stosowanych na obiekcie magazynowym, a także wody bazowej używanej w technologii wiercenia. Wyniki powyższych analiz przedstawiono w dalszych rozdziałach pracy. Należy zaznaczyć, że powyższe prace autorka rozprawy wykonywała także na innych obiektach przemysłowych, w których zaistniało skażenie biologiczne lub zaobserwowano obecność niepożądanych drobnoustrojów, zdolnych do produkcji siarkowodoru w warunkach złożowych (np. PMG Brzeźnica). Analogiczne prace zostały przeprowadzone również na rekonstruowanych odwiertach PMG Husów. Wytypowane w badaniach mikrobiologicznych preparaty antybakteryjne i neutralizatory H 2 S są stosowane na innym obiekcie podziemnego magazynowania gazu PMG Swarzów, a ich efektywne działanie zostało potwierdzone w badaniach wód złożowych oraz wydobywanego gazu ziemnego [84]. Prace badawcze, dotyczące problematyki zasiarczenia gazu deponowanego w PMG oraz technologii usuwania biogennego siarkowodoru, opracowane w Instytucie Nafty i Gazu, spotkały się z dużym zainteresowaniem ze strony specjalistów z Society of Petroleum Engineers (USA). Rezultaty prac badawczych oraz wdrożeniowych zostały opublikowane na Konferencji SPE ATCE w 2004 roku [104] oraz w formie patentu [86]. Procesy mikrobiologiczne mogą być wykorzystane również podczas wydobycia ropy naftowej, głównie w złożach częściowo wyeksploatowanych lub też zawierających wysokoparafinową oraz ciężką ropę. Jednym z najpoważniejszych problemów, w obliczu których staje obecnie przemysł naftowy jest odzysk znacznych ilości ropy naftowej, która pozostaje po wyczerpaniu się naturalnych warunków energetycznych złoża oraz na skutek wydzielania się frakcji smolisto asfaltowych oraz wytrącania się parafiny w strefie przyodwiertowej. Światowe zasoby ropy naftowej, którą można wydobyć dopiero przy zastosowaniu technologii intensyfikacyjnych (EOR ang. Enhanced Oil Recovery) szacuje się na ok. 2,5 bilionów baryłek [11]. Technologie te obejmują m.in. wprowadzenie rozpuszczalników oraz związków powierzchniowo - czynnych, jak również nawadnianie oraz nagazowanie złoża. Zastosowanie technologii intensyfikacyjnych, zwanych także wtórnymi metodami odzysku ropy, spotyka się w praktyce z wieloma trudnościami oraz ograniczeniami. Przede wszystkim powoduje to drastyczny wzrost całkowitego kosztu wydobycia i w związku z tym czyni sam proces odzysku ropy ekonomicznie nieopłacalnym. Tak więc wśród specjalistów branży naftowej wzrosło zainteresowanie innymi, alternatywnymi metodami ukierunkowanymi na obniżenie kosztów i jednocześnie nieszkodliwymi dla środowiska przyrodniczego. Metodami spełniającymi powyższe warunki są metody mikrobiologiczne. Prekursorem prac badawczych nad zastosowaniem wyspecjalizowanych drobnoustrojów w celu wtórnego odzysku ropy naftowej był ZoBell, który przeprowadził w latach 40-tych szereg prac laboratoryjnych nad uwalnianiem ropy z piasków i łupków bitumicznych. Dalszy istotny postęp w tej dziedzinie jest zasługą D.C. Hitzmana i J. Karaskiewicza, dzięki którym metody oraz badania mikrobiologiczne znalazły praktyczne zastosowanie w przemyśle naftowym. D.C. Hitzman w latach 60-tych [44] opracował metodę polegającą na nawadnianiu złoża, przy równoczesnym wtłaczaniu wyselekcjonowanych drobnoustrojów. Jest to znana i stosowana w świecie metoda mikrobiologicznej intensyfikacji odzysku ropy naftowej (MEOR ang. Microbial Enhanced Oil Recovery). 30

35 Natomiast J. Karaskiewicz nie tylko opracował własną metodę intensyfikacji wydobycia ropy naftowej, ale jako pierwszy z pozytywnym efektem zastosował ją na szeroką skalę w warunkach przemysłowych [54]. Było to znaczące osiągnięcie, gdyż pierwsze światowe sukcesy w tej dziedzinie w skali przemysłowej uzyskano dopiero na początku lat 90-tych [10]. Zaznaczył się wówczas wzrost zainteresowania wykorzystaniem metod mikrobiologicznych w przemyśle naftowym. Mechanizm działania wyselekcjonowanych drobnoustrojów w złożach, w metodach wtórnego odzysku ropy naftowej oraz intensyfikacji wydobycia polega na: produkcji gazów biogennych, które zwiększają ciśnienie złożowe oraz zmniejszają lepkość ropy; produkcji kwasów, które rozpuszczają skałę zbiornikową, zwiększając tym samym całkowitą przepuszczalność skały zbiornikowej; modyfikacji przepuszczalności w strefach charakteryzujących się wysoką przepuszczalnością, poprzez wzrost biomasy i wytwarzanie polimerów, co jednocześnie uniemożliwia ucieczkę wody w procesach nawadniania złoża; produkcji związków powierzchniowo czynnych, które obniżają napięcie powierzchniowe mediów złożowych; mikrobiologicznej degradacji węglowodorów nasyconych o długich łańcuchach, która wpływa na zmniejszenie lepkości ropy naftowej; zmianie zwilżalności skał, co ułatwia odzysk ropy naftowej [25]. Wymagania, jakie muszą spełniać mikroorganizmy przeznaczone do zastosowania w przemysłowych zabiegach intensyfikacji wydobycia ropy naftowej dotyczą wielu różnych aspektów. Jedną z najważniejszych wymaganych cech biochemicznych wytypowanych szczepów bakteryjnych jest zdolność do rozkładu węglowodorów [62]. Ponadto do innych niezbędnych cech, które powinny posiadać drobnoustroje stosowane w powyższych metodach należy ruchliwość, tolerancja stężenia soli do 10 %, zdolność do obniżania ph środowiska poprzez wytwarzanie kwasów, jak również zdolność do wzrostu w warunkach tlenowych oraz beztlenowych. Bakterie te powinny mieć naturalne pochodzenie (wyklucza się stosowanie mikroorganizmów modyfikowanych genetycznie), natomiast nie powinny posiadać zdolności do wytwarzania siarkowodoru oraz śluzu. Jednym z najważniejszych wymagań jest także brak patogenności stosowanych szczepów [49]. W mikrobiologicznych metodach intensyfikacji eksploatacji złóż stosuje się zespoły mikroorganizmów, których działanie ma charakter synergiczny W wyniku aktywności metabolicznej następuje zwiększenie frakcji węglowodorów o krótszym łańcuchu (<C 15 ), co powoduje większą mobilność ropy naftowej i jednocześnie ogranicza niekorzystny dla eksploatacji proces wytrącania się parafin. Oprócz opisanych powyżej technologii wtórnego odzysku ropy naftowej, badania mikrobiologiczne mają również zastosowanie w pracach poszukiwawczych w górnictwie naftowym. Powierzchniowa metoda mikrobiologiczna polega na typowaniu obszarów, które charakteryzują się podwyższoną liczebnością drobnoustrojów, utleniających węglowodory lekkie (C 1 - C 5 ). W metodzie tej wykorzystuje się mikroorganizmy jako wskaźniki ropoi gazonośności badanego obszaru. Zwiększona liczba specyficznych drobnoustrojów ma ścisły związek z występowaniem złóż ropy naftowej i gazu ziemnego w głębszych seriach geologicznych [51]. 31

36 Metoda oparta na obecności oraz rozmieszczeniu specyficznych mikroorganizmów, zdolnych do utleniania węglowodorów może być także stosowana w połączeniu z innymi metodami stosowanymi w pracach poszukiwawczych i jest pomocna do interpretacji danych dotyczących badanego obszaru perspektywicznego. Początki zastosowania powyższej metody dla potrzeb prac poszukiwawczych sięgają lat 50-tych i 60-tych. W tym okresie nastąpił rozwój badań Mogilewskiego, który był twórcą metody mikrobiologicznego profilowania odwiertów (metoda tzw. biokarotażu). Badania nad zastosowaniem drobnoustrojów jako wskaźników występowania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego kontynuowała firma Philips Petroleum Co. w USA [43] oraz firma Erdol Erdgas GmbH w Niemczech. Na przełomie lat 80-tych i 90-tych metoda ta została wprowadzona jako jedno z pomocniczych narzędzi w określaniu perspektywicznych pułapek węglowodorów. W ciągu ostatnich lat szereg metod powierzchniowych znalazło zastosowanie w pracach poszukiwawczych prowadzących do odkrycia wielu złóż na świecie. Podstawą wszystkich technik powierzchniowych jest założenie, że węglowodory, które są generowane oraz gromadzone na znacznych głębokościach migrują do powierzchni przez system mikropęknięć i szczelin. Jest to proces niezwykle powolny, jednakże w skali czasu geologicznego objawia się przez istnienie nieznacznie podwyższonej koncentracji lekkich węglowodorów, głównie w glebie i wodach przypowierzchniowych. Tak więc można założyć, że anomalia powierzchniowa prawdopodobnie znajduje odzwierciedlenie w postaci akumulacji węglowodorów w warstwach wgłębnych. Oprócz bezpośredniego pomiaru koncentracji tych związków w warstwach przypowierzchniowych, istnieje kilka metod pośrednich. Jedną z nich jest metoda mikrobiologiczna, najczęściej stosowana na świecie, umożliwiająca wykrycie stanów anomalnych. W Polsce prekursorami tych badań byli A. Luchter (1958), J. Karaskiewicz oraz inni specjaliści Instytutu Nafty i Gazu, którzy publikowali wyniki prac naukowo badawczych zrealizowanych dla potrzeb krajowego przemysłu naftowego w latach 60-tych i 70-tych [53,67,88]. Biochemiczne reakcje rozkładu węglowodorów przebiegają zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych, jednak z punktu widzenia powierzchniowych badań mikrobiologicznych znacznie ważniejsze są procesy zachodzące w warunkach tlenowych. Procesy utleniania węglowodorów przez drobnoustroje ilustruje następujący schemat: węglowodór alkohol aldehyd CO 2 W rzeczywistości procesy te są znacznie bardziej skomplikowane. Kluczowym etapem jest tu przemiana węglowodoru w odpowiadający mu alkohol. Reakcję tę katalizuje swoisty enzym tzw. monooksygenaza (lub w niektórych przypadkach dioksygenaza). Posiadanie przez tego enzymu jest warunkiem niezbędnym, aby konkretny mikroorganizm był zdolny do utleniania węglowodorów [51]. W opisanych badaniach powierzchniowych największe znaczenie jako mikroorganizmy wskaźnikowe mają te drobnoustroje, które posiadają zdolność utleniania węglowodorów lekkich, przede wszystkim propanu i butanu [53,112,134]. 32

37 Metody mikrobiologiczne znajdują również zastosowanie w wielu innych dziedzinach związanych z przemysłem naftowym m.in. w badaniach biodegradacji paliw płynnych, w procesach bioremediacji gruntów skażonych substancjami ropopochodnymi i próbach biologicznego oczyszczania ścieków kopalnianych oraz w inżynierii złożowej. Dla potrzeb niniejszej pracy opisano kilka głównych nurtów wykorzystania mikrobiologii w górnictwie naftowym i gazownictwie, przy czym należy zaznaczyć, że ze względu na konieczność wprowadzania nowych technologii (z uwzględnieniem ochrony środowiska przyrodniczego), wciąż poszerza się zakres zainteresowań mikrobiologii złożowej i wdrożeń prac badawczych z tej dziedziny. Omawiając problemy związane z degradacją wodno dyspersyjnych polimerowych płuczek wiertniczych, za które odpowiedzialne są drobnoustroje, należy zwrócić uwagę na znaczenie tego procesu w technologii wiercenia. Podstawą procesu biodegradacji płuczek wiertniczych są uzdolnienia różnych grup mikroorganizmów, takich jak bakterie aerobowe i anaerobowe, grzyby pleśniowe oraz drożdże, do wykorzystywania składników organicznych wchodzących w skład płuczek, w reakcjach metabolicznych. Za biologiczny rozkład płuczek polimerowych odpowiedzialna jest mikroflora, reprezentowana przede wszystkim przez formy aerobowe (tlenowce), które doprowadzają do szybkiej degradacji. Procesy degradacji w warunkach anaerobowych są również istotne ze względu na zmiany parametrów płuczek, wiertniczych, lecz zachodzą one znacznie wolniej. Mikrobiologiczny rozkład materiałów płuczkowych przebiega w wyniku rozwoju mikroorganizmów, bytujących w wodzie bazowej oraz pochodzących ze skażenia płuczki w trakcie jej sporządzania, przechowywania oraz podczas kontaktu z mikroflorą złożową. Procesy te należą do szczególnie uciążliwych zjawisk występujących w trakcie prac wiertniczych. Pomimo stosowania szeregu środków prewencyjnych, nadal w warunkach przemysłowych pojawiają się problemy związane z niekontrolowanym rozwojem mikroflory, prowadzące do pogarszania się parametrów technologicznych oraz reologicznych płuczek wiertniczych. Zagadnienie to jest bardzo istotne ze względu na konieczność utrzymania prawidłowych parametrów płuczki wiertniczej w trakcie procesu wiercenia, ale również ze względu na ochronę przed skażeniem bakteriologicznym strefy przyodwiertowej. Prace badawcze z zakresu izolacji mikroflory aerobowej i anaerobowej z polimerowych płuczek wiertniczych zostały zapoczątkowane w Zakładzie Mikrobiologii Instytutu Nafty i Gazu w roku 1997 i są obecnie kontynuowane. Stan mikrobiologiczny wód bazowych stosowanych w warunkach przemysłowych do sporządzania płuczek wiertniczych w znacznym stopniu wpływa na jakość oraz trwałość płuczki. Drobnoustroje, które występują w wodzie technologicznej aktywnie uczestniczą w procesach biodegradacji i stanowią źródło skażenia płuczki wiertniczej. Należy zaznaczyć, że woda bazowa, przeznaczona do sporządzania płuczek jest pobierana zazwyczaj ze studni lub naturalnych zbiorników wodnych zlokalizowanych na obszarze złoża, tak więc zawiera mikroflorę charakterystyczną dla miejsc akumulacji węglowodorów. i aktywność tych mikroorganizmów uzależniona jest nie tylko od składu chemicznego płuczki wiertniczej, ale również od szeregu innych czynników, m.in. temperatury, ph środowiska oraz warunków przechowywania wody technologicznej, które często sprzyjają szybkiemu namnażaniu się mikroorganizmów. Analiza bibliograficzna zagadnienia wskazuje, że większość badań prowadzonych na świecie dotyczy przede wszystkim procesów biochemicznych wybranych gatunków mikroorganizmów oraz koncentruje się na rozpoznaniu mechanizmów działania bakteryjnych enzymów hydrolitycznych, a także na zagadnieniach ekspresji genów odpowiedzialnych za wydzielanie specyficznych enzymów [55,65,116,147]. 33

38 Jak wcześniej wspomniano, do związków tych należą m.in. amylazy, celulazy i depolimerazy. Część publikacji z tej dziedziny także dotyczy zagadnień ekologicznych, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu odpadów wiertniczych na środowisko przyrodnicze lub zawiera charakterystykę chemiczną polimerów, stosowanych w technologii płuczek wiertniczych [29,46,61,68,102,111,129]. Niewiele jest natomiast informacji literaturowych, które dotyczą występowania mikroorganizmów w wodno dyspersyjnych płuczkach polimerowych i ich wpływu na biodegradację składników płuczek (w poszczególnych stadiach użytkowania, oraz w trakcie obiegu płuczki w otworze wiertniczym). Występujące wówczas zjawiska o podłożu mikrobiologicznym w znacznym stopniu decydują o prawidłowym przebiegu procesu wiercenia, a tym samym mają istotny wpływ na dalszą eksploatację złoża. Dzięki zdolności różnych rodzajów mikroorganizmów tlenowych i beztlenowych do enzymatycznego rozkładu polimerów [71,113,117,133,142,144] oraz ich wykorzystywania w procesach metabolicznych, następuje degradacja tych związków w warunkach złożowych. Zjawisko to przyczynia się do znacznego obniżenia jakości płuczki wiertniczej, pogorszenia jej parametrów fizyko chemicznych oraz prowadzi do większego zużycia materiałów płuczkowych, stwarzając tym samym dodatkowe obciążenie dla środowiska przyrodniczego. Procesy biodegradacyjne zachodzące w płynach wiertniczych przyczyniają się również do wzrostu kosztów wiercenia. Omawiając różne cechy, które charakteryzują drobnoustroje należy podkreślić ich szczególną odporność na zmienne i ekstremalne warunki otoczenia. Jak wiadomo, w złożach panują dogodne warunki dla rozwoju różnorodnej mikroflory [1,40,70,90,138,143]. Bakterie mogą wykorzystywać zarówno węglowodory alifatyczne, jak i aromatyczne w procesach metabolicznych jako źródło węgla. Również czynniki środowiskowe, takie jak temperatura i ciśnienie, panujące w warstwach ropo- i gazonośnych nie stanowią bariery dla procesów biogennych. Przykładem są mikroorganizmy tolerujące ciśnienie w granicach atm., jak np. Vibrio percolans oraz bakterie z rodzajów: Bacillus i Alkaligenes, a także wysoką temperaturę w zakresie o C, co stwierdzono w przypadku, reprezentowanych przez rodzaje: Bacillus, Methanobacterium, Sulfolobus, Thermomicrobium, Clostridium, Desulfovibrio i inne. Oprócz wspomnianych powyżej abiotycznych czynników środowiska, na uwagę zasługuje również wpływ stężenia jonów wodorowych na rozwój. Większość drobnoustrojów nie toleruje ekstremalnych wartości ph (w granicach 1 3 oraz 11 14). W warunkach wysokiej kwasowości lub alkaliczności otoczenia zostaje unieczynniona część enzymów, a także następuje rozpad struktur komórkowych. Istnieją jednak mikroorganizmy przystosowane metabolicznie do takich środowisk. Należą do nich bakterie acidofilne oraz alkalofilne, które tolerują lub nawet preferują ekstremalne wartości ph dla optymalnego wzrostu. Zagadnienie wpływu ph na mikroflorę bytującą w płuczkach wiertniczych zostało szerzej omówione w dalszej części rozprawy. Tak więc celowe jest podjęcie badań mikrobiologicznych w specyficznym środowisku, jakie stwarza dla drobnoustrojów płuczka wiertnicza, aby przybliżyć zagadnienia rozwoju i aktywności mikroorganizmów w warunkach ekstremalnych oraz wyjaśnić wpływ procesów mikrobiologicznych na biodegradację płuczek polimerowych. Jednocześnie należy zaznaczyć, że o celowości prezentowanych badań decyduje także ich aspekt ekologiczny. Optymalizacja w doborze efektywnych środków antybakteryjnych w odniesieniu do warunków złożowych jest bardzo ważna, ponieważ przyczynia się do przedłużenia trwałości płuczki wiertniczej, ograniczając tym samym ilość odpadów powstających w trakcie procesu wiercenia. Dobór odpowiednich biocydów i sposobu ich zastosowania w płuczkach wiertniczych zabezpiecza środowisko złożowe przed zagrożeniami ze strony mikroorganizmów oraz stanowi ochronę przed skażeniem biogennym siarkowodorem, związkiem szczególnie toksycznym (zwłaszcza w przypadku ryzyka wystąpienia erupcji). 34

39 Ostatni etap prac laboratoryjnych dotyczy badania zmian przepuszczalności ośrodka skalnego w wyniku działania wyizolowanych szczepów bakteryjnych. Tematyka biologicznej kolmatacji, tj. blokowania przestrzeni porowych dotyczy nie tylko efektywności wydobycia ropy naftowej i gazu ziemnego, ale znajduje również odzwierciedlenie w problematyce poziemnego magazynowania gazu. W trakcie eksploatacji podziemnych zbiorników gazu ziemnego (cykle zatłaczania i odbioru gazu) szczególnie istotnym parametrem jest chłonność odwiertów, której utrzymanie na odpowiednim poziomie pozwala na prawidłową pracę magazynu. Całkowita pojemność podziemnego zbiornika gazu i poszczególnych odwiertów, jak również skład chemiczny magazynowanego surowca zależy m.in. od przebiegających w środowisku złożowym procesów chemicznych i biochemicznych. Skażenie o charakterze biogennym, które może pojawić się w strukturze magazynowej, powoduje obniżenie jakości zdeponowanego gazu ziemnego, generuje procesy korozji siarkowodorowej i w pewnym stopniu wpływa także na zmiany przepuszczalności oraz chłonności kolektora skalnego. Należy zaznaczyć, że zarówno w złożach ropy naftowej i gazu ziemnego lub w warunkach podziemnego magazynowania gazu, na skutek pogorszenia się parametrów ośrodka skalnego mogą pojawić się zaburzenia przepływu mediów złożowych, które często utrudniają, a nawet uniemożliwiają prawidłową eksploatację. W następnych rozdziałach niniejszej rozprawy zaprezentowano rezultaty badań mikrobiologicznych płuczek wiertniczych, wód bazowych i badania skuteczności działania biocydów zrealizowane w latach , jak również omówiono prace laboratoryjne związane z nowatorskim kierunkiem badań nad wpływem mikroorganizmów wyizolowanych z polimerowych płuczek wiertniczych, na zmiany przepuszczalności skał zbiornikowych. 35

40 4.2. Cel badań Celem badań było: określenie stopnia skażenia mikrobiologicznego polimerowych płuczek wiertniczych stosowanych w krajowym przemyśle naftowym; izolacja drobnoustrojów powodujących biodegradację polimerowych płuczek wiertniczych; określenie wpływu mikroorganizmów na zmiany parametrów reologicznych polimerowej płuczki wiertniczej; opracowanie metod ochrony polimerowych płuczek wiertniczych przed biodegradacją w warunkach przemysłowych, w oparciu o badania laboratoryjne płuczek wiertniczych, wód bazowych oraz testy efektywności działania biocydów. Badaniom poddano płuczki wiertnicze stosowane w ciągu ostatnich kilku lat w krajowym wiertnictwie. Badania te dotyczyły występowania procesów rozkładu polimerów, w tym: karboksymetylocelulozy, pochodnych skrobiowych, a także poliakryloamidu oraz polimeru ksantanowego w płuczkach wiertniczych. W pracach laboratoryjnych uwzględniono również badania mikrobiologiczne dotyczące procesów szybkiej biodegradacji płuczki wiertniczej, zawierającej w składzie chemicznym tzw. blokator organiczny przeciwdziałający zanikom (ucieczkom) płuczki w trakcie wiercenia. Uwzględniono także procesy biologicznej redukcji siarczanów w środowisku polimerowej płuczki wiertniczej przy udziale beztlenowych z grupy SRB (Sulphate Reducing Bacteria). W pracy zwrócono również uwagę na procesy mikrobiologiczne zachodzące w płuczce wiertniczej w wyniku wprowadzenia mikroorganizmów aerobowych wraz z wodą bazową, w trakcie sporządzania płuczki wiertniczej, tj. obecność naturalnej mikroflory w wodach bazowych i procesy namnażania się mikroorganizmów podczas przechowywania wody w zbiornikach. Interpretację wyników badań mikrobiologicznych płuczek wiertniczych zawierających związki polimerowe oraz wód stanowiących ośrodek dyspersyjny (bazę) do sporządzania płuczek przeprowadzono, biorąc pod uwagę znaczenie procesów biodegradacji w przemyśle. Badania skuteczności działania różnych biocydów w płuczkach wiertniczych miały na celu wytypowanie najbardziej efektywnego środka bakteriobójczego, zwalczającego skażenie biologiczne i zabezpieczającego płuczki polimerowe przed biodegradacją. W ramach pracy prowadzono izolację mikroflory tlenowej i beztlenowej z płuczek wiertniczych oraz wód technologicznych, a ich celem była ocena stanu mikrobiologicznego i stopnia skażenia powyższych płynów. Przeprowadzono również badania zmian parametrów reologicznych płuczki wiertniczej pod wpływem działania mikroorganizmów. Celem tych badań było stwierdzenie, w jakim zakresie drobnoustroje wpływają na poszczególne parametry płuczki wiertniczej i tym samym na jej jakość i trwałość w procesie wiercenia otworu. Wyizolowaną mikroflorę wykorzystano również w badaniach zmian przepuszczalności skał zbiornikowych, w celu stwierdzenia w jakim stopniu drobnoustroje rozkładające polimery stosowane w płuczkach wiertniczych mogą być przydatne w likwidacji uszkodzeń strefy przyodwiertowej, powstających wskutek procesu kolmatacji. 36

41 4.3. Materiał i metodyka badań MATERIAŁ BADAWCZY Prace badawcze prowadzone były na materiale pochodzącym z otworów wiertniczych zlokalizowanych głównie w północno - zachodnim rejonie Polski, w tym także na obszarze Podziemnego Magazynu Gazu w Wierzchowicach. Ponadto zostały wykonane badania prób pochodzących z wierceń na obszarze Polski południowej oraz na Litwie. Część pierwszą badań laboratoryjnych, obejmującą izolację mikroorganizmów, zrealizowano w terminie od czerwca 1998 do listopada 2003 roku. Równolegle badano zdolność mikroorganizmów do rozkładu związków polimerowych oraz wpływ mikroorganizmów na własności petrofizyczne modelowego ośrodka skalego, a także szczegółowe badania testowe biocydów w odniesieniu do wyizolowanej mikroflory, które zakończono w 2004 roku. Ostatnią serię prac badawczych przeprowadzono w kwietniu 2005 roku, obiektem badań była płuczka wiertnicza stosowana na obszarze PMG Wierzchowice. Do badań laboratoryjnych zrealizowanych w pierwszej części pracy wytypowano następujący materiał: 44 próby płuczek wiertniczych zawierających w składzie chemicznym związki polimerowe (naturalne, półsyntetyczne oraz syntetyczne) 25 prób wód bazowych stosowanych w technologii płuczkowej podczas wierceń na obszarze krajowych złóż gazu ziemnego i ropy naftowej Mikroorganizmy wyizolowne z powyższych płynów wykorzystano jako materiał do badań laboratoryjnych dotyczących procesów biodegradacji, jak również problematyki zabezpieczenia płuczek polimerowych przed rozkładem biologicznym. METODYKA BADAŃ W ramach badań nad izolacją mikroorganizmów zdolnych do rozkładu związków polimerowych stosowanych powszechnie w wiertnictwie, tj. polimeru naturalnego XCD, PHPA (poliakryloamidu poddanego częściowej hydrolizie) i KMC (karboksymetylocelulozy) oraz środków skrobiowych. W tym celu zostały wytypowane i sporządzone odpowiednie podłoża mikrobiologiczne do hodowli poszczególnych grup drobnoustrojów [2,6], w tym bezwęglowe podłoża z dodatkiem poszczególnych polimerów w określonym stężeniu, odpowiadającym stężeniu tego polimeru w płuczce wiertniczej. Związek polimerowy stanowił jedyne źródło węgla, przyswajanego przez specyficzną mikroflorę w reakcjach metabolicznych. Bardzo istotny w badaniach mikrobiologicznych jest dobór optymalnych metod badawczych, a w szczególności wytypowanie odpowiednich podłoży odżywczych, umożliwiających izolację drobnoustrojów z tak nietypowego materiału, jakim jest płuczka wiertnicza, zwłaszcza że informacje literaturowe z tej dziedziny są znikome. Przeprowadzono ocenę aktywności grup mikroorganizmów aerobowych (tlenowców) i anaerobowych (beztlenowców) odpowiedzialnych za procesy biodegradacji składników płuczek wiertniczych, poprzez zbadanie w 3 powtórzeniach liczebności mikroorganizmów w próbkach materiału badawczego. Hodowla wszystkich grup mikroorganizmów aerobowych oraz rozkładających polimery prowadzona była na szalkach Petriego, oznaczenia wykonano 37

42 metodą płytkową Kocha. Hodowlę mikroorganizmów anaerobowych, obejmującą oznaczenia ogólnej liczby kolonii beztlenowców prowadzono w probówkach (hodowla w postaci tzw. słupków agarowych). Hodowla redukujących siarczany przebiegała w butelkach o pojemności 50 ml ze szlifem, z zastosowaniem podłoża płynnego. Równolegle bakterie te izolowano stosując podłoże stałe o tym samym składzie chemicznym. Hodowla z użyciem podłoża stałego prowadzona była w atmosferze beztlenowej (w anaerostatach) na szalkach Petriego oraz w probówkach. Fot. 1. Hodowla beztlenowych, w tym z grupy SRB, z wydzielającym się gazem biogennym zawierającym siarkowodór. H 2 S tworzy się na dnie probówki oraz wewnątrz słupka agarowego. Oprócz tlenowych i beztlenowych z badanego materiału izolowano grzyby pleśniowe oraz drożdże. Równolegle z badaniami płuczek wiertniczych prowadzono badania mikrobiologiczne wód bazowych, z których izolowano mikroorganizmy tlenowe i beztlenowe stosując w tym celu analogiczne podłoża płynne i stałe. W pracy zamieszczono przykładowe analizy chemiczne kilku wód bazowych, a także parametry fizykochemiczne wybranych płuczek wiertniczych. 38

43 Oznaczenia fizykochemiczne, obrazujące właściwości badanych płuczek zostały wykonane w Zakładzie Inżynierii Naftowej oraz w Zakładzie Technologii Wiercenia INiG. Poszczególne oznaczenia wykonano przy zastosowaniu aparatu Fann 35 SA. Pomiar gęstości wykonano przy pomocy wagi ramieniowej firmy Baroid. Metodyka oznaczeń właściwości płuczek wiertniczych jest szczegółowo przedstawiona w normie branżowej BN-90 nr (grupa katalogowa 0443), obowiązującej od dnia 1.X.1990 r. Przy użyciu tej samej aparatury i analogicznych metod wykonano pomiary zmian właściwości reologicznych analizowanych płynów pod wpływem procesów biogennych, a także testy efektywności działania biocydów. Zbadano także wpływ ph na rozwój różnych grup mikroorganizmów aerobowych oraz z grupy SRB, wyizolownaych z przeanalizowanych uprzednio polimerowych płuczek wiertniczych. W płuczce polimerowej uprzednio skażonej zawiesiną kultur drobnoustrojów, badano liczebność mikroorganizmów tlenowych i beztlenowych w zakresie wartości ph od 6.0 do 10.0, po okresie 10-cio dniowej inkubacji. Materiał biologiczny otrzymany z badań płuczek polimerowych, tj. wyizolowane kultury drobnoustrojów zostały wykorzystane do dalszych badań nad możliwością degradacji związków polimerowych: skrobi modyfikowanej, karboksymetylocelulozy i poliakryloamidu, z zastosowaniem spektrofotometrii. Uprzednio przeprowadzono hydrolizę skrobi oraz KMC. Stężenie poliakryloamidu oznaczano metodą turbidymetryczną. Po upływie 10 i 30 dniowej inkubacji zbadano stopień biodegradacji określonego polimeru. Badano również zmiany właściwości reologicznych roztworów związków polimerowych pod wpływem działania mikroorganizmów. W testach wykorzystano kultury bakteryjne tlenowców i beztlenowców, w tym redukujących siarczany. Właściwości roztworów polimerów płuczkowych, najczęściej stosowanych w wiertnictwie, badano bezpośrednio po sporządzeniu roztworów, a następnie porównywano wyniki badań otrzymanych po 10-, 20-, 30- i 40-dobowym okresie oddziaływania. W nastepnym etapie badań laboratoryjnych wykonano testy efektywności działania preparatów antybakteryjnych. Badano liczebność mikroorganizmów w próbkach testowych zawierajacych biocyd w określonym stężeniu, otrzymane wyniki porównywano z zawartością mikroorganizmów w próbce kontrolnej (bez biocydu). W ramach niniejszej pracy przebadano następujące preparaty: 1. Biocyd ANTIMICROBIAL (składnik aktywny: dibromo-nitrylopropionamid) 2. Biocyd BARDAC LF (składnik aktywny: dimethylammonium chloride) 3. Biocyd BIOSTAT (składnik aktywny: pochodna triazyny) 4. Biocyd DODIGEN (składnik aktywny: związki aminowe) 5. Biocyd MODICIDE 340 (składnik aktywny: bromo-nitropropane-diol) Przeprowadzono również testy efektywności działania 5-ciu w/w preparatów, w oparciu o zmiany właściwości reologicznych. W ostatniej serii prac doświadczalnych wykonano badania zmian przepuszczalności skał zbiornikowych w wyniku działania drobnoustrojów wyizolowanych z polimerowych płuczek wiertniczych. Badania wykonano z zastosowaniem rdzeni modelowych, które nasączono polimerową płuczką wiertniczą. Następnie każda próbka rdzeni została nasączona zawiesiną bakteryjną. Po określonym czasie inkubacji prób badano, w jakim stopniu zmieniła się przepuszczalność rdzeni pod wpływem rozkładu polimerów płuczkowych przez bakterie tlenowe i beztlenowe rozwijące się przestrzeni porowej, w stosunku do wartości początkowej. Szczegółowa metodyka omawianych badań testowych biocydów oraz badań dotyczących zmian przepuszczalności ośrodka porowatego została zaprezentowana w rozdziale nr

44 Fot.2. Badania mikrobiologiczne przeprowadzono z użyciem nowoczesnej aparatury komory z laminarnym pionowym przepływem sterylnego powietrza firmy MICROFLOW Fot. 3. Autoklawy przeznaczone do sterylizacji podłoży mikrobiologicznych 40

45 4.4. Badania laboratoryjne Do badań laboratoryjnych zrealizowanych w pierwszej części pracy wytypowano następujący materiał: PŁUCZKI WIERTNICZE 1. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Mostno-6 płuczka obiegowa pobrana bezpośrednio po wypływie z otworu otwór Mostno-6 2. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Mostno-6 płuczka pobrana przed zatłoczeniem do otworu ze zbiornika zapasowego otwór Mostno-6 płuczka obiegowa pobrana bezpośrednio po wypływie z otworu otwór Mostno-6 3. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Mostno-6 płuczka pobrana przed zatłoczeniem do otworu ze zbiornika zapasowego otwór Mostno-6 płuczka obiegowa pobrana bezpośrednio po wypływie z otworu otwór Mostno-6 4. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Mostno-6 płuczka pobrana przed zatłoczeniem do otworu ze zbiornika zapasowego otwór Mostno-6 5. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Lubno-1 płuczka pobrana przed zatłoczeniem do otworu ze zbiornika zapasowego otwór Lubno-1 płuczka zużyta pobrana ze zbiornika zrzutowego otwór Lubno-1 6. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Wierzchowice SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Gawrzyłowa-3 płuczka obiegowa pobrana bezpośrednio po wypływie z otworu otwór Gawrzyłowa-3 41

46 8. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Barnówko-11 płuczka pobrana przed zatłoczeniem do otworu ze zbiornika zapasowego otwór Barnówko-11 płuczka zużyta pobrana ze zbiornika zrzutowego otwór Barnówko SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Wierzchowice-46 płuczka pobrana przed zatłoczeniem do otworu ze zbiornika zapasowego otwór Wierzchowice SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Barnówko-9 płuczka pobrana przed zatłoczeniem do otworu ze zbiornika zapasowego otwór Barnówko SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Dzieduszyce SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Kaleń SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Zawisze SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Międzychód SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Międzychód SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Wierzchowice-42 płuczka obiegowa pobrana bezpośrednio po wypływie z otworu otwór Wierzchowice-42 płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Wierzchowice-42; analiza po 60 dniach oddziaływania 42

47 17. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Lubiatów SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Berkanowo-1 płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Berkanowo-1; analiza po 30 dniach oddziaływania 19. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Berkanowo-1 płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Berkanowo-1; analiza po 30 dniach oddziaływania 20. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Berkanowo SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Berkanowo SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór K-1 LITWA płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór K-1 LITWA; analiza po 30 dniach oddziaływania płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór K-1 LITWA analiza po 90 dniach oddziaływania W ostatnim etapie pracy wykonano badania mikrobiologiczne cieczy wiertniczej, stosowanej podczas wiercenia rekonstrukcyjnego na jednym z odwiertów, wchodzących w skład obiektu magazynowania gazu ziemnego. 23. SERIA POBORU płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego otwór Wierzchowice-45 płuczka pobrana przed zatłoczeniem do otworu ze zbiornika zapasowego otwór Wierzchowice-45 płuczka obiegowa pobrana bezpośrednio po wypływie z otworu otwór Wierzchowice-42 Łącznie przeanalizowano 44 próby płuczek wiertniczych stosowanych podczas wierceń na 17 otworach, zlokalizowanych głównie na obszarze złoża BMB, na obiekcie PMG Wierzchowice, a także w rejonie Międzychodu, Kamienia Pomorskiego, Dębicy i w innych perspektywicznych rejonach Polski oraz na Litwie. 43

48 WODY BAZOWE STOSOWANE W TECHNOLOGII PŁUCZEK WIERTNICZYCH JAKO OŚRODEK DYSPERSYJNY 1. SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Mostno-6 woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Mostno-6 2. SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Mostno-6 woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Mostno-6 3. SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Mostno-6 woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Mostno-6 4. SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Mostno-6 woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Mostno-6 5. SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Lubno-1 woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Lubno-1 6. SERIA POBORU woda pochodząca z sieci miejskiej, pobór pośredni ze zbiornika do przechowywania wody w rejonie otworu Wierzchowice SERIA POBORU woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Gawrzyłowa-3 8. SERIA POBORU woda ze studni głębinowej w rejonie otworu Buszewo-10 woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Buszewo-10 44

49 9. SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Barnówko SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Barnówko-9 woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Barnówko-9; analiza po 5 dniach przechowywania wody woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Barnówko-9; analiza po 10 dniach przechowywania wody 11. SERIA POBORU woda ze studni głębinowej w rejonie otworu Dzieduszyce-3 woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Dzieduszyce SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Kaleń SERIA POBORU woda ze studni głębinowej w rejonie otworu Zawisze-1 woda ze studni głębinowej pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni otwór Zawisze SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Międzychód SERIA POBORU woda pobrana ze studni głębinowej w rejonie otworu Międzychód-6 Łącznie przeanalizowano 25 prób wód bazowych stosowanych podczas wierceń na 12 otworach, zlokalizowanych głównie na obszarze złoża BMB, w rejonie Międzychodu, Kamienia Pomorskiego, Dębicy i innych. 45

50 Skład chemiczny badanych płuczek wiertniczych był następujący: 1. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Mostno-6 (otwór zlokalizowany k. Gorzowa Wlkp. należący do złoża Barnówko-Mostno-Buszewo, w którym warstwy perspektywiczne reprezentowane są przez dolomit główny). Stosowano płuczkę potasowo-polimerową zawierającą: KMC Tyloza (0,75 %), PHPA produkt Poly Plus (0,2 %), węglan potasu (0,5 %), KCl (120 g/l). Głębokość otw. Mostno-6 w dniu poboru: 1711 m Poziom lito-stratygraficzny: cechsztyn, sól 2. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Mostno-6 W pozostałych 3 seriach badano płuczkę solno-skrobiową, obciążoną barytem, zawierającą: NaCl (do 300 g), środek skrobiowy produkt Rotomag (2 %), KMC produkt o niskiej lepkości Tylodrill LV (0,5 %), hematyt (2-3 %) oraz baryt (obciążający płuczkę do ciężaru właściwego 2 g/ml). Głębokość otw. Mostno-6 w dniu poboru: m 3. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Lubno-1 (otwór zlokalizowany w rejonie złoża BMB). Stosowano płuczkę potasowo-polimerową zawierającą: KMC LV (1 %), PHPA produkt Poly Plus (0,2 %), KCl (4-6%), NaCO 3 (0,5 %), sodę kaustyczną (0,1 %). Głębokość otw. Lubno-1 w dniu poboru: 1420 m 4. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Wierzchowice-29 (otwór zlokalizowany na obiekcie PMG Wierzchowice, k.milicza) Płuczka wiertnicza stosowana podczas wiercenia otworu Wierzchowice-29, wchodzącego w skład Podziemnego Magazynu Gazu (zlokalizowanego w rejonie Milicza) nie miała stałych parametrów. Zmieniały się one w zależności od fazy wykonywanych prac wiertniczych, jak np. badania szczelności rur, zwiercania rur, poszerzanie i pogłębianie otworu), tak więc skład płuczki wiertniczej ulegał zmianom w trakcie wiercenia. Orientacyjny skład płuczki: polimer XCD, skrobia modyfikowana (produkt Multidrill), blokatory organiczne (produkty Modiseal 150 i Liquid Casing), KCl i oktanol. Głębokość otw. Wierzchowice-29 w dniu poboru: 1588 m 5. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Gawrzyłowa-3 (otwór zlokalizowany k. Dębicy) Stosowano płuczkę polimerową zawierającą: KMC Tyloza (0,3 %), bentonit (5 %), NaOH, mikę oraz organiczny materiał kolmatacyjny. Głębokość otw. Gawrzyłowa-3 w dniu poboru: 2080 m Poziom lito-stratygraficzny: jura, wapień mikrytowy z marglami 6. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Barnówko-11 (otwór zlokalizowany na obszarze złoża BMB) Stosowano płuczkę polimerowo-chlorkową zawierającą: KMC typu EHV (0,5 %), PHPA preparat Poly Plus (0,25 %), NaCO 3 (0,5 %) oraz NaCl i KCl (do 20 %). Głębokość otw. Barnówko-11 w dniu poboru: 1527 m 46

