СПОСОБ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ БИОЛОГИЧЕСКОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЕКУЧИХ СРЕД, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОДЗЕМНЫХ СКВАЖИН Российский патент 2014 года по МПК C02F1/32 C02F1/50 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Настоящее изобретение связано с заявкой PCT, по которой испрашивается приоритет на основании заявки на патент США серийный №12/683337, полное раскрытие которой включено в настоящий документ ссылкой.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к способам уничтожения микроорганизмов, обнаруженных в текучих средах, используемых для обработки подземных скважин, а более конкретно к применению ультрафиолетового (УФ) излучения в сочетании со средством, снижающим вирулентность микроорганизмов, для борьбы с биологическим загрязнением в текучих средах для использования при такой обработке скважин.

Присутствие микроорганизмов, включая бактерии, водоросли и тому подобное, в текучих средах скважин может приводить к загрязнению продуктивного пласта, которое является нежелательным. Термин микроорганизм, используемый в настоящем документе, относится к живым микроорганизмам, если не утверждается иное. Например, присутствие анаэробных бактерий (например, сульфатвосстанавливающих бактерий ("SRB")) в продуктивном нефтяном PI/или газовом пласте может вызывать ряд проблем, включая образование осадка или шлама, которые могут приводить к уменьшению пористости пласта. В дополнение к этому, бактерии SRB производят сероводород, который может быть проблематичным даже в малых количествах. Например, присутствие сероводорода в добываемых нефти и газе может вызывать избыточную коррозию в металлических трубчатых изделиях и наземном оборудовании, а также необходимость удаления сероводорода из газа до продажи. В дополнение к этому, присутствие микроорганизмов в загущенной текучей среде для обработки может изменять физические свойства текучих сред посредством разложения полимера, повышающего вязкость, приводя к снижению вязкости, возможному значительному уменьшению эффективности текучей среды и отрицательным экономическим последствиям.

Микроорганизмы могут присутствовать в текучих средах скважин в результате загрязнений, которые изначально присутствуют в базовой текучей среде, которую используют в составе текучей среды, или в результате рециркулирования/повторного использования текучей среды скважины, которую используют в качестве базовой текучей среды в составе текучей среды для обработки или в качестве самой текучей среды для обработки. В любом случае вода может загрязняться избытком микроорганизмов. В схемах с рециркуляцией уничтожение микроорганизмов может быть более сложным.

Биоциды широко используют для противодействия биологическому загрязнению. Термин "биологическое загрязнение", используемый в настоящем документе, может относиться к любому живому микроорганизму и/или побочному продукту живого микроорганизма, обнаруженному в текучих средах, используемых при обработке скважин. Широко используемые для применения в стволах скважин биоциды представляют собой любые разнообразные коммерчески доступные биоциды, которые уничтожают микроорганизмы при контакте и которые совместимы с используемыми текучими средами и компонентами пласта. Для того чтобы биоцид был совместимым и эффективным, он должен быть стабильным, и, предпочтительно, не должен взаимодействовать с компонентами текучей среды или пласта или отрицательно влиять на них. Несовместимость биоцида в текучей среде для обработки ствола скважины может представлять собой проблему, приводя к нестабильности текучей среды и потенциальной потере свойств. Биоциды могут содержать соединения четвертичного аммония, хлор, растворы гипохлорита и соединения, подобные дихлор-S-триазинтриону натрия. Пример биоцида, который можно использовать для подземных вариантов применения, представляет собой глутаровый альдегид.

Поскольку биоциды предназначены для уничтожения живых организмов, многие биоцидные продукты создают значительные риски для здоровья и благополучия людей. В некоторых случаях это обусловлено высокой реакционной способностью биоцидов. В результате их использование строго регламентируется. Кроме того, рекомендуется большая осторожность при обращении с биоцидами, а также следует использовать соответствующую защитную одежду и оборудование. Хранение биоцидов также может представлять собой важную тему для рассмотрения.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение высокой интенсивности использовали для уничтожения бактерий в водосодержащих жидкостях. Степень, в которой УФ излучение уничтожает микроорганизмы в текучей среде, является функцией различных факторов, включая время экспонирования и поток излучения (то есть интенсивность), воздействию которого подвергаются микроорганизмы, но не ограничиваясь данными факторами. Например, проблема, связанная с обычными системами обработки УФ излучением, при протекании среды через элемент конструкции типа ячейки заключается в том, что недостаточное проникновение УФ излучения в мутную текучую среду может приводить к неудовлетворительному уничтожению. В дополнение к этому, для достижения оптимальных результатов в таких ситуациях желательно сохранять воздействие УФ излучения при достаточном потоке излучения в течение возможно более длительного периода времени для доведения до максимума степени проникновения с тем, чтобы можно было усилить биоцидный эффект, вызываемый обработкой УФ излучением. Другой проблемой является оптическая мутность текучей среды. «Оптическая мутность», в том значении, как этот термин используется в настоящем документе, представляет собой помутнение или замутненность текучей среды для обработки, вызываемую отдельными частицами (например, суспендированными твердыми продуктами) и другими соответствующими факторами, которые в большинстве случаев могут быть невидимыми для невооруженного глаза. Измерение оптической мутности представляет собой ключевое испытание на качество воды. Частичное уничтожение бактерий приводит к повторному появлению загрязнения, которое является в высшей степени нежелательным в подземном пласте, как обсуждалось выше.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к способам уничтожения микроорганизмов, обнаруженных в текучих средах, используемых для обработки подземных скважин, а более конкретно к использованию УФ излучения в сочетании со средством, снижающим вирулентность микроорганизмов, для борьбы с биологическим загрязнением в текучих средах для использования при таких обработках скважин.

