控制混合相体系内微生物的活性和生长的制作方法
【专利说明】控制混合相体系内微生物的活性和生长
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2013年7月22日提交的标题为控制混合相体系内微生物的活性和生长的美国专利申请61/857，061的优先权权益，其全部内容在本文中通过参考引入。
发明领域
[0003]本发明的技术一般地涉及将稀土氧化物化合物的悬浮液注入到含有磷酸盐浓度的混合相体系内。更具体地，本发明的技术提供稀土氧化物化合物使得磷酸盐对于微生物吸收永久不可获得的用途，以便控制微生物活性和生长，进而减少非所需的微生物过程，例如微生物影响的腐蚀(MIC)和储层酸败(souring)。
【背景技术】
[0004]这一部分拟引入现有技术的各方面，它可与本发明技术的例举实施方案有关。认为本说明书辅助提供框架以促进本发明技术的特定方面的更好理解。因此，应当理解，应当鉴于此来阅读这一部分，且不一定视为承认是现有技术。
[0005]由储层井(reservoir well)生产经有时与之一起携带伴随生产的非经气体。在某些情况下，这种气体可包括硫化氢(H2S)。H2S可天然存在或者可能是微生物活性的结果，所述微生物活性例如由注入水以供二次采油而引发。后一过程称为储层酸败。取决于储层酸败的水平(即在储层内的H2S量)，可招致生产设备所使用的材料内显著的腐蚀问题和显著增加的成本。在安全体系要求上也招致额外的成本来处理H2S的存在。对于单一碳钢离岸(offshore)生产设施来说，估计额外的成本以适应(accommodate)储层酸败可能总计$500，000, 000 USD，且递增的成本在地下和表面材料之间大致均匀地分担。
[0006]储层酸败的主要机理是微生物转化硫酸盐，亚硫酸盐，硫和硫代硫酸盐成H2S，这由特定组的微生物引起。具体地，这包括在微生物，例如硫酸盐还原(或硫还原)细菌(SRB)或硫酸盐还原古细菌(SRA)内的生物反应。本文中所使用的术语SRB包括SRB，SRA或二者。在与油有机物例如挥发性脂肪酸(VFA)的氧化耦合的反应中，可使用SRB将部分氧化的硫化合物(例如硫酸盐)还原成H2S，于是微量营养素，例如磷酸盐(P043 )的存在可能是微生物活性与生长必不可少的。因此，假设磷酸盐是生物过程的重要分子，若得不到磷酸，则不存在微生物生长以促进H2S的形成。
[0007]近年来开发了各种方法减少源于生物的酸败(即微生物活性)。例如，用一些杀生物剂处理注入的水可以有效地杀灭浮游生物微生物。硫酸盐的去除也可有效地最小化储层酸败。然而，硫酸盐的去除单元的成本高且显著增加离岸装置的重量。还提出了借助膜过滤，去除磷酸盐，以限制与海水一起注入的磷酸盐。提出了高氯酸盐作为抑制SRB和/或SRA并通过生物氧化辅助去除H2S的有效材料。另外，注入硝酸盐已经用作另一减少的策略。注入硝酸盐刺激硝酸盐还原细菌的生长，超越(outcompete) SRB和/或SRA以限制营养素，因此导致最终在水性环境内抑制H2S产生。
[0008]由微生物引起的显著腐蚀问题的另一来源包括微生物腐蚀。在混合相体系，例如烃管线内微生物腐蚀来自于亚铁结构与各种环境微生物，其中包括，但不限于SRB—起直接菌落化。通过直接的金属-微生物相互作用，以及在其他络合物腐蚀中，例如通过排泄聚合的有机物质，微生物腐蚀亚铁和另一金属结构。微生物腐蚀在油气工业中是严重的问题，且在酸败和非-酸败的环境等中出现。尽管微生物腐蚀不同于源于生物的H2S的腐蚀效果，但作为原因的(responsible)微生物腐蚀生物膜除了其他营养素以外，还要求磷酸盐营养素，以便促进腐蚀作用。
[0009]正如前面储层酸败所暗示的，磷酸盐的去除代表减少微生物腐蚀的新型概念。另夕卜，在油气生产中减少微生物腐蚀常常尝试与管线常规的杀生物剂处理和/或规则的用清管器清理操作一起。
[0010]Burba, III等人的美国专利申请公布N0.2009/0107919描述了用含有不溶性稀土化合物的聚集体(aggregate)组合物处理含有化学污染物的水溶液。该水溶液与聚集体组合物之间的接触除去和/或解毒化学污染物，得到贫化学污染物的水溶液。
[0011]Semiat等人的美国专利申请公布N0.2010/0243571描述了使被磷酸盐污染物污染的水性流体穿过吸附剂材料，得到从磷酸盐中纯化的水性流体。进一步地，被磷酸盐污染物污染的水性流体可用吸附剂材料处理，得到纯化的吸附剂材料，纯化的磷酸盐溶液和纯化的水。