51 7. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Wierzchowice-46 (otwór zlokalizowany na obiekcie PMG Wierzchowice) Stosowano płuczkę polimerową beziłową zawierającą: polimer XCD (do 0,5 %), KMS (2 %), KCl (4,5 5 %) oraz blokator węglanowy produkt Dolomat. Ciężar właściwy płuczki wiertniczej wynosił 1,1 g/ml 8. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Barnówko-9 (otwór zlokalizowany na obszarze złoża BMB) Stosowano płuczkę solno-skrobiową zawierającą: KMC o zróżnicowanej lepkości produkt Tylodrill LV (0,5 1,0 %), KMC produkt Tylodrill HV (0,5 1,0 %), środek skrobiowy produkt Rotomag (2 3 %), NaCl (do 320 g/l), hematyt oraz baryt (obciążający płuczkę do ciężaru właściwego 1,96 1,97 g/ml) 9. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Dzieduszyce-3 (otwór zlokalizowany w rejonie złoża BMB) Stosowano płuczkę solno-skrobiową zawierającą: KMC o zróżnicowanej lepkości produkt Tylodrill LV (0,5 1,0 %), KMC produkt Tylodrill HV (0,5 1,0 %), środek skrobiowy produkt Rotomag (2 3 %), NaCl (do 320 g/l), hematyt produkt Ferrohem, baryt oraz KMC produkt Tyloza ECH i KMS produkt Ultra Seal XP. Ciężar właściwy płuczki wynosił 1,92 g/ml 10. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Kaleń-1 (otwór zlokalizowany k. Kamienia Pomorskiego) Stosowano płuczkę polimerowo-chlorkową zawierającą: CMC LV, CMC HV, PHPA oraz KCl i NaCl (70 g/ml). Ciężar właściwy płuczki wynosił 1,15 1,16 g/ml 11. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Zawisze-1 (otwór zlokalizowany w rejonie złożowym Świebodzin-Sulechów-Krosno Odrzańskie) Stosowano płuczkę potasowo-polimerową zawierającą; polimer XCD (0,1 0,4 %), PHPA (0,1 %), KCl i Na Cl (20 %). Głębokość otw. Zawisze-1 w dniu poboru: 1816 m 12. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Międzychód-5 (otwory Międzychód-5 i -6 zlokalizowane w woj. Wielkopolskim) Stosowano płuczkę potasowo-polimerową zawierającą: polimer XCD (0,1 %), CMS i CMC LV (0,9 %), PHPA (0,2-0,4 %), celuloza o zróżnicowanej lepkości produkt PAC R lub L, NaCO 3 (0,6 %), NaCl (9 %) oraz NaOH (0,1 %). 13. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Międzychód-6 Stosowano płuczkę potasowo-polimerową zawierającą: polimer XCD (0,1 %), KMS i KMC LV (0,9 %), PHPA (0,2-0,4 %), celuloza o zróżnicowanej lepkości produkt PAC R lub L, NaCO 3 (0,6 %), NaCl (9 %) oraz NaOH (0,1 %). Głębokość otw. Międzychód-6 w dniu poboru: 2150 m 47

52 14. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Wierzchowice-42 (otwór zlokalizowany k. Milicza na obiekcie PMG Wierzchowice) Stosowano płuczkę potasowo-polimerową zawierającą: polimer XCD (0,5 %), KMS (1 %), KCl (3%), blokator węglanowy (3 %) oraz odpieniacz. Głębokość otw. Wierzchowice-42 w dniu poboru: 1638 m 15. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Lubiatów-1 (otwór zlokalizowany w rejonie złoża Międzychód) Stosowano płuczkę solno-barytową zawierającą: polimer XCD (0,2 0,3 %), celuloza o zróżnicowanej lepkości produkt PAC R lub L (0,8 1,0 %), NaCO 3 (0,1 %), NaCl (do pełnego zasolenia), NaOH (0,2 %), blokator węglanowy (10 %), baryt (1 %), węglan cynku (1 %) oraz odpieniacz. Głębokość otw. Międzychód-6 w dniu poboru: 3591 m Poziom lito-stratygraficzny: czerwony spągowiec - piaskowce, zlepieńce, wulkanity. 16. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Berkanowo-1 (pobór I) (otwór zlokalizowany w woj. Zachodnio-Pomorskim) Stosowano płuczkę potasowo-polimerową zawierającą: polimer PHPA (0,3 0,4 %), KMC LV - celuloza o niskiej lepkości (1,2 1,5 %), celuloza o zróżnicowanej lepkości - produkt PAC R lub L (0,5 0,8 %), KMS (0,5 0,8 %), NaCO 3 (0,2 %), KCl (6 %), NaOH (0,2 %), blokator węglanowy (10 %). Głębokość otw. Berkanowo-1 w dniu poboru: 1565 m Poziom lito-stratygraficzny: Pstry piaskowiec środkowy piaskowce, iłowce, mułowce. 17. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Berkanowo-1 (pobór II) Stosowano płuczkę potasowo-polimerową o składzie j.w. Głębokość otw. Berkanowo-1 w dniu poboru: 2561 m 18. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Berkanowo-1 (pobór III) Stosowano płuczkę solno-barytową zawierającą: skrobia (0,8 %), KMC o zróżnicowanej lepkości - produkt Tylodrill LV i HV (1,0 1,2 %), NaOH (0,1 %), NaCl (do pełnego zasolenia), hematyt, baryt, oraz odpieniacz. Głębokość otw. Berkanowo-1 w dniu poboru: 2565 m Poziom lito-stratygraficzny: cechsztyn iły, sole, anhydryty, dolomity, iłowce. 19. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Berkanowo-1 (pobór IV) Stosowano płuczkę solno-skrobiową (płuczka z poprzedniego interwału została częściowo użyta do dalszego wiercenia). Płuczka wiertnicza zawierała: polimer XCD (0,4 %), skrobia (0,5-0,8 %), KMC o zróżnicowanej lepkości - produkt Tylodrill LV i HV (1 %), NaOH (0,1 %), NaCl ( g/l), blokator węglanowy (15 %), baryt oraz odpieniacz. Głębokość otw. Berkanowo-1 w dniu poboru: m Poziom lito-stratygraficzny: czerwony spągowiec piaskowce, iłowce. 48

53 20. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu K-1 (otwór zlokalizowany na Litwie, w odległości ok. 20 km na południe od Kłajpedy) Stosowano płuczkę potasowo-polimerową zawierającą: polimer PHPA (0,4 %), CMC LV - celuloza o niskiej lepkości (1,3 %), celuloza - produkt PAC (1 %), KMS (0,3 %), KCl (7,3 %), blokator węglanowy (0,5 %) oraz środek smarny. Głębokość otw. K-1 w dniu poboru: m Utwory skalne reprezentowane przez iłowce i mułowce zbite. 21. Płuczka wiertnicza stosowana do wiercenia otworu Wierzchowice-45 (otwór zlokalizowany k. Milicza na obiekcie PMG Wierzchowice) Stosowano płuczkę polimerową beziłową zawierającą: polimer XCD, KMS, KCl i blokator węglanowy. Należy wspomnieć, że karboksymetyloceluloza stosowana w powyższych płuczkach wiertniczych w postaci preparatów o nazwach handlowych Tylodrill lub Tyloza, jest estrem metylowym celulozy. Zwiazek ten otrzymuje się poprzez działanie chlorku metylu pod ciśnieniem na alkalicelulozę. Znajduje on zastosowanie w przemyśle do wyrobu środków emulgacyjnych, dyspergujących oraz koloidów. Ponadto wymieniony w składzie płuczek wiertniczych blokator węglanowy jest to produkt w postaci mielonego marmuru. Natomiast polimer XCD stosowany w technologii płuczkowej jest znany pod nazwami handlowymi: Kelzan, Bioflow i Duo Vis. Jako odpieniacze używane były produkty pod nazwami Defpol oraz Defoam X. Płuczki wiertnicze przebadano pod kątem występowania oraz liczebności następujących grup drobnoustrojów, izolowanych przy zastosowaniu określonych podłoży mikrobiologicznych: 1. Bakterie aerobowe badano ogólną liczbę tlenowych tzw. saprofitycznych w 1 ml płuczki wiertniczej stosując podłoże: agar odżywczy o ph 7,6 z dodatkiem nystatyny w ilości 0,063 g/l pożywki; 2. Bakterie anaerobowe badano ogólną liczbę beztlenowych w 1 ml płuczki wiertniczej stosując podłoże wg Brewera; 3. Drożdże izolowano stosując podłoże z antybiotykiem do oznaczania drożdży (firmy BTL) oraz podłoże Yeast Extract Malt Extract Glucose Agar; 4. Grzyby pleśniowe izolowano stosując podłoże agarowe wg Czapka; 5. Bakterie redukujące siarczany izolowano stosując podłoże wg Starkey a (Modified Starkey s Medium C) o ph 7,5 + 0,2; 6. Bakterie rozkładające skrobię izolowano stosując podłoże Starch Agar o ph 7,5 + 0,2; 7. Bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną (produkt Rotomag) izolowano stosując podłoże agarowe, jak w pkt. 6, przy czym skrobię naturalną zastąpiono skrobią modyfikowaną; 8. Bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię (produkty Multiseal i Polvitex Z) izolowano również przy zastosowaniu podłoża, jak w pkt. 6, przy czym skrobia naturalna została zastąpiona karboksymetyloskrobią; 49

54 9. Bakterie rozkładające celulozę izolowano przy zastosowaniu podłoża Cellulolytic Agar o ph 7,2 + 0,2; 10. Bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę izolowano stosując podłoże Pepton Yeast Extract Carboxymethyl Cellulose Medium o ph 9,5 + 0,2; 11. Bakterie rozkładające KMC (Tylodrill LV - preparat o niskiej lepkości) izolowano stosując podłoże agarowe, jak w pkt. 10, z zawartością Tylodrill LV (1 %); 12. Bakterie rozkładające KMC (Tylodrill HV - preparat o wysokiej lepkości) izolowano stosując podłoże agarowe, jak w pkt. 10, z zawartością Tylodrill HV (1 %) 13. Bakterie rozkładające poliakryloamid (PHPA preparat Poly Plus) izolowano stosując bezwęglowe podłoże agarowe Bushnell Haas Agar, z zawartością PHPA (0,1 %); 14. Bakterie rozkładające polisacharyd XCD izolowano przy zastosowaniu podłoża agarowego, jak w pkt. 13, z zawartością XCD (0,1 %). Hodowle mikroorganizmów prowadzono w temperaturze 30 o C w przypadku prób płuczek wiertniczych oznaczonych od P-1 do P-28 (tab. 1 7). Natomiast pozostałe hodowle mikroorganizmów wyizolowanych z próbek oznaczonych od P-29 do P-41 (tab. 8 16), w celach porównawczych, prowadzono w szerszym zakresie temperatur, tj. w 20, 30 i 40 o C. Wszystkie hodowle redukujących siarczany, wyizolowanych z płuczek wiertniczych przebadano pod kątem produkcji siarkowodoru. W tym celu 30-dniowe płynne hodowle z grupy SRB poddano badaniom chemicznym metodą jodometryczną. Metoda ta polega na oznaczaniu zawartości jonów S 2- w roztworach poprzez miareczkowanie próbek tiosiarczanem sodowym w obecności jodu, a następnie skrobi [36,96]. Jest to metoda oksydacyjno redukcyjna, w której jod utlenia siarkowodór do siarki. Przed wykonaniem oznaczenia jony siarczkowe absorbuje się z roztworu badanego, stosując zakwaszony roztwór octanu kadmu. Zawartość H 2 S oraz rozpuszczonych siarczków oznacza się z ubytku jodu w określonej ilości wzorcowego roztworu jodu, wg reakcji: H 2 S + I 2 2H + + 2I - + S Następnie badano wpływ ph na rozwój różnych grup mikroorganizmów aerobowych oraz z grupy SRB, wyizolownaych z przeanalizowanych uprzednio polimerowych płuczek wiertniczych. Płuczka polimerowa użyta do badań zawierała w składzie chemicznym: związek polisacharydowy o nazwie XCD, poliakryloamid PHPA, skrobię modyfikowaną, karboksymetyloskrobię (produkt Polvitex Z), skrobię modyfikowaną (produkt Rotanet) oraz karboksymetylocelulozę (produkt Polofix LV). Powyższy płyn skażono zawiesiną kultur drobnoustrojów, w tym aerobowych (hodowla na agarze odżywczym), rozkładających skrobię, skrobię modyfikowaną, celulolitycznych, z grupy SRB oraz grzybów pleśniowych. Do 2 litrów płuczki wiertniczej dodano zawiesinę kultur mikroorganizmów w ilości 200 ml. Otrzymaną w ten sposób skażoną płuczkę wiertniczą, po dokładnym wymieszaniu, przelano do 9 sterylnych szklanych butelek po 200 ml i ustalono ph przy pomocy roztworów NaOH oraz HCl. Wartości ph w poszczególnych próbkach wynosiły: 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0 i Próbki inkubowano w temperaturze 30 o C 50

55 przez okres 10-ciu dni. Po tym okresie próbki skażonej płuczki wiertniczej o zróżnicowanym poziomie ph poddano badaniom mikrobiologicznych, w których określano liczebność poszczególnych grup drobnoustrojów, przy zastosowaniu w/w podłoży stałych oraz płynnych. W przypadku SRB wykonano oznaczenia jakościowe, oceniając wzrost na podstawie zmętnienia i barwy podłoża płynnego oraz oznaczenia ilościowe tj. liczebność komórek w 1 ml płuczki wiertniczej. Wykonano również oznaczenia chemiczne zawartości siarkowodoru (w mg/l), wytworzonego przez bakterie w po 30 dniach inkubacji. Oznaczenia zawartości H 2 S oraz siarczków w hodowlach testowych wykonano opisaną powyżej metodą jodometryczną. W trakcie 10-cio dniowej inkubacji, próbki skażonej płuczki wiertniczej były codziennie mieszane przez ok godzin, przy zastosowaniu wytrząsarki laboratoryjnej. Czynności te wykonywano w celu stworzenia warunków bardziej zbliżonych do warunków panujących w płuczce wiertniczej, będącej w ruchu podczas wiercenia otworu. Badania mikrobiologiczne prób wód bazowych, służących do sporządzania płuczek wiertniczych, przeprowadzono pod kątem izolacji aerobowych i anaerobowych (badania ogólnej liczby kolonii bakteryjnych). Określano również liczebność grzybów pleśniowych, rozkładających skrobię oraz redukujących siarczany (SRB). Metodyka badań była analogiczna, jak w przypadku badań prób płuczek wiertniczych. Wszystkie grupy mikroorganizmów aerobowych izolowano, stosując metodę płytkową Kocha. Mikroorganizmy anaerobowe izolowano z wód przy zastosowaniu podłoży płynnych oraz stałych. Hodowlę prowadzono w inkubatorze firmy MEMMERT w 30 o C. Badania na obecność poszczególnych grup drobnoustrojów w wodach bazowych przeprowadzone zostały z zastosowaniem agaru wzbogaconego stosowanego w badaniach ogólnej liczby tlenowych, podłoża wg Brewera do izolacji beztlenowych, podłoża agarowego do izolacji grzybów pleśniowych oraz drożdży [2]. Wyniki analiz chemicznych kilku wód bazowych przebadanych pod względem mikrobiologicznym przedstawiono w tabelach nr Zestawienia te ilustrują przykładowy skład chemiczny, który charakteryzuje wody dostępne na obszarach ropo- i gazonośnych, stosowane w technologii płuczek wiertniczych. Powyższy materiał, tj. płuczki wiertnicze zawierające w składzie chemicznym związki polimerowe oraz wody technologiczne poddano badaniom mikrobiologicznym. Badania przeprowadzone zostały w kierunku izolacji mikroorganizmów aerobowych (tlenowców) i anaerobowych (beztlenowców) zdolnych do wykorzystywania polimerów w reakcjach metabolicznych. Następnie wyizolowane kultury drobnoustrojów wykorzystano do dalszych badań, m.in. dotyczących degradacji poszczególnych związków polimerowych stosowanych w wiertnictwie oraz badań efektywności działania preparatów antybakteryjnych (biocydów), w środowisku płuczek wiertniczych. W formie tabelarycznej (tab ) przedstawiono parametry fizyko chemiczne płuczek wiertniczych, stosowanych podczas wierceń następujących otworów: Mostno-6, Berkanowo-1, Wierzchowice-42 i otworu K-1 zlokalizowanego na Litwie. Badania płuczek wiertniczych obejmowały oznaczenia: gęstości, lepkości plastycznej i pozornej, granicy płynięcia, wytrzymałości strukturalnej, filtracji oraz ph. W przypadku płuczek stosowanych podczas wierceń otworów Berkanowo-1 i K-1, analizowano również zmiany powyższych parametrów fizyko - chemicznych po 30 oraz 90 dniach oddziaływania. W przypadku płuczki wiertniczej stosowanej na odwiercie Wierzchowice-42 badano zmiany parametrów po 60-cio dniowym okresie oddziaływania. Próbki badanych cieczy wiertniczych zawierających naturalne mikroorganizmy, inkubowano przez wyżej wymienione okresy czasowe w temperaturze 30 o C w cieplarkach firmy MEMMERT. Po okresie inkubacji próbki płuczek zostały poddane szczegółowym badaniom mikrobiologicznym, a w zestawieniach tabelarycznych (tab. 8 16) zaprezentowano ich wyniki. 51

56 Kolejna seria prac laboratoryjnych przedstawionych w niniejszej rozprawie dotyczyła badań procesów biodegradacji polimerów stosowanych w płuczkach wiertniczych przez uprzednio wyizolowane i wyselekcjonowane szczepy aerobowych oraz SRB. Kultury bakteryjne wykorzystano w badaniach biologicznej degradacji skrobi modyfikowanej (produkt o nazwie Rotomag), karboksymetylocelulozy (produkty Polofix LV i Tylose HV), a także poliakryloamidu (PHPA produkt Poly Plus). Poniżej omówione badania stopnia biodegradacji związków polimerowych z zastosowaniem spektrofotometrii prowadzone były w Zakładzie Mikrobiologii INiG, w ramach pracy statutowej [50]. W badaniach, których wyniki ilustruje tabela nr 28, wykorzystano 7 czystych kultur aerobowych wyizolowanych z polimerowych płuczek wiertniczych, 2 mieszaniny kultur, jak również kultury anaerobowych z grupy SRB. W powyższych badaniach laboratoryjnych, oprócz związków polimerowych, wykorzystano odczynniki chemiczne, w tym m.in. kwas 3,5 dinitrosalicylowy, cytrynian sodu, żel jonowymienny Diaion SK-104 i Hyamine 1622 (benzethonium chloride). Mikroorganizmy izolowano na podłożach agarowych (wymienionych na str niniejszego rozdziału), a następnie przenoszone oraz namnażane na płynnych podłożach o tym samym składzie chemicznym. Bakterie anaerobowe z grupy SRB izolowane były na podłożu płynnym. W doświadczeniach wykorzystano te same podłoża mikrobiologiczne, które stosowano do izolacji, ale zawierające konkretny typ polimeru w następujących stężeniach: skrobia modyfikowana (Rotomag) w stężeniu 1 % karboksymetyloceluloza (Polofix o niskiej lepkości LV) w stężeniu 1% karboksymetyloceluloza (Tylose o wysokiej lepkości HV) w stężeniu 1% poliakryloamid (PHPA Poly Plus) w stężeniu 0,05 % Po określonym czasie inkubacji, który wynosił 10 dni dla aerobowych oraz 30 dni dla SRB, analizowano stopień degradacji określonego polimeru. Ze względu na to, że skrobia i karboksymetyloceluloza należą do jednej grupy związków chemicznych tj. polisacharydów, połączonych wiązaniami glikozydowymi zastosowano dla tych związków tę samą metodę badania stopnia biodegradacji. Hydroliza wiązań α - 1,4 w przypadku skrobi oraz β - 1,4 w przypadku KMC, pozwala na uwolnienie monomerów i w konsekwencji ilościowe oznaczenie określonego polimeru. Z każdej badanej hodowli oraz z próbki kontrolnej (podłoża bez ) pobierano po 2 ml, płyn przesączano do probówek przez filtr, w celu usunięcia zanieczyszczeń. Następnie do każdej probówki dodawano po 8 ml 10 % roztworu H 2 SO 4, po czym umieszczano probówki w łaźni wodnej, w temperaturze 90 o C. Czas hydrolizy wynosił dla skrobi modyfikowanej 2 godz., natomiast w przypadku KMC 4 godz. Po wymaganym czasie hydrolizy, z każdej probówki pobierano po 1 ml hydrolizatu, przenoszono do następnej probówki i zobojętniano każdą próbkę przy pomocy KOH. Do każdej probówki zawierającej badany roztwór dodawano po 1 ml kwasu dinitrosalicylowego i umieszczano je w łaźni wodnej w temperaturze 90 o C na okres 10 min. Po schłodzeniu do każdej probówki dodawano po 10 ml wody destylowanej, a następnie mierzono absorbancję (ekstynkcję) przy długości fali 540 nm, w odniesieniu do próbki ślepej. Jako standardu użyto roztworu glukozy o stężeniu 1,8 mg/ml. Pomiary wykonano stosując spektrofotometr typu MARCEL MEDIA, a wyniki wyrażono w %, przyjmując próbkę kontrolną (bez ) jako 100 % [50,75,126]. 52

57 Pomiar stężenia PHPA oznaczano metodą turbidymetryczną. W tym celu napełniono kolumnę żelem jonowymiennym Diaion SK-104 o średnicy porów od 16 do 50. Kolumnę tę stosowano w celu uzyskania oczyszczonego PHPA o stężeniu 10 µg/ml. Następnie przez kolumnę przepuszczono najpierw próbę ślepą (H 2 O) i kolejno próby badane, po uprzednim przesączeniu na filtrach w celu uzyskania klarownych roztworów. Każdorazowo przed przeniesieniem kolejnej próby, kolumnę przepłukiwano 50 ml H 2 O. Kolejne próby badane oraz próby ślepe (w 2 powtórzeniach) przenoszono z kolumny do probówek w ilości po 10 ml. Następnie do każdej probówki dodawano po 1 ml 10 % NaOH i ogrzewano przez 30 min. we wrzącej łaźni wodnej. Po schłodzeniu zobojętniano roztwór przez dodanie 1 N HCl w obecności wskaźnika. Następnie roztwory przenoszono do kolb o pojemności 50 ml, dodawano do każdego roztworu badanego po 1 ml wodnego roztworu cytrynianu sodu (0,3 g Na 3 C 6 H 5 O 7 2 H 2 O / 100 ml) i dopełniano wodą destylowaną do objętości 50 ml. Po dokładnym wymieszaniu do każdej próbki dodawano po 0,5 ml wodnego roztworu odczynnika kationowego (4 g Hyamine 1622 / 100 ml), dokładnie mieszano i po 30 min odczytywano absorbancję (eksynkcję) dla kolejnych próbek w odniesieniu do standardu, tj. wodnego roztworu poliakryloamidu o stężeniu 10 µg/ml. Pomiary wykonywane były na spektrofotometrze MARCEL MEDIA przy długości fali 400 nm [50,126]. Po określonym czasie inkubacji tlenowych i beztlenowych (SRB) porównywano stężenia PHPA w próbkach zawierających kultury bakteryjne, ze stężeniem PHPA w próbkach kontrolnych, tj. próbkach bez. Wyniki wyrażono w %, przyjmując próbkę kontrolną jako 100%. Następna seria badań laboratoryjnych dotyczyła badań zmian właściwości reologicznych roztworów związków polimerowych stosowanych w płuczkach wiertniczych, pod wpływem działania wyizolowanych z płuczek wiertniczych oraz wód bazowych. Badania te wykonano przy współpracy specjalistów z Zakładu Inżynierii Naftowej i Zakładu Technologii Wiercenia INiG. Do testów wytypowano mieszane kultury bakteryjne, aerobowych (tlenowców) o liczebności w granicach jtk/ml, a także anaerobowych (beztlenowców) o liczebności ok jtk/ml, w tym 10 4 SRB/ml pożywki. Do badań użyto 7 roztworów związków polimerowych: 0,2 % roztwór polimeru XCD 0,1 % roztwór polimeru PHPA (produkt Modistab 624) 3 % roztwór skrobi modyfikowanej (produkt Rotomag) 2 % roztwór karboksymetyloskrobi (produkt Polvitex Z) 3,5 % roztwór skrobi modyfikowanej (produkt Rotanet) 2 % roztwór karboksymetylocelulozy (produkt Polofix LV) 1 % roztwór karboksymetylocelulozy (produkt Polofix HV) Bezpośrednio po sporządzeniu roztworów zbadano ich właściwości reologiczne: lepkość plastyczną, lepkość pozorną, granicę płynięcia, wytrzymałość strukturalną oraz ph. Następnie po 2 próbki każdego z powyższych roztworów (każda o poj. 900 ml) umieszczono w szklanych sterylnych kolbach. Łącznie przygotowano 14 próbek testowych. Do 7 próbek roztworów testowych dodano po 100 ml jednorodnej zawiesiny kultur aerobowych. Natomiast do kolejnych 7 próbek dodano po 100 ml jednorodnej zawiesiny kultur anaerobowych, zawierających m.in. drobnoustroje z grupy SRB, produkujące siarkowodór. Następnie próbki testowe inkubowano w temperaturze 30 o C, w zastosowaniem inkubatora firmy MEMMERT. Po upływie 10-dobowej inkubacji zbadano właściwości reologiczne roztworów związków polimerowych. W analogiczny sposób wykonano pomiary właściwości roztworów testowych po 20-, 30- i 40-dobowym okresie oddziaływania. Wyniki pomiarów porównano z wartościami parametrów początkowych, które zbadano bezpośrednio po sporządzeniu roztworów, przed wprowadzeniem mikroorganizmów (tab ). 53

58 CHARAKTERYSTYKA FIZYKO CHEMICZNA BIOCYDÓW STOSOWANYCH W BADANIACH 1. ANTIMICROBIAL 7287 Formuła chemiczna: 2,2 - dibromo nitrylopropionamid Wygląd: ciecz przezroczysta o barwie żółto - jasnobrązowej Dystrybutor: ZENPOL Sp. z o.o. WŁAŚCIWOŚCI FIZYKO CHEMICZNE Ciężar właściwy: 1,24-1,27 g/ml Zawartość substancji aktywnej: 20 % Składniki obojętne: glikol polietylenowy / woda Zapach: słaby Temp. zamarzania: ok. 50 o C Temp. krzepnięcia: ok. 45 o C Temp. wrzenia: > 120 o C Trwałość podczas przechowywania: trwały (stężenie czynnika aktywnego po 12 miesiącach przechowywania wynosi 95 % 54

59 2. BARDAC LF Formuła chemiczna: N,N - diocyl - N,N - dimethylammonium chloride Wygląd: ciecz przezroczysta Dystrybutor: LONZA GmbH WŁAŚCIWOŚCI FIZYKO CHEMICZNE Ciężar właściwy: Średnia masa cząsteczkowa: 312 Zapach: Temp. zapłonu: Lepkość: Rozpuszczalność: Kompatybilność: 0,932 g/ml aromatyczny 50 o C 22 mpa h S ph (10%-owy roztwór) 6,5-9,0 rozpuszczalny w wodzie niekompatybilny z anionami Aktywność: preparat o szerokim spektrum aktywności w stosunku do Gram (+) i Gram (-), działa także glonobójczo w stęż. 1-5 ppm Przechowywanie i trwałość: przechowywany w pojemnikach polietylenowych i metalowych, ekonomiczny w użyciu, może być przechowywany przez okres 2 lat 3. BIOSTAT Formuła chemiczna: heksahydro 1,3,5 - tris (2 - hydroksy - etylo) - sym - triazyna Wygląd: ciecz przezroczysta o barwie jasnożółtej Dystrybutor: Polski Serwis Płynów Wiertniczych w Krośnie WŁAŚCIWOŚCI FIZYKO CHEMICZNE Ciężar właściwy: 1,1-1,2 g/ml Zapach: słaby Temp. zamarzania: 18 o C Temp. wrzenia: 100 o C Temp. zapłonu: 143 o C Rozpuszczalność: rozpuszczalny w wodzie Trwałość podczas przechowywania: trwały Toksyczność: IV klasa toksyczności (słabo toksyczny) 55

60 4. DODIGEN Formuła chemiczna: aminy czwartorzędowe Wygląd: ciecz przezroczysta o barwie jasnożółtej Dystrybutor: CLARIANT Corporation WŁAŚCIWOŚCI FIZYKO CHEMICZNE Ciężar właściwy: Temp. krzepnięcia: Temp. zapłonu: Rozpuszczalność: ok. 1,0 g/ml ok. 15 o C > 63 o C ph (1%-owy roztwór) 5,0-6,0 rozpuszczalny w rozpuszczalnikach aromatycznych oraz alkoholach, dobrze rozpuszczalny w wodzie i solankach Trwałość i aktywność: trwały, stosowany jako biocyd i inhibitor korozji w warunkach złożowych oraz w warunkach magazynowania węglowodorów 5. MODICIDE 340 Formuła chemiczna: bromo - nitropropane - diol (roztwór aktywnego czynnika bakteriobójczego BNPD) Wygląd: ciecz przezroczysta o barwie jasnożółtawej Dystrybutor: B.D.C. POLAND Ltd. WŁAŚCIWOŚCI FIZYKO CHEMICZNE Ciężar właściwy: Zawartość substancji aktywnej: 10 % Zawartość metali ciężkich: Rozpuszczalność: ph 4,0 ok. 1,1-1,2 g/ml nie stwierdzono rozpuszczalny w wodzie zakres ph działania bakteriobójczego: efektywny od ph = 0 do ph=14 Trwałość podczas przechowywania: trwały (stężenie czynnika aktywnego po 12 miesiącach przechowywania wynosi 95 % Powyższe informacje techniczne dotyczące biocydów pochodzą z materiałów dostarczonych przez producentów. 56

61 I seria badań testowych wyżej scharakteryzowanych biocydów obejmowała badania przeprowadzone w odniesieniu do skażonej płuczki wiertniczej, o następującym składzie chemicznym: polimer XCD - 0,05 % KMC Tylodrill LV i HV - 1,0 % Skrobia modyfik. Rotomag - 1,5 % KCl - 5,0 % PHPA Poly Plus - 0,1 % Blokator M 25 (CaCO 3 ) - 10,0 % Badania laboratoryjne prowadzono w szerokim zakresie stężeń poszczególnych biocydów w polimerowej płuczce wiertniczej, od 0,02 % do 0,4 % obj., w temperaturze 30 o C przy zastosowaniu inkubatora firmy MEMMERT. W próbkach zawierających testowany preparat antybakteryjny w określonym stężeniu, badano liczebność aerobowych, grzybów pleśniowych oraz anaerobowych z grupy SRB. Ilościowe badania mikrobiologiczne wykonywano po 2, 5, 10 i 30 dniach hodowli. Wyniki badań serii prób o różnych stężeniach określonego biocydu w płuczce wiertniczej, odzwierciedlające liczebność mikroorganizmów w 1 ml porównywano z zawartością odpowiednich mikroorganizmów w próbce kontrolnej, bez biocydu (tab ). Dalsze badania laboratoryjne obejmujące serię II przeprowadzono w analogiczny sposób, z tą różnicą, że hodowle testowe prowadzono w wyższej temperaturze, wynoszącej 50 o C. Badano liczebność dwóch grup mikroorganizmów: aerobowych i anaerobowych z grupy SRB (tab ). W III serii również poddano badaniom 5 w/w środków antybakteryjnych w tych samych stężeniach, z tym, że testy prowadzono w zmiennej temperaturze, wynoszącej od 60 o do 80 o C. Testy biocydów realizowane były w następujący sposób. Inkubację prowadzono w cieplarce w temp. 60 o C, przy czym przez 4 kolejne doby przez okres 10 - ciu godzin dziennie, w regularnych 30 min. odstępach próby testowe przenoszono do łaźni wodnej, w której były inkubowane przez okres 5 minut w temperaturze 80 o C. Następnie po 24, 48, 72 i 96 godzinach inkubacji prób wykonywano mikrobiologiczne badania ilościowe, obrazujące ogólną liczbę aerobowych oraz anaerobowych w próbach z biocydem w określonym stężeniu oraz w próbce kontrolnej bez biocydu (tab ). IV seria testów efektywności działania biocydów (tab ) obejmowała badania liczebności aerobowych, grzybów pleśniowych oraz z grupy SRB, w odniesieniu do skażonej wody bazowej. Badania ilościowe wykonane zostały bezpośrednio po wprowadzeniu biocydu do wody, a także po 24 godz. oddziaływania biocydu na skażoną wodę bazową. Efektywność działania biocydów (Antimicrobial 7287, Bardac LF, Biostat, Dodigen oraz Modicide 340). Do badań testowych wytypowano jedną z wód technologicznych, posiadającą naturalną mikroflorę tlenową i beztlenową, próbka ta została dodatkowo skażona mieszaniną kultur, pochodzących z innych reprezentatywnych prób wód, służących do sporządzania płuczki wiertniczej. W następnej V serii badawczej wykonano testy efektywności 5-ciu w/w preparatów antybakteryjnych, w oparciu o zmiany właściwości reologicznych. W badaniach zostały uwzględnione zmiany parametrów takich jak: gęstość, lepkość (plastyczna i pozorna), granica płynięcia, wytrzymałość strukturalna, filtracja oraz ph. 57

62 Badania przeprowadzono na typowej potasowo polimerowej płuczce wiertniczej o następującym składzie chemicznym: polimer XCD - 0,05 % KMC Polofix HV - 0,9 Skrobia modyfik. Rotomag - 1,5 % KCl - 5,0 % PHPA Modistab 624-0,1 % Blokator M 25-10,0 % Do płuczki wiertniczej dodawano określony biocyd w stężeniach: 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 i 0.5% obj. Właściwości płuczki badano po 14 dobach od wprowadzenia biocydów i porównywano z odpowiednimi wartościami parametrów fizykochemicznych płuczki kontrolnej, bez biocydu. Testy efektywności działania poszczególnych biocydów prowadzono w cieplarkach firmy MEMMERT (o dokładności pomiaru temperatury 0,1 o C), równolegle w temperaturze 20 i 30 o C. Wyniki omówionych powyżej badań zostały ujęte w tabelach nr Celem uzupełnienia powyższych testów dotyczących skuteczności działania środków antybakteryjnych i po analizie wyników wykonano końcową serię badań z użyciem biocydu, który charakteryzował się najwyższą efektywnością w zwalczaniu skażenia biologicznego polimerowych płuczek wiertniczych. W pracach doświadczalnych zastosowano zróżnicowane dawkowanie preparatu, aby wzmocnić jego właściwości bakteriobójcze oraz przeciwdziałać procesom biodegradacji. Biorąc pod uwagę wysoką efektywność biocydu Biostat wykonano dodatkową serię badań testowych w temperaturze 30 o C, polegającą na tym, że do skażonej płuczki wiertniczej dodano 1 % obj. Biostatu (dawka początkowa), a następnie przez kolejne 4 doby dodawano po 0,2 % obj. tego samego biocydu (w dawce ciągłej - uzupełniającej). Analogiczne badania testowe przeprowadzono z zastosowaniem 2 %-owego stężenia biocydu Biostat (dawka początkowa) i również przez 4 kolejne doby stosowano ten sam biocyd (w dawce ciągłej uzupełniającej) w stężeniu 0,2 % obj. Rezultaty omawianego testu zostały przedstawione w rozdziale nr 4.5. Ostatnia seria badań zrealizowanych w ramach niniejszej pracy dotyczyła zmian przepuszczalności skał zbiornikowych w wyniku działania mikroorganizmów wyizolowanych z polimerowych płuczek wiertniczych. Badania laboratoryjne zostały przeprowadzone przy współpracy specjalistów z Zakładu Inżynierii Naftowej INiG, w ramach projektu badawczego KBN (w roku 2004). 58

63 Metodyka badań dotyczących zmian przepuszczalności rdzeni przedstawia się następująco: 1. W badaniach laboratoryjnych zastosowano 4 syntetyczne rdzenie porcelitowe firmy OFI TE Ltd. (USA), o przepuszczalności 400 mdarcy. Rdzenie miały kształt walców o średnicy 2,54 cm (1 cala), długość rdzeni wynosiła 4,5 cm. Prace doświadczalne przeprowadzono na materiale syntetycznym, ponieważ posiada on jednorodną budowę oraz dużą wytrzymałość mechaniczną, jak również określone, jednakowe parametry. Zastosowanie tego rodzaju materiału badawczego jest korzystniejsze, w porównaniu z użyciem naturalnego piaskowca, który nie jest całkowicie jednorodny. Ponadto czynności związane z wycinaniem rdzeni mogłyby w pewnym stopniu zmienić ich pierwotną przepuszczalność. Tak więc wytypowanie do badań rdzeni syntetycznych miało na celu wyeliminowanie wpływu czynników zewnętrznych na ich właściwości petrofizyczne. 2. Sporządzono potasowo polimerową płuczkę wiertniczą zawierającą: polimer XCD - 0,05 % KMC Polofix HV - 0,9 % Skrobia modyfik. Rotomag - 1,5 % KCl - 5,0 % PHPA Modistab 624-0,1 % Blokator M 25-10,0 % 3. Rdzenie poddano procesowi sterylizacji, aby wyeliminować wpływ czynników mikrobiologicznych pochodzenia zewnętrznego. W tym celu próbki nasączono alkoholem etylowym (70 % roztwór C 2 H 5 OH), metodą desaturacji przy zastosowaniu komory próżniowej. Czas oddziaływania roztworu alkoholu na rdzenie wynosił 8 godz. 4. Płuczkę wiertniczą, umieszczoną w kolbie o pojemności 4 l, sterylizowano w aparacie Kocha przez 3 kolejne doby. W tym czasie płyn był starannie mieszany, tak aby nie doszło do powstania osadu. Następnie umieszczono w czterech sterylnych kolbach po 450 ml płuczki wiertniczej i do trzech porcji płynu dodano określoną zawiesinę kultur bakteryjnych w ilości po 50 ml. Czwartą porcję płuczki potasowo polimerowej pozostawiono bez dodatku. W celu umożliwienia rozwoju kultur bakteryjnych próbki płynu z zawartością oraz próbkę kontrolną inkubowano przez 48 godz. w temperaturze 30 o C. 5. Pierwsza seria badań laboratoryjnych polegała na przetłaczaniu płuczki wiertniczej, zawierającej określoną zawiesinę kultur bakteryjnych, przez 3 rdzenie w celu ich kolmatacji. Przez próbkę kontrolną przetłoczono płuczkę bez zawartości. Na rdzenie oddziaływano płuczką potasowo polimerową przez 30 min, w warunkach filtracji dynamicznej, wartości ciśnień tłoczenia wynosiły 0,7 MPa. Przez rdzenie przetłoczono 3,5 objętości porowych. Do wyznaczania przepuszczalności wybrano azot, ponieważ jest on gazem obojętnym i w minimalnym stopniu wpływa na właściwości rdzeni oraz stosowanych kultur bakteryjnych. Po określonym czasie oddziaływania płuczki wiertniczej wyznaczono przepuszczalność dla 4 rdzeni, a następnie obliczono stopień utraty przepuszczalności (UP) dla każdej próbki. 59