В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу, включающему следующее: получают текучую среду для обработки, характеризующуюся первой численностью микроорганизмов в результате присутствия, по меньшей мере, множества микроорганизмов в текучей среде; к текучей среде для обработки добавляют средство, снижающее вирулентность микроорганизмов; текучую среду для обработки помещают в систему обработки УФ излучением, имеющую в своем составе источник УФ излучения, с тем, чтобы образовывалось множество свободных радикалов при помощи средства, снижающего вирулентность микроорганизмов; обеспечивают возможность взаимодействия свободных радикалов с микроорганизмами в текучей среде с целью уменьшения численности микроорганизмов в текучей среде для обработки до второй численности микроорганизмов; и размещают текучую среду для обработки, характеризующуюся второй численностью микроорганизмов, в подземном пласте.

В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу, включающему следующее: получают текучую среду для обработки, характеризующуюся первой численностью микроорганизмов в результате присутствия, по меньшей мере, множества микроорганизмов в текучей среде; к текучей среде для обработки добавляют средство, снижающее вирулентность микроорганизмов; текучую среду для обработки помещают в систему обработки УФ излучением, имеющую в своем составе источник УФ излучения, с целью формирования множества свободных радикалов при помощи средства, снижающего вирулентность микроорганизмов; и обеспечивают возможность взаимодействия свободных радикалов с микроорганизмами в текучей среде с целью уменьшения численности микроорганизмов в текучей среде для обработки до второй численности микроорганизмов.

В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу, включающему следующее: получают текучую среду для обработки, характеризующуюся первой численностью микроорганизмов в результате присутствия, по меньшей мере, множества микроорганизмов в текучей среде; к текучей среде для обработки добавляют средство, снижающее вирулентность микроорганизмов, и химический биоцид; текучую среду для обработки помещают в систему обработки УФ излучением, имеющую в своем составе источник УФ излучения, с тем, чтобы формировалось множество свободных радикалов при помощи средства, снижающего вирулентность микроорганизмов; обеспечивают возможность взаимодействия свободных радикалов и химического биоцида с микроорганизмами в текучей среде с целью уменьшения численности микроорганизмов в текучей среде для обработки до второй численности микроорганизмов; и размещают текучую среду для обработки, имеющую вторую численность микроорганизмов и наноразмерный оксид марганца, в подземном пласте.

Признаки и преимущества настоящего изобретения станут явно очевидными для специалиста в данной области техники. Хотя специалистом в данной области техники могут быть осуществлены многочисленные изменения, такие изменения находятся в пределах объема настоящего изобретения.

Краткое описание чертежа

На фиг. 1 продемонстрированы определенные аспекты некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения, и они не должны использоваться для ограничения или определения настоящего изобретения.

На фигуре 1 проиллюстрирована принципиальная схема системы, которую можно использовать в сопряжении с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Хотя настоящее изобретение является доступным для различных модификаций и альтернативных форм, конкретный пример его осуществления показан в качестве примера на фиг. 1 и подробно описан в настоящем документе. Однако следует понимать, что описание в настоящем документе конкретных вариантов осуществления не предназначено для ограничения настоящего изобретения конкретной раскрытой формой, а наоборот, изобретение должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в пределы объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящее изобретение относится к способам уничтожения микроорганизмов, обнаруженных в текучих средах, используемых для обработки подземных скважин, а более конкретно к использованию УФ излучения в сочетании со средством, снижающим вирулентность микроорганизмов, для борьбы с биологическим загрязнением в текучих средах для использования при таких обработках скважин. Термин «средство, снижающее вирулентность микроорганизмов», используемый в настоящем документе, относится к соединениям УФ-чувствительных фотоинициаторов, которые являются лабильными и разлагаются под воздействием УФ излучения с образованием свободных радикалов, которые могут уничтожать микроорганизмы.

Среди многих потенциальных преимуществ настоящего изобретения имеется способность противодействовать биологическому загрязнению в текучих средах скважин, не основываясь на биоцидах, которые могут вносить свой собственный набор осложнений. Один из более важных положительных эффектов может заключаться в том, что в определенных вариантах осуществления можно получать практически полное уничтожение бактерий и микроорганизмов в текучих средах для обработки скважин. Системы обработки текучих сред УФ излучением настоящего изобретения могут характеризоваться гораздо большим биоцидным эффектом, чем обычные системы, и с их помощью можно осуществлять более глубокое проникновение в текучую среду и более полное уничтожение биологического загрязнения, найденного в ней. Это может сделать выполнимой регенерацию и повторное использование текучих сред в операциях на нефтепромыслах. К тому же системы вызывают очень мало опасений с химической точки зрения или вообще их не вызывают, согласно действующим (на момент подачи) законам и регламентам, касающимся охраны окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления данные системы могут сделать возможным уменьшение потребности в источнике УФ излучения высокой интенсивности или в увеличенном воздействии, особенно по сравнению с типичными системами для обработки текучих сред УФ излучением.

