专利名称：紫外光处理方法和系统的制作方法
紫外光处理方法和系统相关申请的交叉引用本发明涉及要求美国申请序列号12/683，337的优先权的PCT申请，该美国申请的全部公开内容通过引用并入本文。背景本发明涉及消灭在用于地下井处理的 流体中发现的微生物的方法，更具体而言，本发明涉及紫外(UV)光与衰减剂(attenuating agent)结合使用以对抗用于这种井处理的流体中的生物污染。在井液中存在包括细菌、藻类等的微生物，可导致生产层的污染，这是不期望的。除非另作说明，本文所用的术语微生物指的是活体微生物。例如，在油和/或气生产层中存在厌氧细菌(例如，硫酸盐还原菌(SRB))可引起各种问题，包括产生污泥或粘泥，其可降低地层的孔隙率。另外，SRB产生硫化氢，其即便少量也可能有问题。例如，在生产的油或气中存在硫化氢可引起对金属管材和地面设备的过度腐蚀，需要在销售前将硫化氢从气体中去除。此外，在稠化的处理液中存在微生物可通过降解稠化聚合物改变流体的物理性质，导致粘性下降、流体产率可能显著减少以及负经济回报。由于在用于流体的基液中初始存在污染物，或由于回收/再利用井液用作处理液的基液或作为处理液本身，微生物可能存在于井液中。在任一情况下，水可被过多的微生物污染。在回收类型的情况中，微生物可能更难消灭。杀生物剂常用于抵抗生物污染。如本文所用的术语“生物污染(biologicalcontamination) ”可以指任何在用于井处理的流体中发现的活体微生物和/或活体微生物的副产物。对于井筒使用，常用的杀生物剂是任意的各种商业可得的杀生物剂，其经接触消灭微生物，并且其与使用的流体和地层的组分相容。为了使杀生物剂相容并有效，其应当稳定，并且优选地，其不应与流体或地层的组分反应或产生不利的影响。井筒处理液中杀生物剂的不相容性可能是个问题，导致流体不稳定和潜在失效。杀生物剂可以包括季铵化合物、氯、次氯酸盐溶液，以及如二氯-S-三嗪三酮的化合物。一个可以用于地下应用的杀生物剂实例是戊二醛。因为杀生物剂意欲消灭活的有机体，所以许多杀生物产品对人类健康和福利造成重大风险。在一些情况下，这是由于杀生物剂的高反应性。因此，它们的使用是严格管制的。另外，当操作杀生物剂时建议非常谨慎，并且应当使用合适的防护服和设备。杀生物剂的存储也可能是一个重要的考虑因素。高强度紫外(UV)光已经用于消灭水性液体中的细菌。UV光消灭流体中微生物的速度是各种因素的函数，包括但不限于微生物经受的曝光时间和通量(即强度)。例如，在流动通过细胞类型的实施方式中，与常规的UV光处理系统有关的问题是UV光不充分穿透不透明的流体可能导致不充分的消灭。此外，在这种情况下，为了实现最佳的结果，期望保持以足够的通量尽可能长时间曝露于UV光以最大化穿透的程度，以便可以增加通过UV光处理产生的杀生物效果。另一个挑战是流体的浊度。如本文所用的术语“浊度”是由各个微粒(例如，悬浮固体)和其它一般肉眼可能看不到的影响因素造成的处理液的不透明性或浑浊性。浊度的测量是水质的关键检验。部分消灭细菌导致重新出现如上所述的在地层中高度不期望的污染。概述本发明涉及消灭在用于地下井处理的流体中发现的微生物的方法，更具体而言，本发明涉及紫外(UV)光与衰减剂结合使用以对抗用于这种井处理的流体中的生物污染。在一个方面，本发明提供了一种方法，包括提供处理液，该处理液由于在处理液中存在至少多个微生物而具有第一微生物数；将衰减剂加入处理液；将处理液放置在包含UV光源的UV光处理系统中以便衰减剂产生多个自由基；允许自由基与处理液中的微生物相互作用以便将处理液的微生物数减少到第二微生物数；以及将具有第二微生物数的处理 液放置到地层中。在一个方面，本发明提供了一种方法，包括提供处理液，该处理液由于在处理液中存在至少多个微生物而具有第一微生物数；将衰减剂加入处理液；将处理液放置在包含UV光源的UV光处理系统中以便衰减剂产生多个自由基；以及允许自由基与处理液中的微生物相互作用以便将处理液的微生物数减少到第二微生物数。在一个方面，本发明提供了一种方法，包括提供处理液，该处理液由于在处理液中存在至少多个微生物而具有第一微生物数；将衰减剂和化学杀生物剂加入处理液；将处理液放置在包含UV光源的UV光处理系统中以便衰减剂产生多个自由基；允许自由基和化学杀生物剂与处理液中的微生物相互作用以便将处理液的微生物数减少到第二微生物数；以及将具有第二微生物一纳米级氧化猛一数的处理液放置到地层中。本发明的特征和优势对本领域技术人员而言将是显而易见的。虽然本领域技术人员可以进行众多改变，但这种改变在该发明的范围内。附图