64 6. W celu określenia wielkości przepuszczalności stosowano wzór Darcy w postaci: k = 2000 q L µ p a ( p 1 2 p 2 2 ) A gdzie: q - natężenie przepływu cieczy [cm 3 /s] L - długość próbki [cm] µ - lepkość dynamiczna [cp] p a - ciśnienie absolutne atmosferyczne [at] p 1 - ciśnienie absolutne przed próbką [at] p 2 - ciśnienie absolutne za próbką [at] A - pole przekroju poprzecznego próbki [cm 2 ] k - przepuszczalność [md] 7. Pomiary wykonano z zastosowaniem przepuszczalnościomierza firmy TEMCO. Obliczenia zostały wykonane wg programu, który po zadaniu wartości początkowych oblicza wielkość przepuszczalności dla badanej próbki, w oparciu o różnicę ciśnień p 1 i p Stopień utraty przepuszczalności (UP) określa wzór: UP = [ 1 ( k d / k i ) ] x 100 % gdzie: k d - przepuszczalność początkowa [md ] k i - przepuszczalność końcowa (po uszkodzeniu) [md] 9. W drugiej serii badań laboratoryjnych te same rdzenie, uprzednio nasączone płuczką wiertniczą z zawartością, były inkubowane w temperaturze 30 o C. Następnie po upływie 14-dobowej inkubacji ponownie zbadano przepuszczalność 4 rdzeni oraz dla każdej próbki obliczono stopień utraty przepuszczalności, w stosunku do wartości początkowej. Obliczono również zmianę przepuszczalności dla poszczególnych rdzeni w odniesieniu do wyników przepuszczalności, uzyskanych w pierwszej serii badań. 10. Na podstawie wyników badań obliczono stopień odzyskania przepuszczalności rdzeni pod wpływem działania mikroorganizmów. Wyniki omawianych prac badawczych zaprezentowano w rozdziale nr 4.5. Powyższe badania wykonano w celu sprawdzenia zdolności do rozkładu polimerów w środowisku skalnym, którego model stanowiły rdzenie syntetyczne. Określono także, w jakim stopniu wyspecjalizowane kultury bakteryjne mogą przyczynić się do odzyskania przepuszczalności ośrodka porowatego, w procesie dekolmatacji. 60

65 4.5. Dyskusja wyników Warunkiem rozwoju mikroorganizmów w środowisku, jakim jest płuczka wiertnicza, jest obecność wody oraz podstawowych składników odżywczych. Należą do nich pierwiastki: C, N, P, S. Przyswajalnym źródłem węgla są najczęściej wielkocząsteczkowe polimerowe związki organiczne: polimery naturalne (tzw. biopolimery), a także związki modyfikowane chemicznie, głównie pochodne skrobi i celulozy. Natomiast mineralne składniki odżywcze mikroorganizmy czerpią z rozkładu środków pomocniczych (np. emulgatorów, inhibitorów korozji) oraz z wody technologicznej. Powyższe czynniki sprzyjają rozwojowi rozmaitych drobnoustrojów [8,17,124]. Jest on szczególnie intensywny, gdy płuczka polimerowa zawiera składniki o niskiej trwałości, ulegające bardzo szybkiej biodegradacji. Do tych składników należą blokatory organiczne, przeciwdziałające ucieczkom płuczki wiertniczej. W ramach niniejszej pracy przebadany został płyn wiertniczy, który w składzie chemicznym zawierał nietrwały blokator o nazwie Liquid Casing. Omawiając wyniki badań nad izolacją drobnoustrojów z płuczek wiertniczych i wód bazowych należy zwrócić uwagę na szczególnie biodegradowalny polimer, jakim jest skrobia i jej pochodne. Zdolność do rozkładu skrobi posiadają liczne drobnoustroje, należące do grupy właściwych, promieniowców oraz grzybów. Wytwarzają one trzy rodzaje enzymów hydrolitycznych, przy udziale których zachodzą procesy biodegradacji skrobi, tj. α - amylazę, dekstrynazę i glukoamylazę [141]. Niektóre drobnoustroje, np. z rodzaju Bacillus wytwarzają ponadto β - amylazę. Przyswajalnym substratem dla wielu mikroorganizmów jest również skrobia modyfikowana. Środki skrobiowe typu KMS (karboksymetyloskrobia) oraz HPS (hydroksypropyloskrobia) znajdują zastosowanie również w płuczkach wiertniczych solno skrobiowych, w których wysokie stężenie soli NaCl i KCl, dochodzące do 30 % eliminuje znaczną liczbę drobnoustrojów biorących udział w biodegradacji. Wyjątek stanowią organizmy halofilne zdolne do wzrostu nawet przy pełnym zasoleniu fazy wodnej [32]. Ponadto szereg mikroorganizmów, które początkowo rozwijają się w płynie wiertniczym, przechodzi w warunkach pełnego zasolenia do form przetrwalnikowych. Stąd jest możliwe wyizolowanie dużej liczby drobnoustrojów w tak ekstremalnym środowisku. Znane są w przyrodzie ekosystemy, w których wysokie stężenie soli nie stanowi bariery dla rozwoju mikroflory [3,47]. Szczególnie ekosystemy morskie są przykładem bogatego i zróżnicowanego rozwoju wielu form bakteryjnych, nawet gdy inne żywe organizmy nie tolerują aż tak wysokiego stopnia zasolenia (np. w Morzu Martwym). Podobna sytuacja ma miejsce m.in. w solankach złożowych, które stanowią odpowiednie środowisko dla rozwoju różnych gatunków. Jak wspomniano w poprzednich rozdziałach niniejszej rozprawy, procesy biodegradacji dotyczą różnych rodzajów polimerów. Oprócz środków skrobiowych, ważnym związkiem polisacharydowym w procesach biotechnologicznych jest celuloza, której pochodne używane są w przemyśle naftowym do regulacji parametrów reologicznych płuczek wiertniczych [96]. Do całkowitego rozkładu tego polimeru niezbędny jest kompleks enzymów celulolitycznych, działających w różnych miejscach cząsteczki celulozy i produktów pośrednich jej degradacji. Enzymy celulolityczne wytwarzane są przez różne grupy drobnoustrojów tlenowych oraz beztlenowych, np. bakterie z rodzajów: Cellulomonas, Cellvibrio, Cytophaga i Clostridium [3,13,113]. Zdolność tę posiadają także grzyby pleśniowe, reprezentowane przez następujące rodzaje: Aspergillus, Chaetomium i Fusarium [15]. 61

66 Przedstawione w niniejszej rozprawie wyniki badań laboratoryjnych odzwierciedlają stan bakteriologiczny płuczek wiertniczych, w różnych stadiach ich użytkowania, a także stan wód bazowych. Zestawienia tabelaryczne dotyczące występowania poszczególnych grup mikroorganizmów w analizowanych płynach, obrazują liczebność jednostek tworzących kolonie na poszczególnych podłożach diagnostycznych. Symbol: n.s. (tj. nie stwierdzono), umieszczony w zestawieniach tabelarycznych oznacza, że określona grupa mikroorganizmów nie występowała w analizowanym materiale. Jeżeli analiza nie została wykonana, wówczas w tabelach umieszczony jest symbol: n.o. (tj. nie oznaczono). Prace badawcze nad izolacją drobnoustrojów z w/w płynów umożliwiły ilościowe oraz jakościowe określenie stopnia skażenia mikrobiologicznego. Wyizolowane drobnoustroje zostały wykorzystane w dalszych badaniach laboratoryjnych nad doborem efektywnych preparatów antybakteryjnych Omówienie wyników badań płuczek wiertniczych i wód bazowych oraz badań dotyczących wpływu ph środowiska na rozwój mikroorganizmów, wyizolowanych z badanych płynów Pierwsza seria prac laboratoryjnych dotyczy badań mikrobiologicznych polimerowych płuczek wiertniczych stosowanych podczas wierceń otworów: Mostno-6, Lubno-1 oraz Wierzchowice-29 (tab. 1 3). W celach porównawczych wykonano cztery serie poborów materiału z otworu Mostno-6 (złoże BMB). Poniżej przedstawiono rezultaty omawianych badań. Polimerowa płuczka wiertnicza pobrana ze zbiornika roboczego czyli płuczka obiegowa, krążąca w otworze zawierała od 10 2 do 10 4 komórek (jtk jednostki tworzące kolonie) aerobowych w 1 ml. Wyjątek stanowi próbka pobrana w drugiej serii poboru, w której zaobserwowano wzrost tylko 32 komórek bakteryjnych w 1ml płuczki obiegowej. Jednocześnie w próbce tej liczba anaerobowych była podwyższona i osiągnęła wysoką liczbę, tj komórek / ml, tak więc przewagę miały w tym przypadku procesy beztlenowe. W pozostałych próbkach obiegowej płuczki wiertniczej stwierdzono od 10 2 do 10 3 jtk / ml w pierwszej i drugiej serii poboru, podczas gdy w trzeciej i czwartej serii poboru nie zaobserwowano bakteryjnych procesów beztlenowych, z wyjątkiem procesów biologicznej redukcji siarczanów. Procesy te (tab. 2) uwidoczniły się niemal we wszystkich próbkach płuczek wiertniczych, w których zawartość z grupy Sulphate Reducing Bacteria wynosiła od 10 2 do 10 3 komórek / ml płuczki wiertniczej. Płuczka solno - skrobiowa (próbki ozn. symbolami P-6 P-10) nie zawierała komórek drożdży, natomiast zawierała grzyby pleśniowe w ilości do 200 jtk / ml płuczki wiertniczej. Komórki drożdży stwierdzono jedynie w 2 próbkach płuczki polimerowo - chlorkowej pochodzącej z otw. Mostno-6 w ilości od 300 do 700 komórek w 1 ml. grzybów pleśniowych w 4 próbkach badanych płuczek wiertniczych była zróżnicowana i wyniosła od 10 2 do 10 5 jtk / ml, natomiast w 1 próbce płuczki pobranej w trakcie wiercenia otworu Mostno-6 nie występowały zarodniki grzybów pleśniowych (tab. 2). Badania chemiczne w zakresie wytwarzania H 2 S przez bakterie redukujące siarczany wykazały w 4 próbkach płuczek wiertniczych dość wysoką i wyrównaną aktywność tych drobnoustrojów. 62

67 Produkcja biogennego siarkowodoru przez wyizolowane szczepy wyniosła od 177 do ok. 224 mg H 2 S / l pożywki. Badania mikrobiologiczne płynów pobranych podczas wiercenia otworu Mostno-6 wykazały obecność zdolnych do rozkładu związków polimerowych. Bakterie te występowały w następujących ilościach w 1 ml płuczki wiertniczej (tab. 3, 7): bakterie rozkładające skrobię: bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną (Rotomag): w 6-ciu próbkach nie stwierdzono; w jednej próbce stwierdzono śladowe ilości (17 komórek); w pozostałych 3 próbkach: w granicach ok bakterie rozkładające KMS (Multiseal): nie stwierdzono bakterie rozkładające celulozę: w 6-ciu przeanalizowanych próbkach zawartość drobnoustrojów wyniosła ok bakterie rozkładające KMC: ok bakterie rozkładające PHPA (Poly Plus): badano 1 próbkę płuczki polimerowochlorkowej nie stwierdzono obecności rozkładających PHPA Omawiając kolejne rezultaty przeprowadzonych badań należy stwierdzić, że płuczka potasowo polimerowa pobrana podczas wiercenia otworu Lubno-1 (rejon złoża BMB) zawierała od ok do ok komórek właściwych w 1 ml, z tym że najmniej wyizolowano z płuczki obiegowej, krążącej w otworze. Podobnie było w przypadku beztlenowych, których ogólna liczba była nieco niższa i maksymalnie wyniosła 8 x 10 3 jtk w 1 ml płuczki zużytej. Płuczka ta była uprzednio wykorzystywana do wiercenia otworu, a w chwili pobrania jej do badań znajdowała się w tzw. zbiorniku zrzutowym i nie była już używana w otworze. Próbki płuczek stosowanych na otw. Lubno-1 nie zawierały komórek drożdży, natomiast charakteryzowały się dość wysoką liczbą (tj. ok jtk / ml) grzybów pleśniowych. W badaniach nad izolacją z grupy SRB odnotowano obecność tych drobnoustrojów, a także aktywną produkcję siarkowodoru. Z materiału badawczego wyizolowano 10 2 SRB / ml płuczki wiertniczej, szczepy te wydzielały biogenny H 2 S w ilości od 140 mg / l pożywki w przypadku płuczki obiegowej i zapasowej, używanej na otworze Lubno-1. Natomiast wyższą wartość, tj. 180 mg H 2 S / l otrzymano w analizach zużytej płuczki wiertniczej, co jest uzasadnione ze względu na jej stan (parametry, które nie kwalifikowały jej do ponownego użycia), a także wielokrotny kontakt ze strefą złożową i tym samym ze specyficzną mikroflorą, m.in. z bakteriami SRB. Analizy mikrobiologiczne w kierunku izolacji rozkładających poszczególne związki polimerowe w płuczce wiertniczej pochodzącej z otw. Lubno-1 wykazały następujące rezultaty (liczebność komórek bakteryjnych w 1 ml próbki): bakterie rozkładające skrobię: bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną (Rotomag): 10 2 (płuczka wiertnicza zapasowa tj. płuczka badana przed zatłoczeniem do otworu); 10 6 (płuczka obiegowa, tj. płuczka krążąca w otworze i płuczka zużyta) bakterie rozkładające KMS (Multiseal): nie stwierdzono bakterie rozkładające celulozę: 8 x 10 2 (płuczka badana przed zatłoczeniem do otworu); (płuczka wiertnicza obiegowa i płuczka zużyta) bakterie rozkładające KMC: (najwięcej należących do tej grupy zawierała zużyta płuczka wiertnicza) 63

68 Badania materiału pobranego podczas wiercenia otworu Wierzchowice-29, należącego do Podziemnego Magazynu Gazu, wykazały obecność tlenowych w ilości 4 x 10 3 w 1 ml. Stwierdzono natomiast brak beztlenowych, w tym również brak procesów biologicznej redukcji siarczanów. W próbce płuczki wiertniczej zaznaczył się obfity rozwój grzybów pleśniowych, ok jtk / ml. Wysoka była również liczba zdolnych do rozkładu skrobi, tj. 7 x 10 5, a w przypadku skrobi modyfikowanej 3 x 10 4 komórek bakteryjnych w 1 ml. Nie stwierdzono rozkładających celulozę i karboksymetylocelulozę. W związku z brakiem niektórych grup mikroorganizmów, a w tym szczególnie beztlenowców, płuczkę tę można zakwalifikować jako płyn o średnim stopniu czystości mikrobiologicznej. W dalszym etapie badań płuczek wiertniczych przeanalizowano płuczkę obiegową stosowaną podczas wiercenia otworu Gawrzyłowa-3. Do badań pobrano płuczkę ze zbiornika roboczego oraz płuczkę wypływającą z otworu. Ogólna liczba tlenowych była niższa w płuczce pobranej bezpośrednio po wypływie z otworu wiertniczego (2 x 10 4 jtk / ml), w porównaniu z zawartością w zbiorniku roboczym (8 x 10 4 jtk / ml). Różnica ta była jednak nieznaczna. Natomiast w przypadku beztlenowych w obydwu próbkach stwierdzono 10 3 jtk / ml płuczki wiertniczej. Odnotowano bardzo wysoki stopień skażenia płuczki przez grzyby pleśniowe, które występowały w ilości ok jtk / ml, stwierdzono również obecność komórek drożdży. Tak obfita mikroflora, charakteryzująca się dużym zróżnicowaniem morfologicznym, miała możliwość szybkiego rozwoju dzięki obecności organicznych związków, takich jak łupiny orzechów stanowiące główny składnik materiału kolmatacyjnego. Jednocześnie należy zaznaczyć, że procesy mikrobiologiczne uwarunkowane obecnością wyjątkowo nietrwałego materiału organicznego były widoczne nawet przed jego użyciem. Rozwój drobnoustrojów można było zaobserwować, gdy produkt był jeszcze w opakowaniach (w których nastąpiło ich namnożenie). Większość drobnoustrojów przeżyła również w płuczce wiertniczej, pomimo wysokiego ph oraz stosowania biocydów. W tej serii badań stwierdzono również bakterie produkujące siarkowodór, głównie w płuczce wiertniczej wypływającej z otworu, z której wyizolowano 10 3 komórek SRB/ml. Produkcja siarkowodoru wyniosła w tym wypadku 238 mg/l pożywki, co kwalifikuje wyizolowane szczepy tworzących H 2 S do bardzo aktywnych metabolicznie. Mniej drobnoustrojów redukujących siarczany występowało w płuczce pochodzącej ze zbiornika roboczego, co oznaczałoby, że część beztlenowych SRB pochodzących ze złoża ginie w kontakcie z bardziej natlenionym zbiornikiem roboczym, (w którym płuczka wiertnicza znajduje się w ciągłym ruchu, przez co zwiększa się jej kontakt z powietrzem, a tym samym stopień natlenienia). Podobną sytuację można zaobserwować, analizując wyniki badań płuczki stosowanej na otworze Mostno-6, gdzie również wysoka, tj liczba komórek SRB w 1 ml płuczki wystąpiła w próbce pobranej bezpośrednio po wypływie z otworu (tab. 2, próbka P-5). Natomiast w pozostałych seriach badań materiału pobranego z tego otworu liczebność SRB utrzymywała się na tym samym poziomie w płuczce wypływającej z odwiertu, jak i w płuczce znajdującej się w zbiorniku roboczym. W jednym przypadku (tab.2, próbka P-10) podwyższoną liczbę z grupy SRB, tj jtk w 1 ml płynu, odnotowano nawet w zbiorniku zapasowym, z którego pobrano płuczkę jeszcze przed zatłoczeniem do otworu. Wynik ten sugeruje, że bakterie tworzące siarkowodór dostają się do płuczki wiertniczej nie tylko podczas kontaktu z mikroflorą złożową, ale również w trakcie samego procesu sporządzania płuczki. Czynnikiem odpowiedzialnym za ich pojawienie się jest ośrodek dyspersyjny czyli woda, co potwierdzają wyniki badań mikrobiologicznych wody pobranej w tym samym terminie (tab. 21, próbki W-7, W-8). Zarówno woda pochodząca ze studni głębinowej, jak i woda pobrana do badań za pośrednictwem zbiornika zlokalizowanego na wiertni zawierała w tej serii poboru podobną ilość produkujących siarkowodór. 64

69 W przypadku szczepów wyizolowanych z wody studziennej produkcja siarkowodoru była wyższa, niż w przypadku szczepów bytujących w zbiornikach. Woda bazowa stosowana jako ośrodek dyspersyjny płuczki polimerowej stosowanej podczas wiercenia otw. Gawrzyłowa-3 (tab. 21, próbka W-12) również zawierała bakterie wytwarzające H 2 S, lecz ich aktywność metaboliczna w wodzie studziennej była niska. Natomiast w płuczce wiertniczej pobranej bezpośrednio po wypływie z otworu (tab. 5, próbka P-16), produkcja siarkowodoru wzrosła 3-krotnie, co nastąpiło prawdopodobnie w wyniku kontaktu płynu z bakteriami złożowymi. Pozostałe wyniki badań mikrobiologicznych płuczki wiertniczej stosowanej na otworze Gawrzyłowa-3, wyrażone ilościowo w postaci liczby komórek bakteryjnych w 1 ml płuczki (tab. 6, próbki P-15, P-16) przedstawiają się następująco: bakterie rozkładające skrobię: bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 6,0 x 10 3 bakterie rozkładające celulozę: bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: 10 3 Płuczka wiertnicza pobrana podczas wiercenia otworu Barnówko-11 (złoże BMB) zawierała bakterie aerobowe w ilości od ok do 10 4 komórek bakteryjnych w 1 ml, natomiast w badaniach ukierunkowanych na obecność anaerobowych nie stwierdzono komórek bakteryjnych w płuczce zapasowej, (tj. pobranej przed zatłoczeniem do otworu), a w pozostałych próbkach zawartość kształtowała się w granicach jtk / ml. W płuczce wiertniczej stosowanej na otworze Barnówko-11 stwierdzono ponadto obecność grzybów pleśniowych w ilości jtk / ml. Bakterie SRB wytwarzające siarkowodór występowały w ilości jtk / ml, z wyjątkiem płuczki zapasowej, która nie zawierała tej grupy drobnoustrojów. Bakterie redukujace siarczany wyizolowane z płuczki wiertniczej obiegowej, tj. krążącej w otworze, były zdolne do produkcji siarkowodoru w warunkach laboratoryjnych w ilości ok. 150 mg / dm 3 pożywki. Wśród pozostałych grup mikroorganizmów wyizolowanych z płuczki stosowanej na otworze Barnówko-11 należy zwrócić uwagę na bakterie rozkładające polimery (liczbę w 1 ml próbki przedstawiono poniżej): bakterie rozkładające skrobię: 10 5 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: bakterie rozkładające celulozę: bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: Wyniki badań mikrobiologicznych płuczki wiertniczej stosowanej podczas wiercenia otworu Barnówko-11 zostały zawarte w tabelach nr 4 6. W badaniach płuczki wiertniczej używanej w pracach wiertniczych na otworze Wierzchowice-46, wchodzącym w skład Podziemnego Magazynu Gazu stwierdzono bardzo niski stopień rozwoju w płuczce wiertniczej zapasowej, która nie miała kontaktu ze strefą złożową. Badania płuczki polimerowej beziłowej, krążącej w otworze wykazały obecność mikroflory aerobowej (10 3 jtk / ml). Stwierdzono także niewielką ilość zarodników grzybów pleśniowych oraz rozkładających skrobię i karboksymetyloskrobię. Bakterie rozkładające PHPA występowały w ilości 22 komórek w 1 ml próbki. W analizowanej płuczce nie stwierdzono biogennych procesów beztlenowych. 65

70 W kolejnej serii badań laboratoryjnych, których obiektem była płuczka wiertnicza solno - skrobiowa stosowana na otworze Barnówko-9 (tab. 4 7; próbki nr P-22, P-23), zaobserwowano słaby wzrost saprofitycznych, tj. ok jtk / ml. W grupie beztlenowych stwierdzono jtk / ml płuczki wiertniczej, a w badaniach na obecność SRB uzyskano 10 2 jtk / ml, przy czym produkcja siarkowodoru przez wyizolowane szczepy w warunkach laboratoryjnych wyniosła ok. 150 mg / dm 3. Zawartość pozostałych grup mikroorganizmów, w tym zarodników grzybów pleśniowych dochodziła do 10 2 jtk / ml. Analizy ukierunkowane na obecność rozkładających polimery wykazały nawet do 10 3 jtk / ml (wartość ta odnosi się do grupy rozkładających skrobię i KMC). Wysokim stopniem czystości mikrobiologicznej charakteryzowała się płuczka wiertnicza pobrana podczas wiercenia otworu Dzieduszyce-3. Nie zawierała ona anaerobowych, a pozostałe grupy drobnoustrojów stwierdzono w nieznacznych ilościach. Wśród zdolnych do rozkładu związków polimerowych wyizolowano przede wszystkim szczepy wykorzystujące w procesach metabolicznych karboksymetyloskrobię (liczebność wyniosła w tym przypadku 3 x 10 2 jtk / ml płuczki wiertniczej). Podobnie przedstawiały się wyniki badań płuczki polimerowo-chlorkowej, która była używana podczas prac wiertniczych na otworze Kaleń-1. Nie stwierdzono w badanym płynie anaerobowych procesów biogennych. saprofitycznych aerobowych oraz grzybów pleśniowych była niewielka, tj. ok komórek bakteryjnych w 1 ml, podobnie jak liczebność rozkładających celulozę, KMC i KMS. Ponadto w badanej płuczce stwierdzono bakterie zdolne do rozkładu PHPA w ilości 20 jtk / ml płuczki wiertniczej. Płuczka wiertnicza, którą pobrano do badań mikrobiologicznych w trakcie wiercenia otworu Zawisze-1, zawierała 5 x 10 2 komórek saprofitycznych (tlenowców) w 1 ml, 2 x 10 2 komórek beztlenowców oraz 8 x 10 2 jtk grzybów pleśniowych. W płuczce tej występowały także bakterie redukujące siarczany w ilości 10 2 komórek bakteryjnych w 1 ml, a produkcja siarkowodoru przez wyizolowane szczepy z grupy SRB wyniosła w warunkach laboratoryjnych ok. 157 mg H 2 S / l pożywki płynnej. W śladowych ilościach występowały bakterie rozkładające skrobię naturalną oraz skrobię modyfikowana chemicznie, natomiast liczebność wykorzystujących C org celulozy i KMC wyniosła w granicach ok jkt / ml płuczki wiertniczej. Kolejnymi badanymi próbkami były płuczki potasowo-polimerowe używane podczas wiercenia otworów w rejonie Międzychodu. Płuczka wiertnicza pobrana podczas wiercenia otworu Międzychód-5 charakteryzowała się większym skażeniem mikrobiologicznym, szczególnie w grupie rozkładających polimery oraz redukujących siarczany, natomiast zawierała mniejszą ilość zarodników grzybów pleśniowych. Badania laboratoryjne ukierunkowane na wykrywanie aerobowych i anaerobowych (ogólna liczba ) wykazały w obydwu grupach 10 2 komórek bakteryjnych w 1 ml płuczki wiertniczej. Zawartość grzybów pleśniowych wyniosła 5 x 10 3 jtk / ml. Z badanej płuczki wyizolowano bakterie z grupy SRB w ilości 10 2 jtk / ml, przy czym produkcja H 2 S w warunkach laboratoryjnych utrzymywała się na średnim poziomie, tj. ok. 108 mg / l pożywki płynnej. Wśród pozostałych grup wyizolowanych z płuczki wiertniczej stosowanej na otworze Międzychód-5 należy zwrócić uwagę na bakterie zdolne do biodegradacji związków polimerowych. Znaczące ilości otrzymano w analizach w kierunku występowania drobnoustrojów wykorzystujących skrobię oraz KMC w reakcjach metabolicznych. Wyniki tych analiz wykazały wartości w granicach ok komórek bakteryjnych w 1 ml cieczy wiertniczej. 66

71 Szczegółowe wyniki obrazujące zawartość drobnoustrojów przedstawiono poniżej: bakterie rozkładające skrobię: 3 x 10 5 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 5 x 10 3 bakterie rozkładające celulozę: 3 x 10 3 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: 2 x 10 4 Badania płuczki wiertniczej pobranej w trakcie wiercenia otworu Międzychód-6 wykazały śladowe ilości saprofitycznych, 10 2 komórek beztlenowych oraz ok zarodników grzybów pleśniowych w 1 ml badanego płynu. Zaobserwowano procesy bioredukcyjne z udziałem redukujących siarczany, lecz ich zawartość w analizowanej cieczy wiertniczej była niska i wynosiła 10 komórek SRB / ml. Produkcja siarkowodoru przez wyizolowane szczepy SRB również była niewielka (ok. 43 mg / l pożywki). W 1 ml płuczki wiertniczej pobranej ze zbiornika roboczego stwierdzono następującą ilość drobnoustrojów: bakterie rozkładające skrobię: 10 3 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 7 x 10 2 bakterie rozkładające celulozę: 10 2 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: 5 x 10 2 Rezultaty badań płuczek potasowo polimerowych stosowanych podczas wierceń w rejonie Międzychodu ilustrują tabele nr 5 6. Następną serię badawczą zawierającą analizy mikrobiologiczne płuczek wiertniczych stosowanych na otworach Wierzchowice-42, Lubiatów-1, Berkanowo-1 oraz badania płuczki użytej podczas wiercenia na Litwie, w różnych warunkach termicznych. Badania ogólnej liczby tlenowych i beztlenowych w w/w płynach wykonano prowadząc równolegle hodowle w temperaturach 20, 30 i 40 o C. W przypadku oznaczeń ukierunkowanych na wykrywanie pozostałych grup, hodowlę prowadzono w temperaturach 30 i 40 o C, w inkubatorach firmy MEMMERT. Badania płuczki potasowo polimerowej pobranej podczas prac wiertniczych na otworze Wierzchowice-42 wykazały wysoką zawartość aerobowych rozwijających się w zbiorniku roboczym, tj. ok jtk / ml (hodowla w temperaturze o C). Natomiast hodowla w wyższej temperaturze (40 o C) wykazała znacznie mniejszą liczbę w 1ml płuczki wiertniczej, która wynosiła Próbka płuczki (P-29) badana przed zatłoczeniem do otworu zawierała od 10 2 do 10 3 komórek anaerobowych w zależności od temperatury hodowli, lecz nie zawierała wytwarzających H 2 S. W analizach mikrobiologicznych wykonywanych w temperaturze 30 o C stwierdzono wysoką zawartość zarodników grzybów pleśniowych, tj. 8 x 10 6 jtk / ml płuczki wiertniczej. 67

72 Poniżej przedstawiono liczebność rozkładających polimery skrobiowe, celulozowe oraz polimer XCD w 1 ml płuczki wiertniczej, w równolegle prowadzonych hodowlach, w temperaturach 30 i 40 o C. Temperatura hodowli: 30 o C bakterie rozkładające skrobię: 10 7 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 10 2 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: 10 4 bakterie rozkładające celulozę: 10 4 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: śladowa ilość bakterie rozkładające polimer XCD: 8 x 10 4 Temperatura hodowli: 40 o C bakterie rozkładające skrobię: 10 4 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 2 x 10 2 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: 3 x 10 4 bakterie rozkładające celulozę: 10 4 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: śladowa ilość bakterie rozkładające polimer XCD: 4 x 10 4 W próbce płuczki wiertniczej (P-30), którą pobrano bezpośrednio po wypływie z otworu Wierzchowice-42, odnotowano niższą zawartość saprofitycznych aerobowych, niż w przypadku poprzedniej próbki, badanej przed zatłoczeniem do otworu, tj. 8 x 10 4, natomiast nie było istotnej różnicy w zawartości anaerobowych (w temp. 20 o C). Niewielkie różnice zaznaczyły się w wynikach analiz przeprowadzonych po wymaganym okresie hodowli w temperaturze 30 o C, a w przypadku hodowli w 40 o C ogólna liczba tlenowych i beztlenowych wzrosła, co tłumaczyć można rozwojem preferujących wyższą temperaturę (termofilnych). W dalszych badaniach ukierunkowanych na wykrywanie grzybów pleśniowych oraz drożdży, w temperaturze 40 o C otrzymano wyniki ujemne (brak wzrostu), natomiast w 30 o C ujawniły się w badanej próbce grzyby pleśniowe, których liczebność osiągnęła szczególnie wysoką wartość 10 7 jtk / ml. Oznacza to, że zarodniki pleśni były obecne w rozcieńczeniach próbki macierzystej, od wartości 10-1 do Stwierdzono słaby wzrost redukujących siarczany (10 komórek SRB / ml). W grupie drobnoustrojów korzystających z C org polimerów otrzymano następujące wyniki wyrażone liczbą komórek bakteryjnych w 1 ml płuczki wiertniczej (P-30, tab ). 68

73 Temperatura hodowli: 30 o C bakterie rozkładające skrobię: ok bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 10 2 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: ok bakterie rozkładające celulozę: ok. 5 x 10 2 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: śladowa ilość bakterie rozkładające polimer XCD: ok Temperatura hodowli: 40 o C bakterie rozkładające skrobię: 5 x 10 3 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 10 2 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: 10 4 bakterie rozkładające celulozę: ok. 5 x 10 2 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: śladowa ilość bakterie rozkładające polimer XCD: 10 4 Porównując wyniki badań płuczki wiertniczej badanej przed zatłoczeniem do otworu i płuczki obiegowej wypływającej z otworu (próbki P-29 i P-30 Wierzchowice-42) można zauważyć nieznaczny wzrost zawartości mikroorganizmów preferujących wyższe temperatury w płuczce, którą pobrano bezpośrednio po wypływie z odwiertu. Ponadto w próbce tej pojawiły się beztlenowe bakterie redukujące siarczany, których nie było w próbce pobranej przed zatłoczeniem do otworu. Można także stwierdzić, że w otworze nastąpiło nieznaczne ograniczenie rozwoju rozkładających związki polimerowe (XCD, celulozę i skrobię), spowodowane najprawdopodobniej wpływem wysokiej temperatury, która w pewien sposób ogranicza liczebność populacji mikroorganizmów. Dotyczy to szczególnie tych rodzajów, których w płuczce jest najwięcej. Porównując wyniki badań płuczki wiertniczej badanej przed zatłoczeniem do otworu i płuczki obiegowej wypływającej z otworu (próbki P-29 i P-30 - Wierzchowice-42) można zauważyć nieznaczny wzrost zawartości mikroorganizmów preferujących wyższe temperatury w płuczce, którą pobrano bezpośrednio po wypływie z odwiertu. Ponadto w próbce tej pojawiły się beztlenowe bakterie redukujące siarczany, których nie było w próbce pobranej przed zatłoczeniem do otworu. Można także stwierdzić, że w otworze nastąpiło nieznaczne ograniczenie rozwoju rozkładających związki polimerowe (XCD, celulozę i skrobię), spowodowane najprawdopodobniej wpływem wysokiej temperatury, która w pewien sposób ogranicza liczebność populacji mikroorganizmów. Dotyczy to szczególnie tych rodzajów, których w tym środowisku jest najwięcej. W płuczce wiertniczej analizowanej po 60 dniach oddziaływania naturalnej mikroflory (P-31) nastąpiły zmiany ilościowe w postaci zmniejszenia ogólnej liczby tlenowych i beztlenowych, a szczególnie tych, których optimum termiczne kształtuje się w granicach ok o C. Nastąpiło także nieznaczne zmniejszenie zawartości zarodników grzybów pleśniowych, jednak po 2-miesięcznym okresie przechowywania płuczki nadal ich zawartość była wysoka i wyniosła 10 5 jtk / ml. Natomiast bakterie z grupy SRB rozwijające się w płynie 69

74 wiertniczym po 2 miesiącach zwiększyły wydzielanie biogennego siarkowodoru, przede wszystkim podczas hodowli prowadzonej w 40 o C, w której zawartość H 2 S wzrosła prawie 3-krotnie. zdolnych do rozkładu skrobi zmniejszyła się w sposób istotny. Zawartość tych zróżnicowanych morfologicznie i taksonomicznie w wodzie lub w płuczce wiertniczej jest wskaźnikiem stopnia zanieczyszczenia badanego płynu substancją organiczną. Jest więc uzasadnione, że zawartość tych powszechnie spotykanych w przyrodzie maleje wraz ze zmniejszeniem ogólnej zawartości związków organicznych w danym środowisku. Bakterie przyswajają substancje organiczne występujące w płuczce wiertniczej i po pewnym czasie tych substancji jest już zbyt mało. Staje się to podstawowym czynnikiem ograniczającym liczebność w danych warunkach, zwłaszcza gdy ich początkowy rozwój jest bardzo intensywny. Jednak nadal po 60 dniach przechowywania płuczki bakterie te są aktywne i pomimo, że ich liczba stopniowo maleje, w dalszym ciągu przebiega w tym środowisku proces biodegradacji. Natomiast inaczej przedstawiają się wyniki zawartości degradujących polimery modyfikowane chemicznie, których specyficzna budowa utrudnia rozkład mikrobiologiczny. Procesy te zachodzą w płuczce wiertniczej znacznie wolniej. Można zauważyć, że podczas 60-dniowego oddziaływania drobnoustrojów w płuczce wiertniczej liczebność pewnych grup drobnoustrojów wzrosła. W fazie wzrostu populacji były bakterie zdolne do rozkładu skrobi modyfikowanej chemicznie (skrobi kleikowanej) oraz w mniejszym stopniu polimeru XCD. mikroorganizmów rozkładających karboksymetyloskrobię (KMS) utrzymywała się na tym samym poziomie, podczas gdy występujące w nieznacznych ilościach bakterie celulolityczne i rozkładające KMC zostały całkowicie wyeliminowane. Określony przebieg procesów mikrobiologicznych w tym przypadku jest uzasadniony, ponieważ w składzie chemicznym płuczki wiertniczej stosowanej w trakcie wiercenia otworu Wierzchowice-42 dominowały polimery XCD oraz KMS. Tak więc mikroflora zdolna do rozkładu innych związków, np. polimerów celulozowych, która dostała się do płuczki np. za pośrednictwem wody lub w trakcie wiercenia nie miała możliwości rozwoju i została wyeliminowana. W tym miejscu należy zaznaczyć, że drobnoustroje posiadają bardzo skomplikowany aparat enzymatyczny, a ich zdolności przystosowawcze są nieporównywalnie większe niż w przypadku innych żywych organizmów. Powszechnie występujące w przyrodzie i również w warunkach złożowych wielogatunkowe zespoły tlenowych, beztlenowych oraz grzybów są zdolne do rozkładu wielu różnych związków organicznych. Ich metabolizm może być regulowany w zależności od dostępnych w środowisku niezbędnych substratów organicznych, natlenienia, a także obecności związków nieorganicznych i mikroelementów. Tak więc mieszane kultury drobnoustrojów, które zostały wyizolowane z badanych płuczek wiertniczych mają zdolności do rozkładu różnych rodzajów polimerów, a zwiększa się jedynie udział tych gatunków, które wykazują największe powinowactwo do substratów, które znajdują się w konkretnej płuczce wiertniczej. W płuczce solno - barytowej pobranej w trakcie wiercenia na otworze Lubiatów-1, (próbka P-32) pomimo pełnego zasolenia przeżyło kilka różnych grup drobnoustrojów, przy czym ogólna liczba aerobowych (saprofitycznych) wahała się w granicach jtk / ml, natomiast anaerobowych ok jtk / ml. Stwierdzono również obecność zarodników grzybów pleśniowych w ilości 4,5 x 10 4 jtk / ml płynu. Natomiast nie stwierdzono w badanej próbce rozwoju redukujących siarczany. Liczba rozkładających skrobię kształtowała się w granicach , a skrobię modyfikowaną ok jtk / ml. Karboksymetyloskrobia jako jedyne źródło węgla organicznego była także wykorzystywana przez bakterie, a liczebność tych drobnoustrojów wahała się w granicach od 10 3 do 10 5 jtk / ml w zależności od temperatury. 70

75 W badanej płuczce wiertniczej występowały ponadto bakterie rozkładające celulozę (6 x 10 4 jtk / ml), KMC (2,5 x 10 3 jtk / ml) oraz XCD (w granicach ok jtk / ml). Powyższe wyniki zostały zilustrowane w tabelach nr Kolejną płuczkę wiertniczą, pobraną w trakcie wiercenia wykonywanego na otworze Berkanowo-1, badano w 4 seriach od maja do listopada 2003 r. W pierwszej serii badawczej płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego zawierała wysoką zawartość saprofitycznych, tj. ok jtk / ml (w hodowlach w temp o C), w wyższej temperaturze (40 o C) rozwijało się mniej, tj. ok komórek bakteryjnych. anaerobowych wynosiła ok jtk / ml płuczki wiertniczej. Ponadto z badanego płynu wyizolowano komórki drożdżowe w ilości ok. 3 x 10 2 / ml, a także grzyby pleśniowe w ilości ok. 3,7 x 10 4 jtk / ml. Tak obfitą mikroflorę otrzymano w wyniku hodowli prowadzonej w temperaturze 30 o C. Analizy ukierunkowane na wykrywanie z grupy Sulphate Reducing Bacteria dały również pozytywne rezultaty. Otrzymano od 300 do 400 komórek SRB w 1 ml płuczki wiertniczej w zależności od temperatury hodowli, a zdolność do produkcji siarkowodoru była wysoka i wahała się w granicach ok mg H 2 S / dm 3 pożywki płynnej. W omawianej próbce (P-33) zawartość rozkładających polimery, wyrażona liczbą komórek bakteryjnych w 1 ml płuczki wiertniczej, w hodowli prowadzonej w 30 o C oraz w 40 o C była następująca: Temperatura hodowli: 30 o C bakterie rozkładające skrobię: ok. 8 x 10 6 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: ok. 5 x 10 4 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: ok. 4 x 10 5 bakterie rozkładające celulozę: 10 3 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: śladowa ilość bakterie rozkładające polimer XCD: ok. 2 x 10 5 Temperatura hodowli: 40 o C bakterie rozkładające skrobię: 10 6 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 5,5 x 10 5 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: 10 5 bakterie rozkładające celulozę: 10 3 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: śladowa ilość bakterie rozkładające polimer XCD: 2 x 10 4 Analizując rezultaty badań można zauważyć, że liczebność poszczególnych grup w niewielkim stopniu zmniejszyła się lub pozostała na tym samym poziomie, za wyjątkiem zdolnych do biodegradacji skrobi modyfikowanej, których liczebność nieznacznie wzrosła wraz ze wzrostem temperatury. 71