Один из положительных эффектов настоящего изобретения заключается в том, что можно тщательно выбирать временной график обработки для наилучшего соответствия желаемому применению. Для начала обработки средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, должны подвергаться воздействию источника УФ излучения с целью облегчения высвобождения свободных радикалов. Другой положительный эффект может заключаться в том, что инициаторы свободных радикалов не могут быть биоцидными до тех пор, пока они не активируются источником УФ излучения, и, таким образом, они могут сохраняться в текучих средах до тех пор, пока не появится загрязнение, а затем активироваться для контролирования бактериального роста. Указанное отложенное образование биоцидов посредством взаимодействия УФ излучения и материала, образующего свободные радикалы, делает возможным контролируемое размещение текучей среды и снижает опасения при выполнении операций и воздействии излучения, часто связанные с использованием обычных химических биоцидов.

Средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, настоящего изобретения можно использовать в сочетании с источником УФ излучения, для уменьшения необходимости в продолжительных и повторяющихся воздействиях УФ излучений высокой интенсивности. Считается, что средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, эффективно продлевают воздействие УФ излучения и его взаимодействие с микроорганизмами. Хорошо понятно, что, когда фотоинициаторы подвергаются воздействию источника УФ излучения, даже на низких уровнях, они фотоизомеризуются с высвобождением свободных радикалов. Затем свободные радикалы могут действовать в направлении разложения микроорганизмов (например, бактериальных мембран) в текучей среде. Кроме того, более продолжительный биоцидный эффект должен реализовываться, по меньшей мере, в большинстве вариантов осуществления посредством выбора соответствующего материала, образующего свободные радикалы, на основе растворимости, реакционной способности и периода полураспада свободных радикалов. В дополнение к этому, в системах обработки текучих сред УФ излучением настоящего изобретения должны эффективно образовываться долгоживущие свободные радикалы таким образом, чтобы даже после обработки мог стимулироваться биоцидный эффект в текучих средах, используемых при обработках скважин, продолжая, таким образом, уничтожать бактерии и удалять загрязнение для восстановления продуктивности пластов.

В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение включает способ, имеющий в своем составе следующие стадии: получение текучей среды для обработки, характеризующейся первой численностью микроорганизмов в результате присутствия, по меньшей мере, множества микроорганизмов в текучей среде; добавление средства, снижающего вирулентность микроорганизмов, к текучей среде для обработки; размещение текучей среды для обработки в системе обработки УФ излучением, в состав которой входит источник УФ излучения; обеспечение возможности для образования множества свободных радикалов из средства, снижающего вирулентность микроорганизмов; обеспечение возможности взаимодействия свободных радикалов с микроорганизмами в текучей среде с целью уменьшения первой численности микроорганизмов в текучей среде для обработки до второй численности микроорганизмов; и размещение текучей среды для обработки, характеризующейся второй численностью микроорганизмов, в подземном пласте. В некоторых вариантах осуществления первая численность микроорганизмов составляет 10¹⁰ бактерий/мл, а вторая численность микроорганизмов может представлять собой сокращение первой численности в log₅ раз.

Средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, настоящего изобретения можно вводить в любую подходящую текучую среду для обработки, которая может применяться в выбранной операции. Композиции и способы настоящего изобретения могут быть пригодными для любой текучей среды, предназначенной для обработки в подземных условиях. Примеры подходящих текучих сред для обработки включают любую известную текучую среду для обработки в подземных условиях, включая текучие среды большого объема (например, буровые растворы и текучие среды для гидроразрыва пласта) и текучие среды меньшего объема (например, тампонажные составы). Не ограничивающие примеры типов подходящих текучих сред для обработки включают текучие среды на водной основе, насыщенные растворы солей, пены, газы и их сочетания (такие, как эмульсии), но не ограничиваются ими. Подходящие текучие среды для обработки настоящего изобретения могут содержать свежеприготовленные текучие среды (например, такие, которые не использовались ранее в подземных операциях) и/или рециклированные текучие среды. Свежеприготовленные текучие среды могут содержать воду, полученную непосредственно из пруда или другого природного источника. Рециклированные текучие среды могут включать среды, которые использовались в предшествующей подземной операции, такие как промысловая вода и вода отработки скважины, но не ограничиваясь этим. В определенных вариантах осуществления свежеприготовленные текучие среды могут загрязняться избытком микроорганизмов, характеризующихся начальной численностью микроорганизмов в пределах примерно от 10³ примерно до 10³⁰ бактерий/мл. В некоторых вариантах осуществления обычной ситуацией может быть численность 10¹⁰ бактерий/мл или больше. Рециклированные текучие среды могут загрязняться подобным образом в результате предшествующего использования в подземном пласте или хранения на месте в загрязненном танке или приемной емкости. Рециклированные текучие среды могут характеризоваться первой численностью микроорганизмов в таком же диапазоне, но они могут иметь бактериальное загрязнение, отличающееся тем, что они могут содержать другие бактерии, которые труднее уничтожать, чем те, которые обычно присутствуют в свежеприготовленных текучих средах.

Средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, пригодные для использования в текучих средах и способах настоящего изобретения, включают органические и неорганические средства, снижающие вирулентность микроорганизмов. Растворимость и/или диспергируемость средства, снижающего вирулентность микроорганизмов, могут быть предметом рассмотрения при принятии решения об использовании конкретного типа средства, снижающего вирулентность микроорганизмов. Некоторые средства можно модифицировать для достижения желаемой степени растворимости или диспергируемости. При определении того, какое средство использовать, также могут играть роль финансовые и экологические соображения. К тому же одним из факторов в способах настоящего изобретения может быть способ применения. Например, в некоторых способах может требоваться менее растворимое средство, в то время как другие способы могут быть более зависимыми от растворимости средства в текучей среде для обработки. Выбор конкретного средства, снижающего вирулентность микроорганизмов, используемого в любом конкретном варианте осуществления, зависит от конкретного желаемого свободного радикала и от свойств, связанных с данным свободным радикалом. Некоторые факторы, которые можно рассматривать при принятии решения о том, какое из средств, снижающих вирулентность микроорганизмов, использовать, включают стабильность, стойкость и реакционную способность образующегося свободного радикала, но не ограничиваются ими. Желаемая стабильность также зависит от количества присутствующего загрязнения и от совместимости свободных радикалов с композицией текучей среды. Для выбора надлежащего средства для обработки, снижающего вирулентность микроорганизмов, необходимо находить оптимальное сочетание особенностей стабильности, реакционной способности и несовместимости. На основе упомянутых особенностей обычный специалист в данной области техники сможет выбирать соответствующее средство, снижающее вирулентность микроорганизмов, с помощью положительного эффекта настоящего раскрытия.

Органические средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, пригодные для использования в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются примерами, один или несколько водорастворимых фотоинициаторов, которые претерпевают расщепление внутримолекулярной связи в ответ на УФ излучение и высвобождают свободные радикалы. В подходящих условиях и при соответствующем воздействии УФ излучения средства настоящего изобретения, снижающие вирулентность микроорганизмов, будут давать свободные радикалы, такие как в примере схемы 1, представленной ниже:

Подходящие фотоинициаторы могут активироваться при помощи всего спектра УФ излучения, и они могут быть более активными в диапазоне длин волн примерно около 250-500 нм. Молекулярная структура средства, снижающего вирулентность микроорганизмов, будет определять, какой диапазон длин волн будет наиболее подходящим. Некоторые фотоинициаторы претерпевают расщепление одинарной связи и высвобождают свободные радикалы. Каждый органический фотоинициатор характеризуется временем жизни, которое является уникальным для данного фотоинициатора. Как правило, чем менее стабильным является свободный радикал, образовавшийся из фотоинициатора, тем более короткий период полураспада и время жизни он будет иметь.

Органические фотоинициаторы, пригодные для использования в настоящем изобретении, могут включать ацетофенон, пропиофенон, бензофенон, ксантон, тиоксантон, флуоренон, бензальдегид, антрахинон, карбазол, тиоиндигоидые красители, фосфиноксиды, кетоны, а также любое их сочетание и производное, но не ограничиваться ими. Некоторые фотоинициаторы включают простые бензоиновые эфиры, бензилкетали, альфа-диалкоксиацетофеноны, альфа-гидроксиалкилфеноны, альфа-аминоалкилфеноны и ацилфосфиноксиды; любое их сочетание или производное, но не ограничиваются ими. Другие фотоинициаторы претерпевают молекулярную реакцию с вторичной молекулой или соинициатором, в которой образуются свободные радикалы. Некоторые дополнительные фотоинициаторы включают бензофеноны, бензоамины, тиоксантоны, тиоамины; любое их сочетание или производное, но не ограничиваются ими. Для улучшения растворимости упомянутых материалов можно получать их производные с помощью соответствующего дериватизирующего реагента. Для модифицирования указанных фотоинициаторов с целью повышения их растворимости в выбранной текучей среде для обработки можно использовать, например, этиленоксид. Такие фотоинициаторы могут поглощать УФ излучение и претерпевать реакцию с образованием реакционноспособных частиц свободных радикалов (смотрите схему 1, например), которые могут, в свою очередь, инициировать или катализировать желаемые химические реакции.

