專利名稱：現(xiàn)場生成硝酸根離子的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及現(xiàn)場生成硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入水溶液與水溶液接觸的 方法和設(shè)備，尤其應(yīng)用于油田中所使用的水性系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
一次采油產(chǎn)率通常小于給定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)或儲集層儲量的50%。因此，注水被用于 提高含有許多地下油層的多孔巖層中的原油采收率。在提高原油采收率方面，水性系統(tǒng)用 于將水溶液注入油層。水性系統(tǒng)可包括配有收集或分配水溶液的裝置或一些設(shè)備的地上設(shè) 備，例如油井、油水分離器、儲水罐、管線以及注入井。已知注入過程產(chǎn)生硫化氫，然而，硫化 氫使油層酸化。
硫化氫由硫酸鹽還原菌產(chǎn)生，硫酸鹽還原菌將系統(tǒng)中的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物。這 些細(xì)菌可在鉆探石油的過程中產(chǎn)生，但是它們也可以是鉆探之前本身就存在的。這些細(xì) 菌以及它們對油田的影響在例如 J. R. Postgate，THE SULPHATE-REDUCING BACTERIA 2nd ed. (Cambridge University Press, 1984)中描述。
因此，釋放的硫化氫導(dǎo)致腐蝕采油裝置并會大幅度地?fù)p傷油田的生產(chǎn)能力，降低 開采的原油的商業(yè)價(jià)值。因此，已有深入的研究涉及防止硫化氫形成和/或一旦在油田中 生成硫化氫就將其除去。
例如，已知添加鉬酸鹽會抑制和/或殺滅硫酸鹽還原菌(SRB)，所述硫酸鹽還原菌 是在自然環(huán)境(例如沉積物)中生成硫化氫的原因。然而，這種方法需要非常大量(例如 在待處理的水中超過3，OOOppm)的鉬酸鹽用于有效控制由SRB生成的硫化氫。由于鉬酸鹽 的可利用性有限，在生理鹽水環(huán)境中或其他鹽水(例如原生水)環(huán)境中效率降低，使用如此 大量的鉬酸鹽具有相關(guān)的高成本不利因素。
還已知將硝酸根離子加至含SRB的系統(tǒng)中會降低系統(tǒng)中SRB的量，因此，降低由 SRB形成的硫化氫的量。該方法依賴于脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrif icans)的菌株 以及存在于油田水中的其他反硝化微生物。例如，通過向系統(tǒng)中引入硝酸鹽和硝酸鹽化合 物和/或鉬酸根離子來除去存在于水性系統(tǒng)中的硫化氫并消除由硫酸鹽還原菌產(chǎn)生的硫 化氫，借此，反硝化微生物競爭可獲得的碳營養(yǎng)物勝于硫酸鹽還原菌，這就阻止了 SRB生成 硫化氫。
用于這個目的的硝酸鹽通常通過氨氧化來形成或通過常規(guī)實(shí)踐方法來開采，將得 到的硝酸鹽運(yùn)輸并儲存在離油田非常近的地方或使用該硝酸鹽的其他偏遠(yuǎn)的地方。大量硝 酸鹽或硝酸鹽與其他溶液的混合物的運(yùn)輸和儲存引起了許多安全問題和成本問題。
因此，需要提供經(jīng)濟(jì)且有效的方法來現(xiàn)場生成硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入水性系統(tǒng)與水性系統(tǒng)接觸，從而，防止在水性系統(tǒng)中形成硫化氫并除去系統(tǒng)中任何存在的 硫化氫。此外，需要提供現(xiàn)場生成硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入水性系統(tǒng)與水性系統(tǒng) 接觸的方法，所述水性系統(tǒng)在采油方面有用，所述水性系統(tǒng)含有減少的硫化氫的量，而且， 所述水性系統(tǒng)在處理過程后期的某一點(diǎn)不易形成硫化氫，這樣，所述系統(tǒng)不會負(fù)面地影響 處理過程中所使用的裝置。這些需求以及其他需求已由本發(fā)明解決。