76 Badania zrealizowane po 3-miesięcznym okresie przechowywania opisanej powyżej płuczki wiertniczej (otw. Berkanowo-1) wykazały duży spadek liczebności tej grupy aerobowych, której optimum termiczne wynosiło 30 o C, w tym również zdolnych do rozkładu skrobi. Odnotowano natomiast zwiększenie intensywności procesów tlenowych w 40 o C oraz procesów beztlenowych. Wyrazem tych tendencji był rozwój anaerobowych redukujących siarczany i zwiększenie ich liczebności aż do 10 3 jtk / ml oraz szczególnie wysoka produkcja H 2 S przez wyizolowane szczepy, dochodząca do 488 mg / dm 3 pożywki. Wzrosła także w istotny sposób liczba zarodników grzybów pleśniowych, które uczestniczą w procesach biodegradacji. Po określonym czasie przechowywania w/w płuczki potasowo-polimerowej w temperaturze 30 o C niewielkim zmianom uległa liczebność rozkładających skrobię modyfikowaną, celulozę i polimer XCD. W wyższej temperaturze (40 o C) zaznaczył się istotny spadek liczebności mikroorganizmów rozkładających skrobię modyfikowaną, w mniejszym stopniu ograniczone zostały procesy degradacji KMS oraz rozwoju zdolnych do rozkładu polimeru XCD. Otrzymane wyniki świadczą o tym, że w płuczce wiertniczej mogą znaleźć się bakterie, które posiadają szerokie zdolności rozkładu różnych związków polimerowych, głównie naturalnych i półsyntetycznych. W środowisku złożowym z reguły towarzyszy im obfita mikroflora, rozwijająca się w warunkach tlenowych i beztlenowych, związana z obecnością substancji organicznych, które mogą dostać się do płuczki wiertniczej za pośrednictwem wody bazowej, wody złożowej, przewiercanych warstw geologicznych oraz bezpośrednio z niektórych materiałów płuczkowych lub w postaci innych zanieczyszczeń. Następna badana próbka pochodzi również z otworu Berkanowo-1, jest to płuczka obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego (P-35). Charakteryzowała się ona bardzo wysokim stopniem skażenia bakteriami saprofitycznymi. Stwierdzono aż 10 7 komórek bakteryjnych w 1 ml płuczki w hodowli prowadzonej w o C, a w hodowli w 40 o C odnotowano 10 5 komórek w 1 ml. Mikrobiologiczne procesy beztlenowe przebiegały ze znacznie mniejszym nasileniem, o czym świadczy zawartość anaerobowych wynosząca ok jtk w 1 ml badanego płynu, a także brak procesów biologicznej redukcji siarczanów. Przewaga biogennych procesów degradacji w warunkach tlenowych wyrażała się nie tylko w postaci skażenia bakteriami, lecz również intensywnym rozwojem grzybów pleśniowych, których zawartość wyniosła aż 7 x 10 7 jtk / ml. Z badanej płuczki wiertniczej wyizolowano bakterie zdolne do rozkładu polimerów skrobiowych, celulozowych i polimeru XCD, w następujących ilościach w 1 ml płynu: Temperatura hodowli: 30 o C bakterie rozkładające skrobię: 4 x 10 7 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 8 x 10 3 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: 9 x 10 4 bakterie rozkładające celulozę: 8,5 x 10 3 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: ok. 9 x 10 3 bakterie rozkładające polimer XCD: 2 x

77 Temperatura hodowli: 40 o C bakterie rozkładające skrobię: 9 x 10 7 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 10 2 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: 2 x 10 4 bakterie rozkładające celulozę: 8,5 x 10 3 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: ok. 9 x 10 3 bakterie rozkładające polimer XCD: ok. 3 x 10 4 Wraz ze wzrostem temperatury w niewielkim zakresie wzrosła zawartość zdolnych do rozkładu skrobi, na tym samym poziomie utrzymywała się zawartość, które korzystają z C org celulozy. W przypadku pozostałych analizowanych polimerów nastąpiło nieznaczne zmniejszenie liczebności w poszczególnych grupach. Omawianą próbkę płuczki wiertniczej powtórnie badano po 30-dniowym okresie oddziaływania. Badania laboratoryjne wykazały ograniczenie rozwoju tlenowych saprofitycznych, jednak nie był to wyraźny spadek liczebności. Natomiast stan ilościowy beztlenowych praktycznie nie uległ zmianie. W minimalnym stopniu obniżyła się również liczba grzybów pleśniowych. Rezultaty badań ukierunkowanych na wykrywanie procesów biodegradacji polimerów wskazują na wzrost zawartości niektórych grup drobnoustrojów w wyniku 30-dniowego przechowywania płuczki wiertniczej. Dotyczy to przede wszystkim rozkładających KMS, KMC, a w mniejszym stopniu skrobi modyfikowanej i celulozy. Płuczka solno-barytowa pobrana podczas wiercenia otworu Berkanowo-1, w trzeciej serii poboru (próbka P-37) zawierała ok komórek saprofitycznych tlenowych w 1 ml. W badaniach liczebności beztlenowych otrzymano wyniki ok jtk / ml płynu. Z płuczki wiertniczej wyizolowano także bakterie z grupy Sulphate Reducing Bacteria, wytwarzające H 2 S w ilościach ok mg/l pożywki płynnej. SRB preferujących temperaturę hodowli 40 o C była wysoka i wyniosła 10 3 komórek bakteryjnych w 1 ml płuczki. W tej serii poboru w badanym płynie zaobserwowano rozwój zróżnicowanej mikroflory, zdolnej do korzystania z węgla organicznego polimerów. Wyizolowano najwięcej rozkładających skrobię, natomiast w przypadku karboksymetyloskrobi liczebność wyniosła jtk / ml. Badania ukierukowane na wykrywanie celulolitycznych wykazały 10 4 jtk w 1 ml płuczki wiertniczej. Analogiczne wartości stwierdzono również w badaniach nad izolacją zdolnych do degradacji XCD. Zawartość rozkładających KMC w badanej płuczce wiertniczej była stosunkowo niska i wyniosła ok jtk / ml. Występowanie różnorodnej mikroflory w płuczkach wiertniczych o wysokim stopniu zasolenia jest uzasadnione, o czym świadczą dane literaturowe [47,91,146], potwierdzające możliwości adaptacyjne do ekstremalnych środowisk. Drobnoustroje tolerujące lub nawet preferujące wysokie stężenie soli w środowisku (należące do tzw. halofilnych), egzystują m.in. w warunkach złóż ropy naftowej i gazu ziemnego, a wśród nich szczególnie ważne z punktu widzenia eksploatacji są m.in. bakterie Desulfotomaculum halophilum sp. nov oraz Desufovibrio gabonensis sp. nov, wytwarzające siarkowodór [127,128]. 73

78 Materiał badawczy pobrany w czwartej serii poboru podczas prac wiertniczych na otworze Berkanowo-1 reprezentowała próbka P-38. Płuczka solno-skrobiowa stosowana do wiercenia na głębokości m zawierała aerobową mikroflorę saprofityczną w ilości od 10 3 do 10 5 jtk / ml, w zależności od temperatury hodowli. Rozwój anaerobowych w badanym płynie był ograniczony, maksymalnie stwierdzono 8 x 10 2 jtk / ml w wyniku hodowli prowadzonej w 30 o C. Nie zaobserwowano rozwoju anaerobowych z grupy SRB. Próbka zawierała zarodniki grzybów pleśniowych w ilości ok jtk / ml. zdolnych do rozkładu polimerów kształtowała się w granicach od 10 2 do 10 5 komórek bakteryjnych w 1 ml, przy czym odnotowano najwięcej rozkładających skrobię oraz KMC (ok jtk / ml), a najmniej skrobię modyfikowaną (ok. 6 x 10 2 jtk / ml). Rezultaty omówionych powyżej badań płuczki wiertniczej, pobranej w czterech seriach podczas wiercenia otworu Berkanowo-1 zostały przedstawione w tabelach nr Badania ukierunkowane na wykrywanie różnych grup mikroorganizmów aerobowych i anaerobowych w wodno-dyspersyjnych polimerowych płuczkach wiertniczych prowadzono nie tylko na materiale pochodzącym z wierceń na obszarze Polski, ale badano także płuczkę potasowo-polimerową stosowaną podczas wiercenia wykonanego na Litwie. Ogólna liczba aerobowych w płuczce obiegowej, stosowanej do wiercenia otworu K-1, pobrana ze zbiornika roboczego była wysoka i wyniosła ok jtk / ml. Mikroflora anaerobowa również występowała w badanym płynie, lecz w zdecydowanie mniejszej ilości, maksymalnie otrzymano 7 x 10 3 komórek bakteryjnych w 1 ml płuczki wiertniczej. Nie wyizolowano z grupy SRB i drożdży, stwierdzono natomiast wysoką zawartość zarodników grzybów pleśniowych, tj jtk / ml. Należy zaznaczyć, że grzyby pleśniowe posiadają zdolności do hydrolitycznego rozkładu związków celulozowych [29,115], czego przykładem jest Aspergillus niger. Badana płuczka wiertnicza zawierała obfitą mikroflorę zdolną do biodegradacji różnych polimerów. Poniżej zaprezentowano wyniki badań wyrażone liczbą komórek bakteryjnych w 1 ml płynu (tab , próbka P-39): Temperatura hodowli: 30 o C bakterie rozkładające skrobię: 5 x 10 6 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 10 4 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: 10 3 bakterie rozkładające celulozę: 10 4 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: ok bakterie rozkładające polimer XCD: 4 x 10 2 Temperatura hodowli: 40 o C bakterie rozkładające skrobię: 10 5 bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną: 5 x 10 4 bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię: 3 x 10 3 bakterie rozkładające celulozę: ok. 7 x 10 3 bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę: 8 x 10 4 bakterie rozkładające polimer XCD: 4 x

79 Analizy mikrobiologiczne płuczki wiertniczej z otworu K-1 wykonane po 30 dobach od daty poboru wykazały spadek liczebności aerobowych (saprofitycznych), szczególnie w hodowli prowadzonej w 40 o C. Zmniejszyła się również zawartość zarodników grzybów pleśniowych. Stan ilościowy anaerobowych nie uległ większym zmianom. Można zauważyć także obniżenie liczebności mikroorganizmów zdolnych do rozkładu skrobi oraz celulozy, a także skrobi modyfikowanej chemicznie i karboksymetylocelulozy. W hodowli prowadzonej w wyższej temperaturze (tj. 40 o C) nastąpiło ograniczenie rozwoju zdolnych do rozkładu polimeru XCD oraz karboksymetyloskrobi. Podobne tendencje wyrażone spadkiem liczebności poszczególnych grup drobnoustrojów ujawniły się w badaniach tej samej próbki płuczki wiertniczej, wykonanych po 3 miesiącach od daty poboru. Jednak nadal procesy biodegradacji występowały, a ogólna liczba aerobowych i zarodników grzybów pleśniowych utrzymywała się na poziomie 10 4 jtk / ml płynu. Nastąpiło istotne zmniejszenie zawartości drobnoustrojów zdolnych do rozkładu polimerów, szczególnie w hodowli prowadzonej w temperaturze 40 o C. Wśród grup, które po 90-dniowym okresie przechowywania płuczki wiertniczej wykazywały aktywność metaboliczną na uwagę zasługują bakterie degradujące polimery skrobiowe. Rezultaty badań laboratoryjnych przeprowadzonych na materiale z otworu K-1 na Litwie zostały umieszczone w zestawieniach tabelarycznych (tab. 8 16). Ostatnią serię badań mikrobiologicznych zrealizowanych w ramach niniejszej pracy reprezentują próbki pobrane podczas rekonstrukcyjnych prac wiertniczych na otworze Wierzchowice-45, zlokalizowanym w obrębie struktury złożowej PMG. Próbki płuczki wiertniczej charakteryzowały się wysokim stopniem czystości mikrobiologicznej. W płuczce obiegowej pobranej ze zbiornika roboczego, poza nielicznymi bakteriami rozkładającymi skrobię (tj. 2 5 jtk/ml), nie stwierdzono innych grup mikroorganizmów. Płuczka zapasowa zawierała niewielką ilość aerobowych, w granicach jtk/ml, a w przypadku anaerobowych stwierdzono 10 jtk/ml. Ponadto w próbce tej stwierdzono bakterie rozkładające skrobię i karboksymetyloskrobię, a liczebność tych mikroorganizmów wynosiła 3 16 jtk/ml. Wyizolowano także bakterie rozkładające polimer ksantanowy XCD, których liczebność kształtowała się w granicach jtk/ml. Płuczka wiertnicza obiegowa pobrana bezpośrednio po wypływie z otworu zawierała nieliczne bakterie rozkładające skrobię, karboksymetyloskrobię i polimer XCD oraz bakterie anaerobowe (w ilościach ok. 10 jtk/ml). W trzech próbkach płuczki wiertniczej pobranej na obiekcie PMG Wierzchowice, podczas wiercenia rekonstrukcyjnego otworu W-45, nie odnotowano procesów biologicznej redukcji siarczanów z udziałem Sulphate Reducing Bacteria. Wyniki omawianych badań zestawiono w tabelach nr Następny etap prac badawczych dotyczył stanu mikrobiologicznego wód bazowych, stanowiących ośrodek dyspersyjny polimerowych płuczek wiertniczych i ich wpływu na zachodzące w płuczkach procesy biodegradacji. Analizując wyniki badań przedstawionych w tabelach nr 19 24, można zauważyć, że niezależnie od miejsca poboru w każdej próbce wody technologicznej znajdowały się żywe mikroorganizmy. Jest to uzasadnione, ponieważ nie należy spodziewać się w tym środowisku całkowicie sterylnych warunków, a nieliczne komórki bakteryjne spotyka się nawet w wodzie wodociągowej. Jednak w niektórych przypadkach zawartość drobnoustrojów, reprezentowanych przez różne grupy systematyczne, jest na tyle wysoka, że wprowadzona wraz z wodą biomasa nie tylko wpływa w sposób istotny na stan mikrobiologiczny płuczki wiertniczej, ale także przyspiesza procesy degradacji składników organicznych. 75

80 Spośród przeanalizowanych prób wód bazowych, pochodzących z 23 miejsc poboru, w niemal wszystkich (tj. w 22 próbach) zawartość przynajmniej jednej z izolowanych grup mikroorganizmów przekroczyła wartość 10 2 jtk / ml wody. W 17 próbach otrzymano wartości 10 3 jtk / ml, a w 8 próbach stwierdzono 10 4 jtk / ml. Ekstremalnie wysokie wartości, tj. ok jtk / ml odnotowano w 2 próbach wód bazowych. Porównując powyższe wyniki badań laboratoryjnych wód bazowych z wynikami badań płuczek wiertniczych można stwierdzić, że w pewnych przypadkach obfity rozwój mikroflory występuje zarówno w wodzie, jak i w płuczce, którą sporządzono na bazie tej wody. Taką zależność obserwuje się np. w próbkach pobranych podczas wierceń otworów Barnówko-11, Lubno-1 i Gawrzyłowa-3. W innych próbkach płuczek również występuje bardzo różnorodna i aktywna mikroflora, ale w mniejszej liczbie, co tłumaczyć można wpływem biocydu, który prawie zawsze jest dodawany do płuczki podczas jej sporządzania w warunkach terenowych. Stosowanie biocydów w płuczkach wiertniczych powoduje ograniczenie wzrostu mikroflory, dzięki czemu przedłuża jej trwałość i w znacznym stopniu zabezpiecza przed degradacją. Otrzymane wyniki badań laboratoryjnych wskazują, że w niektórych próbkach rozwój poszczególnych grup drobnoustrojów był zahamowany i ich liczebność zmniejszyła się. Spośród 23 badanych wód, w 12 próbach (tj. w ok. 50 %) stwierdzono występowanie biogennych procesów redukcyjnych, z udziałem anaerobowych wytwarzających H 2 S. Próbki wód zarobowych zawierające bakterie redukujące siarczany należy traktować jako próbki szczególnie skażone pod względem mikrobiologicznym i chemicznym, ponieważ siarkowodór, będący produktem metabolizmu tej grupy, stanowi bardzo poważny czynnik odpowiadający za degradację płuczki wiertniczej. Poniżej wymieniono próbki wód bazowych, w których zawartość tworzących H 2 S wynosiła od 10 2 do 10 3 jtk/ml wody. Jednocześnie zamieszczono w celach porównawczych wyniki badań płuczek wiertniczych sporządzonych na bazie wymienionych próbek wód, które zawierały bakterie wytwarzające siarkowodór: W-2 otw. Mostno-6 (woda pobranej ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni w I serii poboru); w płuczce obiegowej i wypływającej z otworu stwierdzono bakterie SRB w ilości 10 2 komórek / ml; w hodowli SRB stwierdzono 177 mg H 2 S / dm 3 pożywki płynnej; W-4 otw. Mostno-6 (woda pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni w II serii poboru); w płuczce obiegowej, zapasowej i wypływającej z otworu stwierdzono bakterie SRB w ilości ok komórek / ml; w hodowli wyizolowanych z płuczki wiertniczej stwierdzono mg H 2 S / dm 3 ; W-13, W-14 otw. Buszewo-10 (woda pobrana ze studni głębinowej oraz ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni brak badań płuczki wiertniczej); W-22, W-23 otw. Zawisze-1 (wody pobrane ze studni głębinowej i ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni); w płuczce obiegowej stwierdzono bakterie SRB w ilości 10 2 komórek / ml; w hodowli pochodzących z płuczki wiertniczej otrzymano 158 mg H 2 S / dm 3 ; W-24 otw. Międzychód-5 (woda pobrana ze studni głębinowej); w płuczce obiegowej stwierdzono bakterie SRB w ilości 10 2 komórek / ml; w hodowli SRB pochodzacych z płuczki wiertniczej otrzymano 108 mg H 2 S / dm 3 ; W-25 otw. Międzychód-6 (woda pobrana ze studni głębinowej); w płuczce obiegowej stwierdzono bakterie SRB w ilości 10 komórek / ml; w hodowli SRB wyizolowanych z płuczki wiertniczej otrzymano 43 mg H 2 S / dm 3 pożywki. 76

81 W następujących próbkach wód występowały bakterie tworzące siarkowodór w ilościach ok. 10 komórek w 1 ml. Przedstawiono także wyniki badań płuczek wiertniczych wykonanych na bazie tych wód: W-5 otw. Mostno-6 (próbka wody pobranej ze studni głębinowej w III serii poboru); w płuczce zapasowej i wypływającej stwierdzono bakterie SRB w ilości 10 2 komórek / ml; w hodowli SRB wyizolowanych z płuczki wiertniczej otrzymano mg H 2 S / dm 3 pożywki płynnej; brak w płuczce obiegowej; W-7 otw. Mostno-6 (próbka wody pobranej ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni w III serii poboru); w płuczce zapasowej i wypływającej stwierdzono bakterie SRB w ilości 10 2 komórek / ml; w hodowli SRB wyizolowanych z płuczki wiertniczej otrzymano mg H 2 S / dm 3 ; W-12 otw. Gawrzyłowa-3 (próbka wody pobranej ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni); w płuczce obiegowej stwierdzono bakterie SRB w ilości 10 2 kom./ ml, a w płuczce wypływającej 10 3 kom./ ml; w hodowli SRB wyizolowanych z płuczki wiertniczej otrzymano mg H 2 S / dm 3. W pewnych przypadkach bakterie tworzące siarkowodór są wykrywane w wodzie pobranej bezpośrednio ze studni, natomiast nie stwierdza się ich w wodzie pobranej ze zbiorników zlokalizowanych na wiertni, czego przykładem są próbki pobrane w III serii poboru podczas wiercenia otworu Mostno-6. Prawdopodobnie część SRB ginie podczas zabiegów technologicznych. Można tłumaczyć to również wpływem biocydu, który mógł zostać dodany do wody. Jak wykazały badania (tab. 2,5,11,12,21,24), bakterie redukujące siarczany wyizolowano prawie z każdej próbki płuczki wiertniczej, sporządzonej na bazie wody, w której występowała ta grupa. Tak więc można na tej podstawie wnioskować, że woda (pochodząca ze studni głębinowych występujących na obszarach złożowych) jako ośrodek dyspersyjny jest potencjalnym, ale nie jedynym źródłem SRB, które znajdują odpowiednie dla rozwoju warunki w płuczce wiertniczej. Rezultaty przeprowadzonych badań laboratoryjnych wskazują, że w niektórych przypadkach bakterie redukujące siarczany występują tylko w płuczce wiertniczej, a nie stwierdza się ich w wodzie bazowej, jak np. w płuczce potasowo polimerowej stosowanej podczas wiercenia otworu Lubno-1 (tab. 2). Wyniki te sugerują, że wyizolowane bakterie SRB pochodziły tylko ze złoża. Jednak niezależnie od wyżej wspomnianego źródła pochodzenia, jakim jest woda bazowa, bakterie mogą również dostać się do płynu wiertniczego bezpośrednio z przewiercanych warstw. Obecność aktywnych szczepów SRB w złożach ropy naftowej i gazu ziemnego oraz ich związek z procesami metanogenezy potwierdzają liczne doniesienia literaturowe [66,81,92], jak również prowadzone w ostatnich latach badania w renomowanych ośrodkach naukowych, m.in. Max-Planck-Institut w Niemczech. Następny etap badań laboratoryjnych dotyczył wpływu ph (odczynu) środowiska na rozwój poszczególnych grup mikroorganizmów, wyizolowanych z płuczek wiertniczych zawierających polimery. Jak informują dane literaturowe [26,38,47,48], różne gatunki oraz rodzaje drobnoustrojów charakteryzuje zróżnicowany zakres tolerancji w stosunku do wartości ph otoczenia. Spośród organizmów najczęściej izolowanych ze złóż węglowodorów należy zwrócić uwagę na bakterie z rodzaju Pseudomonas [139], dla których optymalne ph wynosi od 6,6 do 7,0, a także z rodzaju Bacillus obejmującego m.in. bakterie Bacillus 77

82 acidocaldarius preferujące ph = 3,5 oraz Bacillus alcalophilus, dla których optymalna wartość ph = 9,5. Generalnie można stwierdzić, że maksymalne wartości ph, umożliwiające przeżycie dla większości bytujących w środowisku złożowym kształtuje się w granicach 9,0 9,5, przy czym wartość najwyższą zaobserwowano w przypadku Bacillus alkalophilus, które przeżywały w środowisku o ph = 11,5. Bakterie reprezentujące rodzaj Bacillus należą do tych drobnoustrojów, które oprócz szerokiej tolerancji w stosunku do ekstremalnych wartości ph otoczenia, wykazują także zdolności do rozwoju w wysokiej temperaturze (organizmy termofilne), jak również w środowisku o wysokim stężeniu soli [108,146], co umożliwia im rozwój w płuczce wiertniczej. Do grupy mikroorganizmów alkalofilnych zalicza się również bakterie uczestniczące w bioakumulacji osadów geologicznych należące do rodzajów: Arthrobacter, Halobacterium i Xanthobacter, dla których optymalne ph kształtuje się w granicach ok Wskaźnik ph preferowany przez określone rodzaje drobnoustrojów jest ściśle związany ze stopniem aktywności enzymatycznej, decydującej o przebiegu procesów metabolicznych w komórkach bakteryjnych [48]. Istnieje wiele rodzajów grzybów wykazujących tolerancję w stosunku do środowisk o odczynie kwaśnym, natomiast większość nie toleruje niskich wartości ph otoczenia, za wyjątkiem z rodzajów: Lactobacillus, Thiobacillus i Sulfolobus [3]. Jest zatem uzasadnione, że w płuczkach wiertniczych nie występuje antagonistyczna do SRB grupa mikroorganizmów utleniających związki siarkowe, tj. wyżej wspomniany rodzaj Thiobacillus, który dość często izolowany jest z różnych środowisk bogatych w siarkę, m.in. z niektórych wód złożowych. Ze złoż węglowodorów często izolowane są także bakterie z rodzaju Rhodococcus [139], aktywnie uczestniczące w procesach biodegradacji ropy naftowej oraz występujące w wodach złożowych, środowisku skalnym, jak również w niektórych płuczkach wiertniczych i wodach bazowych (pochodzących z obszarów perspektywicznych). Mikroflorę, która naturalnie bytuje w polimerowych płuczkach wiertniczych poddano badaniom w kierunku odporności na zróżnicowany poziom ph środowiska. Wyniki tych badań przedstawiają tabele nr 17 oraz 18. Można zauważyć, że w badanym zakresie ph, tj. od wartości ph = 6,0 do ph = 10,0 zdolność do przeżycia wykazują bakterie aerobowe (saprofityczne), grupa rozkładających skrobię naturalną i modyfikowaną, a także bakterie redukujące siarczany. W zakresie od ph = 6,0 do ph = 9,0 występowały zarodniki grzybów pleśniowych. Natomiast bakterie celulolityczne izolowano ze środowiska o odczynie odpowiadającym wartościom od ph = 6,0 do ph = 9,5. Ograniczenie aktywności badanych mikroorganizmów obserwuje się już przy odczynie ph = 8,0, dotyczy to szczególnie rozkładających skrobię. Zdecydowany spadek aktywności metabolicznej pozostałych grup drobnoustrojów odnotować można przy odczynie środowiska odpowiadającym wartościom ph w granicach 8,5 9,5. Dane literaturowe potwierdzają, że istnieje szereg mikroorganizmów, które posiadają zdolności do rozwoju w alkalicznym ph środowiska [45]. Tak więc jest uzasadnione, że w badanych cieczach występowały drobnoustroje aerobowe oraz anaerobowe, nawet przy ph = 10. Jest to jednak dość specyficzna grupa mikroorganizmów, przystosowana do konkretnego środowiska. W miarę wzrostu alkaliczności środowiska liczebność i aktywność maleje. Tendencja ta przejawia się nie tylko w odniesieniu do badanych płynów, ale dotyczy wielu środowisk, ponieważ najbardziej korzystny dla rozwoju mikroflory jest zazwyczaj odczyn ph zbliżony do neutralnego, a jedynie wyspecjalizowane gatunki preferują ekstremalnie wysokie lub niskie stężenia jonów wodorowych. 78

83 Generalnie należy stwierdzić, że większość mikroorganizmów bytujących w wodnodyspersyjnych polimerowych płuczkach wiertniczych posiada metaboliczne zdolności do przeżycia lub rozwoju w środowisku o zróżnicowanym ph, jednak przy odczynie zasadowym o ph > 9,0 zauważyć można radykalne ograniczenie liczby mikroorganizmów aerobowych i anaerobowych. Na uwagę zasługują wyniki dotyczące aktywności metabolicznej SRB wyrażone poprzez produkcję siarkowodoru przez szczepy wyizolowane z badanej płuczki wiertniczej. Przy ph w granicach 8,5 9,0 produkcja H 2 S wynosiła ok. 210 mg / dm 3, a już przy ph = 9,5 wartość ta obniżyła się i wynosiła ok. 97 mg / dm 3 (tab.18). Tak znaczące, tj. ponad 50 %-owe obniżenie produkcji H 2 S przy wzrastającym ph koreluje się z obniżeniem liczby SRB w płuczce wiertniczej. Przy ph w granicach od 9,5 do 10,0 liczba w 1 ml płuczki wynosiła 10 komórek, podczas gdy w środowisku o odczynie ph wynoszącym od 6,0 do 9,0 liczba była znacznie wyższa i wynosiła od 10 2 do 10 3 SRB / ml płuczki wiertniczej. Na podstawie otrzymanych wyników można wnioskować, że w przypadku szczególnie groźnych dla złoża z grupy Sulphate Reducing Bacteria, wartość ph w granicach 9,5 10,0 (świadcząca o silnie alkalicznym odczynie środowiska) spowodowała drastyczne obniżenie liczebności komórek bakteryjnych. Jednak część SRB przeżyła 10-dobową inkubację w tak ekstremalnych warunkach. Dotyczy to przede wszystkim zdolnych do wytwarzania form przetrwalnikowych (spor). Stanowi to również potwierdzenie licznych doniesień literaturowych [22,64,127], informujących o zdolnościach przystosowawczych tej grupy, a przede wszystkim o ich odporności na zmienne parametry środowiskowe. W tym miejscu należy omówić cechy metaboliczne tej szczególnie ważnej grupy drobnoustrojów, reprezentowanych przez anaerobowe bakterie, wytwarzające siarkowodór w środowisku złożowym. Wyizolowane z płuczek wiertniczych oraz wód bazowych bakterie z grupy SRB należą do organizmów chemoorganotroficznych, które w łańcuchu oddechowym odtwarzają energię biochemiczną (ATP adenozynotrójfosforan) w drodze fosforylacji, w warunkach beztlenowych. W procesie fosforylacji następuje przenoszenie elektronów, pochodzących z substratu, poprzez skrócony łańcuch transportu elektronów na zewnętrzny (występujący w podłożu odżywczym) lub wewnętrzny (powstający z degradacji substratu) akceptor elektronów. W przypadku z grupy SRB akceptorami elektronów są jony siarczanowe, wg następującej reakcji: ATP + SO 4 2- adenozyno fosfosiarczan + PP nieorg. Proces uzyskiwania energii w trakcie fosforylacji, związanej z przenoszeniem elektronów w warunkach beztlenowych przy udziale siarczanu, nazywany jest oddychaniem siarczanowym. Bakterie sulfidogenne spotykane są m.in. w anoksygenowych ekosystemach morskich, w których przekształcają wodór i siarczan w siarkowodór, wg reakcji: 8 [H] + 2H + + SO 4 2- H 2 S + 4 H 2 O Donorami wodoru w procesach metabolicznych mogą być różne związki niskocząsteczkowe, jak np.: mleczan, octan, metanol, etanol, wyższe kwasy tłuszczowe, związki aromatyczne i H 2. Znanych jest kilka grup anaerobowych, zdolnych do oddychania siarczanowego. Należą do nich urzęsione oraz nieurzęsione bakterie właściwe z rodzajów: Desulfovibrio, Desulfobacterium, Desulfococcus, Desulfomonas, Desulfobacillus, Desulfosarcina i Thermosulfobacterium oraz bakterie właściwe z rodzaju Desulfotomaculum wytwarzające endospory. 79

84 Bakterie redukujące siarczany mają niewielkie rozmiary, tj. od 0,3 do 25 µm. Niektóre formy są ruchliwe, w ciągu doby mogą przebywać drogę do 2 cm, co umożliwia im penetrację ośrodka skalnego. Zespół mikroorganizmów oddychających siarczanowo jest bardzo zróżnicowany pod względem szlaków metabolicznych [39]. Wyizolowane bakterie reprezentujące grupę Sulphate Reducing Bacteria należą do organizmów wykorzystujących wodór cząsteczkowy, w obecności kwasu mlekowego i innych kwasów, z wydzieleniem octanu. Do tej grupy drobnoustrojów należą rodzaje: Desulfovibrio i Desulfotomaculum. W złożach węglowodorów, oprócz wyżej wspomnianych rodzajów SRB, egzystują również bakterie inne rodzaje z grupy SRB, np. Desulfomicrobium [64]. Następny etap prac badawczych omawianych w niniejszej rozprawie dotyczył właściwości badanych cieczy. Poniżej omówiono rezultaty badań laboratoryjnych ujętych w kolejnych zestawieniach tabelarycznych (tab ). Analizowano parametry reologiczne wybranych płuczek wiertniczych w celu uzupełnienia badań mikrobiologicznych. Otrzymane rezultaty badań obrazują zmiany wartości poszczególnych parametrów, które stwierdzono po określonym czasie oddziaływania mikroorganizmów, jak również zmiany wartości parametrów płuczek wiertniczych przed ich użyciem w otworze i w trakcie obiegu płynów w otworze. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów właściwości fizyko chemicznych płuczek wiertniczych stwierdzono: obniżenie lepkości i granicy płynięcia płuczki solno skrobiowej stosowanej podczas wiercenia otworu Mostno-6 (płuczki obiegowej, która krążyła w otworze), w porównaniu z tą samą płuczką pobraną przed zatłoczeniem do otworu; zwiększenie filtracji i wytrzymałości strukturalnej solno skrobiowej płuczki obiegowej stosowanej na otworze Mostno-6 w porównaniu z płuczką pobraną przed zatłoczeniem do otworu; ten sam poziom ph w płuczce pobranej przed zatłoczeniem do otworu i w płuczce obiegowej stosowanej na otworze Mostno-6; obniżenie w niewielkim stopniu lepkości, granicy płynięcia, wytrzymałości strukturalnej w przypadku płuczki polimerowo chlorkowej używanej podczas wiercenia otworu Berkanowo-1 po 30 dniach oddziaływania ; brak zmian ph i prawie ten sam poziom filtracji w płuczce z otworu Berkanowo-1, badanej bezpośrednio po poborze oraz po 30 dobach oddziaływania ; znaczne obniżenie lepkości, a także obniżenie granicy płynięcia, filtracji i ph w płuczce wiertniczej z otw. Berkanowo-1 po 90 dniach oddziaływania ; w płuczce wiertniczej polimerowo chlorkowej stosowanej podczas wiercenia otworu Wierzchowice-42 brak zmian lepkości i ph w próbkach płuczki przed zatłoczeniem do otworu i płuczki pobranej bezpośrednio po wypływie z otworu, przy czym występowały nieznaczne wahania wytrzymałości strukturalnej oraz obniżenie w niewielkim stopniu granicy płynięcia; w w/w płuczce wiertniczej badanej po 60 dniach oddziaływania niewielkie obniżenie lepkości, na tym samym poziomie utrzymywała się wartość ph i granica płynięcia, zaobserwowano wahania w zakresie wytrzymałości strukturalnej oraz obniżenie filtracji; Reasumując przedstawione powyżej wyniki badań laboratoryjnych można zauważyć, że szczególnie odporne na działanie mikroorganizmów była płuczka wiertnicza stosowana na obszarze PMG Wierzchowice. Badany płyn był w największym stopniu zabezpieczone przed biodegradacją. Nie odnotowano istotnych zmian właściwości fizyko-chemicznych w okresie ok. 3 miesięcy od daty poboru prób można tłumaczyć wpływem biocydu, który został użyty w takiej ilości, aby skutecznie zahamować procesy biodegradacyjne i tym samym obniżyć aktywność metaboliczną drobnoustrojów. 80

85 Fot. 4. Kolonie mikroorganizmów rozkładających polimery płuczkowe typu KMC, KMS i PHPA Fot. 5. Przykład skażenia mikrobiologicznego wody bazowej stosowanej w technologii płuczek wiertniczych 81

86 Fot. 6. Przykład rozwoju grzybów pleśniowych wykorzystujących w procesach metabolicznych organiczne składniki polimerowej płuczki wiertniczej Fot. 7. Rozwój grzybów pleśniowych na płuczce potasowo-polimerowej zawierającej polimery: XCD, KMC i KMS 82

87 Fot. 8. Przykład skażenia polimerowej płuczki wiertniczej zawierającej blokator organiczny, widoczny obfity rozwój grzybów pleśniowych Fot. 9. Charakterystyczny wzrost mikroorganizmów rozkładających preparaty skrobiowe stosowane w płuczkach wiertniczych 83

88 Fot. 10. Kolonie redukujących siarczany (SRB) na podłożu stałym, pochodzące ze skażonej płuczki wiertniczej Fot. 11. Porównanie wyników hodowli mikroorganizmów aerobowych pochodzących z wody bazowej przed zastosowaniem biocydu (widoczne liczne kolonie na szalce Petriego) oraz po zastosowaniu biocydu BIOSTAT, w stężeniu 0,1 % (brak wzrostu mikroorganizmów) 84

89 Omówienie wyników badań procesów biodegradacji polimerów stosowanych w technologii płuczek wiertniczych Kolejna seria badań laboratoryjnych dotyczyła stopnia biodegradacji poszczególnych związków polimerowych, najczęściej stosowanych w technologii wiercenia. Wyniki prac badawczych, które zostały zrealizowane w Zakładzie Mikrobiologii INiG oraz opublikowane w wydawnictwie Nafta-Gaz [52], przedstawiają się następująco: 1. Stwierdzono rozkład skrobi modyfikowanej (preparatu Rotomag) przez bakterie aerobowe wyizolowane z płuczek wiertniczych; kultury bakteryjne degradowały polimer w ok. 86 % do ok. 92 %, a tylko w jednym przypadku stopień rozkładu badanego substratu był niski i wynosił 4 %; 2. Stopień biodegradacji karboksymetylocelulozy (preparatu o niskiej lepkości - Polofix LV) był zróżnicowany, przy czym większość kultur aerobowych rozkładała polimer w granicach od ok. 42 % do ok. 58 %; pozostałe kultury bakteryjne posiadały niskie zdolności rozkładu KMC, tj. od 0,0 % do 14,3 %; 3. Badania procesu mikrobiologicznej degradacji karboksymetylocelulozy (preparatu o wysokiej lepkości Tylose HV) przez kultury aerobowych wykazały niższy stopień rozkładu tego związku w porównaniu z produktem KMC o niskiej lepkości, maksymalnie zdegradowane zostało 46,5 % badanego substratu; 4. Biodegradacja poliakryloamidu (PHPA) przez poszczególne kultury była zdecydowanie mniej intensywna niż procesy rozkładu polimerów KMC i polimeru skrobiowego; stopień degradacji wynosił od 0,0 % do 20,4 %; 5. W badaniach laboratoryjnych z udziałem mieszanych kultur aerobowych stwierdzono całkowity lub prawie całkowity rozkład modyfikowanego polimeru skrobiowego (99,7 100 %), zaobserwowano również wyższy stopień degradacji polimerów typu KMC (ok. 60 %) w porównaniu z wynikami badań z udziałem czystych szczepów bakteryjnych; odnotowano także wzrost intensywności procesu biodegradacji poliakryloamidu przy zastosowaniu mieszanych szczepów tlenowych, w tym przypadku stopień degradacji dochodził do ok. 45 %; 6. Badania prowadzone z udziałem anaerobowych (beztlenowców) z grupy SRB wykazały wysoki stopień rozkładu skrobi modyfikowanej chemicznie, który wynosił od ok. 59 % do ok. 96 %; 85

90 7. Bakterie SRB posiadały znacznie mniejsze zdolności rozkładu polimeru KMC; stopień degradacji preparatu Polofix LV o niskiej lepkości wahał się w granicach od 0,0 % do ok. 7 %, podczas gdy preparat KMC Tylose HV o wysokiej lepkości został w minimalnym stopniu zdegradowany przez bakterie SRB; stopień degradacji w przypadku 2 kultur bakteryjnych wynosił od 0,28 do 2,24 %, a w przypadku pozostałych szczepów SRB nie stwierdzono degradacji KMC; 8. Wszystkie użyte w badaniach kultury SRB rozkładały poliakryloamid, stopień biodegradacji substratu wynosił od ok. 19 % do ok. 55 %; W podsumowaniu wyników badań procesów biodegradacji polimerów (tab. 28) należy stwierdzić, że zdecydowanie większą efektywność w przyswajaniu KMC, PHPA oraz skrobi modyfikowanej wykazały mieszane kultury bakteryjne, reprezentowane przez kilka rodzajów drobnoustrojów, w porównaniu z czystymi szczepami. Procesy mikrobiologicznej degradacji polimerów występowały zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych. Stwierdzono również procesy degradacji w/w związków polimerowych przez bakterie z grupy SRB, które wykorzystywały polimer skrobiowy, polimery celulozowe i poliakryloamid jako przyswajalne źródło C org. 86