В определенных вариантах осуществления свободные радикалы, высвобождаемые посредством активирования фотоинициаторов, инициируют повреждение живых микроорганизмов. В определенных вариантах осуществления режим действия фотоинициаторов может представлять собой взаимодействие высвобождаемых свободных радикалов с микроорганизмами с целью нарушения клеточных структур и процессов микроорганизма. Полагают, что в некоторых случаях биоцидный эффект, вызванный продолжительным существованием, связанным с каждым свободным радикалом, усиливается с повышением стабильности и реакционной способности свободного радикала. В определенных аспектах настоящего изобретения выбор средства, снижающего вирулентность микроорганизмов, может быть важным для оценки времени жизни или периода полураспада свободных радикалов, которые будут образовываться. Некоторые свободные радикалы могут быть очень активными, даже если они характеризуются коротким временем жизни. Некоторые свободные радикалы могут быть более активными при наличии УФ излучения, в то время как некоторые могут сохранять активность даже вне зоны прямого воздействия УФ излучения. Термин «период полураспада», используемый в настоящем документе, относится ко времени, которое требуется для распада половины исходного количества образовавшихся свободных радикалов. Термин «время жизни» относится к общему времени, в течение которого свободные радикалы распадаются почти полностью. Например, свободный радикал с более продолжительным периодом полураспада будет давать более долговременный биоцидный эффект, ограничивая необходимость воздействия УФ излучения, и по этой причине он может быть более пригодным в текучих средах, имеющих высокую оптическую мутность.

В определенных вариантах осуществления альтернативно можно использовать неорганические средства, снижающие вирулентность микроорганизмов. При воздействии УФ излучения указанные средства будут образовывать свободные радикалы, которые будут взаимодействовать с микроорганизмами, а также с другими органическими соединениями в данной текучей среде для обработки. В предпочтительных вариантах осуществления они могут включать наноразмерные оксиды металлов (например, те, которые имеют, по меньшей мере, один размер, составляющий по величине от 1 до 1000 нм). В некоторых случаях упомянутые средства на основе неорганических наноразмерных оксидов металлов, снижающие вирулентность микроорганизмов, могут агломерировать с образованием частиц, которые являются микроразмерными. Соображения, которые следует принимать во внимание при определении размера, подлежащего выбору, включают оптимальное сочетание реакционной способности поверхности и стоимости. Примеры подходящих неорганических средств, снижающих вирулентность микроорганизмов, включают наноразмерный диоксид титана, наноразмерные оксиды железа, наноразмерные оксиды кобальта, наноразмерные оксиды хрома, наноразмерные оксиды магния, наноразмерные оксиды алюминия, наноразмерные оксиды меди, наноразмерные оксиды цинка, наноразмерные оксиды марганца, а также любое их сочетание или производное, но не ограничиваются ими. Например, диоксид титана образует гидроксильные радикалы при воздействии УФ излучения. По одному из механизмов данные гидроксильные радикалы являются очень полезными в борьбе с органическими загрязнителями. В упомянутых реакциях может образовываться СО₂. Наноразмерные частицы используют потому, что они имеют исключительно малый размер, создающий возможность для достижения наибольшей величины их общей площади поверхности и проявления максимально возможного биоцидного эффекта на единицу размера. В результате наноразмерные частицы оксидов металлов обеспечивают более существенное повышение степени эффективности уничтожения, чем более крупные частицы, используемые в гораздо более высоких концентрациях. Одно из преимуществ использования таких наноразмерных частиц оксидов металлов в борьбе с загрязнением заключается в том, что обрабатываемые микроорганизмы не могут приобретать стойкость к таким частицам металлов, как это обычно выглядит в случае других биоцидов.

В некоторых вариантах осуществления неорганические средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, можно добавлять к текучей среде для обработки в виде твердых частиц. В других вариантах осуществления неорганические средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, можно использовать в форме суспензии, например в воде. Это может быть полезным, когда желательно нанести покрытие на элемент УФ устройства, в котором будет использоваться УФ излучение. В альтернативном варианте осуществления тонкую пленку наноразмерного оксида металла можно размещать в УФ устройстве, которое используют в данной системе, например на кварцевом коаксиальном экране, окружающем УФ лампы. Таким образом, одно из преимуществ использования тонкой пленки заключается в том, что система становится самоочищающейся.

Концентрация средства, снижающего вирулентность микроорганизмов, используемого в текучих средах для обработки настоящего изобретения, может находиться в пределах примерно до 5% масс. от текучей среды. Конкретная концентрация, используемая в каком-либо конкретном варианте осуществления, зависит от того, какое свободнорадикальное соединение используется, и от величины загрязнения, которое присутствует в оптически мутной текучей среде для обработки. Другими сложными взаимосвязанными факторами, которые можно рассматривать при определении того, сколько средства, снижающего вирулентность микроорганизмов, вводить, являются композиция загрязнителей, присутствующих в текучей среде (например, накипь, окалина, карбонат кальция, силикаты и тому подобное), конкретный образующийся свободный радикал, ожидаемое время контакта полученных свободных радикалов с бактериями и тому подобное, но не ограничиваются ими. Желаемое время контакта также зависит от количества присутствующего загрязнения и от совместимости с композицией текучей среды, которой обладают свободные радикалы. Например, для исключения несовместимости может быть желательной обработка источника воды перед смешиванием ее с другими компонентами обрабатываемых текучих сред. Обычный специалист в данной области техники с помощью положительного эффекта настоящего раскрытия сможет определить тип средств, снижающих вирулентность микроорганизмов, а также соответствующую концентрацию, подлежащую использованию.