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種設(shè)備，在所述設(shè)備中硝酸根離子現(xiàn)場生成并使該硝酸根離 子進(jìn)入水性系統(tǒng)與水性系統(tǒng)接觸，所述設(shè)備包括由提取裝置和化學(xué)反應(yīng)器構(gòu)成的集成系統(tǒng) 和遞送裝置，所述提取裝置用于提取存在于所述設(shè)備附近的水和天然氣體以及從存在于所 述設(shè)備處的環(huán)境空氣中提取氧和氮，所述化學(xué)反應(yīng)器用于處理所述水、天然氣體、氧和氮并 使所述水、天然氣體、氧和氮發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子，所述遞送裝置將所述集成系統(tǒng)與 所述水性系統(tǒng)相互連接，用于使所述硝酸根離子進(jìn)入所述水性系統(tǒng)與所述水性系統(tǒng)接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種設(shè)備，在所述設(shè)備中現(xiàn)場生成硝酸根離子并使 該硝酸根離子進(jìn)入水性系統(tǒng)與水性系統(tǒng)接觸，所述設(shè)備包括由(i)提取裝置和(ii)化學(xué)反 應(yīng)器構(gòu)成的集成系統(tǒng)、遞送裝置、控制器和傳感器，所述提取裝置用于提取所述設(shè)備附近的 水和天然氣體以及從所述設(shè)備處的環(huán)境空氣中提取氧和氮，所述化學(xué)反應(yīng)器用于處理所述 水、天然氣體、氧和氮并使所述水、天然氣體、氧和氮發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子，所述遞送 裝置用于將所述集成系統(tǒng)與所述水性系統(tǒng)相互連接，用于使所述離子進(jìn)入所述水性系統(tǒng)與 所述水性系統(tǒng)接觸，所述控制器可操作地連接至各個所述提取裝置、所述化學(xué)反應(yīng)器和所 述遞送裝置，并且所述控制器配置成控制硝酸根離子的生成速度和生成量，所述傳感器可 操作地連接至所述控制器，用于監(jiān)測所述水性系統(tǒng)中所述離子的濃度。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供在設(shè)備現(xiàn)場生成硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入所 述設(shè)備附近的水性系統(tǒng)與所述設(shè)備附近的水性系統(tǒng)接觸的方法。所述方法包括從所述設(shè)備 附近的空氣中提取氧和氮，獲取水和存在于所述設(shè)備附近的天然氣體，處理獲得的氧、氮、 水和天然氣體并使獲得的氧、氮、水和天然氣體發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子以及使該硝酸 根離子進(jìn)入所述設(shè)備附近的所述水性系統(tǒng)與所述設(shè)備附近的所述水性系統(tǒng)接觸。
本發(fā)明的另一方面涉及通過在設(shè)備現(xiàn)場生成硝酸根離子來防止水性系統(tǒng)中形成 硫化氫的方法，所述方法包括從所述設(shè)備附近的空氣中提取氧和氮，獲取水和存在于所述 設(shè)備附近的天然氣體，處理獲得的氧、氮、水和天然氣體并使獲得的氧、氮、水和天然氣體發(fā) 生反應(yīng)以形成硝酸根離子，使所述硝酸根離子以足以建立并提高反硝化細(xì)菌生長的濃度進(jìn) 入所述設(shè)備附近的所述水性系統(tǒng)與所述設(shè)備附近的所述水性系統(tǒng)接觸，以及監(jiān)測所述水性 系統(tǒng)中硝酸根離子的濃度。
本發(fā)明的又一方面涉及通過在設(shè)備現(xiàn)場生成硝酸根離子來提高水性系統(tǒng)中原油 采收率的方法。所述方法包括下列步驟從所述設(shè)備附近的空氣中提取氧和氮，獲取水和存 在于所述設(shè)備附近的天然氣體，處理所獲得的氧、氮、水和天然氣體并使所獲得的氧、氮、水 和天然氣體發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子，使所述硝酸根離子以足以提高原油采收率的濃度 進(jìn)入所述設(shè)備附近的水性系統(tǒng)與所述設(shè)備附近的水性系統(tǒng)接觸，以及監(jiān)測所述水性系統(tǒng)中 硝酸根離子的濃度。5