91 Omówienie wyników badań zmian właściwości reologicznych roztworów związków polimerowych pod wpływem działania aerobowych Celem dalszej części prac laboratoryjnych było zbadanie w jakim stopniu ulegają zmianom właściwości fizyko-chemiczne poszczególnych polimerów, tj. lepkość plastyczna, lepkość pozorna, granica płynięcia, wytrzymałość strukturalna I (pomiar po 1 minucie), wytrzymałość strukturalna II (pomiar po 10 minutach) oraz wskaźnik ph, pod wpływem działania mikroorganizmów. W omawianych badaniach otrzymano następujące rezultaty: Związek polisacharydowy XCD (roztwór 0,2 %) 1. Lepkość: odnotowano 3-krotny spadek lepkości plastycznej i ponad 4-krotny spadek lepkości pozornej po 10 dobach oddziaływania drobnoustrojów; dalszy istotny spadek wartości powyższych parametrów nastąpił po 30 dobach od wprowadzenia do roztworu lepkość plastyczna obniżyła się 6-krotnie, a lepkość pozorna ponad 5-krotnie. 2. Granica płynięcia: po 10-dobowym okresie oddziaływania mikroorganizmów nie stwierdzono zmian; w trakcie dalszych prac doświadczalnych granica płynięcia wahała się od 0,24 do 0,48 Pa, przy czym spadek wartości mierzonego parametru zaobserwowano po 20 dobach od wprowadzenia ; wyniki eksperymentu po 30 i 40 dobach oddziaływania wskazują na 5-krotny spadek wartości parametru, w stosunku do wartości początkowej. 3. Wytrzymałość strukturalna: dwukrotny spadek wytrzymałości strukturalnej I nastąpił w wyniku 20-dobowego oddziaływania, wartość ta nie uległa zmianie się do końca eksperymentu; wytrzymałość strukturalna II zmniejszyła się dwukrotnie już po 10-dobowym okresie działania mikroorganizmów, a następnie po 40 dobach wartość ta zmniejszyła się 4-krotnie. 4. ph: podczas trwania eksperymentu nie nastąpiły istotne zmiany ph, jedynie w początkowej fazie nastąpiło zakwaszenie roztworu (wartość ph obniżyła się z 8,2 na 7,0). Poliakryloamid PHPA Modistab 624 (roztwór 0,1 %) 1. Lepkość: po 10-dobowym działaniu lepkość plastyczna obniżyła się dwukrotnie, obniżyła się również lepkość pozorna; w dalszym etapie trwania eksperymentu powyższe parametry ulegały stopniowemu obniżeniu, przy czym w końcowej fazie lepkość plastyczna obniżyła się 4-krotnie, a lepkość pozorna ponad dwukrotnie. 2. Granica płynięcia: wyniki trzech pomiarów wskazują na brak zmian parametru pod wpływem działania, jedynie pomiar po 30 dobach od wprowadzenia do roztworu wskazuje na niewielki wzrost wartości parametru. 3. Wytrzymałość strukturalna: w trakcie eksperymentu zaobserwowano wahania w zakresie wytrzymałości strukturalnej, przy czym dwukrotne obniżenie wartości badanych parametrów obserwowano po 10, 20 i 30 dobach oddziaływania. 4. ph: odczyn roztworu zmienił się z wartości ph = 8,1 do ph = 7,0 (pomiar po 10-dobowym oddziaływaniu ); następnie w kolejnej fazie eksperymentu wartość ph wróciła do wartości początkowej, a ostatni pomiar wskazuje na wzrost alkaliczności roztworu (ph = 9,0); 87

92 Skrobia modyfikowana Rotomag (roztwór 3 %) 1. Lepkość: odnotowano aż 8-krotny spadek lepkości plastycznej i ponad 4-krotny spadek lepkości pozornej po 10 dobach oddziaływania drobnoustrojów, który utrzymywał się do końca trwania eksperymentu; 2. Granica płynięcia: nastąpił dwukrotny wzrost wartości parametru w stosunku do wartości początkowej; 3. Wytrzymałość strukturalna: od 10 doby trwania eksperymentu wytrzymałość strukturalna I obniżyła się dwukrotnie, a następny parametr, tj. wytrzymałość strukturalna II ulegał wahaniom, przy czym zaobserwowano dwukrotne obniżenie wartości po 20 dobach oddziaływania ; 4. ph: pod wpływem aktywności mikroorganizmów odnotowano znaczące zmiany wartości ph; od 10 doby oddziaływania wartość początkowa wynosząca 9,7 zmniejszyła się do wartości 5,0, a w dalszej części eksperymentu, tj. po 20 dobach nastąpiło dalsze zakwaszenie roztworu, a wartość ph aż do zakończenia eksperymentu wynosiła 4,0. Karboksymetyloskrobia Polvitex Z (roztwór 2 %) 1. Lepkość: parametry określające lepkość roztworu zmniejszyły się w bardzo istotny sposób; początkowa lepkość plastyczna roztworu pod wpływem działania zmniejszyła się 30-krotnie (po 20 dobach), a pozostałe pomiary wykazały aż 60-krotny spadek lepkości plastycznej; 2. Granica płynięcia: odnotowano ok. 14-krotne obniżenie wartości parametru już po 10 dobach; w dalszym ciągu trwania eksperymentu utrzymywała się tendencja spadkowa, przy czym po 40 dobach oddziaływania granica płynięcia osiągnęła wartość 0,72 Pa, co wskazuje na ok. 19-krotne obniżenie wartości parametru w stosunku do wartości początkowej; 3. Wytrzymałość strukturalna: wyniki pomiarów wytrzymałości strukturalnej I wykazały ok. 6-krotny spadek wytrzymałości strukturalnej, który utrzymywał się do końca trwania eksperymentu; wytrzymałość strukturalna II zmniejszyła się ok. 4-krotnie pod wpływem działania w początkowej fazie eksperymentu, a następnie zmniejszyła się ok. 8-krotnie, co odnotowano w trzech kolejnych seriach pomiarów; 4. ph: początkowa wartość ph roztworu wynosiła 9,7; pod wpływem działania mikroorganizmów zaobserwowano stopniowy spadek wartości ph; począwszy od 10 doby następowało zakwaszenie roztworu (ph = 6,0), a w końcowym etapie eksperymentu, tj. po 40 dobach ph roztworu osiągnęło wartość 4,0; 88

93 Skrobia modyfikowana Rotanet (roztwór 3,5 %) 1. Lepkość: po 10 oraz 20 dobach oddziaływania aerobowych odnotowano ponad 60-krotny spadek lepkości plastycznej, która w miarę rozwoju ulegała dalszemu obniżeniu w czasie trwania eksperymentu; stwierdzono również bardzo istotny spadek lepkości pozornej roztworu, która w końcowej fazie badań obniżyła się ponad 80-krotnie w stosunku do wartości początkowej; 2. Granica płynięcia: wartość parametru również obniżyła się w sposób bardzo istotny w wyniku aktywności metabolicznej drobnoustrojów; w trakcie badań obserwowano wahania w zakresie uzyskanych wyników pomiarów, przy czym pod koniec eksperymentu nastąpił ponad 40-krotny spadek wartości parametru określającego granicę płynięcia roztworu skrobi modyfikowanej; 3. Wytrzymałość strukturalna: badania laboratoryjne wykazały ponad 20-krotne obniżenie wytrzymałości strukturalnej I pod wpływem oddziaływania aerobowych we wszystkich 4 seriach pomiarowych; wytrzymałość strukturalna II ulegała wahaniom w trakcie eksperymentu, jednak w początkowej i końcowej fazie badań odnotowano 15-krotny spadek wartości mierzonego parametru, w porównaniu z wartością początkową; 4. ph: odczyn roztworu skrobi modyfikowanej przed wprowadzeniem był zasadowy (ph = 9,5), a następnie po 10 dobach nastąpiło silne zakwaszenie roztworu pod wpływem procesów biogennych (ph = 4); w dalszych seriach pomiarowych poziom ph nie uległ zmianie; Karboksymetyloceluloza Polofix LV (roztwór 2 %) 1. Lepkość: po 10-dobowym okresie oddziaływania lepkość plastyczna badanego roztworu obniżyła się 18-krotnie, analogiczny wynik otrzymano po 40 dobach od wprowadzenia mikroorganizmów; w trakcie badań zaobserwowano wahania lepkości plastycznej; lepkość pozorna roztworu obniżała się stopniowo w miarę rozwoju, przy czym w początkowej fazie eksperymentu pod wpływem procesów mikrobiologicznych stwierdzono 10-krotny spadek wartości parametru; w końcowej fazie zaobserwowano 14-krotny spadek lepkości pozornej w porównaniu z wartością początkową; 2. Granica płynięcia: po 10 oraz 20 dobach od wprowadzenia mikroorganizmów do roztworu granica płynięcia obniżyła się 3-krotnie, a w końcowym etapie badań, tj. po 40 dobach obniżyła się 6-krotnie; w trakcie eksperymentu obserwowano nieznaczne wahania wartości parametru; 3. Wytrzymałość strukturalna: badania wykazały 2-krotny spadek wytrzymałości strukturalnej I po 30 dobach oddziaływania, który utrzymywał się do końca eksperymentu; zaobserwowano wahania wytrzymałości strukturalnej II po 20 dobach nastąpił wzrost wartości parametru, po 30-dobach spadek wartości, a następnie w końcowym etapie badań powrót do wartości początkowej; 4. ph: nie odnotowano zmian wartości ph roztworu KMC Polofix LV (wartość początkowa: ph = 8,0); 89

94 Karboksymetyloceluloza Polofix HV (roztwór 1 %) 1. Lepkość: w trakcie eksperymentu stwierdzono stopniowy znaczący spadek lepkości plastycznej; w pierwszej serii pomiarów zaobserwowano ponad 4-krotny spadek wartości parametru po 10 dobach oddziaływania drobnoustrojów; dalszy istotny spadek nastąpił po 20 dobach od wprowadzenia do roztworu stwierdzono ponad 10-krotny spadek lepkości plastycznej, a w końcowym etapie prac doświadczalnych nastąpił ponad 30-krotny spadek lepkości plastycznej w porównaniu z wartością początkową; lepkość pozorna również stopniowo ulegała zmniejszeniu; początkowo obniżyła się ponad 4-krotnie, po 20 dobach od wprowadzenia odnotowano 8-krotny spadek wartości parametru, przy czym tendencja ta utrzymywała się do końca eksperymentu, po 40 dobach oddziaływania stwierdzono 16-krotny spadek lepkości pozornej badanego roztworu KMC; 2. Granica płynięcia: wyniki badań laboratoryjnych trzech serii wykazały ponad 5-krotny spadek wartości parametru w stosunku do wartości początkowej; wartość parametru ulegała wahaniom w trakcie eksperymentu; 3. Wytrzymałość strukturalna: po 10 oraz 20 dobach oddziaływania aerobowych nie odnotowano zmian wytrzymałości strukturalnej; po 30 dobach obniżyła się dwukrotnie wytrzymałość strukturalna I, a w końcowym etapie badań, tj po 40 dobach również dwukrotnie obniżyła się wytrzymałość strukturalna II; 4. początkowa wartość ph roztworu wynosząca 10,6 obniżyła się do wartości 8,0 w pierwszej serii pomiarowej, tj. po 10 dobach oddziaływania drobnoustrojów i utrzymywała się na tym samym poziomie w pozostalych seriach pomiarowych. 90

95 Omówienie wyników badań zmian właściwości reologicznych roztworów związków polimerowych pod wpływem działania anaerobowych Związek polisacharydowy XCD (roztwór 0,2 %) 1. Lepkość: odnotowano 3-krotny spadek lepkości plastycznej po 10 dobach oddziaływania beztlenowych; w dalszej części eksperymentu nastąpił 6-krotny spadek wartości powyższego parametru, który utrzymywał się do ostatniej serii pomiarowej; lepkość pozorna obniżyła się ponad 4-krotnie po 10 dobach od wprowadzenia, stwierdzona wartość utrzymywała się na tym samym poziomie, aż do zakończenia eksperymentu; 2. Granica płynięcia: w trzech seriach pomiarowych odnotowano ponad 3-krotny spadek wartości parametru w stosunku do wartości początkowej; zaobserwowano wahania w zakresie wartości granicy płynięcia roztworu w trakcie eksperymentu; 3. Wytrzymałość strukturalna: w pierwszej serii pomiarowej, tj. po 10 dobach oddziaływania stwierdzono dwukrotny spadek wytrzymałości strukturalnej I i II, analogiczne wartości otrzymano po 30 oraz 40 dobach od wprowadzenia beztlenowych do roztworu; w trakcie badań wystąpiły wahania wartości badanych parametrów; 4. w pierwszych trzech seriach eksperymentalnych nastąpiło zakwaszenie roztworu (wartość ph obniżyła się z 8,2 na 7,0), a w ostatniej serii badań wartość ph roztworu wynosiła 8,0. Poliakryloamid PHPA Modistab 624 (roztwór 0,1 %) 1. Lepkość: po 10-dobowym oddziaływaniu beztlenowych odnotowano ok. 60 %-owy spadek lepkość plastycznej i pozornej; w dalszym etapie trwania eksperymentu, tj. po 20 dobach lepkość plastyczna obniżyła się 4-krotnie, a lepkość pozorna 2-krotnie w stosunku do wartości początkowej; w trakcie eksperymentu powyższe parametry ulegały wahaniom; w trzeciej i czwartej serii pomiarowej zaobserwowano 50 %-owy spadek lepkości plastycznej i 60 %-owy spadek lepkości pozornej; 2. Granica płynięcia: wyniki pomiarów wskazują na wahania parametru w trakcie eksperymentu (początkowo obserwowano spadek, a następnie wzrost wartości parametru), jednak wartość uzyskana po 40-dobowym okresie działania beztlenowych, tj. 0,96 Pa jest równa wartości początkowej, którą stwierdzono przed wprowadzeniem do roztworu; 3. Wytrzymałość strukturalna: podczas eksperymentu zaobserwowano również wahania w zakresie wytrzymałości strukturalnej, która początkowo obniżyła się dwukrotnie, natomiast w ostatniej serii pomiarowej uzyskane wartości były równe wartościom początkowym; 4. ph: odczyn roztworu w czterech seriach pomiarowych zmienił się nieznacznie, tj. z wartości ph = 8,1 do ph = 8,0; 91

96 Skrobia modyfikowana Rotomag (roztwór 3 %) 1. Lepkość: początkowo odnotowano aż 8-krotny spadek lepkości plastycznej i ponad 4-krotny spadek lepkości pozornej; lepkość plastyczna ulegała wahaniom w czasie trwania eksperymentu, a końcowa wartość uzyskana po 40 dobach od wprowadzenia beztlenowych była obniżona 16-krotnie w stosunku do wartości początkowej; lepkość pozorna w kolejnych seriach badań pozostała na podobnym poziomie, który został stwierdzony w pierwszej serii (tj. po 10 dobach); 2. Granica płynięcia: wartość ulegała wahaniom podczas eksperymentu; w serii czwartej (tj. po 40 dobach od wprowadzenia ) nastąpił ponad dwukrotny wzrost wartości parametru w stosunku do wartości początkowej; 3. Wytrzymałość strukturalna: badania laboratoryjne wykazały, że wytrzymałość strukturalna obniżyła się dwukrotnie pod wpływem działania ; wyjątek stanowi wynik otrzymany w drugiej serii pomiarowej wykonanej po 20 dobach od wprowadzenia do roztworu, w której wytrzymałość strukturalna II nie uległa zmianie w porównaniu z wartością początkową; 4. ph: pod wpływem procesów biogennych zaobserwowano znaczące zmiany wartości ph roztworu skrobi modyfikowanej; od 10 do 40 doby oddziaływania anaerobowych wartość początkowa wynosząca 9,7 zmniejszyła się do wartości 4,0; Karboksymetyloskrobia Polvitex Z (roztwór 2 %) 1. Lepkość: parametry określające lepkość roztworu zmniejszyły się w bardzo istotny sposób; początkowa lepkość plastyczna roztworu pod wpływem działania zmniejszyła się ponad 30-krotnie, a lepkość pozorna 26-krotnie; pozostałe pomiary wykazały aż 60-krotny spadek lepkości plastycznej oraz ok. 36-krotny spadek lepkości pozornej; 2. Granica płynięcia: wyniki uzyskane w czterech seriach pomiarowych wskazują na ponad 19-krotne obniżenie wartości parametru w porównaniu z wartością początkową, tj. przed wprowadzeniem do roztworu; 3. Wytrzymałość strukturalna: wyniki pomiarów wskazują na ok. 6-krotny spadek wytrzymałości strukturalnej I oraz ok. 8-krotny spadek wytrzymałości strukturalnej II, pod wpływem działania beztlenowych; wartości badanych parametrów utrzymywały się na tym samym poziomie począwszy od pierwszej serii pomiarowej, aż do końca trwania eksperymentu; 4. ph: początkowo wartość ph roztworu wynosiła 9,7; pod wpływem działania mikroorganizmów zaobserwowano stopniowy spadek wartości ph; począwszy od 10 doby następowało zakwaszenie roztworu (ph = 6,0), a następnie od 20 doby, aż do ostatniej serii doświadczalnej ph roztworu osiągnęło wartość 4,0; 92

97 Skrobia modyfikowana Rotanet (roztwór 3,5 %) 1. Lepkość: w trakcie eksperymentu odnotowano wahania w zakresie mierzonych parametrów; generalnie stwierdzono bardzo istotny spadek lepkości roztworu pod wpływem działania mikroorganizmów beztlenowych; w końcowej fazie badań parametry określające lepkość obniżyły się prawie w identycznym stopniu, tj. lepkość plastyczna obniżyła się 67-krotnie, a pozorna 68-krotnie w stosunku do wartości początkowej; 2. Granica płynięcia: wartość parametru również obniżyła się w sposób bardzo istotny w wyniku aktywności metabolicznej anaerobowych; w pierwszej i drugiej serii badań odnotowano ponad 40-krotny spadek wartości parametru, a w trzeciej i czwartej serii wartość ta obniżyła się 80-krotnie; 3. Wytrzymałość strukturalna: badania laboratoryjne wykazały ponad 20-krotne obniżenie wytrzymałości strukturalnej I pod wpływem oddziaływania aerobowych we wszystkich 4 seriach pomiarowych; wytrzymałość strukturalna II obniżyła się 30-krotnie w stosunku do wartości początkowej; 4. ph: odczyn roztworu przed wprowadzeniem był zasadowy (ph = 9,5), po 10 dobach nastąpiło silne zakwaszenie roztworu pod wpływem działania anaerobowych (ph = 4); w dalszych seriach pomiarowych wartość ph nie uległa zmianie; Karboksymetyloceluloza Polofix LV (roztwór 2 %) 1. Lepkość: w trakcie badań stwierdzono wahania lepkości plastycznej; pomiary pierwszej serii wykazały ok. 30 %-owy spadek wartości parametru, a następnie w serii drugiej i czwartej lepkość plastyczna roztworu obniżyła się 18-krotnie; w miarę rozwoju beztlenowych lepkość pozorna ulegała obniżeniu, przy czym w początkowej fazie eksperymentu stwierdzono 38 %-owy spadek wartości parametru; w drugiej serii zaobserwowano 12-krotny spadek lepkości pozornej, a w końcowej fazie badań 14-krotny spadek lepkości pozornej w porównaniu z wartością początkową; 2. Granica płynięcia: podczas eksperymentu zaobserwowano wahania wartości parametru; początkowo granica płynięcia obniżyła się 3-krotnie, a w końcowym etapie badań, tj. po 40 dobach od wprowadzenia obniżyła się 6-krotnie; 3. Wytrzymałość strukturalna: pomiary pierwszej i drugiej serii nie wykazały zmian w zakresie wytrzymałości strukturalnej I; w następnym etapie badań, tj. po 30 i 40 dobach od wprowadzenia do roztworu nastąpiło dwukrotne obniżenie wartości powyższego parametru; w trakcie badań stwierdzono wahania wytrzymałości strukturalnej II po 10 dobach nastąpił wzrost wartości parametru, a w końcowym etapie badań odnotowano dwukrotny spadek parametru w stosunku do wartości początkowej; 4. ph: w drugiej serii pomiarowej odczyn roztworu zmienił się z zasadowego (ph = 8,0) na obojętny (ph = 7,0), natomiast w pozostałych seriach wartość ph roztworu nie uległa zmianie; 93

98 Karboksymetyloceluloza Polofix HV (roztwór 1 %) 1. Lepkość: w wyniku wprowadzenia anaerobowych do roztworu nastąpił znaczący spadek lepkości plastycznej; w pierwszej serii pomiarów zaobserwowano 8-krotne obniżenie wartości parametru, a następnie po 20 oraz 40 dobach rozwój spowodował dalszy, 16-krotny spadek lepkości plastycznej; w trakcie eksperymentu obserwowano wahania w zakresie w/w parametru; lepkość pozorna również znacząco zmniejszyła się pod wpływem procesów mikrobiologicznych; w początkowej fazie prac doświadczalnych stwierdzono 8-krotny spadek wartości parametru, a w końcowym etapie eksperymentu, tj. po 40 dobach oddziaływania stwierdzono ponad 13-krotny spadek lepkości pozornej roztworu; 2. Granica płynięcia: pod wpływem działania mikroorganizmów granica płynięcia począwszy od pierwszej serii pomiarowej obniżyła się znacząco, odnotowano prawie 8-krotny spadek wartości parametru; analogiczny wynik otrzymano także w ostatniej serii pomiarowej; wartość parametru ulegała wahaniom w trakcie eksperymentu; 3. Wytrzymałość strukturalna: po 10 oraz 20 dobach od wprowadzenia beztlenowych do roztworu nie odnotowano zmian wytrzymałości strukturalnej; w dalszym etapie prac doświadczalnych, tj. po 30 dobach nastąpiło dwukrotne obniżenie wytrzymałości strukturalnej I i II; wyniki ostatniej serii pomiarowej, wykonanej po 40-dobowym okresie oddziaływania w roztworze wskazują na dwukrotne obniżenie wytrzymałości strukturalnej I, podczas gdy wytrzymałość strukturalna II ponownie osiągnęła wartość równą wartości początkowej; 4. ph: w pierwszej serii pomiarowej początkowa wartość ph roztworu wynosząca 10,6 obniżyła się do wartości 8,0 i utrzymywała się na tym samym poziomie w następnych dwóch seriach; w końcowym etapie eksperymentu, tj. po 40 dobach od wprowadzenia beztlenowych do badanego roztworu KMC wartość ph wynosiła 9,0. Wyniki omówionych powyżej prac badawczych zostały szczegółowo przedstawione w zestawieniach tabelarycznych (tab ). Ponadto w formie graficznej, tj na wykresach zilustrowano wyniki powyższych badań z zastosowaniem polimerów: XCD, PHPA, KMS, KMC preparat Polofix LV oraz skrobi modyfikowanej preparat Rotomag. 94

99 Omówienie wyników badań efektywności działania biocydów w odniesieniu do płuczki wiertniczej oraz wody bazowej Następny etap prac laboratoryjnych dotyczył zagadnień związanych z ochroną płuczek wiertniczych przed niekorzystnym wpływem mikroorganizmów, odpowiedzialnych za proces biodegradacji organicznych składników płuczek polimerowych. Wyizolowana mikroflora zdolna do rozkładu polimerów została poddana badaniom laboratoryjnym, mającym na celu stwierdzenie, w jakim stopniu poszczególne środki antybakteryjne (biocydy) są w stanie ograniczyć procesy biodegradacji. Przeprowadzono testy z wykorzystaniem kilku preparatów, rekomendowanych przez producentów jako bezpieczne do użycia w warunkach otworowych. Badania efektywności działania biocydów w środowisku płuczki wiertniczej, opisane w rozdziale nr 3.3, przeprowadzono w różnych temperaturach, z zastosowaniem szerokiego zakresu stężeń wytypowanych preparatów. W celu ochrony płuczek polimerowych przed biodegradacją wykonano szczegółowe badania testowe biocydów w dwóch wariantach: w odniesieniu do skażonej polimerowej płuczki wiertniczej, w odniesieniu do skażonej wody bazowej. Powyższe ośrodki zawierały naturalną, zróżnicowaną mikroflorę aerobową (w tym bakterie i grzyby pleśniowe), a także anaerobową, wśród której dominowały bakterie reprezentujące grupę Sulphate Reducing Bacteria. Jak wiadomo, szybka biodegradacja materiałów używanych do sporządzania i obróbki płuczek wiertniczych powoduje spadek skuteczności ich działania, a częste uzupełnianie tych środków wpływa w istotny sposób na wzrost kosztów wierceń, a także stanowi dodatkowe obciążenie dla środowiska przyrodniczego. Zjawiska mikrobiologicznego rozkładu płuczek wiertniczych dotyczą głównie płuczek polimerowych lekkich, (będących w powszechnym użyciu w pracach wiertniczych), w których ośrodkiem dyspersyjnym jest woda. Stanowi ona często główne źródło skażenia, dlatego też w niniejszej rozprawie wody bazowe również poddano badaniom z zastosowaniem biocydów. Wymagania, jakie stawia się obecnie nowoczesnym środkom antybakteryjnym, które są przeznaczone do zastosowania w warunkach otworowych to przede wszystkim skuteczne działanie bakteriobójcze już przy niskim stężeniu (tj. w granicach 0,02 do 0,1 % obj.) oraz zgodność cech fizyko chemicznych danego biocydu z parametrami cieczy wiertniczej. Jest to szczególnie istotne, gdyż nieodpowiedni dobór lub zbyt wysokie stężenie środka bakteriobójczego może spowodować zmiany właściwości płuczki. Zwraca się ponadto uwagę na stopień toksyczności związków chemicznych, wchodzących w skład płuczek wiertniczych, w odniesieniu do środowiska przyrodniczego [57,102]. W praktyce dobór preparatów, jak również metod ich stosowania, zgodnie z wymaganiami technologicznymi i środowiskowymi stanowi poważny problem i stąd zachodzi konieczność prowadzenia prac badawczych, mających na celu poznanie zjawisk zachodzących przy udziale mikroorganizmów wraz z wytypowaniem optymalnych metod ograniczenia procesów biogennych. Poniżej przedstawiono wyniki badań efektywności działania biocydów w odniesieniu do skażonej płuczki wiertniczej 95

100 Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu ANTIMICROBIAL 7287 w odniesieniu do płuczki wiertniczej Test przeprowadzony w temperaturze 30 o C Badania skuteczności działania biocydu zrealizowane po 2 oraz 5 dobach wykazały znaczące ograniczenie rozwoju aerobowych i grzybów pleśniowych w stężeniu preparatu Antimicrobial 7287 w granicach od 0,15 do 0,2 %. Przy stężeniu preparatu wynoszącym 0,25 % liczba aerobowych (saprofitycznych) była niewielka, tj. 20 komórek w 1 ml płuczki wiertniczej. W tym stężeniu nie stwierdzono zarodników grzybów pleśniowych. Bakterie beztlenowe z grupy SRB po 2 dobach oddziaływania biocydu zostały zlikwidowane przy stężeniu biocydu 0,35 %, a po 5 dobach w stężeniu 0,3 %. W dalszej części badań testowych, które wykonano po 10-dobowym i 30-dobowym okresie działania preparatu antybakteryjnego, drobnoustroje tlenowe zostały całkowicie usunięte przy stężeniu 0,15 %. Beztlenowe bakterie redukujące siarczany, po 10 dobach od wprowadzenia preparatu do roztworu, wykazały zdolność do przeżycia w płuczce wiertniczej zawierającej biocyd w stężeniu 0,25 %. W końcowej fazie badań testowych nastąpiło całkowite wyeliminowanie SRB już w niskim stężeniu biocydu, tj. 0,05 % po 30 dobach od rozpoczęcia eksperymentu. Wyniki omawianego testu szczegółowo ilustrują tabele nr 44 i 45. Test przeprowadzony w temperaturze 50 o C Wyniki testu wskazują na znacznie wyższą efektywność działania biocydu w temperaturze 50 o C. W czterech seriach badań testowych (wykonanych po 2, 5, 10 i 30 dobach od wprowadzenia biocydu do płuczki wiertniczej) otrzymano bardzo zbliżone rezultaty. Bakterie aerobowe oraz bakterie anaerobowe z grupy SRB zostały całkowicie wyeliminowane pod wpływem działania preparatu Antimicrobial 7287, którego stężenie w płuczce wiertniczej wynosiło 0,15 %. Test przeprowadzony w zmiennych warunkach termicznych w temperaturze od 60 o C do 80 o C Bakterie tlenowe i beztlenowe wykazały zdolność do przeżycia w płuczce wiertniczej, w której stężenie biocydu wynosiło od 0,02 do 0,05 %. Wraz ze wzrostem stężenia biocydu zmniejszała się liczebność drobnoustrojów. W stężeniu 0,1 % stwierdzono jedynie obecność tlenowych, natomiast w wyższych stężeniach procesy biogenne zostały całkowicie wyeliminowane. 96

101 Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu BARDAC LF w odniesieniu do płuczki wiertniczej Test przeprowadzony w temperaturze 30 o C Badania laboratoryjne przeprowadzone z udziałem niskopieniącego preparatu o nazwie Bardac LF wykazały wzrost aerobowych przy stężeniu biocydu od 0,02 do 0,35 %, w początkowej fazie testu. Badany preparat wykazał znacznie wyższą skuteczność w zakresie likwidacji zarodników grzybów pleśniowych i beztlenowych. Bakterie z grupy SRB zostały zlikwidowane już po 2 dobach oddziaływania środka antybakteryjnego, w stężeniu 0,05 %. Rezultaty testu przedstawiono w tabelach nr 46 i 47. Test przeprowadzony w temperaturze 50 o C Test wykazał wysoką efektywność działania biocydu w zwalczaniu skażenia mikrobiologicznego. Bakterie aerobowe wyeliminowano w stężeniu od 0,1 do 0,15 %, a bakterie anaerobowe z grupy SRB w niższym stężeniu, tj. 0,05 %. Szczegółowe wyniki omawianych badań ilustrują zestawienia tabelaryczne nr 56 i 57. Test przeprowadzony w zmiennych warunkach termicznych w temperaturze od 60 o C do 80 o C Stwierdzono brak rozwoju mikroorganizmów beztlenowych w badanym zakresie stężeń biocydu Bardac LF, tj. od 0,02 do 0,4 %. Bakterie tlenowe wykazały zdolność do przeżycia w hodowli testowej zawierającej biocyd w stężeniu 0,1 %. W pozostałych próbkach testowych nie stwierdzono obecności żywych komórek bakteryjnych w skażonej płuczce wiertniczej. 97

102 Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu BIOSTAT w odniesieniu do płuczki wiertniczej Test przeprowadzony w temperaturze 30 o C Rezultaty badań testowych (tab ) wskazują na całkowite wyeliminowanie procesów biogennych po 10-dobowym okresie oddziaływania biocydu w stężeniu 0,15 %. Stwierdzono wysoką efektywność działania preparatu w odniesieniu do redukujących siarczany, które zostały usunięte już w stężeniu 0,05 %. Wyniki te otrzymano po dwóch dobach od wprowadzenia biocydu Biostat do skażonej polimerowej płuczki wiertniczej, a także w dalszych analizach, potwierdzających brak komórek SRB w badanym płynie. W próbkach zawierających badany środek bakteriobójczy w stężeniu 0,02 % zaobserwowano zmniejszenie liczebności siarkowych z grupy Sulphate Reducing Bacteria. Test przeprowadzony w temperaturze 50 o C aerobowych obniżyła się w wyniku działania Biostatu, do wartości w granicach od 12 do 58 komórek bakteryjnych / ml, w stosunku do wartości początkowej wynoszącej 10 6 komórek / ml płuczki wiertniczej. Dane te dotyczą stężeń biocydu od 0,05 do 0,1 %. Pod wpływem działania biocydu w stężeniu 0,05 % stwierdzono brak procesów biogennych z udziałem SRB. Ponadto w najniższym stężeniu Biostatu wynoszącym 0,02 % można zauważyć znaczące ograniczenie rozwoju drobnoustrojów aerobowych oraz anaerobowych, co świadczy o wysokiej skuteczności badanego biocydu w likwidacji skażenia mikrobiologicznego. Test przeprowadzony w zmiennych warunkach termicznych w temperaturze od 60 o C do 80 o C Wyniki badań laboratoryjnych przedstawionych w tabelach nr 68 i 69 potwierdzają efektywne antybakteryjne działanie preparatu w środowisku płuczki wiertniczej. Bakterie aerobowe występowały w śladowych ilościach w stężeniu od 0,02 do 0,05 %, natomiast w wyższych stężeniach nie stwierdzono tej grupy mikroorganizmów. Badania ukierunkowane na izolację anaerobowych (beztlenowców) wykazały brak obecności drobnoustrojów we wszystkich próbkach testowych. Powyższe wyniki testu kwalifikują biocyd Biostat jako najbardziej skuteczny w likwidacji skażenia mikrobiologicznego, a tym samym ograniczenia procesów biodegradacji w polimerowych płuczkach wiertniczych. Dodatkowy test z zastosowaniem zróżnicowanego dawkowania biocydu Ostatnia seria badań zrealizowanych przy zastosowaniu zróżnicowanego dawkowania najbardziej skutecznego środka, jakim był biocyd Biostat, wykazała całkowity brak obecności mikroorganizmów w płuczce wiertniczej, w kolejnych 4 dobach inkubacji. Przy stężeniu biocydu wynoszącym 0,1 % obj. w dawce początkowej i 0,02 % obj. w dawce uzupełniającej, nie stwierdzono rozwoju mikroorganizmów aerobowych oraz anaerobowych (w tym redukujących siarczany, drożdży i zarodników grzybów pleśniowych). Analogiczne rezultaty otrzymano stosując preparat antybakteryjny Biostat w dawce początkowej wynoszącej 0,2 % obj., w połączeniu z dawkowaniem uzupełniającym wynoszącym 0,02 % obj. / dobę. 98

103 Efekt wzmocnienia działania bakteriobójczego jest bardzo ważny, ponieważ eliminuje niewielką ilość mikroorganizmów, która pozostaje w wyniku jednorazowego wprowadzania biocydu. W warunkach otworowych jako dodatkowy czynnik należy także wziąć pod uwagę dopływ mikroorganizmów, który ma miejsce w trakcie obiegu płuczki wiertniczej, a także przenikanie z przewiercanych warstw. Sprzyja to rozwojowi biomasy oraz zwiększa prawdopodobieństwo niekontrolowanej biodegradacji cieczy wiertniczej. Stąd też powstaje konieczność zabezpieczenia płuczek polimerowych przed niekorzystnym działaniem, w postaci ciągłego dawkowania biocydu. Skuteczność powyższych działań prewencyjnych została potwierdzona w badaniach laboratoryjnych, przeprowadzonych w ramach niniejszej pracy Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu DODIGEN w odniesieniu do płuczki wiertniczej Test przeprowadzony w temperaturze 30 o C Procesy biogenne z udziałem aerobowych zostały całkowicie wyeliminowane w próbkach testowych zawierających biocyd Dodigen w stężeniu 0,35 %. Zarodniki grzybów pleśniowych zostały zlikwidowane w stężeniu 0,4 %, jedynie w końcowej fazie testu, tj. po 30-dobowym okresie oddziaływania biocydu stwierdzono brak badanej grupy mikroorganizmów również w niższym stężeniu wynoszącym 0,35 %. Efektywność działania preparatu była wyższa w odniesieniu do redukujących siarczany, które zostały usunięte w stężeniu 0,15 %. Wyniki te otrzymano po dwóch dobach od wprowadzenia biocydu, a stwierdzona zawartość SRB utrzymywała się na tym samym poziomie, aż do zakończenia testu. Test przeprowadzony w temperaturze 50 o C Test biocydu Dodigen wykazał znaczące obniżenie liczebności mikroflory aerobowej w stężeniu 0,15 %. Całkowite wyeliminowanie procesów biogennych z udziałem tlenowych zaobserwowano pod wpływem działania preparatu w stężeniu 0,2 %. W badaniach nad izolacją SRB odnotowano spadek aktywności mikrobiologicznej w próbkach zawierających biocyd w stężeniu 0,1 %, po 2 dobach od wprowadzenia środka antybakteryjnego. Rezultaty kolejnych etapów testu wykazały brak komórek SRB w skażonej płuczce wiertniczej zawierającej biocyd w stężeniu od 0,1 do 0,4 %. Test przeprowadzony w zmiennych warunkach termicznych w temperaturze od 60 o C do 80 o C Wyniki testu wskazują na wysoką skuteczność biocydu Dodigen w zwalczaniu skażenia płuczki wiertniczej bakteriami beztlenowymi. W próbkach zawierających badany preparat antybakteryjny w stężeniu od 0,02 do 0,4 % nie stwierdzono obecności mikroorganizmów anaerobowych. Badany biocyd okazał się mniej efektywny w odniesieniu do tlenowych, które wyizolowano z płuczki wiertniczej z zawartością Dodigenu w stężeniu od 0,02 do 0,1 %. 99

104 Omówienie wyników badań efektywności działania biocydu MODICIDE 340 w odniesieniu do płuczki wiertniczej Test przeprowadzony w temperaturze 30 o C Procesy mikrobiologiczne z udziałem aerobowych oraz grzybów pleśniowych zostały wyeliminowane w próbkach zawierających preparat Modicide 340 w stężeniu od 0,1 do 0,15 %. Efektywność działania biocydu była wyższa w odniesieniu do redukujących siarczany, które zostały usunięte w stężeniu 0,05 %. Wyniki omawianych badań zaprezentowano w zestawieniach tabelarycznych nr 52 i 53. Test przeprowadzony w temperaturze 50 o C Test wykazał znaczące obniżenie liczebności aerobowych w stężeniu 0,1 %. Brak tlenowych w płuczce wiertniczej zaobserwowano pod wpływem działania preparatu w stężeniu 0,15 %. W badaniach nad izolacją SRB odnotowano spadek aktywności mikrobiologicznej w próbkach zawierających biocyd Modicide 340 w stężeniu 0,5 %, po 2 oraz 5 dobach od wprowadzenia środka antybakteryjnego. Wyniki kolejnych etapów testu wykazały brak komórek SRB w skażonej polimerowej płuczce wiertniczej zawierającej biocyd w stężeniu 0,05 %. Test przeprowadzony w zmiennych warunkach termicznych w temperaturze od 60 o C do 80 o C W badaniach stwierdzono wysoką skuteczność biocydu Modicide 340 w zwalczaniu skażenia płuczki wiertniczej bakteriami beztlenowymi. W próbkach zawierających preparat w stężeniu od 0,02 do 0,4 % nie zaobserwowano obecności mikroorganizmów anaerobowych. Biocyd okazał się mniej efektywny w odniesieniu do tlenowych, które wyizolowano z płuczki wiertniczej z zawartością środka Modicide 340 w stężeniu od 0,02 do 0,1 %. Wyniki badań testowych biocydów, które wykonano w odniesieniu do polimerowej płuczki wiertniczej zostały zebrane w formie tabelarycznej (tab ). Należy zaznaczyć, że wpływ wysokiej temperatury, która panuje w przewiercanych warstwach wgłębnych powoduje jedynie częściowe zniszczenie drobnoustrojów, naturalnie bytujących w tym środowisku. Część mikroorganizmów toleruje temperaturę ok. 80 o C (lub nawet wyższą, tj. ponad 100 o C) i zachowuje w tej temperaturze charakterystyczne dla rodzaju i gatunku cechy biochemiczne. Badania przeprowadzone na materiale pochodzącym z głębokich wierceń wykazały, że w temperaturze w granicach o C następuje inaktywacja degradujących ropę naftową, natomiast pozostałe mikroorganizmy, nie posiadające zdolności do rozkładu ropy nadal są aktywne [143] i w związku z tym mogą uczestniczyć w procesach biodegradacyjnych i rozkładać związki chemiczne używane jako składniki płuczek wiertniczych. Stwierdzono, że w warunkach termicznych występujących w warstwach wgłębnych utrzymuje się aktywność enzymatyczna, które wydzielają glukoamylazy [114]. Są to bakterie termofilne, reprezentujące rodzaj Archea oraz posiadające zdolność do rozkładu związków skrobiowych, które wykorzystują jako jedyne źródło węgla organicznego. Ich optymalny wzrost następuje w temperaturze 60 o C i w silnie zasadowym środowisku, w którym wskaźnik ph wynosi w granicach