Многие средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, представляют собой жидкости, и их можно сделать водорастворимыми или водонерастворимыми. Подобным образом средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, могут существовать в твердой форме, и их можно сделать водорастворимыми и водонерастворимыми.

Со ссылкой на фигуру 1 показана возможная система 100 обработки текучих сред УФ излучением, которую можно применять для дезинфекции воды или других текучих сред для обработки, которые можно использовать для операций в стволе скважины в соответствии с настоящим изобретением. Используемый в настоящем документе термин «дезинфицировать» будет обозначать уменьшение числа бактерий и других микроорганизмов, обнаруженных в водной текучей среде. В варианте осуществления на фигуре 1 система 100 обработки текучих сред УФ излучением может включать один или несколько источников 102 УФ излучения, насос 104 высокого давления, текучую среду для обработки и аттенюатор 110. Текучая среда 106 для обработки может храниться в резервуаре 112 для хранения. Текучая среда для обработки необязательно должна быть обработанной водой, а вместо этого может представлять собой необработанную промысловую или возвратную воду или другие типы текучей среды, используемой для операций в стволе скважины. В некоторых вариантах осуществления к текучим средам для обработки перед их размещением при помощи насоса 104 высокого давления добавляют генераторы 110 свободных радикалов. Текучие среды для обработки можно пропускать с помощью насоса 114 низкого давления при прохождении через источник 102 УФ излучения для повышения биоцидного эффекта и устранения загрязнения посредством повышения турбулентности с помощью насоса низкого давления, что позволяет большему количеству текучей среды подвергаться воздействию УФ излучения при обращении с оптически мутными текучими средами. В настоящем изобретении уменьшены как мощность источника УФ излучения, так и продолжительность периода времени, в течение которого текучие среды подвергаются воздействию УФ излучения.

В другом варианте осуществления добавление генераторов 110 свободных радикалов и воздействие УФ излучением от источника 102 УФ излучения имеют место в резервуаре 112 для хранения текучей среды или в источнике текучей среды перед ее попаданием в насос 104 высокого давления. Данная система обеспечивает способ, в котором устраняется сложность использования источника 102 УФ излучения внутри подземного пласта, поскольку текучую среду для обработки предварительно очищают до ее использования в текучих средах для обработки скважин.

Еще в одном варианте осуществления текучую среду для обработки можно регенерировать, а затем обработать для устранения загрязнения перед хранением и повторным использованием. Указанный способ делает возможным получение повторно используемых текучих сред, сберегая тем самым дефицитные источники воды.

Насосы высокого давления в настоящем изобретении могут относиться к любому типу, подходящему для перемещения текучей среды и совместимому с используемыми текучими средами. Насосы высокого давления могут нагнетать текучую среду. В некоторых вариантах осуществления насосы могут представлять собой многоступенчатые центробежные насосы или поршневые насосы, но могут быть пригодными также и другие типы насосов. После прохождения через насосы текучая среда для обработки может соединяться с частицами расклинивающих наполнителей, гелями и другими химическими добавками. В некоторых вариантах осуществления текучая среда для обработки может содержать упомянутые добавки до прохождения через насос высокого давления. Затем текучую среду для обработки можно перемещать через устье 106 скважины и забой в перфорированную зону для осуществления желаемой подземной операции.

Скорости насосов в вариантах осуществления настоящего изобретения можно увеличивать посредством добавления генераторов свободных радикалов в текучие среды для обработки. Повышение скорости зависит как от природы загрязнения, так и от эффективности образующегося свободного радикала. В настоящем изобретении также предлагается возможность снижения потребности в энергии посредством уменьшения количества УФ излучения, необходимого для устранения загрязнения. Вследствие оптической мутности текучих сред количество УФ излучения, которое реально проходит через текучую среду и проникает в нее, является низким, и обычно это приводит к неполному уничтожению. Настоящее изобретение относится к способу, в котором для получения существенного биоцидного эффекта необходимо очень малое количество УФ излучения, по сравнению с обычными системами, благодаря использованию преимущества соединений, образующих свободные радикалы.

Текучую среду для обработки, содержащую средства, снижающие вирулентность микроорганизмов, можно подвергать воздействию источника УФ излучения перед введением в подземный пласт.Источники УФ излучения, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут включать любой источник излучения, пригодный для использования в подземных вариантах применения, включая УФ излучение, солнечный свет, искусственный свет и тому подобное, но не ограничиваясь ими. Лампы на парах ртути, ксеноновые и вольфрамовые лампы представляют собой примеры подходящих источников излучения. В некоторых вариантах осуществления источник для обработки УФ излучением может содержать один или несколько гермицидных источников УФ излучения, соединенных последовательно или параллельно. Может подходить весь диапазон УФ излучения.