[0012]Gerber C.Lukas,作为抗微生物策略的磷酸盐饥饿:氧化镧纳料颗粒的受控毒性，48 CHEM.C0MMUN.3869-3871 (2012)描述了使用氧化镧纳米颗粒作为抗微生物策略以供除去磷酸盐。Gerber研究了通过从微生物生长介质中积极地去除磷酸盐，氧化镧纳米颗粒灭菌隔室的能力，最终导致微生物死亡。Gerber研究的微生物包括细菌，真菌和藻类物种，其中包括大肠杆菌(Escherichia coli)，肉葡萄球菌(Staphylococcus carnosus)，娄地青霉菌(Penicillium roqueforti)和普通小球藻(Chlorella vulgaris)。
[0013]以上描述的所有技术提供水溶液内较低的磷酸盐水平。然而，清楚地需要从由有机相材料和无机相材料二者组成的混合相体系中去除磷酸盐浓度的方法。
[0014]发明概述
[0015]例举的实施方案提供控制混合相体系内微生物活性与生长的方法。该方法包括提供稀土化合物并将该稀土化合物注入到混合相体系内，其中该稀土化合物与磷酸盐在水相内结合以吸附磷酸盐。该稀土化合物可与混合相体系分离。
[0016]该混合相体系可包括有机相和无机相。进一步地，稀土化合物可以与水溶液混合以形成悬浮液，之后注入到混合相体系内。可在注入到混合相体系内之前，在混合罐内混合该悬浮液。进料系统可用于注入悬浮液。进一步地，可使用栗来共混该悬浮液与混合相体系Ο
[0017]在混合罐内的悬浮液可流经注入管线并进入到含有混合相材料的管状结构内。稀土化合物可以直接结合到水相内的磷酸盐上。水相然后可基本上去除了磷酸盐。有机相和无机相可流入到旋风分离器内，以生产可基本上包括有机相的上溢物(overflow)和可基本上包括无机相的下溢物(underflow)。在悬浮液流入到旋风分离器内之后，在该悬浮液内的稀土化合物可被循环以供再利用。
[0018]另一个例举的实施方案提供在烃生产期间控制微生物活性和生长的方法。该方法包括在地层内完成探井以接近储层，其中该储层包括混合相材料，该混合相材料包括在水相内的磷酸盐。稀土化合物可注入到探井内，其中该稀土化合物流入到混合相材料内并与水相内的磷酸盐结合。该方法包括从探井中去除混合相材料，从混合相材料中分离含烃材料，和将含烃材料与稀土化合物分离。
[0019]稀土化合物可以是具有多孔结构的颗粒形式且包括氧化镧颗粒。进一步地，氧化镧颗粒的浓度范围可以是约lppm至约lOOOppm。所采用的氧化镧纳米颗粒的浓度可以考虑在待处理的体系内磷酸盐的负载。在天然和工程化水性环境内的磷酸盐浓度可以变化。因此，在本发明的一些实施方案中，可使用浓度低于约5ppm的氧化镧纳米颗粒。在其他情况下，可采用约20-约200ppm或约50ppm_约200ppm的范围。可存在本发明的一些实施方案，其中对于有效的微生物控制来说，期望大于约200并小于约lOOOppm，或者大于约500ppm并小于约lOOOppm氧化镧纳米颗粒剂量。稀土化合物可包括氧化铺，氧化乾，或氧化IL。可吸附磷酸盐的任何化合物可被注入到储层内。
[0020]另一例举的实施方案提供抑制细菌生长的系统。该系统可包括在水相内具有磷酸盐的混合相体系和在含水混合物内的稀土化合物，以形成稀土悬浮液。该系统可包括将稀土悬浮液注入到混合相体系内以吸附水相内磷酸盐的注入系统，和将稀土悬浮液与混合相体系分离的分离系统。
[0021]该混合相体系可包括有机相和无机相，其中有机相包括烃，该烃包括油类或气体或二者。无机相包括水溶液。此外，混合相体系可以容纳在管状结构内且包括浓度范围为约0.0lppm-约lOppm或约0.0lppm-约lppm的磷酸盐。稀土化合物可包括浓度范围为约lppm-约lOOOppm或约50ppm_约200ppm的氧化镧(La203)。在本发明的一些实施方案中，可使用低于约5ppm的氧化镧纳米颗粒。在其他情况下，可采用约20-约200ppm的范围。可存在本发明的一些实施方案中，其中对于有效的微生物控制，期望大于约200或大于约500ppm氧化镧纳米颗粒的剂量。进一步地，在注入到混合相体系内之前在混合罐中混合稀土悬浮液，并从混合罐经注入管线栗送到混合相体系内。在储层提取工艺或水力压裂工艺中，可将稀土悬浮液注入到混合相体系的流动物流内。该混合相体系在吸附之后可以基本上不含磷酸盐，且在吸附之后磷酸盐的残留量范围可以是约0.0OOlppm-约(λ Olppm或约
0.0OOlppm-约0.00