105 Najnowsze badania z zakresu mikrobiologii złóż ropy naftowej i gazu ziemnego [35] wykazały także obecność kilku dotąd nieznanych gatunków beztlenowych mikroorganizmów termofilnych spokrewnionych z rodzajem Thermoanaerobacter. Powyższe dane literaturowe, dotyczące biosfery struktur złożowych, potwierdzają szerokie możliwości adaptacji do ekstremalnych warunków otoczenia. Również w badaniach testowych przeprowadzonych w ramach niniejszej pracy stwierdzono wzrost mikroorganizmów w polimerowej płuczce wiertniczej, w temperaturze od 60 do 80 o C Omówienie wyników badań efektywności działania biocydów w odniesieniu do wody bazowej Badania testowe biocydów przeprowadzono w temperaturze 30 o C. W pierwszej serii badań otrzymano wyniki świadczące o silnych właściwościach bakteriobójczych biocydu Antimicrobial W przebadanych próbkach wody bazowej, zawierającej biocyd w stężeniu od 0,02 do 0,4 % nie stwierdzono obecności drobnoustrojów. Analogiczne rezultaty uzyskano również w badaniach testowych biocydu Biostat, który bezpośrednio po wprowadzeniu do wody, a także po 24 godz. inkubacji wykazał maksymalną efektywność w zakresie likwidacji skażenia. Następny preparat o nazwie Bardac LF poddany badaniom testowym okazał się w pełni skuteczny w zwalczaniu z grupy SRB, natomiast jego efektywność była mniejsza w odniesieniu do mikroflory aerobowej. W próbkach wody zawierających biocyd w stężeniu od 0,02 do 0,1 % wyizolowano drobnoustroje w śladowych ilościach (tj. od 2 do 32 jtk / ml wody). Znacznie niższą skuteczność działania stwierdzono w przypadku biocydu o nazwie Dodigen w odniesieniu do aerobowych oraz grzybów pleśniowych, które rozwijały się nawet w stężeniu 0,15 %, o czym świadczy analiza wykonana bezpośrednio po wprowadzeniu preparatu antybakteryjnego do skażonej wody. Dodigen wykazał jednocześnie silne działanie bakteriobójcze w stosunku do redukujących siarczany. Nie odnotowano rozwoju SRB w pełnym zakresie stężeń biocydu, tj. od 0,02 do 0,4 %. Spośród przetestowanych środków najmniej skuteczny okazał się biocyd Modicide 340. W obecności tego biocydu w stężeniu od 0,02 do 0,1 % (bezpośrednio po wprowadzeniu do wody bazowej) część drobnoustrojów wykazała zdolność do przeżycia. W badanych próbkach wody występowały bakterie aerobowe, bakterie SRB oraz zarodniki grzybów pleśniowych. Natomiast druga analiza wykonana po 24 godz. oddziaływania preparatu Modicide 340 na skażoną wodę bazową wykazała brak redukujących siarczany, a mikroflorę aerobową wyizolowano w ilościach śladowych. Wynik ten oznacza, że w przypadku biocydu Modicide 340 wymagany jest dłuższym czas kontaktu preparatu ze skażoną wodą zarobową (minimum 24 godz.), w celu uzyskania oczekiwanego efektu. Rezultaty omówionych powyżej prac badawczych zostały szczegółowo przedstawione w formie tabelarycznej (tab ) 101

106 Omówienie wyników badań efektywności działania biocydów w oparciu o zmiany właściwości reologicznych płuczki wiertniczej W badaniach testowych biocydu Antimicrobial 7287 stwierdzono, że po dodaniu preparatu do płuczki wiertniczej nastapił nieznaczny wzrost lepkości plastycznej w dwóch próbkach testowych. W pozostałych próbkach parametr ten nie uległ zmianie. Niewielkie odchylenia w stosunku do próbki kontrolnej zaobserwowano również w wartościach oznaczeń lepkości pozornej. Granica płynięcia we wszystkich badanych próbkach zawierających środek antybakteryjny obniżyła się do wartości od 10,5 do 11,5 Pa, w porównaniu z wartością początkową wynoszącą 12,0 Pa. Po dodaniu biocydu do płuczki wiertniczej wytrzymałość strukturalna I obniżyła się prawie dwukrotnie, podczas gdy wytrzymałość strukturalna II obniżyła się o ok. 40 %. W drugim etapie badań wykonanych po 14 dobach oddziaływania biocydu w temperaturze 20 o i 30 o C, wartości określające wytrzymałość strukturalną niemal we wszystkich próbkach były identyczne jak bezpośrednio po wprowadzeniu biocydu (wyjątek stanowi próbka o najniższym stężeniu preparatu, tj. 0,1 %, której wytrzymałość strukturalna w temp. 30 o C uległa zmniejszeniu w granicach od 30 do 50 %). Natomiast wskaźnik filtracji po dodaniu biocydu zwiększył się od 50 do 75 % w zależności od stężenia preparatu w płuczce wiertniczej. Początkowa wartość ph = 9,7 uległa obniżeniu pod wpływem działania biocydu. W poszczególnych próbkach testowych wartość ta wynosiła od 8,8 do 9,5, przy czym najmniejsze zmiany ph odnotowano w próbce zawierającej biocyd w stężeniu 0,1 %. Po 14 dobach oddziaływania preparatu Antimicrobial 7287 na potasowo - polimerową płuczkę wiertniczą w temperaturze 20 o C stwierdzono: obniżenie lepkości plastycznej o ok %, w odniesieniu do wartości początkowej (tj. w próbce bez biocydu) obniżenie lepkości pozornej o ok % obniżenie granicy płynięcia o ok % obniżenie wytrzymałości strukturalnej (pomiar I) o ok. 50 % obniżenie wytrzymałości strukturalnej (pomiar II) o ok. 40 % przy najniższym stężeniu biocydu dwukrotny wzrost wskaźnika filtracji, w pozostałych próbkach testowych wzrost wskaźnika od 37,5 do 75 % obniżenie wskaźnika ph płuczki wiertniczej do wartości w granicach 8,5 9,5 (poziom ph przed wprowadzeniem biocydu wynosił 9,7) Oznaczenia wykonane po 14 dobach od rozpoczęcia eksperymentu, prowadzonego w temperaturze 30 o C wykazały stosukowo niewielki spadek lepkości plastycznej, pozornej oraz granicy płynięcia, w porównaniu z wartościami otrzymanymi w przypadku płuczki wiertniczej inkubowanej w temp. 20 o C. We wszystkich próbkach testowych zawierających biocyd Antimicrobial 7287 nastąpił 50 %-owy wzrost wskaźnika filtracji. W minimalnym stopniu uległ zmianie odczyn badanej płuczki potasowo polimerowej. W czterech próbkach z biocydem, inkubowanych w podwyższonej temperaturze odnotowano nieznaczny spadek poziomu ph. Tylko w jednej próbce testowej nastąpił wzrost ph, w stosunku do równolegle prowadzonych analiz w temperaturze 20 o C. Należy wspomnieć, że przebadany w ramach niniejszej pracy środek antybakteryjny nie jest szeroko rozpowszechniony w krajowym wiertnictwie. Dotychczas stosowany był podczas wierceń m.in. na obszarach PMG. 102

107 Badania efektywności działania biocydu Bardac LF w środowisku płuczki wiertniczej są o tyle istotne, ponieważ preparat ten nie był jeszcze dotąd stosowany w warunkach otworowych. Z informacji producenta wynika, że pod względem budowy chemicznej oraz właściwości fizycznych (środek niskopieniący), Bardac LF mógłby okazać się przydatny do tego rodzaju zastosowań. W związku z tym biocyd ten poddano badaniom laboratoryjnym, aby sprawdzić jego działanie w porównaniu z innymi, znanymi środkami bakteriobójczymi. W pierwszym etapie testu po dodaniu biocydu do płuczki wiertniczej stwierdzono niewielki, tj. w granicach ok %-owy, wzrost lepkości plastycznej w trzech próbkach testowych. Tylko w jednej próbce, o najniższym stężeniu biocydu, nie wystąpiły zmiany w zakresie badanego parametru. Dodatek biocydu do płuczki wiertniczej spowodował ok %-owe obniżenie lepkości pozornej w porównaniu z analogicznym parametrem płuczki kontrolnej (bez biocydu). W początkowej fazie testu granica płynięcia wzrosła o ok %, a wytrzymałość strukturalna w większości próbek utrzymywała się na tym samym poziomie jak w przypadku próbki kontrolnej, z wyjątkiem niewielkich wahań w próbkach testowych o najwyższym stężeniu biocydu. Pod wpływem wprowadzenia środka antybakteryjnego nastąpił wzrost filtracji w granicach %. Odczyn płuczki wiertniczej bezpośrednio po wprowadzeniu biocydu pozostał bez zmian w czterech próbkach testowych, jedynie w przypadku próbki o najwyższym stężeniu biocydu odnotowano obniżenie ph z wartości początkowej 8,0 do wartości 7,0. Analizy wykonane po 14 dobach oddziaływania biocydu w płuczce wiertniczej, którą przechowywano w temperaturze 20 o C, wykazały stosunkowo niewielki obniżenie lepkości plastycznej o ok % w stosunku do wartości początkowej (zmierzonej bezpośrednio po dostarczeniu płuczki wiertniczej do laboratorium, próbka bez biocydu). Zmiany z zakresie lepkości pozornej były większe. Wartość parametru obniżyła się o ok %. W próbkach płuczki wiertniczej zawierającej biocyd Bardac LF nastąpiło obniżenie granicy płynięcia o ok %, przy czym najmniejszą zmianę wartości parametru odnotowano w próbce o najniższym stężeniu biocydu. Wytrzymałość strukturalna I, mierzona dla wszystkich próbek testowych, obniżyła się o 40 %. Natomiast pomiary wytrzymałości strukturalnej II wykazały % spadek wartości parametru w stosunku do wartości początkowej. Odnotowano ok %-owy wzrost filtracji badanej płuczki wiertniczej. Początkowa wartość ph po 14 dobach uległa obniżeniu do wartości ph = 7,0 w trzech próbkach testowych. Dokonując porównania wyników pomiarów uzyskanych po 14-dobowej inkubacji próbek z biocydem w temperaturze 30 o C, w stosunku do wyników początkowych, można zaobserwować znaczące wahania w zakresie lepkości plastycznej badanego płynu. Wartość tego parametru w niewielkim stopniu wzrosła w przypadku płuczki wiertniczej o najniższym stężeniu biocydu. W przypadku trzech próbek, zawierających biocyd odnotowano obniżenie wartości parametru o ok %, natomiast w przypadku jednej próbki obniżenie wartości parametru było niemal 3-krotne. Lepkość pozorna badanego płynu obniżyła się po okresie inkubacji o ok %, w odniesieniu do wartości początkowej. Granica płynięcia ulegała znacznym wahaniom w poszczególnych próbkach testowych. Analizy trzech próbek płuczki wiertniczej wykazały obniżenie granicy płynięcia o ok %. W przypadku jednej próbki, zawierajacej biocyd w stężeniu 0,4 % obj. stwierdzono ponad 2-krotny wzrost granicy płynięcia oraz ok. 3-krotny spadek lepkości plastycznej. Pomiary wytrzymałości strukturalnej inkubowanego płynu z preparatem antybakteryjnym wykazały spadek wartości parametru o ok %. Pomiary próbek testowych wskazują na wzrost filtracji o ok %. Natomiast wskaźnik ph badanej płuczki wiertniczej mierzony po 14-dobowej inkubacji w temperaturze 30 o C kształtowała się w granicach od 7,0 do 8,0. 103

108 Kolejne analizy z zastosowaniem biocydu Biostat, które wykonano bezpośrednio po wprowadzeniu preparatu do potasowo polimerowej płuczki wiertniczej nie wykazały zmian lepkości plastycznej w przypadku dwóch próbek testowych o najniższym stężeniu biocydu. W pozostałych próbkach nastąpił niewielki wzrost wartości parametru, tj. o ok. 4 7 %. Lepkość pozorna badanego płynu wzrosła o ok %. Wyniki pomiarów wskazują, że granica płynięcia wzrosła po dodaniu środka antybakteryjnego o ok %, przy czym największy wzrost zaobserwowano w przypadku próbek o najwyższej zawartości biocydu. Natomiast filtracja w większości próbek testowych wzrosła o 50 %, a tylko w jednej próbce stwierdzono 75 %-owy wzrost wartości parametru. Początkowy poziom ph badanej płuczki wiertniczej (bezpośrednio po sporządzeniu płuczki i bez zawartości biocydu) wynosił 9,7. Po dodaniu preparatu Biostat odczyn płynu uległ zmianie. Można zauważyć stopniowy wzrost wartości ph, przy wzrastającym stężeniu biocydu w płuczce wiertniczej. Otrzymane wyniki pomiarów wskazują, że poziom ph płuczki potasowo polimerowej z zawartością biocydu kształtował się w granicach 10,0 10,2. Następna seria analiz została wykonana po 14 dobach od rozpoczęcia eksperymentu. Płuczkę wiertniczą przechowywano w temperaturze 20 o C, a po upływie wymaganego czasu poddano badaniom fizyko chemicznym. Lepkość plastyczna wahała się w poszczególnych próbkach testowych. Przy stężeniu biocydu 0,3 % obj. badany parametr nie uległ zmianie w stosunku do wartości początkowej, a w stężeniu >0,3 % obj. nastąpił nieznaczny wzrost lepkości plastycznej. Podobną tendencję zaobserwowano w oznaczeniach lepkości pozornej, która obniżyła się w przypadku próbek o stężeniu biocydu od 0,1 do 0,3 % obj., natomiast podwyższyła się, gdy stężenie wynosiło >0,3 % obj. Również granica płynięcia w próbkach o niskich stężeniach preparatu antybakteryjnego obniżyła się, a w stężeniu 0,4 % obj. była równa wartości początkowej. W najwyższym stężeniu preparatu w płuczce wiertniczej, wynoszącym 0,5 % obj. odnotowano wzrost wartości badanego parametru. Wyniki pomiarów wytrzymałości strukturalnej w opisywanej serii testowej wskazują na obniżenie wartości parametrów o ok % w odniesieniu do wartości początkowych. Filtracja płuczki wiertniczej zawierającej biocyd Biostat wzrosła o ok %. Odczyn płynu po 14 dobach od rozpoczęcia eksperymentu także uległ zmianie w poszczególnych próbkach testowych. Stwierdzono wzrost wartości ph przy wzrastającym stężeniu preparatu antybakteryjnego. Wartości ph płuczki wiertniczej z dodatkiem biocydu wynosiły od 9,9 do 10,1. Rezultaty analiz wykonanych po 14-dobowej inkubacji prób w temperaturze 30 o C wykazały obniżenie lepkości plastycznej o ok % w trzech próbkach. W jednej próbce wartość nie zmieniła się w stosunku do wartości początkowej, zmierzonej bezpośrednio po sporządzeniu płuczki wiertniczej. W próbce o najwyższym stężeniu biocydu Biostat lepkość plastyczna była wzrosła o ok. 4 %. Lepkość pozorna prawie we wszystkich próbkach obniżyła się. Spadek wartości w poszczególnych próbkach kształtował się na poziomie ok %. Analogicznie, jak w przypadku pomiarów lepkości plastycznej, również lepkość pozorna nieznacznie wzrosła w odniesieniu do wartości początkowej w próbce o najwyższym stężeniu środka antybakteryjnego. Granica płynięcia we wszystkich próbkach testowych była niższa od wartości początkowej. Wyniki pomiarów wskazują, że wartość parametru po 14-dobowym okresie inkubacji próbek obniżyła się o ok %. Przy stężeniu biocydu wynoszącym 0,1 % obj. wartość tego parametru była najniższa. Jednocześnie można zauważyć, że wartość ta stopniowo wzrastała w miarę podwyższania się koncentracji preparatu w badanej płuczce wiertniczej. Wytrzymałość strukturalna I obniżyła się we wszystkich próbkach testowych o ok. 50 %. Również wytrzymałość strukturalna II uległa obniżeniu o ok. 42 % w stosunku do wartości początkowej (zmierzonej na początku eksperymentu dla płuczki wiertniczej bez biocydu). Filtracja prawie we wszystkich próbkach zawierających preparat antybakteryjny o nazwie 104

109 Biostat wzrosła o ok. 50 %, z wyjątkiem jednej próbki o najniższym stężeniu biocydu, w przypadku której odnotowano 25 %-owy spadek wartości parametru. Odczyn płuczki wiertniczej w próbkach testowych inkubowanych w temperaturze 30 o C zmienił się w analogiczny sposób, jak to miało miejsce w przypadku doświadczeń prowadzonych w niższej temperaturze, tj. 20 o C. Wartość ph w próbkach testowych zawierających biocyd Biostat w stężeniu od 0,1 do 0,5 % obj. kształtowała się w granicach 9,9 10,1, przy czym stopień alkalizacji płynu zwiększał się wraz ze wzrostem stężenia środka antybakteryjnego. Poniżej przedstawiono rezultaty badań testowych biocydu o nazwie Dodigen Wprowadzenie preparatu zbudowanego na bazie związków aminowych, do badanej płuczki wiertniczej spowodowało wzrost lepkości plastycznej w czterech próbkach testowych o ok % oraz wzrost lepkości pozornej we wszystkich próbkach o ok %. Tylko w przypadku jednej próbki, w której stężenie preparatu było najniższe nie zaobserwowano zmian lepkości plastycznej. Dodatek biocydu do potasowo polimerowej płuczki wiertniczej spowodował również zmiany w zakresie granicy płynięcia. W poszczególnych próbkach testowych spadek wartości wynosił ok %. Wytrzymałość strukturalna I wahała się, przy czym w przypadku jednej próbki zaobserwowano obniżenie wartości parametru o 20 %, a w przypadku dwóch próbek wartość utrzymywała się na tym samym poziomie. Badania dwóch próbek testowych o najwyższym stężeniu preparatu wykazały 20 %-owy wzrost wartości parametru. Trzy próbki płuczki wiertniczej analizowanej bezpośrednio po dodaniu biocydu charakteryzowały się podwyższoną wytrzymałością strukturalną II, a w przypadku dwóch próbek o stężeniu biocydu Dodigen równym 0,1 i 0,2 % obj. parametr ten nie uległ zmianie w porównaniu z wartością początkową. Następną serię pomiarów wykonano po 14 dobach oddziaływania preparatu w badanej płuczce wiertniczej, przy czym płyn przechowywano w temperaturze 20 o C. Po upływie wymaganego czasu lepkość plastyczna wszystkich próbek z zawartością Dodigenu obniżyła się. Stwierdzony spadek wartości parametru w poszczególnych próbkach wynosił ok %. Lepkość pozorna obniżyła się o ok %. Granica płynięcia wzrosła tylko w przypadku jednej próbki testowej o 20 % (przy najwyższym stężeniu biocydu wynoszącym 0,5 % obj.), natomiast w przypadku pozostałych próbek odnotowano spadek wartości badanego parametru. W opisywanej serii pomiarowej wytrzymałość strukturalna I oraz II zmniejszyła się o 40 %, w odniesieniu do wartości początkowej. We wszystkich analizowanych próbkach płuczki wiertniczej nastąpił wzrost filtracji, który kształtował się w granicach ok %. Odczyn badanego płynu nie zmienił się w czterech próbkach testowych z zawartością środka antybakteryjnego. Obniżenie wartości ph zaobserwowano tylko w przypadku próbki o najmniejszej koncentracji Dodigenu równej 0,1 % obj., oznaczona wartość ph wynosiła 7,0. Rezultaty prowadzonej równolegle serii pomiarowej, w trakcie której płuczka wiertnicza przechowywana była w temperaturze 30 o C, wskazują na obniżenie lepkości plastycznej o ok % oraz lepkości pozornej o ok %. Granica płynięcia uległa obniżeniu w poszczególnych próbkach o ok %. Wytrzymałość strukturalna w czterech próbkach zmniejszyła się o 40 %, natomiast w jednej próbce stwierdzono 20 %-owy spadek wartości parametru w stosunku do wartości początkowej. Zaobserwowano również wzrost filtracji badanej płuczki wiertniczej o ok %. Wartość ph dwóch próbek płynu o najwyższym stężeniu preparatu Dodigenu nie uległa zmianie. W analizach pozostałych próbek testowych uzyskano wartości ph = 7,0. 105

110 Następnym biocydem użytym w badaniach był preparat antybakteryjny Modicide 340. W wyniku wprowadzenia tego biocydu do badanej płuczki wiertniczej nastąpił nieznaczny, ok. 4 8 %-owy spadek lepkości plastycznej w czterech próbkach. Jedynie w przypadku próbki o najwyższym stężeniu biocydu wartość badanego parametru pozostała bez zmian. Lepkość pozorna również obniżyła się w niewielkim stopniu, tj. o ok. 1 6 % w czterech próbkach testowych, natomiast w próbce o najwyższym stężeniu biocydu minimalnie wzrosła. Zaobserwowano również zmiany w zakresie granicy płynięcia, która w czterech próbkach zawierających środek Modicide 340 podwyższyła się o ok. 3 8 %. W przypadku dwóch próbek o najwyższej koncentracji biocydu można zauważyć minimalny, tj. 3 %-owy wzrost granicy płynięcia. Bezpośrednio po wprowadzeniu badanego preparatu do płuczki wiertniczej wytrzymałość strukturalna I obniżyła się o ok. 50 %. Obniżyła się również wytrzymałość strukturalna II o ok. 42 %. Natomiast filtracja płynu wzrosła we wszystkich próbkach z zawartością biocydu. W dwóch próbkach testowych odnotowano ponad dwukrotny wzrost filtracji, w porównaniu z wartością początkową. Odczyn badanej płuczki wiertniczej po wprowadzeniu biocydu zmienił się nieznacznie, przy czym wartość ph w czterech próbkach testowych wynosiła 9,6. Pomiary wykonane po 14 dobach od wprowadzenia biocydu do badanej płuczki wiertniczej, przechowywanej w temperaturze 20 o C, wykazały spadek lepkości plastycznej o ok %, w stosunku do wartości początkowej. Podobne zmiany wystąpiły także w pomiarach lepkości pozornej płynu, która obniżyła się o ok %. Lepkość płuczki wiertniczej była najmniejsza w przypadku próbek o najniższym stężeniu biocydu. Granica płynięcia obniżyła się w sposób istotny, tj. prawie 3-krotnie w próbce testowej o najniższym stężeniu preparatu. Natomiast w próbkach o najwyższym stężeniu biocydu stwierdzono ok. 37 %-owe obniżenie wartości parametru. Wytrzymałość strukturalna I zmniejszyła się 4-krotnie. Analogiczne rezultaty otrzymano także w przypadku prowadzonej równolegle serii pomiarów, podczas której badaną płuczkę wiertniczą przechowywano w temperaturze 30 o C. Wytrzymałość strukturalna II zmniejszyła się we wszystkich próbkach zawierających biocyd, a w przypadku próbki o najniższym stężeniu biocydu stwierdzono 5-krotne obniżenie wartości parametru. Filtracja w przypadku jednej próbki z biocydem wzrosła ponad dwukrotnie, natomiast w pozostałych próbkach testowych odnotowano o ok %-owy wzrost wartości parametru. Odczyn płynu z zawartością środka antybakteryjnego obniżył się we wszystkich próbkach badanej płuczki wiertniczej, w stosunku do początkowego poziomu ph = 9,7. Otrzymane wartości ph kształtowały się w granicach 9,2 9,5. Wyniki pomiarów wykonanych po 14-dobowych przechowywaniu badanej płuczki wiertniczej w temperaturze 30 o C świadczą o znaczącym, tj. ponad dwukrotnym obniżeniu lepkości plastycznej w przypadku próbki o najniższym stężeniu preparatu antybakteryjnego. W pozostałych próbkach odnotowano spadek wartości parametru o ok %. Zbliżone wyniki otrzymano w badaniach lepkości pozornej w przypadku próbki testowej zawierającej najmniejszą ilość preparatu Modicide 340. Natomiast w pozostałych analizowanych próbkach lepkość pozorna zmniejszyła się o ok %, w porównaniu z wartością początkową. W opisywanej serii pomiarowej stwierdzono ponad dwukrotne obniżenie granicy płynięcia w próbce o najwyższym stężeniu biocydu. Stwierdzono, że w próbce płuczki wiertniczej zawierającej biocyd w niskim stężeniu (0,1 % obj.) granica płynięcia obniżyła się ponad 3-krotnie, w stosunku do wartości początkowej. Wytrzymałość strukturalna II badanego płynu zmniejszyła się 5-krotnie w przypadku próbek testowych o stężeniu biocydu 0,1 i 0,2 % obj. i 2,5-krotnie w przypadku próbek o stężeniu biocydu od 0,3 do 0,5 % obj. Po wymaganym okresie inkubacji próbek w temperaturze 30 o C nastąpiły zmiany w zakresie filtracji, która wzrosła o ok %. Wartość ph płynu obniżyła się w podczas trwania eksperymentu, a po 14 dobach wynosiła od 8,7 do 9,4 w poszczególnych próbkach testowych. 106

111 Rezultaty przedstawionych powyżej badań testowych preparatów antybakteryjnych zostały opracowane w postaci tabelarycznej (tab ), przy czym w każdym zestawieniu, w poz. nr 2 i 3 zamieszczono dane dotyczące właściwości fizykochemicznych płuczki wiertniczej bez zawartości biocydu, po 14-dobowej inkubacji w temperaturze 20 o oraz 30 o C. We wszystkich seriach testowych można zauważyć pozytywny wpływ biocydów w procesie ograniczenia mikrobiologicznej degradacji płuczki wiertniczej. Przetestowane preparaty okazały się skuteczne w zakresie likwidacji lub ograniczenia niekorzystnych procesów biogennych, uwarunkowanych obecnością kultur mikroorganizmów w płuczkach wiertniczych. Tym samym oddziaływanie biocydów spowodowało przedłużenie trwałości badanych płynów i ich składników organicznych. Było to widoczne w postaci zmian poszczególnych parametrów fizykochemicznych płuczek wiertniczych, które nie zawierały w składzie chemicznym preparatu antybakteryjnego, w porównaniu z płuczkami zawierającymi poszczególne biocydy. Szczegółowe omówienie oraz porównanie danych miało na celu wytypowanie preparatu o najwyższej efektywności w likwidacji skażenia mikrobiologicznego, w odniesieniu do wodno dyspersyjnych płuczek polimerowych. 107

112 Omówienie wyników badań przepuszczalności skał zbiornikowych pod wpływem działania wyizolowanych z płuczek wiertniczych Opłacalna eksploatacja istniejących złóż ropy naftowej i gazu ziemnego wymaga między innymi znajomości mechanizmów, jakie rządzą przepływem węglowodorów przez skały porowate. Wielu badaczy zaobserwowało, że o zmianach przepuszczalności skały zbiornikowej decydują różne czynniki. Jednym z nich jest działalność mikroorganizmów, jak również związane z nią nagromadzenie się biomasy bakteryjnej i produktów metabolizmu. W środowisku złożowym procesom kolmatacji fizycznej i chemicznej towarzyszy biologiczna kolmatacja skał zbiornikowych [20,60]. Problematyka biologicznego blokowania skalnych przestrzeni porowych obejmuje w praktyce zagadnienia przeciwdziałania skażeniom formacji wodonośnych, usuwania ścieków oraz wytwarzania zbiorników wodnych. Zagadnienia te znajdują również odzwierciedlenie w skali przemysłowej, w postaci techniki wtórnego wydobycia ropy naftowej przy udziale wyspecjalizowanych drobnoustrojów (metoda MEOR). Na transport komórek bakteryjnych i ich możliwości rozwoju w ośrodkach porowatych istotny wpływ mają właściwości adhezyjne, które rozwijając się w tych warunkach wytwarzają tzw. biofilm [19] cienką warstwę na powierzchni skał zawierającą bakterie oraz cząstki materii nieorganicznej. Adhezja bakteryjna zachodzi przede wszystkim przy udziale związków polisacharydowych [21,38,60,83], wytwarzanych przez błoną komórkową (kwaśne polisacharydy pierwszorzędowe). Następnie tworzą się trwałe wiązania o charakterze włóknistej siateczki łączącej komórki ze sobą oraz ułatwiającej im przylegania do podłoża (polisacharydy drugorzędowe). Siły adsorpcji do ścian porów są z reguły tak duże, że przepływające przez skałę płyny nie są w stanie ich usunąć. W rezultacie działalności, poprzez wzrost biomasy oraz nagromadzenie się metabolitów dochodzi do kolmatacji złoża [24,34,118,121]. Jest dowiedzione, że drobne cząsteczki, jak również bakterie zawarte w wodzie złożowej, mogą blokować przestrzeń wewnątrzporową oraz tworzyć osad filtracyjny na ścianach otworu wiertniczego i szczelin perforacyjnych [4,110,132]. Nagromadzenie w środowisku skalnym bakteryjnych produktów metabolizmu oraz biomasy powoduje również zmiany morfologii przestrzeni porowej, a w konsekwencji zmiany porowatości i przepuszczalności skały zbiornikowej. Stwierdzono, że rozwój jest uzależniony przede wszystkim od ilości substancji odżywczych, które znajdują się w zatłaczanej wodzie, a tylko w niewielkim stopniu od początkowej ilości [20]. Maksimum rozwoju mikroorganizmów, a więc również tworzenia się biofilmu, występuje bardzo blisko otworu i prowadzi do zmniejszenia przepuszczalności skały. Omawiane zagadnienia związane z procesami dekolmatacji skał zbiornikowych typu porowego (odzysku przepuszczalności) dotyczą uszkodzeń ośrodka skalnego, powstałych w trakcie dowiercania złoża płuczkami sporządzonymi na bazie związków polimerowych. W ramach niniejszej pracy przeprowadzono badania mikrobiologiczne, obejmujące namnożenie aktywnych kultur bakteryjnych, które uprzednio wyizolowano z polimerowych płuczek wiertniczych. Następnie wykonano badania z zakresu inżynierii złożowej, mające na celu określenie zmian przepuszczalności skał zbiornikowych, pod wpływem oddziaływania płuczki potasowo polimerowej, zawierającej aktywne mikroorganizmy. Metodyka badań laboratoryjnych została uprzednio omówiona w rozdziale nr 3.3, a uzyskane wyniki ilustruje zamieszczone poniżej zestawienie danych: 108

113 ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADAŃ PRZEPUSZCZALNOŚCI OŚRODKA POROWATEGO Ozn. Przepuszczalność Przepuszczalność Przepuszczalność próbki początkowa po 30 min po 14 dobach oddziaływania oddziaływania płuczki wiertniczej płuczki wiertniczej [md] [md] [md] R-1 400,00 231,70 274,24 R-2 400,00 242,85 291,17 R-3 400,00 262,31 341,99 R-K 400,00 280,17 241,15 Oznaczenia próbek: R-1 - rdzeń poddany oddziaływaniu płuczki wiertniczej zawierającej kultury aerobowych R-2 - rdzeń poddany oddziaływaniu płuczki wiertniczej zawierającej mieszane kultury aerobowych i anaerobowych R-3 - rdzeń poddany oddziaływaniu płuczki wiertniczej zawierającej kultury anaerobowych, w tym także mikroaerofile R-K - rdzeń kontrolny poddany oddziaływaniu płuczki wiertniczej bez dodatku Wszystkie kultury bakteryjne użyte w pracach doświadczalnych pochodziły z płuczek wiertniczych, które miały kontakt ze strefą złożową. Do badań wytypowano mikroorganizmy rozkładające polimery płuczkowe i jednocześnie wykazujące wysoką aktywność, a także odporność na warunki środowiskowe. Wyselekcjonowane kultury anaerobowych (beztlenowców), które zastosowano w pracach laboratoryjnych zawierały m.in. drobnoustroje z grupy Sulphate Reducing Bacteria. Mieszane kultury aerobowych (tlenowców) zawierały również bakterie saprofityczne, które powszechnie występowały w analizowanych cieczach wiertniczych, niezależnie od ich składu chemicznego. W badaniach laboratoryjnych zastosowano typową płuczkę potasowo polimerową, bez zawartości biocydu. 109

114 Omawiając wyniki prac badawczych, które zaprezentowano w powyższym zestawieniu należy stwierdzić, że: w I serii pomiarowej, tj. po 30-minutowym oddziaływaniu płuczki z bakteriami wszystkie próbki rdzeni wykazały utratę przepuszczalności, która kształtowała się w granicach ok. 30,0 42,1 %; w poszczególnych próbkach I serii utrata przepuszczalności wyniosła: R-1 42,08 % R-2 39,29 % R-3 34,42 % R-K 29,96 % średnia utrata przepuszczalności w wyniku 30-minutowego oddziaływania płuczki wiertniczej na rdzenie o przepuszczalności 400 mdarcy wyniosła 36,44 % w stosunku do wartości początkowej; średnia utrata przepuszczalności badanego ośrodka porowatego pod wpływem oddziaływania płuczki wiertniczej z wprowadzonymi kulturami bakteryjnymi w serii I wyniosła 38,6 %; w II serii pomiarowej wykonanej, po 14 dobach oddziaływania płuczki wiertniczej zawierającej kultury bakteryjne, utrata przepuszczalności była niższa niż w I serii i kształtowała się w granicach ok. 14,5 31,4 %; w poszczególnych próbkach w II serii pomiarowej utrata przepuszczalności wyniosła: R-1 31,44 % R-2 27,21 % R-3 14,50 % R-K 39,71 % średnia utrata przepuszczalności ośrodka porowatego o przepuszczalności 400 mdarcy, pod wpływem 14-dobowego oddziaływania płuczki wiertniczej wyniosła 28,22 % średnia utrata przepuszczalności próbek rdzeni, pod wpływem oddziaływania płuczki wiertniczej z wprowadzonymi kulturami bakteryjnymi w II serii pomiarowej wyniosła 24,38 % Na podstawie przedstawionych rezultatów badań można sformułować stwierdzenie, że zastosowane kultury bakteryjne spowodowały częściową poprawę przepuszczalności modelowego ośrodka porowatego, który uprzednio został zakolmatowany płuczką wiertniczą. Na skutek mikrobiologicznego rozkładu związków polimerowych, po 14-dobowej inkubacji, nastąpił wzrost przepuszczalności 3 rdzeni modelowych, w stosunku do ich przepuszczalności zmierzonej po krótkotrwałym (tj. 30-minutowym) zadziałaniu płuczką wiertniczą na badane próbki. Wyniki pomiarów przepuszczalności rdzeni modelowych w serii I są zróżnicowane i kształtują się w granicach od ok. 232 do 280 mdarcy. 110

115 Stwierdzone różnice w wartościach badanych parametrów wynikają m.in. z różnic w składzie mikrobiologicznym oraz biochemicznym poszczególnych prób płuczki wiertniczej potasowo polimerowej (uwarunkowanych dodaniem różnego rodzaju kultur bakteryjnych), a także różnic w przepuszczalności prób rdzeni po przeprowadzeniu sterylizacji 70 %-owym etanolem. Pomimo zaobserwowanego zróżnicowania wartości uzyskanych po krótkotrwałym działaniu płuczki wiertniczej, wyraźnie zaznacza się pozytywny efekt zastosowania czynnika biologicznego w celu likwidacji uszkodzeń, tj. niekorzystnych zmian właściwości fizycznych ośrodka porowatego. Wyniki pomiarów wykonanych po 14 dobach oddziaływania płuczki wiertniczej z dodatkiem wyspecjalizowanych kultur drobnoustrojów świadczą o tym, że w badanym materiale (stanowiącym model skały zbiornikowej) nastąpił proces dekolmatacji. Intensywność mikrobiologicznych procesów, związanych z biodegradacją polimerów była zróżnicowana w poszczególnych próbkach, czego dowodem są wyniki otrzymane w II serii pomiarów. Na ich podstawie nasuwa się wniosek, że zastosowanie wyspecjalizowanych i aktywnych drobnoustrojów może mieć istotny wpływ na właściwości petrofizyczne skał. Można zauważyć pozytywny wpływ procesów mikrobiologicznych, które przebiegają w warunkach kontrolowanych, tj. z udziałem określonych grup, na przepuszczalność skał zbiornikowych. Parametr ten jest bardzo ważny z punktu widzenia eksploatacji złóż węglowodorów, decyduje o możliwościach przepływu oraz szeroko rozumianej efektywności wydobycia ropy naftowej i gazu ziemnego. Zjawiska związane z fizyczną, chemiczną oraz mikrobiologiczną kolmatacją mają szczególne znaczenie w powstawaniu uszkodzeń strefy przyodwiertowej. Jednym ze sposobów, które mogłyby się okazać przydatne przy likwidacji tego rodzaju uszkodzeń, jest opracowanie optymalnych technologii mikrobiologicznych. W oparciu o uzyskane wyniki analiz należy stwierdzić, że najbardziej korzystne zmiany zaobserwowano w przypadku zastosowania kultur rozkładających polimery, zdolnych do rozwoju w warunkach beztlenowych lub przy minimalnym dostępie tlenu (beztlenowce oraz mikroaerofile). Oddziaływanie tych kultur drobnoustrojów na modelowy rdzeń, uprzednio zakolmatowany płuczką wiertniczą spowodowało ok. 30 %-owe odzyskanie przepuszczalności. W mniejszym stopniu zjawisko to wystąpiło przy udziale mieszanych kultur bakteryjnych (tlenowców oraz beztlenowców), których aktywność metaboliczna spowodowała ok. 20 %-owe odzyskanie przepuszczalności ośrodka porowatego. Natomiast w przypadku zastosowania kultur aerobowych, tj. preferujących warunki tlenowe, nastąpiło ok. 18 %-owy wzrost przepuszczalności rdzenia w stosunku do przepuszczalności próbki zakolmatowanej płuczką wiertniczą. Badania laboratoryjne przeprowadzone w ramach niniejszej pracy dotyczą niezwykle interesujących zagadnień oraz metod, które mogłyby konkurować z tradycyjnymi metodami likwidacji uszkodzeń strefy przyodwiertowej. Uzyskane wyniki jednoznacznie wskazują, że wyspecjalizowane mikroorganizmy są w stanie efektywnie usuwać uszkodzenia strefy przyodwiertowej, a tym samym mogą stanowić istotny czynnik umożliwiający utrzymanie odpowiednich parametrów eksploatacyjnych złoża. Stanowi to potwierdzenie możliwości efektywnego zastosowania technologii mikrobiologicznych w warukach złożowych, w celu przywrócenia prawidłowych właściwości petrofizycznych skał zbiornikowych. Rezultaty prac badawczych opisanych w niniejszej rozprawie są zbieżne z wynikami badań, przeprowadzonych na rdzeniach piaskowcowych o zróżnicowanej przepuszczalności, tj. od 2 do 1500 mdarcy [34]. Omawiane zagadnienia związane z procesami kolmatacji oraz dekolmatacji środowisk skalnych są bardzo istotne zarówno dla wiertnictwa, jak i eksploatacji złoża. Uprzednio wspomniano, że podczas przewiercania poziomów skał zbiornikowych złóż gazu ziemnego lub ropy naftowej, w wyniku oddziaływania na nie faz stałej i ciekłej pochodzącej z płuczki wiertniczej następuje zmniejszenie przepuszczalności tych skał w strefie przyodwiertowej. 111

116 Charakter i wielkość uszkodzeń ośrodka skalnego zależy głównie od właściwości fizykochemicznych płuczki wiertniczej oraz typu skały zbiornikowej i jej składu mineralogicznego. Zmniejszenie przepuszczalności skał porowatych, zawierających minerały ilaste następuje nie tylko w wyniku wnikania w nie fazy stałej, ale również w następstwie hydratacji (pęcznienia) i przemieszczania się minerałów ilastych. Zjawisko odzysku przepuszczalności (samooczyszczania się strefy przyodwiertowej) zachodzi wtedy, gdy przez ośrodek porowaty zostanie wywołany przepływ płynu złożowego w kierunku odwrotnym niż kierunek przepływu płuczki wiertniczej, która spowodowała utratę przepuszczalności skały zbiornikowej. W praktyce przemysłowej zjawisko dekolmatacji, tj. odzysku przepuszczalności w strefie przyodwiertowej występuje w trakcie opróbowania lub testów produkcyjnych, a nawet na początku eksploatacji złoża. Jednak problem uszkodzeń ośrodka porowatego pojawia się często, a zjawiska te mogą mieć poważne konsekwencje, w skrajnych przypadkach prowadzące do uznania danego poziomu perspektywicznego za nieproduktywny. Stosowane od dawna w wiertnictwie płuczki bentonitowe, o wysokiej koncentracji minerałów ilastych, są źródłem obniżenia przepuszczalności skały. Następuje obniżenie zdolności produkcyjnych i chłonnych odwiertu w wyniku filtracji tych płuczek oraz inwazji filtratu, jak również w konsekwencji tworzenia się osadu filtracyjnego. Zastosowanie polimerowych płuczek wiertniczych, które nazwane są czystymi płynami do dowiercania (ang. clean drill-in fluids), w porównaniu z płuczkami bentonitowymi miało spowodować zminimalizowanie uszkodzeń strefy przyodwiertowej skał zbiornikowych. Płuczki wiertnicze zawierające polimery powodują mniejszą inwazję filtratu do złoża, niż płuczki bentonitowe. Jednak nawet w przypadku stosowania płuczek polimerowych zjawiska związane z utratą przepuszczalności skał nie są w wystarczającym stopniu wyeliminowane i często istnieje konieczność wykonywania dodatkowych zabiegów stymulacyjnych. Zabiegi te polegają na kwasowaniu przy pomocy roztworu kwasu solnego lub użyciu utleniaczy, do których należą roztwory podchlorynu sodu i litu (NaOCl, LiOCl), w celu rozpuszczenia osadów filtracyjnych oraz usunięcia polimerów ze skalnych przestrzeni porowych. Powyższe metody likwidacji uszkodzeń ośrodka skalnego są bardziej skuteczne w otworach pionowych. Natomiast w przypadku otworów horyzontalnych zabiegi stymulacyjne charakteryzują się niską efektywnością. Najczęściej jest to spowodowane brakiem kontaktu stosowanych cieczy zabiegowych z materiałem tworzącym osad filtracyjny. Pojawiają się przy tym również dodatkowe problemy technologiczne związane z przebiegiem reakcji rozpuszczania się fazy stałej w kontakcie z cieczą zabiegową. Tak więc prace nad wykorzystaniem mikroorganizmów, w celu stymulacji wydobycia węglowodorów oraz likwidacji uszkodzeń strefy przyodwiertowej, jako metody alternatywnej stanowią ważny i perspektywiczny kierunek badawczy z zakresu inżynierii złożowej oraz mikrobiologii. 112