В некоторых вариантах осуществления в системе согласно настоящему изобретению можно использовать конфигурированные и функциональные гермицидные УФ лампы с давлением в диапазоне от низкого до среднего значения. Ультрафиолетовое излучение распределяют на три диапазона длин волн: УФ-С, примерно от 200 нанометров (нм) примерно до 280 нм; УФ-В, примерно от 280 нм примерно до 315 нм; и УФ-А, примерно от 315 нм примерно до 400 нм. Как правило, УФ излучение, и в частности УФ-С излучение, является гермицидным. Гермицидное, используемое в настоящем документе, как правило, относится к устранению бактерий и других микроорганизмов. Конкретно, УФ-С излучение вызывает разрушение нуклеиновой кислоты микроорганизмов посредством образования ковалентных связей между определенными соседними основаниями в ДНК. Образование указанных связей предохраняет ДНК от «распаковывания» для репликации, и организм становится неспособным производить молекулы, существенно важные для жизненного процесса, или неспособным к воспроизводству. В самом деле, когда организм неспособен продуцировать упомянутые существенно важные молекулы или неспособен к репликации, он погибает. УФ излучение с длиной волны приблизительно от 250 нм примерно до 260 нм обеспечивает самую высокую гермицидную эффективность.

Хотя восприимчивость микроорганизмов к УФ излучению и к образующимся свободным радикалам изменяется в зависимости от объема и свойств текучей среды для обработки, а также от количества и свойств добавляемого фотоинициатора, обычный специалист в данной области техники с помощью положительного эффекта настоящего раскрытия смог бы оптимизировать условия, необходимые для адекватной дезактивации свыше 90 процентов микроорганизмов, обнаруженных в текучей среде для обработки. В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения можно использовать широкий диапазон длин волн УФ излучения, включая диапазон примерно от 250 нм примерно до 500 нм, с предпочтительным диапазоном примерно от 250 нм до 400 нм, но не ограничиваясь ими.

Текучие среды для обработки настоящего изобретения могут содержать любые добавки, которые могут потребоваться для того, чтобы текучая среда выполняла желаемую функцию или задачу, при условии, что упомянутые добавки не взаимодействуют отрицательно с разлагаемыми закупоривающими агентами настоящего изобретения. Такие добавки могут включать гелеобразующие агенты, стабилизаторы геля, соли, агенты для регулирования рН, ингибиторы коррозии, дисперсанты, флоккулянты, кислоты, вспенивающие агенты, противовспенивающие агенты, поглотители HsS, смазочные вещества, сыпучие материалы (например, расклинивающий наполнитель или гравий), закупоривающие агенты, утяжеляющие агенты, ингибиторы образования накипи, биоциды, агенты для уменьшения трения и тому подобное. Добавки, подходящие для данного применения, известны обычному специалисту в данной области техники. В определенных вариантах осуществления введение таких добавок в текучие среды для обработки настоящего изобретения можно осуществлять на рабочем месте способом, охарактеризованным как осуществляемый "на лету". Термин "на лету" используется в настоящем документе для охвата способов объединения двух или более компонентов, в которых протекающий поток одного элемента непрерывно вводят в текущий поток другого компонента так, что потоки объединяются и смешиваются, в то же время продолжая протекать как единый поток, как часть непрерывной обработки. Такое смешивание можно также описать как смешивание в "реальном времени". В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения указанные подходящие добавки можно подмешивать на лету в текучую среду для обработки, содержащую средства настоящего изобретения, снижающие вирулентность микроорганизмов.

В определенных вариантах осуществления, необязательно, когда условия показывают, что эффективная дезинфекция текучих сред для обработки содержащих генераторы свободных радикалов с помощью УФ излучения является недостаточной, можно добавлять химические биоциды для увеличения эффективности дезинфекции. Подходящие химические биоциды для использования в настоящем изобретении могут включать любой химический биоцид, который является пригодным для использования при подземном применении. Предпочтительным является минимальное использование таких химических биоцидов или их неиспользование.

Следовательно, настоящее изобретение является хорошо адаптированным для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также тех, которые ему присущи. Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение можно модифицировать и осуществлять различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, имеющих сведения о положительном эффекте концепции настоящего документа. Кроме того, не предполагается никаких ограничений на подробности конструкции или технологической схемы, показанных в настоящем документе, отличных от тех, которые описаны в формуле изобретения, представленной ниже. Следовательно, ясно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, раскрытые выше, можно изменять или модифицировать, и все такие варианты рассматриваются в пределах объема и существа настоящего изобретения. Хотя композиции и способы описаны в терминах «содержащий», «имеющий в своем составе» или «включающий», различные компоненты или стадии, композиции и способы могут также «по существу состоять из» или «состоять из» различных компонентов и стадий. Все числа и диапазоны, описанные выше, могут изменяться на некоторую величину. Во всех случаях при описании численного диапазона с нижним и верхним пределами конкретно описывается любое число и любой включенный диапазон, попадающий в данный диапазон. В частности следует понимать, что в каждом диапазоне значений (в форме «примерно от а примерно до b», или, эквивалентно, «приблизительно от а до b», или, эквивалентно, «приблизительно от а-b»), раскрытом в настоящем документе, описано каждое число и диапазон, охватываемые внутри более широкого диапазона значений. К тому же термины в формуле изобретения имеют их обычное простое значение, если только заявителем патента не определено явно и четко иное. Кроме того, в настоящем документе принято, что неопределенные артикли "а" или "an", используемые в формуле изобретения, обозначают один или более одного элемента, которые они представляют. Если имеется какое-либо противоречие между использованием слова или термина в настоящем описании и в одном или нескольких патентах или других документах, которые могут быть включены в настоящий документ ссылкой, следует принимать определения, которые совместимы с настоящим описанием.