本發(fā)明進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)勢通過下面優(yōu)選實(shí)施方式的具體描述將變得顯而 易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的設(shè)備框圖，在該設(shè)備中現(xiàn)場生成硝酸根離子 并使該硝酸根離子進(jìn)入水性系統(tǒng)與水性系統(tǒng)接觸。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的提取裝置的框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的反應(yīng)器的框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的遞送裝置的框圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的流程圖，舉例說明在設(shè)備現(xiàn)場生成硝酸根離 子的方法。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明可用于需要控制由SRB產(chǎn)生的硫化氫或除去水性系統(tǒng)中預(yù)先形成的硫化 氫的任何地方。硫化氫腐蝕原油開采處理裝置并會導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p害裝置開采油的能力，硫化 氫降低了所生產(chǎn)的油的市場價(jià)值。此外，在水處理應(yīng)用中，必須控制管線、罐和其他水處理 裝置和設(shè)備中存在的&S。添加硝酸鹽式溶液影響預(yù)先形成的的除去，此外，進(jìn)一步防 止由SRB產(chǎn)生H2S,該硝酸鹽式溶液可存在于系統(tǒng)中或可以后再添加，例如在油田鉆探操作 過程中再添加。
用于該目的的硝酸鹽通常被開采或通過氨氧化來形成，所述硝酸鹽根據(jù)常規(guī)實(shí)踐 被運(yùn)輸和儲存在離油田很近的地方或其他通常偏遠(yuǎn)的地方來處理和使用。根據(jù)本發(fā)明，通 過提供由例如氨氧化的方法現(xiàn)場生成硝酸根離子避免了運(yùn)輸、混合以及儲存硝酸鹽和硝酸 鹽溶液而產(chǎn)生的技術(shù)、安全和成本問題。
本發(fā)明的設(shè)備和方法不限于降低H2S或油田應(yīng)用。例如，本發(fā)明可用于控制儲油 罐、油氣管線、水冷卻塔、煤漿管線以及裝有水或具有水相的其他罐或裝置中的硫化氫。所 述設(shè)備和方法也可用于礦井或不透水池塘或注水系統(tǒng)，其中，水位于地下。此外，所述裝置 和方法可用于金屬回收的開采工業(yè)(注水)、垃圾填埋、生產(chǎn)肥料的耕作區(qū)或各種其他環(huán)境 應(yīng)用。
設(shè)備
根據(jù)一種實(shí)施方式和如圖1所示，提供設(shè)備1用于現(xiàn)場生成硝酸根離子并使那些 離子進(jìn)入水性系統(tǒng)20與水性系統(tǒng)20接觸。水性系統(tǒng)20可包括配有收集或分配水溶液的 設(shè)備或裝置的地上設(shè)備，例如油井、油井分離器、儲水罐、管線和注入井。根據(jù)一種實(shí)施方 式，水性系統(tǒng)20中存在的水的來源可以是海水、回收生成的水或含水層水。根據(jù)一種實(shí)施 方式，在使硝酸鹽進(jìn)入水性系統(tǒng)20與水性系統(tǒng)20接觸之前，水性系統(tǒng)20含有SRB和/或 反硝化微生物以及硫化物氧化微生物。在其他實(shí)施方式中，水性系統(tǒng)20本身含有用于反硝 化微生物的碳源營養(yǎng)物。
集成系統(tǒng)10(圖1所示)包括用于提取存在于設(shè)備1附近的水、天然氣體、氧或含 氧氣體和氮(來自環(huán)境空氣)的提取裝置30。根據(jù)一種實(shí)施方式，集成系統(tǒng)10相對較小， 這樣可將它運(yùn)輸至各種水性系統(tǒng)20并從各種水性系統(tǒng)20中運(yùn)出。例如，所述集成系統(tǒng)可以是常規(guī)辦公桌的尺寸，大約3英尺高，2英尺寬，5英尺長。根據(jù)另一實(shí)施方式，集成系統(tǒng) 10的尺寸可增加或減少以適應(yīng)將在其中操作該集成系統(tǒng)的設(shè)備的尺寸和要求。此外，集成 系統(tǒng)10可具有使集成系統(tǒng)10運(yùn)輸至各個位置的輪子和/或墊木。
如圖2所示，根據(jù)一種實(shí)施方式，提取裝置30還包括用于獲取天然氣體和水的泵 31，用于提取設(shè)備1附近的環(huán)境空氣的壓縮機(jī)32以及用于從所提取的環(huán)境空氣中提取氮的 空氣分離器33。
