專利名稱：油氣操作中的微生物控制的制作方法
油氣操作中的微生物控制
發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
本文公開的實(shí)施方案大體涉及殺生物劑在油氣操作中的使用。具體地，本文公開的實(shí)施方案大體涉及殺生物劑用于海上鉆機(jī)的壓載水艙內(nèi)和/或壓裂液內(nèi)的微生物控制。
背景技術(shù)：
微生物增殖和所得到的具有粘性物或生物膜的地層是個問題，這通常發(fā)生在含水系統(tǒng)內(nèi)，包括油氣操作。有問題的微生物可以包括細(xì)菌、真菌和藻類。然而由于在油氣操作中要經(jīng)常利用海水，因此不同類型的微生物諸如浮游生物和細(xì)菌以及水生生物諸如小型殼體生物也可能存在于水中。
當(dāng)許多油氣操作利用水時，海上鉆機(jī)的壓載水艙內(nèi)儲存的水以及用作壓裂液的基礎(chǔ)流體的水可能因微生物生長而尤其被降解。例如，在諸如坐底式鉆井平臺和半潛式鉆井平臺的海上鉆機(jī)內(nèi)，水被儲存在壓載水艙(也稱為浮力室或浮筒)內(nèi)以對鉆機(jī)提供定位和穩(wěn)定性。然而，壓載水艙內(nèi)儲存的水可能包含各種生物體和沉積物，且在上述的儲存期間， 微生物可能增殖且生物膜可能逐漸形成，這藏匿了具有巨大微生物復(fù)雜度的非常大的種群。最終，在移動鉆機(jī)之前，必須使壓載水艙排放。壓載水艙的排放可能產(chǎn)生有關(guān)是否對周圍的生態(tài)系統(tǒng)造成有害影響的關(guān)注。
具體地，由于壓艙水被長時間地保持在密閉遮光的條件下，因此減少了水中溶解氧的量。由于排放這種差的氧(還原性)條件的壓艙水，引起了對這種排放影響周圍海洋環(huán)境中的生物體的關(guān)注。此外，由于壓艙水被長時間地保持在黑暗的還原性條件下，因此壓艙水內(nèi)需要光或溶解氧的浮游生物或好氧菌具有低的生存力，而包囊(浮游生物在其內(nèi)處于休眠狀態(tài))和厭氧菌往往會生長。
除了鉆機(jī)的壓載水艙外，壓裂液內(nèi)的微生物生長也帶來問題。具體地，壓裂液通常包含天然聚合物和/或合成聚合物，這些聚合物暴露于有助于微生物生長的環(huán)境。對細(xì)菌最有利的一些環(huán)境是臟的壓裂液罐和混合水。微生物如細(xì)菌通過釋放將聚合物(如，含水壓裂液處理中使用的凝膠穩(wěn)定劑)降解成糖的酶而以聚合物為食。微生物通過它們的細(xì)胞壁吸收這些糖，促進(jìn)進(jìn)一步的微生物生長和聚合物降解。因而，這些流體內(nèi)的微生物生長 (和聚合物降解)可以實(shí)質(zhì)上改變這些流體的物理特性，尤其是在流體粘度的損失和使流體對于它們預(yù)期目的的失效的方面。流體降解還可能導(dǎo)致形成大的生物質(zhì)，這可能堵塞地層并降低地層的滲透性以及最終的生產(chǎn)能力。
在許多行業(yè)(除油氣操作之外)內(nèi)采用了多種殺生物劑來控制微生物生長。與其他行業(yè)不同，油氣操作存在與其他行業(yè)相比獨(dú)特的挑戰(zhàn)。具體地，海上鉆機(jī)壓載水艙和/ 或壓裂液內(nèi)的水被釋放到環(huán)境中，且許多已知的殺生物劑因有毒的副產(chǎn)物而對環(huán)境是有害的，或?qū)饘儆懈g性而可以造成儲存水的設(shè)備斷裂。例如，已知的殺生物劑次氯酸鹽形成有害的有機(jī)氯化合物且也腐蝕鉆機(jī)的壓載水艙。