Изобретение относится к способам устранения биологических загрязнений текучих сред, используемых для обработки подземных скважин, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности. Способ противодействия биологическому загрязнению текучих сред включает следующие операции: получение текучей среды для обработки с первой численностью микроорганизмов в пределах примерно от 10³ до 10³⁰ бактерий/мл; добавку к текучей среде для обработки органического средства, снижающего вирулентность микроорганизмов примерно до 5% масс. от текучей среды для обработки; помещение текучей среды для обработки в систему, имеющую в своем составе источник ультрафиолетового излучения; обеспечение возможности взаимодействия свободных радикалов с микроорганизмами в текучей среде для сокращения первой численности микроорганизмов и размещение текучей среды в подземном пласте. Изобретение позволяет усилить биоцидный эффект и устранить повторное загрязнение. 10 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ противодействия биологическому загрязнению текучих сред, используемых для обработки подземных скважин, включающий следующее:
получают текучую среду для обработки, характеризующуюся первой численностью микроорганизмов в пределах примерно от 10³ до 10³⁰ бактерий/мл в результате присутствия, по меньшей мере, множества микроорганизмов в текучей среде;
к текучей среде для обработки добавляют средство, снижающее вирулентность микроорганизмов, в концентрации примерно до 5% масс. от текучей среды для обработки, причем средство, снижающее вирулентность микроорганизмов, представляет собой органическое средство, выбранное из группы, состоящей из: ацетофенона, пропиофенона, бензофенона, ксантона, тиоксантона, флуоренона, бензальдегида, антрахинона, карбазола, тиоиндигоидного красителя, фосфиноксида, кетона, простых бензоиновых эфиров, бензилкеталей, альфа-диалкоксиацетофенона, альфа-гидроксиалкилфенона, альфа-аминоалкилфенона, ацилфосфиноксида, бензоамина, тиоамина, любого их сочетания и любого их производного;
текучую среду для обработки помещают в систему обработки УФ излучением, имеющую в своем составе источник УФ излучения, с тем чтобы образовывалось множество свободных радикалов при помощи средства, снижающего вирулентность микроорганизмов;
обеспечивают возможность взаимодействия свободных радикалов с микроорганизмами в текучей среде с целью уменьшения численности микроорганизмов в текучей среде для обработки до второй численности микроорганизмов, представляющей собой сокращение первой численности микроорганизмов в log₅ раз;
размещают текучую среду для обработки, характеризующуюся второй численностью микроорганизмов, в подземном пласте.

2. Способ по п.1, в котором текучая среда для обработки представляет собой буровой раствор, текучую среду для гидроразрыва пласта, тампонажный состав, текучую среду на водной основе, насыщенный раствор соли или вспененную текучую среду.

3. Способ по п.1, в котором текучая среда для обработки представляет собой свежеприготовленную текучую среду или рециклированную текучую среду.

4. Способ по п.1, в котором система обработки УФ излучением включает УФ излучение в диапазоне длин волн примерно от 250 до 400 нм.

5. Способ по п.1, в котором текучая среда для обработки содержит добавку, выбранную из группы, состоящей из: гелеобразующего агента, стабилизатора геля, соли, агента для регулирования рН, ингибитора коррозии, дисперсанта, флоккулянта, кислоты, вспенивающего агента, противовспенивающего агента, поглотителя H₂S, смазочного вещества, сыпучего материала, закупоривающего агента, утяжеляющего агента, ингибитора образования накипи, химического биоцида, агента для уменьшения трения, любого их сочетания и любого их производного.

6. Способ по п.б, в котором добавка представляет собой химический биоцид, а стадия, на которой обеспечивают возможность взаимодействия свободных радикалов с микроорганизмами в текучей среде с целью уменьшения численности микроорганизмов в текучей среде для обработки до второй численности микроорганизмов, включает обеспечение возможности взаимодействия свободных радикалов и химического биоцида с микроорганизмами в текучей среде с целью снижения численности микроорганизмов в текучей среде для обработки до второй численности микроорганизмов.

7. Способ по п.1, дополнительно включающий размещение текучей среды для обработки, характеризующейся второй численностью микроорганизмов, в емкости для хранения с целью дальнейшего повторного использования.

8. Способ по п.1, дополнительно включающий размещение текучей среды для обработки в подземном пласте.

9. Способ по п.1, дополнительно включающий добавление к текучей среде химического биоцида перед помещением текучей среды в систему обработки УФ излучением.

10. Способ по п.2, в котором система обработки УФ излучением включает УФ излучение в диапазоне длин волн примерно от 250 до 400 нм.

11. Способ по п.3, в котором система обработки УФ излучением включает УФ излучение в диапазоне длин волн примерно от 250 до 400 нм.