简述这些附解说明本发明一些实施方式的某些方面，并且不应被用于限制或限定本发明。图I图解说明可以与本发明的一个实施方式结合使用的系统的示意图。虽然对本发明可进行各种修改和可选形式，但其特定的示范性实施方式已经以实例的方式在图中显示并且在本文中进行了详细描述。然而应当明白，本文中特定实施方式的描述并非意欲将本发明限于公开的具体形式，而是相反，本发明涵盖落在由所附权利要求限定的发明范围内的所有修改、等价物和替代方案。优选实施方式的描述本发明涉及消灭在用于地下井处理的流体中发现的微生物的方法，更具体而言，涉及紫外(UV)光与衰减剂结合使用以对抗用于这种井处理的流体中的生物污染。如本文所用的术语“衰减剂(attenuating agent) ”指的是UV感光光引发剂(UV sensitvephotoinitiator)化合物,其不稳定并且在暴露于UV光时分解以形成可消灭微生物的自由基。在本发明的众多潜在优势之中，是在不依赖于杀生物剂一其自身可产生一系列复杂化情况——的情况下对抗井液中生物污染的能力。较重要益处之一可以是，在某些实施方式中，可以实现近乎完全消灭井处理液中的细菌和微生物。本发明的UV光流体处理系统可以具有比常规系统高得多的杀生物效果，并且可实现更深的穿透流体以及更彻底的消灭在其中发现的生物污染。这可允许在油田操作中回收和再利用流体。另外，根据目前的(在提交时)环境法律和法规，该系统很少或不存在化学问题。在一些实施方式中，特别是与典型的UV光流体处理系统相比，这些系统可以允许对高通量UV光源或增加曝光的需求降低。本发明益处之一是可以仔细地选择处理的时机以最佳地适合期望用途。为了引发处理，衰减剂应当暴露于UV光源以利于自由基的释放。另一个益处可以是自由基引发剂在被UV光源激发之前可以是不杀生物的，因此其可以在流体中保持直至出现污染，继而被激活以控制细菌增长。这种通过UV光与自由基形成材料的反应延迟杀生物剂的产生允许受控制地放置流体，并且减轻了通常与使用常规化学杀生物剂有关的操作和曝光问题。本发明的衰减剂可以与UV光源 结合使用以降低对高功率UV光的长时间和重复曝光的需要。衰减剂被认为有效地延长了 UV光的作用及其与微生物的反应。很好理解，当光引发剂暴露于UV光源时，即便在低水平，其光异构化释放自由基。自由基可随后起作用以分解流体内的微生物(例如，细菌膜)。另外，应当至少在很多实施方式中通过基于溶解性、反应性和自由基半衰期选择合适的自由基形成材料来实现较久的杀生物活动。此外，本发明的UV光流体处理系统应当有效地产生长效的自由基以便即使在处理之后，也可在用于井处理的流体中刺激杀生物活动，因此持续消灭细菌和去除污染，以恢复地层中的生产。在一个实施方式中，本发明包括一种方法，包括提供处理液，该处理液由于在处理液中存在至少多个微生物而具有第一微生物数；将衰减剂加入处理液；将处理液放置在包含UV光源的UV光处理系统中；允许从衰减剂产生多个自由基；允许自由基与处理液中的微生物相互作用以便将处理液的微生物数减少到第二微生物数；以及将具有第二微生物数的处理液放置到地层中。在一些实施方式中，第一微生物数是IOltl个细菌/mL，第二微生物数可以是第一微生物数的log5减小。可以将本发明的衰减剂引入任何适合于选择操作的合适的处理液中。本发明的组合物和方法可以用于任何地下处理液。合适的处理液的实例包括任何已知的地下处理液，包括大体积的那些(例如，钻孔液和压裂液)，以及较小体积的那些(例如，丸剂(pills))。适当处理液的类型的非限制性实例包括但不限于水基流体、盐水、泡沫、气体及其组合物(比如乳状液)。本发明合适的处理液可以包括原始液(例如，先前未在地下操作中使用过的那些)和/或回收液。原始液可以包含直接来自池塘或其它天然源头的水。回收液可以包括已在先前的地下操作中使用过的那些，比如但不限于产出水和回流水。在某些实施方式中，原始液可被过多的微生物污染，具有大约IO3至大约103°个细菌/mL范围内的初始微生物数。在一些实施方式中，可能很普遍是101°个细菌/mL或更多。由于先前已经在地层中使用过或现场储存在受污染的槽(tank)或坑(pit)中，回收液可同样被污染。回收液可以具有相同范围的第一微生物数，但其可能具有不同的细菌污染，因为其可能包括比通常存在于原始液中的那些更难被消灭的不同细菌。适用于本发明的流体和方法的衰减剂包括有机和无机衰减剂。当决定是否使用特定类型的衰减剂时，衰减剂的溶解性和/或分散性(dispersability)可以是一个考虑因素。一些试剂可以被改进以具有期望程度的溶解性和/或分散性。成本和环境考虑因素也对决定使用何种衰减剂起到作用。另外，用于本发明的方法的方法也可以是一个因素。例如，一些方法可能需要较不溶的试剂，而其它的可能更取决于试剂在处理液中的溶解性。用于任何具体实施方式