因此，對開發(fā)為控制油氣操作中使用的水中的微生物生長提供功效且還是環(huán)境友好的殺生物劑組合物存在持續(xù)的需求。發(fā)明概述在一個方面，本文公開的實(shí)施方案涉及一種壓裂液，其包含水；至少一種聚合物增粘劑；至少一種支撐劑；有效抑制細(xì)菌生長的量的過乙酸溶液。在另一個方面，本文公開的實(shí)施方案涉及一種用于抑制壓裂液內(nèi)的細(xì)菌污染的方法，該方法包括向壓裂液內(nèi)添加有效抑制細(xì)菌的量的過乙酸，所述壓裂液包含水、至少一種聚合物增粘劑以及至少一種支撐劑。在又一個方面，本文公開的實(shí)施方案涉及一種用于抑制壓艙水內(nèi)的細(xì)菌污染的方法，該方法包括將水注入海上抽油裝置的壓載水艙內(nèi)；以及向所述水中添加有效抑制細(xì)菌的量的過乙酸?！?br> 前述內(nèi)容相當(dāng)概括地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢，以便可以更好地理解下面的本發(fā)明的詳述。下文將描述構(gòu)成本發(fā)明權(quán)利要求的主題的本發(fā)明的額外的特征和優(yōu)勢。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，所公開的概念和具體實(shí)施方案可以被容易用作改變或設(shè)計實(shí)施本發(fā)明的相同目的的其他實(shí)施方案的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識到，這樣的等同實(shí)施方案并不偏離由所附權(quán)利要求書提出的本發(fā)明的主旨和范圍。附圖簡述圖I是浮動的半潛式鉆機(jī)。詳述在一個方面，本文公開的實(shí)施方案涉及殺生物劑在油氣操作中的使用。具體地，本文公開的實(shí)施方案涉及殺生物劑用于海上鉆機(jī)的壓載水艙內(nèi)和/或壓裂液內(nèi)的微生物控制。本公開內(nèi)容的殺生物劑處理依賴于其內(nèi)使用過乙酸(有時稱為過氧乙酸)來防止油田水中存在的微生物生長和/或殺死油田水中存在的微生物，油田水諸如海上鉆機(jī)內(nèi)的壓艙水和/或壓裂液。下面的式(I)中顯示的過乙酸可以被歸類為過氧化物
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UJ通常，“過氧化物”指的是其結(jié)構(gòu)包括過氧基團(tuán)-0-0的任何有機(jī)化合物和無機(jī)化合物。過氧化物用作殺生物劑是由于過氧鍵的不穩(wěn)定。過氧化物化合物的典型的性能是由于熱分解且分解成氧和水而釋放氧。因而，過乙酸先分解成乙酸和過氧化氫，然后過氧化氫再分解成氧和水，正如反應(yīng)途徑(2)所顯示的
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過乙酸可以經(jīng)由過氧化氫的降解形成的羥基自由基的氧化作用和隨后對微生物的細(xì)胞膜的破壞而殺死并預(yù)防微生物進(jìn)一步生長。此外，由于過乙酸的副產(chǎn)物是乙酸和過氧化氫(其隨后產(chǎn)生水和氧)，所以在隨后(以及最終的)已處理的水釋放到環(huán)境的過程中，過乙酸對環(huán)境是無毒的。而且，由于過乙酸是通過乙酸與過氧化氫之間的平衡反應(yīng)形成的，所以過乙酸可以由含有乙酸和過氧化氫的溶液供給(條件是在形成過乙酸時過量或被添加以使過乙酸穩(wěn)定)。當(dāng)向所供給的過乙酸中添加大量的水后，平衡移動以分解過乙酸為乙酸和過氧化氫。于是，過氧化氫隨后可以分解(通過形成兩個羥基自由基)成水和氧。在特定的實(shí)施方案中，過乙酸可以以按重量百分比計約I到約30 (更優(yōu)選按重量百分比計約5到約25或按重量百分比計約10到約20)范圍內(nèi)的量存在于殺生物劑溶液中， 過氧化氫的范圍在按重量百分比計最高達(dá)殺生物劑溶液的約30(優(yōu)選按重量百分比計約10到約20)且乙酸的范圍在按重量百分比計最高達(dá)殺生物劑溶液的約30 (優(yōu)選按重量百分比計約5到約25)，且余量是水。