117 5. Podsumowanie wyników badań Prace badawcze związane z problematyką biodegradacji wodno dyspersyjnych płuczek polimerowych obejmowały następujące badania laboratoryjne: 1. Badania składu mikroflory tlenowej oraz beztlenowej występującej w polimerowych płuczkach wiertniczych pobranych w trakcie wierceń wykonanych na obszarach ropo- i gazonośnych, obrazujące liczebność drobnoustrojów rozkładających związki organiczne. Jest to ogólna liczba mikroorganizmów, które przeżywają i rozwijają się w środowisku płuczki wiertniczej. Wskaźnik ten odzwierciedla stopień skażenia bakteriologicznego płuczki. Wyizolowana mikroflora zawiera drobnoustroje, które w sposób znaczący pogarszają parametry technologiczne płuczek poprzez zmiany składu chemicznego płynu (m.in. wydzielanie enzymów), zmiany ph (zakwaszenie), a przede wszystkim poprzez rozwój biomasy (komórek, grzybów i drożdży) oraz produktów ich metabolizmu. 2. Badania składu drobnoustrojów posiadających zdolności do degradacji polimerów stosowanych w technologii płuczek wiertniczych. Należą do nich wyspecjalizowane grupy, które w warunkach otworowych oraz w warunkach laboratoryjnych wykorzystują związki polimerowe jako źródło węgla w procesach metabolicznych. W ramach pracy przeanalizowano zdolności wyizolowanych mikroorganizmów do rozkładu polimerów naturalnych, półsyntetycznych i syntetycznych, które wchodzą w skład płuczek wiertniczych. 3. Badania nad wpływem ph (odczynu) środowiska na zdolności przeżywania i rozwój różnych grup mikroorganizmów. Zagadnienie to jest szczególnie ważne, ponieważ wskaźnik ph płuczki wiertniczej należy do podstawowych parametrów fizyko chemicznych, odzwierciedlających stopień skażenia oraz jakość płynu. 4. Badania mikrobiologiczne i chemiczne wód technologicznych, które stosuje się jako ośrodek dyspersyjny w polimerowych płuczkach wiertniczych. Badania te obrazują stan biochemiczny wód i ich wpływ na stan bakteriologiczny płuczek, a tym samym na proces biodegradacji polimerów. drobnoustrojów, które bezpośrednio z wód bazowych przedostają się do płuczek, decyduje o stopniu ich skażenia, a także w konsekwencji wpływa negatywnie na parametry reologiczne oraz na efektywność zadań spełnianych przez płuczkę wiertniczą w otworze. 113

118 5. Pomiary właściwości fizykochemicznych wybranych płuczek wiertniczych, które wykonano bezpośrednio po poborze i przetransportowaniu do laboratorium oraz po określonym czasie oddziaływania. Pomiary wykonano w celu uzupełnienia danych dotyczących analizowanego materiału, jak również zaobserwowania zmian parametrów badanych cieczy wiertniczych, które wystąpiły w wyniku degradacyjnej działalności mikroorganizmów. 6. Badania procesów degradacji poszczególnych związków polimerowych, wchodzących w skład płuczek wiertniczych, przez wyizolowane szczepy tlenowych oraz beztlenowych. W badaniach wykorzystano następujące związki chemiczne: karboksymetyloceluloza (KMC), skrobia modyfikowana chemicznie, poliakryloamid (PHPA) i związek polisacharydowy o nazwie XCD. 7. Badania zmian właściwości reologicznych roztworów związków polimerowych polimerowych pod wpływem działania mikroorganizmów, w określonych przedziałach czasowych. 8. Badania efektywności działania biocydów w wodno dyspersyjnych płuczkach polimerowych. W pracach laboratoryjnych wykorzystano kilka preparatów o działaniu antybakteryjnym rekomendowanych m.in. przez specjalistów krajowego przemysłu naftowego. Biocydy zostały wytypowane do testów również w oparciu o informacje producentów zagranicznych. 9. Badania efektywności działania biocydów w wodach bazowych, które są stosowane w technologii płuczek wiertniczych. 10. Badania efektywności działania biocydów, przeprowadzone w oparciu o zmiany parametrów reologicznych polimerowych płuczek wiertniczych. 11. Ostatnia seria prac doświadczalnych obejmowała badania dotyczące wpływu wyizolowanych mikroorganizmów, na zmiany przepuszczalności skał zbiornikowych Badania zrealizowano przy współpracy Zakładu Inżynierii Naftowej INiG Kraków, przy zastosowaniu najnowocześniejszej aparatury firmy TEMCO (USA). 114

119 W podsumowaniu rezultatów badań laboratoryjnych przeprowadzonych w ramach niniejszej pracy, w odniesieniu do tez zawartych w rozdziale 3.2 należy stwierdzić, że: Wyizolowano z badanych cieczy wiertniczych drobnoustroje aerobowe i anaerobowe, które posiadają zdolności do przeżycia i aktywnego metabolizmu w środowisku pluczki wiertniczej. Przy zastosowaniu podłoży mikrobiologicznych zawierających związki polimerowe udowodniono, że wyizolowane mikroorganizmy wykorzystują materiały płuczkowe w procesach metabolicznych. Jak wykazały badania, w polimerowych płuczkach wiertniczych występują przede wszystkim mikroorganizmy aerobowe, reprezentowane przez bakterie, grzyby pleśniowe i drożdże. Wymienione grupy drobnoustrojów były izolowane z płuczek wiertniczych, niezależnie od ich składu chemicznego. Rezultaty badań wskazują, że wyizolowane mikroorganizmy aktywnie uczestniczą w procesach biodegradacji polimerów płuczkowych i wykorzystują te związki jako źródło węgla organicznego. Potwierdzono tezę dotyczącą wystepowania anaerobowych z grupy SRB, w badanych płynach. Bakterie te wywierają szczególnie destrukcyjny wpływ na płuczkę wiertniczą, jak również w perspektywie eksploatacji złoża na strefę skał zbiornikowych, powodując wzrost zawartości siarkowodoru. Przeprowadzone badania laboratoryjne w zakresie mikrobiologicznej degradacji związków polimerowych, będących podstawowymi składnikami analizowanych cieczy wiertniczych wykazały, że wyspecjalizowane szczepy bakteryjne posiadają zdolności do rozkładu takich związków jak: karboksymetyloceluloza, karboksymetyloskrobia, skrobia modyfikowana chemicznie (poprzez działanie wodorotlenku magnezu), poliakryloamid oraz naturalny polimer ksantanowy o nazwie XCD. Udowodniono, że procesy mikrobiologicznej degradacji związków polimerowych spowodowane są zarówno przez aktywność tlenowych, jak i beztlenowych rozwijących się w badanych płynach. Bakterie występujące w wodno dyspersyjnych płuczkach wiertniczych posiadały zdolności do rozkładu polimerów płuczkowych, naturalnych, półyntetycznych i syntetycznych. Na podstawie wyników badań stwierdzono, że wody bazowe stosowane w technologii płuczek wiertniczych zawierają zróżnicowaną i obfitą mikroflorę, która przyczynia się do przyspieszenia procesów degradacyjnych. Mikroflora wprowadzona wraz z wodą bazową stanowi źródło skażenia polimerowych płuczek wiertniczych. Wykonano badania efektywności działania różnych środków antybakteryjnych, w celu ochrony płuczek wiertniczych przed biodegradacją. Testy biocydów zostały wykonane w odniesieniu do mikroorganizmów wyizolowanych z płuczek wiertniczych i wód bazowych. Skuteczność działania wytypowanych preparatów chemicznych oceniano stosując szeroki zekres stężeń badanych substancji. Stwierdzono, że testowane środki antybakteryjne w sposób istotny ograniczały rozwój drobnoustrojów w środowisku polimerowej płuczki wiertniczej, a w wyższych stężeniach całkowicie likwidowały procesy biogenne. Efektywność działania badanych biocydów była zróżnicowana i uwarunkowana ich specyficzną budową chemiczną. Procesy biodegradacji polimerów, stosowanych w technologii płuczek wiertniczych badano również w odniesieniu do modelowego ośrodka porowatego. Wyniki prac doświadczalnych z zastosowaniem przepuszczalnościomierza firmy TEMCO stanowią potwierdzenie tezy, że wyspecjalizowane szczepy bakteryjne wyizolowane z badanych płynów umożliwiają odzyskanie przepuszczalności skały zbiornikowej, która została uprzednio zakolmatowana płuczką wiertniczą, wnikającą w przestrzeń porową skał. 115

120 Podsumowując rezultaty prac badawczych, szczegółowo omówionych w niniejszej rozprawie stwierdza się, że płuczki wiertnicze zawierające związki polimerowe stanowią środowisko sprzyjające rozwojowi różnych grup drobnoustrojów tlenowych i beztlenowych. Ogólny stan mikrobiologiczny przebadanych cieczy wiertniczych, którego odzwierciedleniem jest liczebność saprofitycznych, (tj. rozkładających związki organiczne w warunkach tlenowych) został szczegółowo przedstawiony w poprzednim rozdziale nr 3.5. Stwierdzona liczebność aerobowych najczęściej kształtowała się w granicach ok jednostek tworzących kolonie (tj. komórek bakteryjnych) w 1 ml badanej płuczki wiertniczej. Spośród płuczek wiertniczych przeanalizowanych bezpośrednio po poborze, ekstremalnie wysokie wartości otrzymano w przypadku 4 próbek, do których należały następujące płuczki: płuczka wiertnicza pobrana ze zbiornika roboczego przed zatłoczeniem do otworu Wierzchowce jtk/ml płynu; płuczka wiertnicza obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego, otwór Berkanowo-1 ok. 3 x 10 6, 4 x 10 7 jtk/ml płynu (2 próbki z różnych interwałów); płuczka wiertnicza obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego, otwór K-1 LITWA ok. 2 x 10 6 jtk/ml płynu; Natomiast najmniejsze ilości aerobowych spośród przebadanych płynów występowały w również w przypadku nastepujących próbek: płuczka wiertnicza obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego, otwór Mostno-6 (pobór II) 32 jtk/ml płynu; płuczka wiertnicza zapasowa pobrana przed zatłoczeniem do otworu Wierzchowice-46 nie stwierdzono aerobowych na agarze odżywczym; płuczka wiertnicza obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego, otwór Dzieduszyce-3 nie stwierdzono aerobowych na agarze odżywczym; płuczka wiertnicza obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego, otwór Miedzychód-6 40 jtk/ml płynu; płuczka wiertnicza obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego oraz płuczka pobrana bezpośrednio po wypływie z otworu Wierzchowice-45 nie stwierdzono aerobowych na agarze odżywczym; płuczka wiertnicza zapasowa pobrana ze zbiornika roboczego, otwór Wierzchowice-45 w granicach od 12 do 15 jtk/ml płynu; W przypadku braku komórek bakteryjnych lub ich śladowych ilości można założyć, że dana płuczka wiertnicza została potraktowana biocydem niemal bezpośrednio przed poborem. Dlatego też procesy biogenne przebiegające w warunkach tlenowych i wynikające ze skażenia płuczki materią organiczną zostały praktycznie wyeliminowane. Jednocześnie w większości badanych płynów wiertniczych stwierdzono procesy biogenne zachodzące z udziałem anaerobowych, które preferują warunki beztlenowe. Ogólna liczba anaerobowych najczęściej kształtowała się w granicach ok jednostek tworzących kolonie w 1 ml płuczki badanej. Znacznie wyższe wartości odnotowano w przypadku prób z dwóch odwiertów, wśród których na uwagę zasługują: 116

121 płuczka wiertnicza obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego, otwór Mostno jtk/ml ; w płuczce tej wystąpiła zdecydowana przewaga procesów beztlenowych nad procesami tlenowymi, płuczka wiertnicza obiegowa pobrana ze zbiornika roboczego, otwór Berkanowo-1 od ok. 4 x 10 4 do 5 x 10 4 jtk/ml (trzy próbki z różnych interwałów) Oprócz w/w próbek o wysokiej aktywności biogennej, były też próbki wykazujące całkowity brak obecności drobnoustrojów anaerobowych w hodowli na podłożu Brewera. Za wyjątkiem SRB obecnych w niektórych próbkach, nie zaobserwowano procesów mikrobiologicznych z udziałem innych beztlenowców w następującym materiale: w 4 próbkach płuczki wiertniczej stosowanej podczas wiercenia otworu Mostno-6, w tym płuczki zapasowej (pobranej przed zatłoczeniem do otworu), płuczki wypływającej z otworu i płuczki obiegowej ze zbiornika roboczego, w 1 próbce płuczki wiertniczej obiegowej, otwór Wierzchowice-29, w 1 próbce płuczki wiertniczej zapasowej, otwór Barnowko-11 (pobranej przed zatłoczeniem do otworu) w 2 próbkach z otworu Wierzchowice-46 (płuczka obiegowa i zapasowa) w 1 próbce płuczki obiegowej z otworu Dzieduszyce-3 w 1 próbce płuczki obiegowej z otworu Kaleń-1 w 1 próbce płuczki obiegowej z otworu Wierzchowice-45 Jak wynika z powyższych danych, spośród 39 prób aż 11 nie wykazało obecności beztlenowych w hodowli na podłożu Brewera. Brak tych w tak stosunkowo dużej ilości prób można tłumaczyć dominacją procesów tlenowych w danym środowisku, wpływem biocydu, a przede wszystkim warunkami przepływu płuczki wiertniczej, która w zbiorniku roboczym jest w znacznym stopniu napowietrzana (na skutek wirowania), w wyniku czego większość typowych form anaerobowych ginie w kontakcie z tlenem. Rozwój ściśle beztlenowych może odbywać się jedynie w warstwie zlokalizowanej przy dnie zbiornika. Dowodem na to, że mikroorganizmy te przeżywają i rozwijają się w płuczce wiertniczej, jest liczna i zróżnicowana mikroflora, którą wyizolowano z różnych cieczy wiertniczych, w ramach prac badawczych realizowanych przez kilka lat na terenie krajowych złóż, jak również na złożu zlokalizowanym poza granicami Polski. W tym miejscu należy przytoczyć także wyniki badań nad izolacją bardziej odpornych na czynniki środowiska z grupy Sulphate Reducing Bacteria, które poprzez swój metabolizm są ściśle związane ze złożami węglowodorów (szczególnie ze złożami gazu ziemnego). Należy przypomnieć, że bakterie te współuczestniczą w procesach metanogenezy, stwarzając beztlenowe warunki dla przemian chemicznych i biochemicznych, które dokonują się w przyrodzie w procesach akumulacji węglowodorów. Pełnią tym samym doniosłą rolę podczas formowania się złóż ropy naftowej i gazu ziemnego [140], jak również mogą być wykorzystywane jako wskaźniki prognostyczne dla prac poszukiwawczych w danym rejonie. Analizując wyniki przeprowadzonych prac badawczych, stwierdza się, że spośród 11 prób wykazujących brak innych mikroorganizmów beztlenowych, 4 próby zawierały aktywne bakterie SRB. Jednak zjawisko to ograniczyło się tylko do jednego otworu, z którego pobrano materiał badawczy w trzeciej i czwartej serii badań (otw. Mostno-6). W pozostałych próbkach, bakteriom SRB towarzyszyły inne bakterie beztlenowe. 117

122 Badania laboratoryjne wykazały zmienną liczebność drobnoustrojów z grupy Sulphate Reducing Bacteria w poszczególnych próbkach, tj. w granicach od 10 do ok komórek bakteryjnych w 1 ml płuczki wiertniczej, przy czym: 10 jtk/ml stwierdzono w 2 próbkach ok jtk/ml stwierdzono w 18 próbkach ok jtk/ml stwierdzono w 4 próbkach brak SRB stwierdzono w 15 próbkach W powyższych zestawieniach liczbowych uwzględniono próbki płuczek wiertniczych analizowanych pozpośrednio po poborze (łącznie 39 próbek), natomiast nie brano pod uwagę analiz wybranych płuczek, po określonym czasie oddziaływania (5 próbek). Bakterie redukujące siarczany wyizolowano z płuczek wiertniczych, stosowanych podczas wierceń następujących otworów: Mostno-6 płuczka obiegowa (6 próbek), płuczka zapasowa (3 próbki) Lubno-1 płuczka obiegowa (1 próbka), płuczka zapasowa (1 próbka) płuczka zużyta (1 próbka) Gawrzyłowa-3 płuczka obiegowa (2 próbki) Barnówko-11 płuczka obiegowa (1 próbka), płuczka zużyta (1 próbka) Barnówko-9 płuczka obiegowa (1 próbka), płuczka zapasowa (1 próbka) Zawisze-1 płuczka obiegowa (1 próbka) Międzychód-5 płuczka obiegowa (1 próbka) Miedzychód-6 płuczka obiegowa (1 próbka) Wierzchowice-42 płuczka obiegowa (1 próbka) Berkanowo-1 płuczka obiegowa (2 próbki) Największą liczebność redukujących siarczany oraz wysoką produkcję siarkowodoru przez wyizolowane szczepy odnotowano w próbkach: płuczka obiegowa stosowana podczas wiercenia otw. Mostno-6; 10 3 SRB/ml; produkcja H 2 S 224,4 mg/dm 3 pożywki płuczka zapasowa stosowana podczas wiercenia otw. Mostno-6; 10 3 SRB/ml; produkcja H 2 S 210,8 mg/dm 3 pożywki płuczka obiegowa stosowana podczas wiercenia otw. Gawrzyłowa-3; 10 3 SRB/ml; produkcja H 2 S 238,0 mg/dm 3 pożywki płuczka obiegowa stosowana podczas wiercenia otw. Barnówko-11; 10 3 SRB/ml; produkcja H 2 S 153,0 mg/dm 3 pożywki płuczka obiegowa stosowana podczas wiercenia otw. Berkanowo-1; 10 3 SRB/ml; produkcja H 2 S 484,5 mg/dm 3 pożywki (3 seria poboru) płuczka obiegowa stosowana podczas wiercenia otw. Berkanowo-1; 4 x 10 2 SRB/ml; produkcja H 2 S 212,5 mg/dm 3 pożywki (1 seria poboru) płuczka obiegowa stosowana podczas wiercenia otw. Berkanowo-1; 3 x 10 2 SRB/ml; produkcja H 2 S 230,4 mg/dm 3 pożywki (1 seria poboru) 118

123 Wśród pozostałych grup mikroorganizmów, które wyizolowano z badanych płuczek wiertniczych należy wymienić drożdże, które występowały sporadycznie w polimerowych płuczkach wiertniczych. W 4 próbkach mikroorganizmy te stwierdzono w ilościach od 1 x 10 2 do 8 x 10 2 jtk/ml. Grzyby pleśniowe wyizolowano w następujących ilościach: ok jtk/ml w 20 próbkach (tj. >50 % wszystkich próbek); ok jtk/ml w 7 próbkach (tj. ok. 20 % wszystkich próbek) ok jtk/ml w 5 próbkach (tj. ok. 14 % wszystkich próbek) < 10 2 jtk/ml w 3 próbkach nie stwierdzono zarodników grzybów pleśniowych w 1 próbce Największe skażenie tą grupą mikroorganizmów obserwowano przede wszystkim w przypadku płuczek wiertniczych obiegowych, stosowanych na otworach: Gawrzyłowa-3, Wierzchowice-42, Berkanowo-1, K-1 (Litwa). Tak ekstremalnie wysoki stopień skażenia, który zaobserwowano w w/w cieczach, był przede wszystkim uwarunkowany obecnością organicznych materiałów kolmatacyjnych, do których należy np. preparat Liquid Casing, stosowanych w przypadku zaników (tzw. ucieczek) płuczki wiertniczej w warstwach o dużej szczelinowatości. Ponadto stan mikrobiologiczny płuczek wiertniczych był uzależniony od wielu innych czynników technologicznych, takich jak czystość wody bazowej, zbiorników oraz jakość materiałów płuczkowych oraz warunki ich przechowywania. Podsumowując dalsze rezultaty badań, uzyskane w ramach niniejszej pracy należy zwrócić szczególną uwagę na bakterie zdolne do korzystania ze związków polimerowych, stanowiących podstawowe składniki najczęściej stosowanych płuczek wiertniczych. Poniżej skrótowo przedstawiono liczebność, które wykorzystują w procesach metabolicznych poszczególne polimery naturalne, syntetyczne i półsyntetyczne: 1. Bakterie rozkładające skrobię ok jtk/ml stwierdzono w 10 próbkach (tj. ok. 26 % wszystkich próbek); ok jtk/ml stwierdzono w 13 próbkach (tj. ok. 33 % wszystkich próbek); ok jtk/ml stwierdzono w 8 próbkach (tj. ok. 21 % wszystkich próbek); 10 8 jtk/ml stwierdzono w 1 próbce (płuczka wiertnicza zużyta, otwór Lubno-1); < 10 2 jtk/ml stwierdzono w 4 próbkach; nie stwierdzono w 3 próbkach; 2. Bakterie rozkładające skrobię modyfikowaną (kleikowaną) ok jtk/ml stwierdzono w 19 próbkach (tj. ok. 49 % wszystkich próbek); ok jtk/ml stwierdzono w 3 próbkach; < 10 2 jtk/ml stwierdzono w 6 próbkach; nie stwierdzono w 11 próbkach (tj. ok. 28 % wszystkich próbek); 119

124 3. Bakterie rozkładające celulozę ok jtk/ml stwierdzono w 18 próbkach (tj. 46 % wszystkich próbek); ok jtk/ml stwierdzono w 8 próbkach; 10 6 jtk/ml stwierdzono w 1 próbce; < 10 2 jtk/ml stwierdzono w 2 próbkach; nie stwierdzono w 6 próbkach; nie oznaczono w 4 próbkach; 4. Bakterie rozkładające karboksymetylocelulozę ok jtk/ml stwierdzono w 14 próbkach (tj. ok. 36 % wszystkich próbek); 10 4 jtk/ml stwierdzono w 3 próbkach; < 10 2 jtk/ml stwierdzono w 12 próbkach (tj. ok. 31 % wszystkich próbek); nie stwierdzono w 6 próbkach; nie oznaczono w 4 próbkach 5. Bakterie rozkładające karboksymetyloskrobię ok jtk/ml stwierdzono w 4 próbkach; ok jtk/ml stwierdzono w 6 próbkach; < 10 2 jtk/ml stwierdzono w 5 próbkach; nie stwierdzono w 5 próbkach; łącznie przeanalizowano 20 próbek bezpośrednio po poborze; 6. Bakterie rozkładające polimer ksantanowy XCD 10 6 jtk/ml nie stwierdzono >10 5 jtk/ml stwierdzono w 3 próbkach; ok jtk/ml stwierdzono w 4 próbkach; < 10 2 jtk/ml stwierdzono w 3 próbkach nie stwierdzono w 1 próbce łącznie przeanalizowano 11 próbek bezpośrednio po poborze; 7. Bakterie rozkładające poliakryloamid PHPA od 10 do 22 jtk/ml stwierdzono w 3 próbkach; nie stwierdzono rozwoju tej grupy w 6 próbkach; łącznie przeanalizowano 9 próbek bezpośrednio po poborze 120

125 W przedstawionych zestawieniach ilościowych i procentowych wzięto pod uwagę wyniki uzyskane w hodowlach prowadzonych w temperaturach 30 o i 40 o C. Jeżeli wyniki badań wykazały znaczące różnice w dwóch równolegle prowadzonych hodowlach, wówczas w zestawieniach uwzględniano te próbki, w których stwierdzono wyższą zawartość. W badaniach przeprowadzonych w zmiennych warunkach ph płuczki wiertniczej, mających na celu stwierdzenie, w jakim stopniu bakterie bytujące w tym środowisku tolerują różne stężenia jonów wodorowych, otrzymano następujące wyniki: bakterie aerobowe wykazały aktywność w zakresie od ph = 6,0 do ph = 9,5, która przejawiała się liczebnością komórek bakteryjnych w granicach od 10 2 do 5,5 x 10 3 w 1 ml badanej płuczki wiertniczej, natomiast przy ph = 10,0 liczba komórek bakteryjnych drastycznie zmniejszyła się do ilości 20 jtk/ml; zarodniki grzybów pleśniowych izolowano w badanych płynach przy poziomie ph wynoszącym od 6,0 do 8,5, natomiast dalsza alkalizacja płynu wiertniczego spowodowała znaczące ograniczenie liczebności tych mikroorganizmów do ilości śladowych lub całkowity zanik zarodników grzybów pleśniowych; liczebność rozkładających skrobię naturalną w badanym zakresie ph kształtowała się w granicach od ok do ok jtk/ml, przy czym najbardziej intensywny rozwój zaobserwowano w zakresie ph od 6,5 do 7,5; w przypadku skrobi modyfikowanej liczebność wynosiła od 10 2 do 8 x 10 3 jtk w 1 ml płuczki wiertniczej o zróżnicowanym poziomie ph, wynoszącym od 6,0 do 10,0; bakterie celulolityczne rozwijały się w badanych płynach w zakresie ph = 6,0 do ph = 8,0, a zawartość komórek bakteryjnych kształtowała się w granicach od 2 x 10 2 do 2 x 10 3 jtk./ml; bakterie produkujące H 2 S (Sulphate Reducing Bacteria) wykazały wysoką aktywność metaboliczną przy ph od 6,0 do 9,0; natomiast przy wyższym poziomie ph, liczebność znacznie zmalała i wynosiła 10 jtk/ml; produkcja siarkowodoru przez bakterie SRB w zakresie ph od 6,0 do 9,0 kształtowała się w granicach od >200 do <300 mg S 2- / l; przy ph wynoszącym 9,5 10,0, aktywność metaboliczna siarkowych z grupy SRB była zdecydowanie bardziej ograniczona, co przejawiało się w postaci zmniejszonej produkcji H 2 S, która w tym przypadku wynosiła ok mg S 2- / l pożywki; generalnie większość badanych mikroorganizmów dobrze rozwija się w środowisku o zróżnicowanym poziomie ph, przy czym począwszy od wartości ph = 8,5 do wartości ph = 9,5 aktywność mikroflory maleje lub w przypadku pewnych grup drobnoustrojów całkowicie zanika. W dalszej części rozprawy omówiono stan mikrobiologiczny wód bazowych, które stosuje się w technologii polimerowych płuczek wiertniczych. Łącznie przebadano 25 prób wód bazowych z różnych rejonów Polski. Wody te zawierały przeważenie ok jtk/ml aerobowych. W jednym przypadku (woda pobrana ze zbiornika zlokalizowanego na wiertni Dzieduszyce-3) otrzymano szczególnie wysoką wartość, tj jtk w 1 ml. Natomiast 7 próbek wody zawierało bardzo małą ilość aerobowych, tj. od 1 do 41 jtk/ml. 121

126 Analizy na obecność anaerobowych wykazały od 10 2 do 10 4 jtk/ml wody w przypadku 10 próbek, w pozostałych próbkach nie stwierdzono tej grupy drobnoustrojów lub ich ilość była śladowa i wynosiła od 2 do 22 komórek bakteryjnych w 1 ml. Beztlenowe bakterie produkujące siarkowodór, stwierdzono w 12 próbkach wód technologicznych, stosowanych jako ośrodek dyspersyjny płuczek wiertniczych. Zawartość siarkowodoru wytwarzanego przez te bakterie w hodowli płynnej wynosiła w granicach od 48,6 do 432,7 mg / dm 3 pożywki. Kilka prób spośród przebadanych płuczek wiertniczych zostało poddanych analizom fizyko - chemicznym bezpośrednio po poborze oraz po określonym czasie oddziaływania. W wyniku aktywności mikroorganizmów w większości prób płynów nastąpiły zmiany wartości parametrów reologicznych. Poniżej przedstawiono główne tendencje zmian stwierdzonych w płuczkach polimerowo - chlorkowych. 1. Po 30 dobach oddziaływania w cieczy wiertniczej stwierdzono: obniżenie lepkości, granicy płynięcia i wytrzymałości strukturalnej; niewielkie zmiany w zakresie filtracji; brak zmian wartości ph; 2. Po 60 dobach oddziaływania w cieczy wiertniczej stwierdzono: obniżenie lepkości i filtracji; brak zmian wartości ph; 3. Po 90 dobach oddziaływania w cieczy wiertniczej stwierdzono: znaczące obniżenie lepkości; obniżenie filtracji i granicy płynięcia; obniżenie wartości ph. Zmiany te zachodziły w różnym tempie w poszczególnych płuczkach wiertniczych, co było uwarunkowane przede wszystkim stopniem ich zabezpieczenia przed biodegradacją (działaniem biocydów), a także specyficznych dla każdej cieczy składem chemicznym, zawartością fazy stałej, rodzaju przewiercanych skał itp. Przykładem cieczy wiertniczej skutecznie zabezpieczonej przed szkodliwym działaniem mikroorganizmów jest płuczka polimerowo chlorkowa stosowana podczas wiercenia otworu Wierzchowice-42. Nawet po dłuższym czasie, tj. po 90 dobach przechowywania płynu nie zaobserwowano wyraźnych zmian parametrów reologicznych. Mogło być to spowodowane wysoką jakością stosowanych preparatów polimerowych, których zawartość była uzupełniana w trakcie procesu wiercenia, aby zapewnić optymalne parametry płuczki wiertniczej. Należy zaznaczyć, że również w badaniach płuczki beziłowej pochodzącej z otworu Wierzchowice-45 stwierdzono wysoki stopień czystości mikrobiologicznej, świadczący o odpowiednim sposobie zabezpieczenia płynu przed biodegradacją. 122

127 Porównano także właściwości badanych płynów przed i po zatłoczeniu do otworu. Otrzymane rezultaty badań w zakresie zmian parametrów fizyko - chemicznych płuczki wiertniczej pobranej przed zatłoczeniem do otworu i płuczki obiegowej krążącej w otworze przedstawiają się następująco: stwierdzono obniżenie lepkości oraz granicy płynięcia płuczki wiertniczej krążącej w otworze (tzw. płuczki obiegowej) w porównaniu z płuczką, która nie miała kontaktu ze strefą złożową; jednocześnie odnotowano wzrost filtracji w przypadku płuczki krążącej w otworze; nie stwierdzono zmian wartości ph w badanych cieczach wiertniczych przed zatłoczeniem do otworu i krążących w otworze. Reasumując rezultaty następnej serii badań dotyczących biodegradacji związków polimerowych przez kultury aerobowych i anaerobowych można stwierdzić, że w najwyższym stopniu mikrobiologicznej degradacji ulegają polimery skrobiowe. Skrobia kleikowana (poddana modyfikacji wodorotlenkiem magnezu), została wykorzystana przez bakterie aerobowe, a maksymalny stopień rozkładu wynosił do 92 %. W zdecydowanie mniejszym stopniu degradowane były polimery celulozowe (KMC o niskiej lepkości do ok. 58 % i KMC o wysokiej lepkości do 46,5 %). Badania biodegradacji poliakryloamidu (PHPA) wykazały, że związek ten był rozkładany przez mikroorganizmy, a maksymalny stopień rozkładu wynosił ok. 20 %. Powyższe wartości odnoszą się do badań wykonanych z zastosowaniem czystych szczepów. Stwierdzono jednak, że intensywność procesów biodegradacji związków polimerowych jest zdecydowanie większa, gdy w procesach tych uczestniczą mieszane kultury bakteryjne. Wówczas stopień degradacji jest większy, a w przypadku polimerów skrobiowych dochodzi nawet do 100 %. Z przeprowadzonych badań laboratoryjnych wynika, że zarówno skrobia modyfikowana chemicznie, jak i inne związki polimerowe stosowane w technologii płuczek wiertniczych są degradowane w wyniku działania anaerobowych. Bakterie z grupy Sulphate Reducing Bacteria aktywnie uczestniczą w procesach biodegradacji badanych polimerów. Maksymalny stopień rozkładu skrobi modyfikowanej chemicznie przez beztlenowe bakterie redukujące siarczany wynosił ok. 96 %. Natomiast w przypadku pochodnych celulozy stopień degradacji był znacznie niższy i maksymalnie wynosił ok. 7 %. Stwierdzono ponadto, że wszystkie użyte w badaniach kultury z grupy SRB były zdolne do rozkładu syntetycznego polimeru PHPA, przy czym maksymalny stopień biodegradacji tego związku był wysoki i wynosił ok. 55 %. 123

128 W badaniach mających na celu stwierdzenie, w jaki sposób zmieniają się parametry reologiczne (lepkość, granica płynięcia, wytrzymałość strukturalna) oraz ph roztworów związków polimerowych w wyniku procesów biogennych, z udziałem aerobowych (tlenowców) otrzymano następujące rezultaty: We wszystkich analizowanych roztworach zaobserwowano obniżenie lepkości, które jest podstawowym wskaźnikiem degradacji polimeru. Lepkość roztworu obniżyła się najbardziej w przypadku skrobi modyfikowanej (tzw. skrobia sieciowana preparat Rotanet) oraz karboksymetyloskrobi (preparat Polvitex Z). Maksymalny spadek wartości badanych parametrów w przypadku KMS był aż 60-krotny, a w przypadku preparatu skrobiowego nawet 80-krotny. Natomiast w najmniejszym stopniu zmiany lepkości wystąpiły w przypadku polimeru XCD i poliakryloamidu PHPA. W większości analizowanych roztworów nastąpiło obniżenie granicy płynięcia pod wpływem oddziaływania aerobowych, podczas gdy w niektórych roztworach obserwowano wzrost wartości parametru. Podsumowując wyniki badań stwierdza się, że granica płynięcia najbardziej obniżyła się w przypadku skrobi modyfikowanej, tj. preparatu Rotanet (ponad 40-krotnie) oraz karboksymetyloskrobi (ok. 19-krotnie). W mniejszym stopniu spadek wartości badanego parametru nastąpił w przypadku roztworu KMC (6-krotnie) i polimeru XCD (5-krotnie). Wyniki pomiarów roztworu polimeru PHPA wskazują na niewielki wzrost wartości parametru. W przypadku roztworu środka skrobiowego Rotomag, tzw. skrobi kleikowanej, wartość ta wzrosła dwukrotnie. Wytrzymałość strukturalna we wszystkich badanych roztworach obniżyła się pod wpływem działania, jednak w czasie trwania eksperymentu zaobserwowano pewne wahania wartości parametrów. Najbardziej istotne zmiany w stosunku do wartości początkowych stwierdzono w przypadku skrobi modyfikowanej (preparat Rotanet) oraz karboksymetyloskrobi (preparat Polvitex Z). Badania z wykorzystaniem wysokomodyfikowanego środka skrobiowego Rotanet wykazały 20-krotne obniżenie wytrzymałości strukturalnej I, a w końcowej fazie eksperymentu także 15-krotne obniżenie wytrzymałości strukturalnej II. Natomiast w znacznie mniejszym stopniu (dwukrotnie) wytrzymałość strukturalna obniżyła się w przypadku polimeru XCD, PHPA, skrobi modyfikowanej (preparat Rotomag) oraz karboksymetylocelulozy. W większości badanych prób nastąpiło zakwaszenie roztworów polimerów pod wpływem działania mikroorganizmów aerobowych. Znaczące obniżenie wartości ph stwierdzono przede wszystkim w przypadku modyfikowanych środków skrobiowych (preparatów Rotomag i Rotanet), a także karboksymetyloskrobi. W przypadku PHPA obserwowano wahania odczynu roztworu. Początkowo pod wpływem działania nastąpiło zakwaszenie, a w końcowej fazie eksperymentu alkalizacja roztworu polimeru. Przyczyną tych wahań mógł być rozwój różnych szczepów bakteryjnych, uczestniczących w procesie biodegradacji polimeru podczas trwania eksperymentu. W pierwszej fazie badań przeważały typowe procesy związane z wydzielaniem CO 2 przez rozwijające się szczepy. Pod koniec doświadczenia, w miarę jak następował rozkład poliakryloamidu, mogły uaktywnić się inne szczepy, preferujące odczyn alkaliczny roztworu. W przypadku karboksymetylocelulozy (preparat Polofix LV) nie nastąpiły zmiany wartości ph roztworu, pomimo działania tlenowych i produktów ich metabolizmu, co świadczy o stabilności chemicznej oraz znacznej odporności badanego preparatu na biodegradację. 124

129 Poniżej przedstawiono zmiany właściwości roztworów związków polimerowych pod wpływem działania anaerobowych: Wprowadzenie anaerobowych (beztlenowców) do badanych roztworów spowodowało we wszystkich próbach obniżenie lepkości, i podobnie jak w przypadku oddziaływania aerobowych, najbardziej istotny spadek parametru dotyczył skrobi modyfikowanej, tj. preparatu Rotanet oraz karboksymetyloskrobi. W przypadku skrobi stwierdzono maksymalne, 68-krotne obniżenie lepkości, a w przypadku KMS maksymalny 60-krotny spadek wartości parametru. Natomiast najmniejsze zmiany lepkości zaobserwowano w badaniach roztworu PHPA, który był najbardziej odporny na działanie beztlenowców. Granica płynięcia podlegała znacznym wahaniom w poszczególnych roztworach. Zdecydowane (80-krotne) obniżenie wartości parametru odnotowano w przypadku skrobi modyfikowanej, tj. preparatu Rotanet, oraz karboksymetyloskrobi (19-krotny spadek wartości). Analizy roztworów polimeru XCD oraz KMC również wykazały obniżenie granicy płynięcia pod wpływem anaerobowych, lecz w znacznie mniejszym stopniu. Jednocześnie analizy roztworu środka skrobiowego Rotomag, tj. tzw. skrobi kleikowanej, w końcowej fazie doświadczeń wykazały ponad dwukrotny wzrost wartości parametru. Podczas eksperymentu zaobserwowano również wahania w zakresie wytrzymałości strukturalnej roztworów. Generalnie pod wpływem działania anaerobowych nastąpiło obniżenie wartości parametru niemal we wszystkich badanych roztworach związków polimerowych, a szczególnie w przypadku skrobi modyfikowanej (preparat Rotanet tzw. skrobia sieciowana) oraz karboksymetyloskrobi. Analizy roztworu skrobi wykazały aż 30-krotne obniżenie wytrzymałości strukturalnej II, w stosunku do wartości początkowej. W analizach roztworu KMS stwierdzono, że wytrzymałość strukturalna II, pod wpływem działania, obniżyła się 8-krotnie. Odczyn roztworów zmieniał się w różnym stopniu w poszczególnych roztworach, ale generalnie można stwierdzić, że obserwowano tendencję do obniżania się ph pod wpływem procesów biogennych. Szczególnie silne zakwaszenie roztworu w wyniku oddziaływania anaerobowych stwierdzono w przypadku modyfikowanych środków skrobiowych (skrobi sieciowanej i kleikowanej) oraz karboksymetyloskrobi. Natomiast najbardziej stabilnym poziomem ph spośród analizowanych płynów, zawierających aktywne drobnoustroje, charakteryzował się roztwór poliakryloamidu. Podsumowując rezultaty przedstawionych powyżej badań laboratoryjnych, stwierdza się, że parametry fizyko chemiczne roztworów związków polimerowych ulegały zmianom na skutek oddziaływania aerobowych i anaerobowych. Następowało zdecydowane obniżenie lepkości, a także wahania w zakresie granicy płynięcia oraz wytrzymałości strukturalnej z tendencją do obniżania się tych parametrów pod wpływem procesów mikrobiologicznych. Również wskaźnik ph niemal we wszystkich badanych roztworach ulegał znacznemu obniżeniu, co jest uzasadnione, ponieważ następowało zakwaszenie roztworów w wyniku wydzielania CO 2 przez bakterie w procesach metabolicznych. Jednocześnie zaobserwowano, że najbardziej wyraźne zmiany o charakterze biodegradacyjnym wystąpiły w przypadku polimeru skrobiowego, tzw. skrobi sieciowanej o wysokim stopniu modyfikacji (preparat Rotanet), karboksymetyloskrobi (preparat Polvitex Z) oraz skrobi modyfikowanej (preparat Rotomag tzw. skrobia kleikowana). 125