的具体衰减剂取决于期望的特定自由基及与该自由基有关的性质。一些在决定使用何种衰减剂时可能考虑的因素包括但不限于，产生的自由基的稳定性、持久性和反应性。期望的稳定性也取决于污染存在的量，以及自由基与流体组分的相容性。为了选择正确的衰减剂用于处理，应当平衡稳定性、反应性和不相容性问题。受益于本公开内容的本领域技术人员将能够基于这些问题选择适当的衰减剂。适用于本发明的有机衰减剂包括但不限于一种或多种水溶性光引发剂，其响应UV光经受单分子键开裂并释放自由基。在合适的条件并适当曝露于UV光下，本发明的衰减剂将产生自由基，比如在下面方案I的实例中。
权利要求
1.一种方法，包括提供处理液，所述处理液由于在所述处理液中存在至少多个微生物而具有第一微生物数；将衰减剂加入所述处理液；将所述处理液放置在包含UV光源的UV光处理系统中，以便所述衰减剂产生多个自由基；以及允许所述自由基与所述处理液中的微生物相互作用，以便将所述处理液的微生物数减少到第二微生物数。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述处理液是钻孔液、压裂液、丸剂、水性基液、盐水或泡沫液。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中 所述处理液包括原始液或回收液。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述第一微生物数在大约IO3至大约103°个细菌/mL的范围内。
5.根据任何上述权利要求所述的方法，其中所述第二微生物数是所述第一微生物数的Iog5减少。
6.根据任何上述权利要求所述的方法，其中所述衰减剂是选自以下的有机衰减剂苯乙酮、苯基·乙基酮、二苯酮、咕吨酮、噻吨酮、芴酮、苯甲醛、蒽醌、咔唑、硫靛染料、氧化膦、酮、苯偶姻醚、苯偶酰酮、α-二烷氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-氨烷基苯酮、酰基氧化膦、二苯酮、苯并胺、噻吨酮、硫代胺、其任何组合物及其任何衍生物。
7.根据权利要求I至6中任意一项所述的方法，其中所述衰减剂是选自以下的无机衰减剂纳米级二氧化钛、纳米级氧化铁、纳米级氧化钴、纳米级氧化铬、纳米级氧化镁、纳米级氧化铝、纳米级氧化铜、纳米级氧化锌、纳米级氧化锰、其任何组合物及其任何衍生物。
8.根据任何上述权利要求所述的方法，其中所述UV光处理系统包括在大约250nm至大约500nm波长范围内的UV光。
9.根据任何上述权利要求所述的方法，其中所述UV光处理系统包括UV灯泡，并且至少一部分所述衰减剂是放置在所述灯泡至少一部分上的无机衰减剂。
10.根据任何上述权利要求所述的方法，其中在所述处理液中的衰减剂的浓度达到所述处理液的按重量计约5%。
11.根据任何上述权利要求所述的方法，其中所述处理液包括选自以下的添加剂胶凝剂、凝胶稳定剂、盐、pH-调节剂、缓蚀剂、分散剂、絮凝剂、酸、起泡剂、防沫剂、H2S清除剂、润滑剂、微粒、桥键形成剂、增重剂、防垢剂、杀生物剂、减摩剂、其任何组合物及其任何衍生物。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述添加剂是化学杀生物剂，并且允许所述自由基与所述处理液中的微生物相互作用以便将所述处理液的微生物数减少到第二微生物数的步骤包括允许所述自由基和所述化学杀生物剂与所述处理液中的微生物相互作用以便将所述处理液的微生物数减少到第二微生物数。
13.根据任何上述权利要求所述的方法，进一步包括将具有所述第二微生物数的所述处理液放入贮藏容器用于以后再利用。
14.根据权利要求I至12中任意一项所述的方法，进一步包括将所述处理液放入地层中。
全文摘要
在本发明提供的众多方法中，提供的一种是这样的方法，其包括提供处理液，该处理液由于在处理液中存在至少多个微生物而具有第一微生物数；将衰减剂加入处理液；将处理液放置在包含UV光源的UV光处理系统中以便衰减剂产生多个自由基；允许自由基与处理液中的微生物相互作用以便将处理液的微生物数减少到第二微生物数；以及将具有第二微生物数的处理液放入地层中。
文档编号C02F1/32GK102741171SQ201180005499
公开日2012年10月17日 申请日期2011年1月5日 优先权日2010年1月6日
发明者J·A·哈格斯特拉姆, J·D·韦弗 申请人:哈利伯顿能源服务公司