在其他實(shí)施方案中，根據(jù)期望的濃度、細(xì)菌生長水平等，溶液中可以包含更多或更少的過乙酸、過氧化氫和/乙酸。此外，以下也在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)可以并入其他穩(wěn)定劑(諸如，膦酸、其鹽、吡啶二羧酸、其鹽或其任何混合物，包括I-羥基亞乙基-1，I- 二膦酸、I-氨基乙燒-I, I- 二膦酸、氨基二 -(亞甲基膦酸)、乙二胺_四(亞甲基膦酸)、六亞甲基二胺-四(亞甲基膦酸)、二亞乙基三胺-五(亞甲基膦酸)、二亞乙基三胺-六(亞甲基膦酸)、二甲基氨基甲烷二膦酸、氨基乙酸-N，N-二亞甲基膦酸、3-氨基丙燒- I-輕基- I，I - 二膦酸、2-膦?；? 1, 2,4- 二羧酸、膦?；乃?、I-膦酰基-I-甲基琥珀酸以及I-氨基-苯基甲烷二膦酸)，且過氧化氫和乙酸可以以形成過乙酸時過量的形式存在于溶液中或在形成過乙酸后可以添加額外量的過氧化氫和/或乙酸。如上所述，根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方案，過乙酸可以被用作海上抽油裝置的壓載水艙和/或壓裂液的殺生物處理。有兩種基本類型的海上抽油裝置永久性設(shè)置的海上抽油裝置，諸如固定平臺，和可以從一個地方移動到另一個地方而允許在多個位置鉆探的海上抽油裝置。上述類型的海上抽油裝置包括固定平臺、自升式平臺、立柱式平臺、半潛式鉆井平臺、坐底式鉆井平臺、生產(chǎn)平臺等。在這些不同的鉆機(jī)當(dāng)中，一些類型的移動式鉆機(jī)在它們的機(jī)身底部附近包括壓載水艙(或浮力室)，當(dāng)壓載水艙被填充(通常用海水)時提供重量以使它們保持豎直且在合適的位置(包括使鉆機(jī)下沉入合適的位置和/或抬升鉆機(jī))或補(bǔ)償海水條件。生產(chǎn)平臺類似地具有壓載水艙，在建造該平臺后，向壓載水艙內(nèi)引入水，使得平臺可以被移動至他們最終的位置。水被引入壓載水艙以在運(yùn)行至最終位置期間獲得期望的深度。參考

圖1，顯示了典型的浮動的半潛式鉆機(jī)。如圖I所示，半潛式鉆井平臺130以鉆探模式顯示。在平臺或上機(jī)身138上，設(shè)置有支撐向海底124延伸的鉆探組件(drillingassembly)(未顯示)的鉆機(jī)組件或井架122。大型穩(wěn)定柱或支柱136從上機(jī)身138向下延伸至下機(jī)身134。穩(wěn)定柱136支撐水表面132之上的上機(jī)身(和甲板)，而下機(jī)身134在水表面132之下浮動。壓載水艙(未單獨(dú)顯示)被形成在下機(jī)身134和/或穩(wěn)定柱136之內(nèi)。如上所示，水可以被儲存在這些壓載水艙內(nèi)以穩(wěn)定鉆機(jī)。當(dāng)需要移動鉆機(jī)時，可以排空壓載水艙的水以從水中抬升鉆機(jī)，使得能夠看見幾乎整個鉆機(jī)。當(dāng)考慮壓載水艙時，正是這樣的壓艙水可以用本公開內(nèi)容的殺生物處理進(jìn)行處理。具體地，由于壓艙水被排空入環(huán)境(開闊海)中，因此對可以使用的殺生物處理的類型存在環(huán)境關(guān)注。然而，由于本公開內(nèi)容的殺生物劑過乙酸分解成乙酸、水和氧，因此當(dāng)降解起始組分后，該處理可以被認(rèn)為是無毒的且環(huán)境友好的。