集成系統(tǒng)10還包括用于使氧、水、天然氣體和氮發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子的反 應(yīng)器40。如圖3所示，根據(jù)一種實(shí)施方式，反應(yīng)器40包括用于進(jìn)行Haber方法的氨反應(yīng)器 41和用于進(jìn)行Ostwald方法的化學(xué)反應(yīng)器42。Haber方法可以是處理氮、氧、水和天然氣 體并使氮、氧、水和天然氣體發(fā)生反應(yīng)，將氮還原為氨的任何方法，例如，哈伯制氨法(Haber process)。Ostwald方法可以是處理氨并使氨發(fā)生反應(yīng)從而獲得氮氧化物、硝酸和硝酸 鹽-亞硝酸鹽的任何方法，例如，奧斯特瓦爾德制硝酸法(Ostwald process) 0
連接至反應(yīng)器40的遞送裝置50使所形成的硝酸根離子進(jìn)入水性溶液與水性溶液 接觸。根據(jù)一種實(shí)施方式和圖4所說明的，遞送裝置50包括泵51，泵51用于將由反應(yīng)器 40形成的硝酸根離子通過導(dǎo)管52泵入水性系統(tǒng)20。
控制器60可操作地連接至提取裝置30，反應(yīng)器40以及遞送裝置50?？刂破?0 控制硝酸鹽的生成速度和生成量。用于監(jiān)測水性系統(tǒng)20中硝酸根離子濃度的傳感器70可 操作地連接至控制器60。
方法和操作
下面介紹在設(shè)備1現(xiàn)場生成硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入設(shè)備1附近的水性 系統(tǒng)20與設(shè)備1附近的水性系統(tǒng)20接觸的方法。優(yōu)選地，將便攜的集成系統(tǒng)10置于具有 需要處理的水性系統(tǒng)20的設(shè)備附近。根據(jù)一種實(shí)施方式和如圖5所示，集成系統(tǒng)10的提 取裝置30從設(shè)備1附近的空氣中提取氧和氮(步驟110)。此外，提取裝置30獲取一些水 和存在于所述設(shè)備附近的天然氣體(步驟120)。
集成系統(tǒng)10使用反應(yīng)器40來處理氮、氧、水和天然氣體并使氮、氧、水和天然氣體 發(fā)生反應(yīng)以生成硝酸根離子(步驟130)。使用空氣、富氧空氣或氧的吸附過程(處理)在 溫度為0°C至100°C、表壓力為Obar至20bar條件下發(fā)生。優(yōu)選地，用于制造硝酸(Ostwald 方法)的、將氨氧化為氮氧化物的反應(yīng)可在溫度為75°C至1000°C (優(yōu)選地850°C至950°C)、 表壓力為Obar至14bar條件下進(jìn)行。還可使用以給定的氮、氧、水和天然氣體作為反應(yīng)物 來形成硝酸根離子的任何已知的方法。根據(jù)一種實(shí)施方式，例如，反應(yīng)器40包括氨反應(yīng)器 41和化學(xué)反應(yīng)器42。氨反應(yīng)器41使用合成氨的Haber方法和給定的氮、氧、水和天然氣體 實(shí)現(xiàn)了將氮還原為氨。反過來，化學(xué)反應(yīng)器42實(shí)現(xiàn)了用于將氨氧化或轉(zhuǎn)化為氮氧化物、硝 酸和硝酸鹽-亞硝酸鹽的Ostwald方法，所述硝酸鹽-亞硝酸鹽生成硝酸根離子。
如圖5步驟140所示，使由反應(yīng)器40形成的硝酸根離子通過遞送裝置50進(jìn)入水 性系統(tǒng)20與水性系統(tǒng)20接觸。可將硝酸根離子以分批方式或連續(xù)方式加至水性系統(tǒng)20 中。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，水性系統(tǒng)20與硝酸根離子接觸一次?？蛇x的，用硝酸根 離子重復(fù)處理水性系統(tǒng)20。處理方法的選擇由待處理的系統(tǒng)來決定。因此，如果待處理的 是單獨(dú)的油井，那么，單獨(dú)注入一批硝酸鹽和亞硝酸鹽可以是最有用的(盡管經(jīng)過差不多3 天的時(shí)間)。如果待處理的是整個原油采收系統(tǒng)，那么，連續(xù)方法是最佳的。
可將硝酸鹽以任何期望的形式加至系統(tǒng)中。例如，可添加硝酸鹽的任何期望的形 式，只要一旦加至水性系統(tǒng)20中，硝酸根離子就會表現(xiàn)出它們期望的功能。諸如鈣、銨、鈉 或鉀之類的反離子可被使用。此外，可使用一旦加至水性系統(tǒng)中就會生成硝酸根離子的化 合物。
控制器60和傳感器70控制并監(jiān)測注入水性溶液20中的硝酸根離子的濃度(步 驟150)。在所使用的集成系統(tǒng)10中的應(yīng)用(例如，還原H2S,提高原油采收率)將決定如 何操作控制器60和傳感器70。就還原H2S和提高原油采收率而言，考慮的因素在下面依次 討論。
硫化氫的還原