130 Najbardziej odporny na działanie okazał się polimer syntetyczny PHPA, (częściowo zhydrolizowany poliakryloamid). Stosunkowo wysoką odporność wykazały także polimery XCD i KMC (preparat Polofix LV i HV). Dalsze badania omówione w niniejszej rozprawie dotyczyly problematyki zabezpieczenia polimerowych płuczek wiertniczych przed biodegradacją. W podsumowaniu rezultatów tych badań można sformułować następujące stwierdzenia: Biocyd ANTIMICROBIAL 7287 całkowicie zlikwidował mikroorganizmy tlenowe i beztlenowe w stężeniu 0,15 % obj., w temperaturze od 50 do 80 o C. Badania testowe przeprowadzone w temperaturze 30 o C wykazały znacznie niższą skuteczność biocydu w odniesieniu do mikroflory bytującej w płuczce wiertniczej. Biocyd BARDAC LF wykazał wysoką efektywność w likwidacji skażenia mikroflorą beztlenową w zakresie temperatur od 30 do 80 o C. Natomiast w odniesieniu do tlenowych pełną skuteczność działania preparatu stwierdzono w stężeniu 0,15 % obj. Biocyd DODIGEN spowodował całkowitą likwidację tlenowych w temperaturze 30 o C, w stężeniu 0,35 % obj. W wyższych temperaturach biocyd okazał się w pełni efektywny w stężeniach od 0,15 do 0,2 % obj. Wyniki badań testowych wskazują, że preparat był znacznie bardziej skuteczny w zwalczaniu skażenia płuczki wiertniczej bakteriami beztlenowymi. Biocyd MODICIDE 340 całkowicie wyeliminował procesy biogenne z udziałem tlenowych w skażonej płuczce wiertniczej, działając w stężeniu 0,15 % obj., w zakresie temperatur od 30 do 80 o C. Podobnie, jak w przypadku pozostałych preparatów, efektywność badanego biocydu była zdecydowanie wyższa w odniesieniu do beztlenowych. Biocyd BIOSTAT w badaniach testowych przeprowadzonych w temperaturze 30 o C spowodował całkowite usunięcie w stężeniu 0,15 % obj. Testy wykonane w wyższych temperaturach wskazują na efektywne obniżenie liczebności tlenowych w stężeniach od 0,05 do 0,1 % obj., a beztlenowych w stężeniach od 0,02 do 0,05 % obj. Wyniki te kwalifikują biocyd BIOSTAT jako najbardziej skuteczny do zastosowania, w celu likwidacji skażenia mikrobiologicznego płuczek wiertniczych. Ponieważ w warunkach przemysłowych istnieje możliwość dodatkowego skażenia płuczki wiertniczej w trakcie jej obiegu w otworze wiertniczym, zachodzi konieczność uzupełniania dawki biocydu. W związku z tym, w świetle uzyskanych wyników badań testowych, najbardziej efektywne byłoby zastosowanie biocydu BIOSTAT w dawce początkowej wynoszącej od 0,1 do 0,2 % obj. (w zależności od stopnia skażenia płynu), a następnie po upływie 24 godz., wprowadzanie dawki uzupełniającej tego samego biocydu, wynoszącej 0,02 % obj./ dobę. Wprowadzanie dawki uzupełniającej preparatu BIOSTAT powinno się powtarzać przez 4 kolejne doby. W przypadku, gdy stopień skażenia mikrobiologicznego płuczki wiertniczej jest szczególnie wysoki i wynosi ok jtk./ml, wówczas wskazane jest przedłużenie uzupełniającego dawkowania biocydu (mając na uwadze parametry reologiczne płynu). 126

131 W procesach degradacji polimerowych płuczek wiertniczych ważną rolę odgrywa stan mikrobiologiczny ośrodka dyspersyjnego, jakim jest woda. Czynnik ten jest często pomijany w różnych działaniach zarówno podczas wierceń, jak i eksploatacji, czego dowodem są liczne zakłócenia np. prawidłowej pracy obiektów PMG w wyniku wprowadzenia zanieczyszczonej wody do strefy złożowej. Woda używana jako baza do sporządzania płuczki wiertniczej powinna być, w miarę możliwości, pozbawiona szkodliwej mikroflory. Jest to ważny aspekt przeprowadzonych badań, na który należy zwrócić uwagę w pracach technologicznych. Jak wykazały badania zrealizowane w ramach niniejszej pracy, woda jest jednym z głównych nośników uczestniczących w procesach biodegradacji płuczek wiertniczych. W związku z tym wykonano serię badań, mających na celu opracowanie metod likwidacji szkodliwych drobnoustrojów, aby uniemożliwić ich rozwój w cieczy wiertniczej, a tym samym także ograniczyć procesy mikrobiologicznej degradacji organicznych materiałów płuczkowych. Na podstawie wykonanych badań wytypowano biocydy, które okazały się najbardziej skuteczne w zwalczaniu skażenia wody bazowej. Są to 2 biocydy, do których należy BIOSTAT i ANTIMICROBIAL Preparaty te były w pełni skuteczne nawet w bardzo niskim stężeniu wynoszącym 0,02 %. Przy tym stężeniu biocydu, mikroflora bytująca w wodzie została zlikwidowana (nie stwierdzono obecności żywych komórek bakteryjnych). Nawiązując do powyższych wyników badań, wskazane jest, aby przed użyciem sterylizować wodę bazową, dodając do niej biocyd w ilości 0,02 lub 0,05 % obj. Stężenie biocydu zależy przede wszystkim od stanu bakteriologicznego wody oraz od czasu jej przechowywania w zbiornikach zlokalizowanych na wiertni. W analizach właściwości fizykochemicznych polimerowej płuczki wiertniczej z zawartością biocydów stwierdzono m.in., że biocyd BIOSTAT jest efektywnym środkiem antybakteryjnym, który zabezpiecza badany płyn przed niekorzystnym wpływem mikroorganizmów i skutecznie przeciwdziała procesom biodegradacji. Przedstawione powyżej wyniki badań laboratoryjnych świadczą o bardzo wysokiej skuteczności biocydu BIOSTAT, w odniesieniu do mikroorganizmów bytujących zarówno w polimerowej płuczce wiertniczej, ale także w skażonej bakteriologicznie wodzie bazowej. W związku z tym preparat ten typuje się jako najbardziej efektywny do zastosowania w technologii płuczkowej. Korzystne właściwości biocydu BIOSTAT, będącego pochodną triazyny, zostały również potwierdzone w badaniach właściwości fizykochemicznych pluczek wiertniczych zawierających ten biocyd jako czynnik przeciwfermentacyjny. Należy jednocześnie zaznaczyć, że biocydy, w których czynnikiem aktywnym jest sym-triazyna, stosuje się nie tylko jako dodatek do cieczy wiertniczych. Są one skuteczne także do zastosowań w innych dziedzinach przemysłu, np. do ochrony drewna oraz jako herbicydy. Najnowsze dane literaturowe informują, że preparaty antybakteryjne wytworzone na bazie sym-triazyny, są efektywnymi i nowoczesnymi środkami do likwidacji niekorzystnej mikroflory w różnych warunkach [89]. 127

132 W ostatniej serii badań laboratoryjnych dotyczących wpływu mikroflory wyizolowanej z cieczy wiertniczych na właściwości petrofizyczne skał zbiornikowych stwierdzono, że zastosowane kultury wyspecjalizowanych rozkładających polimery spowodowały częściową poprawę przepuszczalności modelowego ośrodka porowatego. Użyty do badań modelowy materiał skalny został uprzednio zakolmatowany płuczka wiertniczą. W wyniku mikrobiologicznej degradacji związków polimerowych nastąpił wzrost przepuszczalności rdzeni, w stosunku do ich przepuszczalności początkowej zmierzonej po krótkotrwałym (tj minutowym) zadziałaniu płuczką wiertniczą. W przypadku zastosowania aerobowych wskaźnik odzyskania przepuszczalności rdzeni wynosił 18,4 %, a w przypadku mieszanych kultur aerobowych i anaerobowych wskaźnik ten wynosił 19,9 %. Najwyższy stopień odzyskania przepuszczalności badanych prób rdzeni, tj. 30,4 %, stwierdzono pod wpływem działania anaerobowych. Generalnie można stwierdzić, że kultury bakteryjne wykorzystane w badaniach zmniejszyły uszkodzenie ośrodka porowatego, który został zakolmatowany płuczką wiertniczą. Powyższe rezultaty badań świadczą o tym, że wyselekcjonowane szczepy bakteryjne mogą przyczynić się do poprawy właściwości petrofizycznych skały zbiornikowej poprzez rozkład związków polimerowych, które blokują przestrzeń porową. Jak wspomniano w poprzednim rozdziale niniejszej rozprawy, wyniki powyższych prac badawczych stanowią potwierdzenie potencjalnych możliwości zastosowania technologii mikrobiologicznych, w celu przywrócenia prawidłowych właściwości petrofizycznych skały zbiornikowej uszkodzonej w wyniku procesu kolmatacji. 128

133 6. Wnioski Na podstawie rezultatów badań laboratoryjnych, przeprowadzonych w ramach niniejszej pracy sformułowano następujące wnioski: 1. Metodyka badawcza zastosowana w pracach laboratoryjnych umożliwiła dokonanie oceny stanu mikrobiologicznego wodno dyspersyjnych polimerowych płuczek wiertniczych oraz wód bazowych, stosowanych podczas wierceń na obszarach złóż ropy naftowej i gazu ziemnego. 2. Spośród omówionych w niniejszej rozprawie problemów związanych z degradacją płuczek wiertniczych, bardzo ważnym zagadnieniem są procesy mikrobiologicznej degradacji, które zostały szczegółowo opisane. W oparciu o przeprowadzone badania laboratoryjne stwierdzono, że drobnoustroje występujące w środowisku polimerowej płuczki wiertniczej wykazują zdolności do przyswajania jej organicznych składników. Związki polimerowe wykorzystywane są przez mikroorganizmy tlenowe i beztlenowe jako źródło węgla organicznego w procesach metabolicznych. 3. W badaniach mikrobiologicznych płuczek wiertniczych stwierdzono występowanie drobnoustrojów aerobowych, do których należały bakterie, grzyby pleśniowe oraz drożdże. 4. Stwierdzono również w badanych płuczkach wiertniczych obecność drobnoustrojów anaerobowych, w tym reprezentujących grupę Sulphate Reducing Bacteria, które wytwarzają siarkowodór w środowisku złóż węglowodorów. 5. Wody bazowe, stanowiące ośrodek dyspersyjny polimerowych płuczek wiertniczych, zawierały aktywne mikroorganizmy aerobowe i anaerobowe. Wyniki badań wskazują, że woda charakteryzująca się wysokim stopniem skażenia mikrobiologicznego jest nośnikiem mikroflory, która w środowisku płuczki polimerowej znajduje korzystne warunki do rozwoju. 6. W wodach bazowych stwierdzono bakterie produkujące siarkowodór. Najbardziej aktywne kultury bakteryjne były zdolne do wytwarzania siarkowodoru w ilościach ok mg / dm 3 pożywki płynnej. Tak wysoki poziom produkcji H 2 S bezpośrednio wpływa na jakość cieczy wiertniczej, sporządzonej na bazie skażonej wody i przyspiesza proces degradacji. 7. Polimery płuczkowe należą do związków chemicznych całkowicie bezpiecznych dla środowiska przyrodniczego, ponieważ są to związki biodegradowalne. Badania laboratoryjne, zrealizowane w ramach niniejszej pracy, potwierdziły tezę dotyczącą mikrobiologicznej degradacji polimerów naturalnych, półsyntetycznych, jak również syntetycznych. Z punktu widzenia ochrony środowiska, procesy te są szczególnie pożądane po zakończeniu prac wiertniczych, ponieważ umożliwiają biologiczny rozkład odpadów. Natomiast ze względu na efektywność procesu wiercenia oraz zadania, które spełnia w otworze płuczka wiertnicza, objawy biodegradacji należą do szczególnie uciążliwych zjawisk. 129

134 8. Następujące związki polimerowe, stosowane w technologii płuczek wiertniczych, są degradowane przez mikroorganizmy: - skrobia modyfikowana chemicznie (tzw. skrobia kleikowana) - karboksymetyloskrobia - karboksymetyloceluloza - polimer ksantanowy XCD - poliakryloamid ] Procesy biodegradacji powyższych związków zostały potwierdzone w badaniach laboratoryjnych z zastosowaniem podłoży mikrobiologicznych, w których źródło wegla organiczego stanowiły poszczególne polimery. 9. Stopień biologicznej degradacji wybranych związków polimerowych przez kultury bakteryjne był następujący: - skrobia modyfikowana chemicznie: 3, % wartość średnia 81,1 % - karboksymetyloceluloza (o niskiej lepkości): 0,0 66,3 % wartość średnia 25,6 % - karboksymetyloceluloza (o wysokiej lepkości): 0,0 59,8 % wartość średnia 18,7 % - poliakryloamid (PHPA): 0,0 54,6 % wartość średnia 20,1 % Stwierdzono, że wymienione polimery są rozkładane przez bakterie aerobowe, a także przez szczególnie groźne dla złoża anaerobowe bakterie z grupy SRB. 10. Zdolności wyselekcjonowanych kultur bakteryjnych do rozkładu poszczególnych związków polimerowych zostały również potwierdzone w badaniach laboratoryjnych z zastosowaniem ośrodka porowatego, stanowiącego model skały zbiornikowej o przepuszczalności 400 mdarcy. Bakterie, działające w przestrzeni porowej ośrodka uprzednio zakolmatowanego płuczką wiertniczą, spowodowały częściowe odzyskanie przepuszczalności badanych próbek rdzeni. W wyniku wprowadzenia aktywnych kultur bakteryjnych do przestrzeni porowej nastąpił proces dekolmatacji, a wskaźnik odzyskania przepuszczalności dla badanego ośrodka wynosił od 18,4 do 30,4 %. Najbardziej korzystny efekt uzyskano w przypadku zastosowania kultur bakteryjnych, rozwijających się w warunkach beztlenowych. 11. Mikroorganizmy występujące w polimerowych płuczkach wiertniczych wykazały szeroki zakres tolerancji w stosunku do stężenia jonów wodorowych w badanych płynach. Bakterie rozkładające związki polimerowe, a także inne bakterie aerobowe izolowano z płynu o odczynie alkalicznym, który utrzymywany jest w warunkach obiegu płuczki wiertniczej w otworze. Stwierdzono aktywność mikroorganizmów aerobowych i anaerobowych, nawet gdy wskaźnik ph płynu wynosił 10, W badaniach efektywności działania biocydów w środowisku płuczki wiertniczej, wytypowano najbardziej skuteczny preparat antybakteryjny, którego składnikiem aktywnym jest pochodna triazyny. Preparat ten wykazał optymalne własności w zakresie ochrony wodno dyspersyjnych polimerowych płuczek wiertniczych przed niekorzystnym działaniem mikroorganizmów. 130

135 7. Literatura 1. Aitken C.M., Jones D.M., Larter S.R.: Anaerobic hydrocarbon biodegradation in deep subsurface oil reservoirs. Nature, 16; 431 (7006), 2004, Atlas R.M.: Handbook of microbiological media. Second Edition. USA, CRC Press Inc., Atlas R.M., Bartha R.: Microbial ecology. Fundamentals and applications. Third Edition. USA, The Benjamin / Cummings Publishing Comp, Inc., Baveye P. et al.: Environmental impact and mechanisms of the biological clogging of saturated soils and aquifer materials. New York, USA, Cornell University, Ithaca, Apr Beihoffer T.W. et al: Cationic polymer drilling fluid can sometimes replace oil based mud. Oil and Gas Journ., 16, Bergey s Manual of Determinative Bacteriology. USA, Ninth Ed. Williams & Wilkins Bielewicz D., Bortel E.: Polimery w technologii płuczek wiertniczych. Kraków, Uczelniane Wyd. Naukowo-Dydaktyczne AGH, Bland R.G. et al: Biodegradation and drilling fluid chemicals. Amsterdam, Procc. of the Drill. Conf. SPE/IADC Bol G.M.: The effect of varius polymers and salts on borhole and cuttings stability in water base shale drilling fluids. Dallas, USA, SPE Drilling Conf., nr 14802, Brown F.G: Microbes: The practical and environmental safe solution to production problems, enhanced production, and enhanced oil recovery. Midland, Teksas, USA, SPE Permian Basin Oil and Gas Recovery Conf., 1992, Bryant R. et al.: Biotechnology for heavy oil recovery. Beijing, China, 7th UNITAR Int. Conf. on Heavy Crude and Tar Sands, Bułatow A.I., Pieńkow A.I., Prosejklow J.M.: Sprawocznik po promywkie skważin. Moskwa, Nedra Burrel P.C. et al.: Identification, detection, and spatial resolution of Clostridium populations responsible for cellulose degradation in a methanogenic landfill leachate bioreactor. Appl. Environ. Microbiol., 70 (4), 2004, Chatterji J., Borchardt J.K.: Applications of water soluble polymers in the oil field. Journ. Petrol. Technol., Chmiel A.: Biotechnologia podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne. Warszawa, PWN Cholet H.: Well Production Practical Handbook. Paris, France, Edition TECHNIP Cieplik Z.: Procesy deterioracji środków chemicznych używanych do sporządzania i obróbki chemicznej płuczek wiertniczych. Kraków, VIII Międzynarodowa Konf. Nauk. - Techn. AGH nt.: Nowe metody i technologie w geologii naftowej, wiertnictwie, eksploatacji otworowej i gazownictwie, 1997, Conrad B., Hoang V., Polley A., Hofemeister J.: Hybrid Bacillus amyloliquefaciens X Bacillus licheniformis alpha amylases construction, properties and sequence determinants. Eur. J. Biochem. 230, 1995,

136 19. Cunningham A. B., Charaklis W.G., Abedeen F., Crawford D.: Influence of biofilm accumulation on porous media hydrodynamics. Environ. Sci. Technol. 25, Cusack F., Brown D.R., Costerton J.W., Clementz D.M.: Field and laboratory studies of microbial/fires plugging of water injection wells: mechanism, diagnosis, and removal. Journ. of Petrol. Sci. and Engin., 1, Cutter L.A., Van Schie P.M, Fletcher M.: Adhesion of anaerobic microorganisms to solid surfaces and the effect of sequential attachment on adhesion characteristics. Biofouling, 19 (1), 2003, Cypionka H.: Oxygen respiration by Desulfovibrio species. Ann. Rev. Microbiol. 54, 2000, Davenport B.: Handbook of Drilling Practices For Drilling Consultants, Engineers, Contractors, and Operators. Houston, Teksas, USA, Gulf Publishing Company Book Division Davey M.E., Geverts D., Wood W.A., Clark J.B., Jenneman G.E.: Microbial selective plugging of sandstone through stimulation of indigenous bacteria in a hypersaline oil reservoir. Geomicrobiology, 15, 1998, Dietrich F.L., Brown F.G., Zhou Z.H., Maure M.A.: Microbial EOR technology advacement: case studies of succesful projects. Denver, Colorado, USA, SPE ATCE Doeth R.N., Cook T.M.: Introduction to bacteria and their ecobiology. Baltimore, USA, University Park Press, Duggirala S., Deluca P.P.: Rheological characterization of cellulosic and alginate polymers. PDA Journ. Pharm. Scien. Technol., 50 (5), 1996, Economides M., Watters L., Dunn-Norman S.: Petroleum Well Construction. England, John Wiley and Sons Ltd Emtiazi G., Naghavi N., Bordbar A.: Biodegradation of lignocellulosic waste by Aspergillus terreus. Biodegradation, 12 (4), 2001, Enright D.P., Perricone A.C.: How synthetic organic polymers affect drilling fluids. Petroleum Engin. Int Eriksson K.E., Wood T.M.: Biodegradation of cellulose. [ w ] Biosynthesis and biodegradation of wood components. Higuchi T. (ed.). London, UK, Academic Press, 1986, Eshinimaer B.T. et al.: Physiological, biochemical, and cytological characteristics of a halotolerant and alkalitolerant methanotroph grown on methanol. Mikrobiologiia. 71 (5) Sep.- Oct., 2002, Estes J.C.: Role of water soluble polymers in oil well drilling muds. J.E. Glass (ed.) Washington, USA, American Chemical Soc., Advances in Chemistry, Series 213, 9, 1986, p Falkowicz S., Kapusta P.: Biological control of formation damage. Louisiana, USA, SPE Int. Symp. and Exhibit., nr 73792, Fardeau M.L. et al.: Isolation from oil reservoirs of novel thermophilic anaerobes phylogenetically related to Thermoanaerobacter subterraneus: reassignment of T. Subterraneus, T. yonseiensis, T. tengcongensis and Carboxydibrachium pacificum to Caldanaerobacter subterraneus gen. nov., sp. nov, comb nov as four novel subspecies. Int. Journ. Syst. Evol. Microbiol., 54 (Pt 2), 2004, Fugiel K., Geroń S., Wleklak A.: Zasady neutralizacji siarkowodoru w płuczkach wiertniczych. Nafta, 10,

137 37. Gallizia I., Vezzulli L., Fabiano M.: Evaluation of different bioremediation protocols to enhance decomposition of organic polymers in harbour sediments. Biodegradation, 16 (6), 2005, Guezennec J.: From extreme environments to biologically active exopolysaccharides. Commun. Agric. Appl. Biol. Sci., 68 (2 Pt A), 2003, Hansen T.A.: Metabolism of sulfate reducing prokaryotes. Ant. Van Leeuwenhoek, 66 (1-3), 1994, Head I.M., Jones D.M., Larter S.R.: Biological activity in the deep subsurface and the origin of heavy oil. Nature, 20; 426 (6964), 2003, Herman Z.: Wpływ płuczek wiertniczych polimerowo-solnych, potasowo-chlorkowych z polimerami kapsułującymi i Xendrillowej na zmiany przepuszczalności skał zbiornikowych w wytypowanych rejonach geologicznych Jodłówki - Przemyśla. Kraków, dokumentacja IGNiG, Hernandez M., Hernandez-Coronato M.J., Ball A.S, Arias M.E.: Degradation of alkali -lignin from solid-state fermantation of wheat straw by streptomycetes. Biodegradation, 12 (4), 2001, Hitzman D.O.: Comparison of geomicrobial prospecting methods used by various investigators. Developments in Industrial Microbiology, 2, 1961, Hitzman D.O. : Oil recovery process using aqueus microbiological drive fluids. U.S. Patent 3, 340, 930, Horikoshi K.: Aklaliphiles. Encyclopedia of Life Sciences. Nature Publishing Group Hughes T.L., Jones T.G.J., Houwen O.H.: Chemical characterization of CMC and its relationship to drilling mud rheology and fluid loss. SPE Drilling & Completion, 1993, Ingledew W.J., Kroll R.G.: Microbiology of extreme environments. In Edwards C. (ed.). New York, USA, McGraw-Hill, Kang M.K., Rhee Y.H.: Carboxymethyl cellulases active and stable at alkaline ph from alkalophilic Cephalosporium sp. RYM 202. Biotechnol. Letts., Kapusta P.: Mikrobiologiczne metody intensyfikacji eksploatacji złóż, Kraków, dokumentacja IGNiG, Kapusta P., Niewiadomska A., Turkiewicz A.: Ocena możliwości biologicznej degradacji związków polimerowych wchodzących w skład płynów wiertniczych. Kraków, dokumentacja IGNiG, Kapusta P., Niewiadomska A., Turkiewicz A.: Charakterystyka grup mikroorganizmów będących wskaźnikami występowania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego. Kraków, dokumentacja IGNiG, Kapusta P., Turkiewicz A.: Problematyka biodegradacji polimerów syntetycznych i półsyntetycznych stosowanych w technologii płuczek wiertniczych. Nafta-Gaz; 7 8, 2003, Karaskiewicz J. Badania nad zastosowaniem metod mikrobiologicznych w poszukiwaniu złóż ropy naftowej i gazu ziemnego. Katowice, Prace Instytutu Naftowego, Karaskiewicz J.: Zastosowanie metod mikrobiologicznych w intensyfikacji eksploatacji karpackich złóż ropy naftowej. Katowice, Wyd. Śląsk Karlsson J. Et al.: Homologous expression and characterization of Cel61A (EG IV) of Trichoderma reesei. Europ. Journ. Biochem, 268 (24), 2001,

138 56. Katalog Drilling Fluids and Cement Additives. Product Data Manual. Krosno, Polski Serwis Płynów Wiertniczych, Krasińska A., Raczkowski J., Steczko K.: Environmental impact assesment of drilling wastes. San Diego, California, USA, Procc. of the Int. Gas Research Conf., 1998, Ladd J.N.: Origin and range of enzymes in soil. [ w ] Soil enzymes. Burns R.G. (ed.) New York, USA, Academic Press, 1978, Lamot E., Voets J.P.: Cellulolytic activity of aerobic soil actinomycetes. Z. Allg. Mikrobiol; 19 (5), 1976, Lappan R.E., Fogler H.S.: Effect of bacterial polysaccharide production on formation damage. Soc. of Petrol. Engin., May, Lauzon R.V.: Water soluble polymers for drilling fluids. Oil and Gas Journ., 19, Lazar et al.: The use of naturally occuring selectively isolated bacteria for inhibiting paraffin deposition. Journ. Petrol. Sci Eng. 22, 1999, Lee N.E., Lima M., Woodward J.: Hydrolysis of cellulose by a mixture of Trichoderma reesei cellobiohydrolase and Aspergillus niger endoglucanase. Biochim. Biophys. Acta, 15, 1988, Leu J.Y., McGovern - Traa C.P., Porter A.J., Hamilton W.A.: The same species of sulphate reducing Desulfomicrobium occur in different oil field environments in the North Sea. Lett. Applied Microbiol., 29 (4), 1999, Li X., Gao P.: CMC liquefying enzyme, a low molecular mass initial cellulosedecomposing cellulase responsible for fragmentation from Streptomyces sp. LX. Applied Microbiol., 83 (1), 1997, Llobet-Brossa E. et al.: Community structure and activity of sulfate-reducing bacteria in an intertidal surface sediment: a multi-method approach. Aquat. Microb. Ecol., 29, 2002, Luchter A.: Petroleum prospecting by microbiology. London, Petroleum, 21, 1958, Lugauskas A., Prosychevas I., Levinskaite L., Jaskelevicius B.: Physical and chemical aspects of long - term biodeterioration of some polymers and composites. Environ. Toxicol., 19 (4), 2004, Lummus J.L., Azar J.J.: Drilling Fluids Optimization. A practical Field Approach. Tulsa, Oklahoma, USA, Penn Well Publishing Company Magot N., Olivier B., Patel B.K.: Microbiology of petroleum reservoirs. Ant. Van Leeuwenhoek, Feb Mathew R., Rao K.K.: Activity staining of endoglucanases in polyacrylamide gels. An. Biochem., 206 (1), 1992, Maurer O.: Etude de la distribution des especes soufrees et de la formation de l hydrogene sulfure dans les stockages de gaz naturel en aquifere. France, Ecole Nationale Des Ponts Et Chaussees, Mc Govern-Traa et al.: Sulphate-reducing bacteria in live reservoir core and drilling muds. World Expro M-I Drilling Fluids, Podręcznik inżynierii płuczek wiertniczych. Kraków Miller G.L.: Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Anal. Chemistry, 31, 1959,

139 76. Modderman j.p., Foley H.H.: Safety evaluation of pullulanase enzyme preparation derived from Bacillus licheniformis containing the pullulanase gene from Bacillus deramificans. Regul. Toxicol. Pharmacol., 21, 1995, Mud Technology. Materiały firmy Baroid, Houston Mularczyk A., Reinisch R.: Złoże gazu ziemnego Wierzchowice jako przyszły magazyn gazu w świetle wyników prac badawczych i projektowych. Bystre k/baligrodu, Konf. Nauk. - Techn. PGNiG nt.: Podziemne magazynowanie gazu, Nakamiya K., Kinoshita S.: Isolation of polyacrylamide degrading bacteria. Journ. of Fermentat. and Bioengin., 180 (4), 1995, Nelson E.B.: Well Cementing. Houston, Teksas, USA, Schlumberger Educational Service Nemati M. et al.: Mechanistic study of microbial control of hydrogen sulfide production in oil reservoirs. Biotechnol. Bioeng., Sep. 5, 74 (5), 2001, Nemati M., Jenneman G.E., Voordouw G.: Impact of nitrate-mediated microbial control of souring in oil reservoirs on the extent of corrosion. Biotechnol. Prog., 17 (5), 2001, Nicolaus B. et al.: Polysaccharides from extremophilic microorganisms. Orig. Life Evol. Biosph., 34 (1-2), 2004, Niewiadomska A.: Badania procesów mikrobiologicznych w PMG Swarzów i metody zapobiegania powstawaniu biologicznego H 2 S. Nafta Gaz, 11, Niewiadomska A., Turkiewicz A.: Ekspertyza stanu biochemicznego wód złożowych dla projektowanego PMG Wierzchowice. Kraków, dokumentacja IGNiG, Niewiadomska A., Turkiewicz A.: Sposób przeciwdziałania procesom powstawania biogennego H 2 S w warunkach podziemnego magazynowania gazu ziemnego, 2003, Patent nr Nnubia C., Okpokwasili G.C.: The microbiology of drill mud cuttings from a new off-shore oilfield in Nigeria. Environ. Pollut. 82, 1993, Olewicz Z.R. et al.: Próba zastosowania zdjęcia powierzchniowego i wgłębnego dla oceny perspektyw roponośności poszczególnych części wysadu Mogilna. Katowice, Prace Instytutu Naftowego Oliva J.M. et al.: On the low - lying excited states of sym - triazine - based herbicides. Chemphyschem, 6 (2), 2005, Onstott T.C. et al.: Observations pertaining to the origin and ecology of microorganisms recovered from the deep subsurface of Taylorsville Basin, Virginia. Geomicrobiology, 15, 1998, Oren A.: Anaerobic degradation of organic compounds at high salt concentration. Ant. Van Leeuwenhoek, 54 (3), 1988, Orphan V.J. et al.: Comparative analysis of methane oxidizing archea and sulphate reducing bacteria in anoxic marine sediments. Appl. Environ. Microbiol., 67 (4), 2001, Penalwa M.A., Arst H.N. Jr: Recent advances in the characterization of ambient ph regulation of gene expression in filamentous fungi and yeast. Annual Rev. Microbiol., 58, 2004, Plank J.P.: Water-based muds using synthetic polymers developed for high temperature drilling. Oil and Gas Journ., 2,

140 95. Półchłopek T. et al: Ocena przydatności syntetycznych kopolimerów w pracach wiertniczych i eksploatacyjnych. Etap I: Ocena przydatności syntetycznych polimerów do regulowania parametrów płuczek wiertniczych. Kraków, dokumentacja IGNiG, Raczkowski J.: Technologia płuczek wiertniczych. Katowice, Wyd. Śląsk Raczkowski J., Chudoba J., Półchłopek T., Suffczyński S.: Środki chemiczne zapobiegające rozkładowi biologicznemu organicznych składników płuczek wiertniczych. Nafta Gaz, 1, 1995, Raczkowski J., Chudoba J., Uliasz M., Herman Z.: Nowe rodzaje płuczek wiertniczych inhibitujące hydratację skał ilastych i ograniczające uszkodzenie skał zbiornikowych. Czarna, II Międzynarodowe Symp. polsko ukraińskie w dziedzinie przemysłu naftowego i gazowego, Raczkowski J., Półchłopek T.: Materiały i środki chemiczne do sporządzania i regulowania parametrów płuczek wiertniczych. Kraków, Prace IGNiG, nr 65, Raczkowski J., Półchłopek T.: Płuczki wiertnicze polimerowo-bentonitowe i polimerowe. Kraków, Prace IGNiG, nr 70, Raczkowski J., Półchłopek T.: Materiały i środki chemiczne do sporządzania płuczek wiertniczych. Kraków, Prace IGNiG, nr 95, Raczkowski J., Steczko K.: Ekologiczna ocena materiałów płuczkowych, płuczek i odpadów wiertniczych. Kraków, VIII Międzynarodowa Konf. Nauk. Techn. AGH nt.: Nowe metody i technologie w geologii naftowej, wiertnictwie, eksploatacji otworowej i gazownictwie, 1997, Raczkowski J., Steczko K.: Górnictwo nafty i gazu w obliczu niektórych problemów związanych z ochroną środowiska. Nafta-Gaz, 12, 2000, Raczkowski J., Turkiewicz A., Kapusta P.: Elimination of Biogenic Hydrogen Sulfide in Underground Gas Storage: A Case Study. Houston, Teksas, USA, SPE ATCE, nr 89906, Raczkowski J., Turkiewicz A, Zelba W.: Procesy mikrobiologiczne w warunkach PMG Wierzchowice. Zakopane, XIV Międzynarodowa Konf. Nauk. Techn. AGH nt.: Nowe metody i technologie w geologii naftowej, wiertnictwie, eksploatacji otworowej i gazownictwie, Retz R.H., Friedheim J., Lee L.J., Welch O.O.: An environmentally acceptable and fieldpractical, cationic polymer mud system. SPE nr 23064, Rittman B.E., Suftin J.A., Henry B.: Biodegradation and sorption properties of acrylate polymers. Biodegradation 2 (3), , Rozanova E.P. et al.: Microbiological processes in a high temperature oil field. Mikrobiologiia, 70 (1), Jan-Feb 2001, Sanyal A. et al.: Induction of carboxymethylcellulase in Macrophomina phaseolina. Praha, Folia Microbiolog., 26 (2), 1981, Sarkar A.K. et al.: Transport of bacteria in porous media. Biotechnol. and Bioengin., 44, 1994, Scholten M.C., Karman C.C., Huwer S.: Ecotoxicological risk assessment related to chemicals and pollutants in off-schore oil production. Toxicol. Lett., 15, 2000, Schumacher D., Abrams M.A., eds.: Hydrocarbon migration and its near - surface expression. AAPG Memoir, 66, 1996,

141 113. Schwarz W.H.: The cellulosome and cellulose degradation by anaerobic bacteria. Appl. Microbiol. Biotechnol., 56 (5-6), 2001, Serour E., Antranikian G.: Novel thermoactive glucoamylases from the thermoacidophilic Archea Thermoplasma acidophilum torridus and Picrophilus oshimae. Ant. Van Leeuwenhoek, Aug,; 81 (1-4), 2002, Siddiqui K.S. Saqib A.A., Rashid M.H., Rajoka M.I.: Carboxyl group modification significantly altered the kinetic properties of purified carboxymethylcellulase from Aspergillus niger. Enzyme Microb. Technol., 1, 27 (7), 2000, Skomarovsky A. et al.: Electrochemical assay of endo depolymerase activity of cellulases. Moscow, Biochemistry, 65 (10), 2000, Smith E.A., Prues S.L., Oehme F.W.: Environmental degradation of polyacrylamides. Effects of artificial environmental conditions: temperature, light and ph. Ecotoxicol. Environ. Saf., 35 (2), 1996, Smith G.A. et al.: Effects of oil and gas well drilling fluids on the biomass and community structure of microbiota that colonize sands in running sea water. Arch. Environ. Contam. Toxicol., 11 (1), 1982, Son A.J., Ballord T.M., Loftin R.E.: Temperature-stable polymeric fluid-loss reducer tolerant to high electrolyte contamination. SPE Drilling Engin Steber J., Herold C.P., Limia J.P.: Comparitive evaluation of anaerobic biodegradability of hydrocarbons and fatty derivatives currently used as drilling fluids. Chemosphere, 31, 1995, Stewart T.L., Fogler H.S.: Biomass plug development and propagation in porous media. Biotechnol. Bioeng., 5, 2001, Strauss H., Bielewicz D.: Advances in drilling fluids. Kraków, VIII Międzynarodowa Konf. Nauk.-Techn. AGH nt.: Nowe metody i technologie w geologii naftowej, wiertnictwie, eksploatacji otworowej i gazownictwie, 1997, Stryczek S., Gonet A., Rzyczniak M.: Technologia płuczek wiertniczych i zaczynów uszczelniających. Kraków, Uczelniane Wyd. Naukowo-Dydaktyczne AGH, Sunde E., Thorstenson T., Torsvik T.: Growth of bacteria on water injection additives. 65 th Conf. SPE ATCE, New Orleans, Los Angeles, USA, 1990, p Surikova O.A., Lugovskaja J.E.: Novyje napravlenija v soversenstrovanii receptur burovych rastvorov za rubieżom. Burenije, 23, Talabani A., Soran U., Hatzignatiou D.G., Chuwku G.A.: Comprehensive description and evaluation of polymers as drilling fluids. Alaska, USA, SPE Western Regional Meeting, Tardy-Jacquenod C. et al.: Desulfovibrio gabonensis sp. nov, a new moderately halophilic sulfate-reducing bacterium isolated from an oil pipepine. Int. Journ. Syst. Bacteriol., 46 (3), 1996, Tardy - Jacquenod C. et al.: Desulfotomaculum halophilum sp. nov., a halophilic sulfate reducing bacterium isolated from oil production facilities. Int. Journ. Syst. Bacteriology. 48 Pt 2, 1998, Terzaghi C. et al.: Physical - chemical and ecotoxicological evaluation of water based drilling fluids used in Italian off shore. Chemosphere, 37 (14-15), 1998, The Hydrogen Sulfide Technical Manual. Safety Technology and Oilfield Protectors, Inc. Louisiana

142 131. Thomas D.C.: Thermal stability of starch and carboxymethyl cellulose polymers used in drilling fluids. SPE nr 8463, Tjon R. et al.: Biotechnological treatment removes xantan based skin damage. SPE nr 38162, Tomme P. et al.: Characterization of CenC, an enzyme from Cellulomanas fimi both endo- and exoglucanase activities. Journ. Bacteriol., 178 (14), 1996, Tucker J., Hitzman D.: Detailed microbial surveys help improve reservoir characterization. Oil and Gas J., 6, 1994, Turkiewicz A.: Zagrożenia mikrobiologiczne w środowisku złożowym podziemnych magazynów gazu. III Konf. Nauk. Politechniki Łódzkiej nt.: Rozkład i korozja mikrobiologiczna materiałów technicznych. Łódź, 2003, Uliasz M. et al.: Zastosowanie preparatów skrobiowych do regulowania parametrów płuczek wiertniczych pod kątem wyeliminowania toksycznych składników chemicznych. Kraków, dokumentacja IGNiG, Uliasz M. et al: Opracowanie receptur płuczek wiertniczych z zastosowaniem nowych modyfikowanych środków skrobiowych. Kraków, dokumentacja IGNiG, Van Hamme J.D., Singh A., Ward O.P.: Recent advances in petroleum microbiology. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 67 (4), 2003, Van Hamme J.D., Ward O.P.: Physical and metabolic interactions of Pseudomonas sp. strain JA5 - B45 and Rhodococcus sp. strain F9 - D79 during growth on crude oil and effect of a chemical surfactant on them. Appl. Environ. Microbiol., 67 (10), 2001, Waleńczak Z.: Geochemia organiczna. Warszawa, Wyd. Geologiczne Wanderley K.J., Torres F.A., Moraes L.M., Ulhoa C.J.: Biochemical characterization of alpha-amylase from the yeast Cryptococcus flavus. FEMS Microbiol. Lett., 16; 213 (2), 2004, Warren R.A.: Microbial hydrolysis of polysaccharides. Ann. Rev. Microbiol., 50, 1996, Wilhelms A. et al.: Biodegradation of oil in uplifted basins prevented by deep-burial sterylization. Nature, 28; 411 (6841), 2001, Wirick M.G.: Anaerobic biodegradation of carboxymethylcellulose. Journ. Water Pollut. Control Fed., 46 (3), 1974, World Oil s Fluids 97 Classification of fluid systems. World Oil, Jun Yakimov M.M., Timmis K.N., Wray V., Fredrickson H.L.: Characterization of a new lipopeptide surfactant produced by thermotolerant and halotolerant subsurface Bacillus licheniformis BAS50. Appl. Environ. Microbiol.; 61 (5), 1995, Zhou S., Ingram L.O.: Synergistic hydrolysis of carboxymethyl cellulose and acidswollen cellulose by two endoglucanases (CelZ and CelY) from Erwinia chrysanthemi. Journ. Bacteriol., Oct, 182 (20), 2000,

143 Fot. 12. Wiercenie na obszarze złoża Barnówko-Mostno-Buszewo. W rejonie złoża BMB przeprowadzono kilka serii badań mikrobiologicznych płuczek wiertniczych i wód bazowych. 139