根據(jù)水儲存在壓載水艙內(nèi)的時長和所產(chǎn)生的氧對金屬壓載水艙的潛在作用，可以期望與殺生物處理結(jié)合使用氧清除劑和/或腐蝕抑制劑?？蛇x擇地，壓載水艙的內(nèi)表面可以用抗腐蝕涂層處理和/或氧清除劑可以與殺生物劑一起被并入以使氧對壓載水艙的金屬表面的任何侵蝕程度最低。在另一個實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的殺生物劑可以被并入井的增產(chǎn)措施中使用的壓裂液內(nèi)。在鉆出井眼后，井可能經(jīng)常要經(jīng)受增產(chǎn)措施以使由其生產(chǎn)的烴最大量。一種這樣的井的增產(chǎn)措施包括以高壓和高速將流體泵送入井內(nèi)使得壓力超過地層的巖石強(qiáng)度而產(chǎn)生可以延長數(shù)百英尺的斷裂。此斷裂產(chǎn)生烴可以通過其流入井內(nèi)并到達(dá)地面的路徑。這樣的流體通常稱為壓裂液且至少包含水和聚合物增粘劑且通常還包含支撐劑。壓裂液內(nèi)通常使用的其他添加劑包括粘彈性的表面活性劑凝膠、膠凝的油、交聯(lián)劑和氧清除劑。通常使用的聚合物增粘劑包括多糖和/或合成聚合物，諸如聚丙烯酰胺、葡聚糖、羧烷基醚(carboxyalkyl ether)等。這樣的聚合物增粘劑可以以任何組合被用在壓裂液內(nèi)。聚合物增粘劑的目的是增大壓裂液的粘度以便有助于產(chǎn)生斷裂和/或允許固體支撐劑懸浮，支撐 劑也可以有助于斷裂的產(chǎn)生和維持。然而，這些聚合物增粘劑被懷疑因以這些聚合物為食的細(xì)菌而發(fā)生降解。當(dāng)細(xì)菌攝取這些聚合物時，它們釋放斷裂聚合物結(jié)構(gòu)并阻斷交聯(lián)劑位點(diǎn)的酶，這又使壓裂液較不能夠充分地輸送支撐劑。一旦細(xì)菌被泵送到井下，它們可以產(chǎn)生硫化氫，硫化氫腐蝕地表下的設(shè)備和/或堵塞(plug off)整個生產(chǎn)層段。因而，通過向壓裂液內(nèi)并入過乙酸，壓裂液可以清除微生物，同時避免形成有毒的副產(chǎn)物。更確切地，含有水、聚合物增粘劑、支撐劑和過乙酸的壓裂液可以在有效地使地層斷裂的壓力下被直接注入井眼內(nèi)并進(jìn)入地層內(nèi)，由此過乙酸分解成乙酸和過氧化氫(且隨后是水和氧)并同時殺死壓裂液內(nèi)存在的微生物。氧清除劑是還原劑，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^將分子氧還原成其中的氧呈較低氧化態(tài)(即，-2)的化合物來從水中除去溶解氧。還原的氧隨后與受主原子、分子或離子結(jié)合形成含氧化合物。為了合適地作為氧清除劑，還原劑與氧反應(yīng)必須是放熱的且在較低溫度下具有合理的反應(yīng)性。已知的氧清除劑的實(shí)例包括肼、抗壞血酸、氫醌、亞硫酸氫鹽、連二亞硫酸鈉等。在特定的實(shí)施方案中，為了減少殺生物劑與氧清除劑之間任何可能的干擾或使這樣的干擾最少(取決于所選的化學(xué))，可以在殺生物劑的上游引入氧清除劑，使得氧清除反應(yīng)可以發(fā)生在殺生物劑的上游(且更快)，以對殺生物劑反應(yīng)產(chǎn)生最少(如果有的話)的影響。本公開內(nèi)容的殺生物處理中使用的過乙酸的量可以改變，通常取決于水的條件、壓裂液中使用的聚合物、先前細(xì)菌生長的程度、細(xì)菌生長的時間段、殺生物劑將被使用的一般環(huán)境、期望的控制程度以及類似的。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠用常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定處理目標(biāo)系統(tǒng)所需要的期望的最低量。