就還原H2S而言，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，重要的因素是加入足夠的硝酸根離子以 拒絕向需要碳源的使硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物的SRB給予碳源，通過刺激反硝化生物(反硝化 菌)的生長，使硝酸根離子消耗先前由SRB使用的碳源。因此，添加的硝酸鹽的量基于存在 于待處理的水性系統(tǒng)20中的碳源的量。例如，如果待處理的水含有IOOOppm的醋酸鹽，該 醋酸鹽先前全部由SRB使用以將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物，那么，應(yīng)添加足夠的硝酸鹽，這樣反 硝化微生物在SRB之前消耗IOOOppm醋酸鹽。
硝酸鹽處理法通過促進(jìn)反硝化微生物的生長來進(jìn)行操作，所述反硝化微生物通常 與SRB —同存在于水性系統(tǒng)20中。如果這些反硝化微生物不存在或存在的量不足，那么，可 將它們與硝酸根離子一同加至待處理的水性系統(tǒng)20中。例如，在使硝酸根離子進(jìn)入水性系 統(tǒng)20與水性系統(tǒng)20接觸之前、同時(shí)或之后，可將反硝化生物加至水性系統(tǒng)20中。反硝化 微生物可以分批的方式或以連續(xù)方法添加。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說反硝化菌是已知的并 且在例如"The Prokaryotes :A Handbook on Habitats, Isolation, and Identification of Bacteria"，卷1-4(Springer-Verlag，1981)，，中描述過。這些細(xì)菌利用硝酸鹽或亞硝 酸鹽作為最終電子受體，即，細(xì)菌通過呼吸硝酸鹽或亞硝酸鹽如同動物呼吸氧氣一樣來獲 得能量。一些細(xì)菌將硝酸鹽(NO3)轉(zhuǎn)化為Ν02、Ν20和N2,而其他細(xì)菌將硝酸鹽(NO3)轉(zhuǎn)化為 NH3。反硝化菌可在SRB使用的相同的碳/能量源上生長并且如前所述，反硝化菌更有效地 競爭碳/能量源，因此，拒絕向SRB給予用于SRB生長和隨后形成硫化物的碳/能量源。
反硝化細(xì)菌與SRB競爭存在于水性系統(tǒng)20中或加至水性系統(tǒng)20中的基于碳的營 養(yǎng)物。也就是說，兩種類型的微生物競爭相同類型的營養(yǎng)物，由于考慮到熱力學(xué)和生理學(xué)因 素，反硝化細(xì)菌是好得多的競爭者。因此，留下的SRB沒有足夠的碳源生長并生成硫化氫。 碳營養(yǎng)物的這種缺乏不會直接殺滅SRB，但是這使SRB不生成硫化氫。
如果目前水性系統(tǒng)20不含SRB，但是有可能該系統(tǒng)將來可含有SRB，那么，具有硝 酸鹽(以及如果需要的話具有反硝化菌)的預(yù)防性處理會阻止SRB將來的活性。在這個情 況下，碳源可與反硝化菌一同添加以便刺激反硝化菌生長，由于可獲得的營養(yǎng)物由反硝化 菌消耗，沒有一點(diǎn)留下給SRB，因此，防止了將來可出現(xiàn)的任何SRB生成硫化氫。
所述系統(tǒng)中存在的和/或如果需要的話添加的碳源除了醋酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽 之外或代替醋酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽，包括用于反硝化菌的任何已知的碳營養(yǎng)物。例如，諸如 Krebs循環(huán)中間體、丙二酸鹽、檸檬酸鹽、乳酸鹽、乙醇、甘油等之類的簡單碳/氫化合物可 用作營養(yǎng)物以使反硝化生物生長。大多數(shù)油田本身含有使反硝化細(xì)菌生長的必需的碳源。 此外，在油田生產(chǎn)和操作過程中，通常添加用作營養(yǎng)物的化合物。然而，用于反硝化生物的8添加的碳源可與其他期望的諸如磷酸鹽之類的營養(yǎng)物一同添加，從而影響刺激反硝化生物 建立和生長的營養(yǎng)平衡。
因此，本發(fā)明可用于處理含正在生成硫化氫的SRB的系統(tǒng)或處理由于過去存在 SRB而含有硫化氫的系統(tǒng)，或處理將來可含有SRB的系統(tǒng)。該系統(tǒng)將除去任何預(yù)先形成的硫 化氫并防止將來由SRB形成硫化氫。