此外，不存在殺生物劑的最大量，盡管基于經(jīng)濟(jì)原因可能不期望大大過量。在特定的實(shí)施方案中，殺生物劑溶液可以以可能高達(dá)已處理流體的約I重量百分比的量被引入水(壓艙水或壓裂液)中，且在特定的實(shí)施方案中，過乙酸活性物可以以約IOppm到約500ppm范圍內(nèi)的量且在又一個實(shí)施方案中以約25ppm到約250ppm范圍內(nèi)的量被使用。此外，處理時間可以是，如約10到20分鐘，但可以更長或更短，這取決于所需處理的量。
在由本公開內(nèi)容的殺生物處理控制的微生物的類型中，這樣的生物體包括活的且可能侵襲的水生物種，諸如，例如浮游生物、浮游植物、浮游動物、微生物、自游生物或底棲生物等。浮游植物(如主要是漂浮的植物生命形式)包括光合作用物種，諸如藻類的主要組，硅藻和甲藻以及它們的包囊和孢子階段。浮游動物包括漂浮的動物物種，包括來自橈足類生物、水母類生物、蝦到多種大型脊椎動物和大型無脊椎動物的卵和幼蟲階段的一切物種。還更多的是多種微生物形式，包括具有極大公眾健康關(guān)注的致病菌。主要是魚的自游生物體或自由游動的生物體也可以存在于水中，還有生活在底部上(如底上動物和表棲植物)或海底沉積物的表面內(nèi)(如，底內(nèi)動物諸如蟹、甲殼類動物以及蠕蟲)的底棲生物。本公開內(nèi)容的實(shí)施方案可以提供下述優(yōu)勢中的至少一種。本公開內(nèi)容的殺生物處理可以為控制油氣操作中使用的水中的微生物生長提供功效。此外，雖然大多數(shù)殺生物劑因它們不是環(huán)境友好的(待處理的海上鉆機(jī)的壓載水艙和/或壓裂液內(nèi)的水被釋放到環(huán)境中)而不能夠(或不)使用在油氣操作中，但本公開內(nèi)容的殺生物處理產(chǎn)生了可以對環(huán)境造成最少影響或?qū)Νh(huán)境無影響的環(huán)境友好的副產(chǎn)物。按照本公開內(nèi)容，無需過多的實(shí)驗(yàn)就可以做出和實(shí)施本文公開的且要求保護(hù)的所 有組合物和方法。雖然本發(fā)明可以體現(xiàn)為許多不同的形式，但本文詳細(xì)描述了本發(fā)明的特定的優(yōu)選實(shí)施方案。本公開內(nèi)容是本發(fā)明原理的示例而并不期望將本發(fā)明限制于所闡釋的特定實(shí)施方案。以絕對術(shù)語或以近似術(shù)語給出的任何范圍意圖包括這兩者，且本文使用的任何定義意圖是闡明而不是限制。盡管提供本發(fā)明的寬泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是在具體實(shí)施例中提供的數(shù)值被盡可能精確地記載。然而，任何數(shù)值固有地包含因它們各自的測試測量中存在的標(biāo)準(zhǔn)差而不可避免地產(chǎn)生的某些誤差。而且，本文公開的所有范圍應(yīng)被理解為包括其中所包含的任何和所有的子范圍(包括所有分?jǐn)?shù)值和整數(shù)值(wholevalue))。此外，本發(fā)明包括本文描述的不同實(shí)施方案中的一些或所有實(shí)施方案的任何和所有可能的組合。本申請中引用的任何和所有專利、專利申請、科學(xué)論文和其他參考文獻(xiàn)，以及其中引用的任何參考文獻(xiàn)在此都通過引用被全文并入。還應(yīng)理解，對本文描述的目前優(yōu)選的實(shí)施方案的各種改變和修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的。可以做出這樣的改變和修改而并不偏離本發(fā)明的主旨和范圍且不會削弱本發(fā)明的預(yù)期優(yōu)勢。因此，期望這樣的改變和修改由所附的權(quán)利要求涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種壓裂液，包含水；至少一種聚合物增粘劑；至少一種支撐劑；有效抑制細(xì)菌生長的量的過乙酸溶液；以及任選地，至少一種氧清除劑。
2.如權(quán)利要求I所述的壓裂液，其中所述至少一種聚合物增粘劑包括選自多糖、聚丙烯酰胺、葡聚糖和羧烷基醚的至少一種聚合物。
3.如權(quán)利要求I所述的壓裂液，其中所述過乙酸溶液還包含水、乙酸以及過氧化氫。
4.如權(quán)利要求I所述的壓裂液，其中所述過乙酸抑制所述壓裂液內(nèi)的浮游生物、浮游植物、浮游動物、微生物、自游生物或底棲生物中的至少一種。
5.一種用于抑制壓裂液內(nèi)的細(xì)菌污染的方法，包括向壓裂液內(nèi)添加有效抑制細(xì)菌的量的過乙酸，所述壓裂液包含水、至少一種聚合物增粘劑、至少一種支撐劑以及任選地，在所述過乙酸的上游或下游的至少一種氧清除劑。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在足以使地層斷裂的高壓下，將所述壓裂液注入井眼內(nèi)穿過所述地層。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述至少一種聚合物增粘劑包括選自由以下組成的組的至少一種聚合物多糖、聚丙烯酰胺、葡聚糖和羧烷基醚以及其任意組合。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中過乙酸溶液還包含水、乙酸以及過氧化氫。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述過乙酸抑制所述壓裂液內(nèi)的浮游生物、浮游植物、浮游動物、微生物、自游生物或底棲生物中的至少一種。
10.一種用于抑制壓艙水內(nèi)的細(xì)菌污染的方法，包括將水注入海上抽油裝置的壓載水艙內(nèi)；向所述水中添加有效抑制細(xì)菌的量的過乙酸； 以及任選地，在所述過乙酸的上游或下游向水中添加至少一種氧清除劑。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中過乙酸溶液還包含水、乙酸以及過氧化氫。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述海上抽油裝置包括坐底式鉆井平臺、半潛式鉆井平臺或生產(chǎn)平臺。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括將水從所述壓載水艙排入開闊海。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述壓載水艙的內(nèi)壁包括設(shè)置在其上的防腐涂層。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述過乙酸抑制所述壓裂液內(nèi)的浮游生物、浮游植物、浮游動物、微生物、自游生物或底棲生物中的至少一種。
全文摘要
一種壓裂液可以包含水；至少一種聚合物增粘劑；至少一種支撐劑；以及有效抑制細(xì)菌生長的量的過乙酸溶液。其他實(shí)施方案涉及用于抑制壓裂液和/或壓艙水內(nèi)的細(xì)菌污染的方法。
文檔編號C09K8/524GK102939353SQ201180029698
公開日2013年2月20日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者勞爾·O·迪亞茲 申請人:納爾科公司