根據(jù)另一實(shí)施方式，除了硝酸根離子之外，反應(yīng)器40生成亞硝酸根離子、氮氧化 物和其他未處理的化合物。所述亞硝酸根離子、氮氧化物、未處理的化合物和硝酸根離子都 進(jìn)入水性系統(tǒng)20與水性系統(tǒng)20接觸。而且，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，除了硝酸鹽之 外，所述方法和設(shè)備將亞硝酸鹽和/或鉬酸鹽注入水性系統(tǒng)20。添加的硝酸鹽和亞硝酸鹽 它們兩者或硝酸鹽、亞硝酸鹽和鉬酸鹽的組合影響預(yù)先形成的的除去，除此之外還防止 由SRB產(chǎn)生&S，硝酸鹽和亞硝酸鹽它們兩者或硝酸鹽、亞硝酸鹽和鉬酸鹽的組合可存在于 系統(tǒng)中或可以后再添加，例如在油田的鉆探操作過程中再添加。
添加亞硝酸鹽是因?yàn)樗詿崃W(xué)的方式幫助反硝化菌生長并因此使反硝化菌消 耗碳源。此外，亞硝酸鹽與由SRB制成的預(yù)先形成的硫化氫發(fā)生反應(yīng)，因此，立即降低了預(yù) 先形成的硫化物。亞硝酸鹽也發(fā)揮作用以抑制SRB進(jìn)一步生成硫化氫的作用。此外，亞硝 酸鹽與由SRB制成的預(yù)先形成的硫化氫發(fā)生反應(yīng)，因此，立即降低了預(yù)先形成的硫化物。最 后，亞硝酸鹽抑制SRB進(jìn)一步生成硫化氫的作用。
亞硝酸鹽和硝酸鹽起協(xié)同作用。也就是，通過將兩者一同添加，只需較少的亞硝酸 鹽和硝酸鹽來實(shí)現(xiàn)除去H2S以及防止SRB進(jìn)一步產(chǎn)生H2S。如前所述，所添加離子的合適的 量依賴于待處理的系統(tǒng)的參數(shù)，包括碳含量、硫化氫含量、目前SRB的含量等等。使用如上 所述的原則，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地確定待添加的離子的合適的量，需要考慮的是系 統(tǒng)應(yīng)當(dāng)讓反硝化菌耗盡可獲得的碳源，從而阻止SRB生成硫化氫并除去任何預(yù)先形成的硫 化氫。
提高原油采收率
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，控制器60決定進(jìn)入水性系統(tǒng)與水性系統(tǒng)接觸的硝 酸鹽的濃度以實(shí)現(xiàn)提高原油采收率，也被稱為微生物提高原油采收率的方法(MEOR)。反硝 化微生物將作為藥劑起作用，它在微生物提高原油采收率的方法(MEOR)中通過諸如分水、 生物聚合物、生物溶劑、生物表面活性劑、形成N2、生成氣體、改變pH值等之類的機(jī)制幫助油 釋放。也就是說，反硝化細(xì)菌和這些細(xì)菌的產(chǎn)物導(dǎo)致通過包括分水在內(nèi)的上述機(jī)制來釋放 油，所述分水在高滲透性區(qū)域發(fā)生，使得水被優(yōu)先轉(zhuǎn)移進(jìn)入較低滲透性的區(qū)域，導(dǎo)致促進(jìn)油 的移動。
因此，在水性系統(tǒng)20中生長的反硝化菌不僅除去了硫化氫和防止硫化氫形成，還 導(dǎo)致可將水性系統(tǒng)20用于MEOR過程。在原油開采步驟之前或原油開采過程中用硝酸根離 子來處理水性系統(tǒng)20，這樣硫化氫不進(jìn)入地下層。水性系統(tǒng)20可用于提高原油采收率的方 法，這本身是已知的。例如，處理過的水性系統(tǒng)20用于注入地下含油地層以替代該地層中 的油。
具有降低的硫化氫含量或不含硫化氫的、含反硝化菌的水性系統(tǒng)20在原油開采 中更加有效，因?yàn)橛蜎]有變酸并且腐蝕較少，所述腐蝕增加操作成本并最終放棄油田。而 且，因?yàn)檩^少的硫化氫或沒有硫化氫，不會通過硫化氫與鐵的反應(yīng)生成硫化鐵。硫化鐵在油田中是不想要的，因?yàn)樗鸱舛聞┑淖饔谩?br> 在額外提高方面，類似于還原的應(yīng)用，鉬酸鹽和/或亞硝酸鹽與硝酸鹽聯(lián)合可 加入水性系統(tǒng)20中。鉬酸鹽用于殺滅或抑制SRB。而且，以這樣的量添加鉬酸鹽以便不殺 滅或抑制反硝化細(xì)菌。此外，當(dāng)與亞硝酸鹽和硝酸鹽聯(lián)合使用時(shí)，與在已知方法中單獨(dú)使用 鉬酸鹽殺滅和/或抑制SRB相比，獲得期望的SRB的抑制所需的鉬酸鹽要少得多。
因此，硝酸鹽和/或亞硝酸鹽和鉬酸鹽的聯(lián)合提供了超過已知的單獨(dú)使用鉬酸鹽 的優(yōu)勢。具體而言，如果單獨(dú)使用需要非常大量的鉬酸鹽，例如大于3000ppm，而當(dāng)與硝酸 根離子和亞硝酸根離子聯(lián)合使用時(shí)，所需要的鉬酸鹽僅為約Ippm至約200ppm，優(yōu)選地為約 5ppm至約lOOppm。待添加的鉬酸鹽可為產(chǎn)生鉬酸根離子的任何鉬酸鹽或化合物的形式。目 前，由于考慮到經(jīng)濟(jì)和可利用性，使用鉬酸鈉和鉬酸鋰。
因此，本發(fā)明可用于處理用于提高原油采收率的水性系統(tǒng)20。本發(fā)明減少了存在 于地下層中的硫化氫的量，這防止油變酸和腐蝕。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，在所述設(shè)備中，現(xiàn)場生成硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入水性系統(tǒng)與 水性系統(tǒng)接觸，所述設(shè)備包括(A)集成系統(tǒng)，所述集成系統(tǒng)由(i)提取裝置和(ii)化學(xué)反應(yīng)器構(gòu)成，所述提取裝置用 于提取存在于所述設(shè)備附近的水和天然氣體以及從存在于所述設(shè)備處的環(huán)境空氣中提取 氧和氮，所述化學(xué)反應(yīng)器用于處理所述水、天然氣體、氧和氮并使所述水、天然氣體、氧和氮 發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子；以及(B)遞送裝置，所述遞送裝置將所述集成系統(tǒng)與所述水性系統(tǒng)相互連接，用于使所述硝 酸根離子進(jìn)入所述水性系統(tǒng)與所述水性系統(tǒng)接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括控制器，所述控制器可操作地連接至各 個所述提取裝置、所述化學(xué)反應(yīng)器和所述遞送裝置，并且將所述控制器配置成控制硝酸鹽 的生成速度和生成量。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述提取裝置還包括泵、壓縮機(jī)和空氣分離器，所 述泵用于獲取選自水和天然氣體中的至少一種的流體，所述壓縮機(jī)用于壓縮空氣，所述空 氣分離器連接至所述壓縮機(jī)，用于從壓縮的空氣中生成氮。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述化學(xué)反應(yīng)器包括配置成進(jìn)行Haber方法的氨反應(yīng)器；以及配置成進(jìn)行Ostwald方法的化學(xué)反應(yīng)器。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述遞送裝置還包括(i)導(dǎo)管，所述導(dǎo)管從所述集 成系統(tǒng)延伸至所述水性系統(tǒng)；(ii)泵，所述泵用于將所述離子通過所述導(dǎo)管轉(zhuǎn)移至所述水 性系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括傳感器，所述傳感器可操作地連接至所 述控制器，用于監(jiān)測所述水性系統(tǒng)中所述離子的濃度。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述集成系統(tǒng)還包括用于運(yùn)輸所述集成系統(tǒng)的墊 木或輪子。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，改變所述集成系統(tǒng)的尺寸使其對應(yīng)于所述設(shè)備的需要。
9.一種設(shè)備，在所述設(shè)備中，現(xiàn)場生成硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入水性系統(tǒng)與 水性系統(tǒng)接觸，所述設(shè)備包括(A)由(i)提取裝置和(ii)化學(xué)反應(yīng)器構(gòu)成的集成系統(tǒng)，所述提取裝置用于提取所述 設(shè)備附近的水和天然氣體以及從所述設(shè)備處的環(huán)境空氣中提取氧和氮，所述化學(xué)反應(yīng)器用 于處理所述水、天然氣體、氧和氮并使所述水、天然氣體、氧和氮發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離 子；(B)遞送裝置，所述遞送裝置將所述集成系統(tǒng)與所述水性系統(tǒng)相互連接，用于使所述離 子進(jìn)入所述水性系統(tǒng)與所述水性系統(tǒng)接觸；(C)控制器，所述控制器可操作地連接至各個所述提取裝置、所述化學(xué)反應(yīng)器和所述遞 送裝置并且所述控制器配置成控制硝酸根離子的生成速度和生成量；以及(D)傳感器，所述傳感器可操作地連接至所述控制器，用于監(jiān)測所述水性系統(tǒng)中所述離 子的濃度。
10.一種在設(shè)備現(xiàn)場生成硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入所述設(shè)備附近的水性系統(tǒng)與所述設(shè)備附近的水性系統(tǒng)接觸的方法，所述方法包括 從所述設(shè)備附近的空氣中提取氧和氮； 獲取水和存在于所述設(shè)備附近的天然氣體； 使獲得的氧、氮、水和天然氣體發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子；以及 使所述硝酸根離子進(jìn)入所述設(shè)備附近的水性系統(tǒng)與所述設(shè)備附近的水性系統(tǒng)接觸。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，所述方法還包括監(jiān)測所述水性系統(tǒng)中硝酸根離子的濃 度的步驟。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，與所述硝酸根離子接觸的所述水性系統(tǒng)含有硫 酸鹽還原菌。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，與所述硝酸根離子接觸的所述水性系統(tǒng)含有反 硝化微生物和硫化物氧化微生物。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，所述方法還包括在將所述硝酸根離子加至所述水性系 統(tǒng)中之前、同時(shí)或之后，將反硝化微生物加至所述水性系統(tǒng)中。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，所述方法是分批法，通過所述分批法，所述水性系統(tǒng)與 所述硝酸根離子接觸一次。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，所述方法是連續(xù)方法，通過所述連續(xù)方法，用所述硝酸 根離子重復(fù)處理所述水性系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，待接觸的所述水性系統(tǒng)本身包含用于反硝化微 生物的碳源營養(yǎng)物。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在將所述硝酸根離子加至所述水性系統(tǒng)之前、同 時(shí)或之后，將用于反硝化微生物的碳源營養(yǎng)物加至所述水性系統(tǒng)中。
19.一種通過在設(shè)備現(xiàn)場生成硝酸根離子來防止在水性系統(tǒng)中形成硫化氫的方法，所 述方法包括下列步驟從所述設(shè)備附近的空氣中提取氧和氮； 獲取水和存在于所述設(shè)備附近的天然氣體； 使所獲得的氧、氮、水和天然氣體發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子； 使所述硝酸根離子以足以建立并提高反硝化細(xì)菌生長的濃度進(jìn)入所述設(shè)備附近的所 述水性系統(tǒng)與所述設(shè)備附近的所述水性系統(tǒng)接觸；以及 監(jiān)測所述水性系統(tǒng)中硝酸根離子的濃度。
20.一種通過在設(shè)備現(xiàn)場生成硝酸根離子來提高水性系統(tǒng)中原油采收率的方法，所述 方法包括下列步驟從所述設(shè)備附近的空氣中提取氮；獲取水和存在于所述設(shè)備附近的天然氣體；使獲得的氧、氮、水和天然氣體發(fā)生反應(yīng)以形成硝酸根離子；使所述硝酸根離子以足以提高原油采收率的濃度進(jìn)入所述設(shè)備附近的所述水性系統(tǒng) 與所述設(shè)備附近的所述水性系統(tǒng)接觸；以及 監(jiān)測所述水性系統(tǒng)中硝酸根離子的濃度。
全文摘要
本發(fā)明提供通過設(shè)備附近提取的水、天然氣體和空氣來現(xiàn)場生成硝酸根離子的設(shè)備和方法。所述設(shè)備產(chǎn)生硝酸根離子并使該硝酸根離子進(jìn)入水性系統(tǒng)與水性系統(tǒng)接觸。存在于所述水性系統(tǒng)中的硫化氫被除去并通過向所述系統(tǒng)引入硝酸根離子使由硫酸鹽還原菌(SRB)生成的硫化氫減少，通過使用硝酸鹽，反硝化微生物競爭可獲得的碳營養(yǎng)物勝于硫酸鹽還原菌，因此，防止SRB生成硫化氫。由所述設(shè)備產(chǎn)生的并加至含反硝化微生物的水性系統(tǒng)中的硝酸根離子可通過微生物提高原油采收率的方法來提高原油采收率。
文檔編號C01B21/20GK102036911SQ200980118207
公開日2011年4月27日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者D·邁克爾·丹尼斯, 唐納德·O·希茨曼, 愛慕斯 布魯斯·艾倫 申請人:尼特拉根有限責(zé)任公司