用于工業(yè)應用中的金屬性納米顆粒殺菌劑的制作方法
【專利摘要】一種包括提供測量的劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料以及添加所述測量的劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料至載體材料，從而在將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動之前對該載體材料進行預處理的方法。另一方法包括進入與地下土地活動聯(lián)用的地下土地開口，將一定數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料引入至該地下土地開口，以及處理地下土地條件，所述地下土地條件存在于通過該地下土地開口能進入的地下土地位置。
【專利說明】用于工業(yè)應用中的金屬性納米顆粒殺菌劑
相關申請的交叉引用
[0001]本申請要求2011年2月25日提交的題為“用于工業(yè)應用中的金屬性納米顆粒殺菌劑(Metallic Nanoparticle Biocide in Industrial Applications)” 美國臨時申請第61/446，599號的優(yōu)先權，該文的全部內(nèi)容通過引用納入本發(fā)明。本申請還要求2012年2月7日提交的題為“用于工業(yè)應用中的金屬性納米顆粒殺菌劑(Metallic NanoparticleBiocide in Industrial Applications)”美國申請第13/368，252號的優(yōu)先權,該文通過引用納入本發(fā)明。
背景
[0002]許多工業(yè)過程受益于使用殺菌劑來減少腐蝕或幫助所述過程。微生物是一種常見的腐蝕原因。硫酸鹽還原菌(“ SRB ”)，例如，氧化許多鉆井液中發(fā)現(xiàn)的有機化合物和將硫酸鹽還原成硫化物，更具體的，硫化氫(H2S)和氫硫化合物離子(HS_)。井眼，或鉆入泥土的地下深孔，經(jīng)常暴露在厭氧情況下，這種情況傳播SRB和其他潛在的有害微生物。
[0003]因為細菌是一種主要腐蝕源的最終原因，常常把殺菌劑包含在常規(guī)的鉆井液和水源中。所述殺菌劑用于殺死或減少細菌、H2S、有機碳和金屬等，這些常常會阻止巖土工程井眼的成功產(chǎn)出。用于鉆井液的示例性殺菌劑包括:氯、戊二醛、氫氧化鈉和次氯酸鈉。但是，用于鉆井或其他工業(yè)過程的常規(guī)殺菌劑有明顯的不足。典型的殺菌劑是危險有毒的和/或在足量使用時是相對昂貴的。許多殺菌劑易于分解或快速擴散而且，因此，必須經(jīng)常更換，這導致了上升的成本。此外，一些殺菌劑需要相對高的濃度才有效，這可對周圍環(huán)境或者油井工人或其他人員帶來有害影響。最近幾年引起特別關注的一個不足是殺菌劑的毒性。有毒的殺菌劑可能從油井孔過濾至地下蓄水層或其他意料之外的地方。在鉆井液中使用這些殺菌劑的潛在環(huán)境缺點，可導致未來進一步的法規(guī)和增加的成本。處理包括這些有毒殺菌劑的鉆井液導致顯著的成本和關注。此外，常規(guī)處理材料的高濃度可促成套管、泵、管道線路和其他工程材料的腐蝕。此外，回收的鉆井液或采出水可包含升高濃度的多種有毒化學物質(zhì)、金屬、和硫化氫，和其他氣體。
概述
[0004]本文描述了方法、系統(tǒng)和組合物的多種實施方式。在某些實施方式中，所述方法包括將金屬性納米顆粒材料與工業(yè)活動聯(lián)用。在更具體的實施方式中，所述方法包括將金屬性納米顆粒材料與地下土地活動聯(lián)用。
[0005]在一實施方式中，所述方法包括提供測量的劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料以及添加所述測量的劑量數(shù)量的金屬性納米顆粒材料至載體材料，從而在將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動之前對該載體材料進行預處理。在另一實施方式中，所述方法包括獲得與地下土地活動聯(lián)用的地下土地開口，將一定數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料引入至該地下土地開口，以及處理地下土地條件，所述地下土地條件存在于通過該地下土地開口能進入的地下土地位置。用制備的金屬性納米顆粒材料處理所述地下土地條件。在另一實施方式中，所述方法包括獲得來自地下土地位置的產(chǎn)品，所述產(chǎn)品是結(jié)合地下土地活動來提取的，測量劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料，將所述測量劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料引入至來自地下土地位置產(chǎn)品。
[0006]本文中測量或測試的含義通常理解為包括將一數(shù)量與一更大的數(shù)量分離。被分離的數(shù)量可以是精確的和預先決定的數(shù)量(例如，通過基于體積或重量測量工具得到的)或者，可選的，可以是一更不精確和未決定的數(shù)量(例如，從容器中倒出一些隨機或粗略估計數(shù)量得到的)。
[0007]在所有這些方法的實施方式中，可執(zhí)行額外的操作和/或可指定具體的參數(shù)。在某些實施方式中，所述方法包括將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動中，從而化學分解大多數(shù)或基本所有的、暴露于載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料的硫化氫(H2S)和/或氫硫化合物離子(HS0。在某些實施方式中，所述方法還包括將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動中，從而減少地下土地活動中的腐蝕源。在某些實施方式中，所述方法還包括將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動中，從而同時處理地下土地活動中的液體和氣體。在某些實施方式中，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，而且基本上所有的銀納米顆粒的直徑在約2納米和約100納米之間和/或平均直徑在約5納米和約15納米之間。
[0008]本文還描述了方法、系統(tǒng)和組合物的其他實施方式。
附圖簡要說明
[0009]圖1顯示了實施方式中用于利用鉆井液鉆井的系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖2顯示了一系統(tǒng)的實施方式，所述系統(tǒng)用于水力壓裂以促進石油和氣體生產(chǎn)。
[0011]圖3顯示了一系統(tǒng)的實施方式，所述系統(tǒng)用于提取地下資源。
[0012]圖4顯示銀納米顆粒的實施方式的視圖，該銀納米顆粒作為金屬性納米顆粒的例子。
[0013]圖5是流程圖，該流程圖顯示了一種方法的一實施方式，所述方法將金屬性納米顆粒懸浮液用于鉆井應用。
[0014]在本文中，相似的附圖標記用于標記相似的要素。
詳述
[0015]在下面的描述中，提供了多種實施方式的具體細節(jié)。然而，有些實施方式在少于全部所述具體細節(jié)時也可實施。在其他情況下，對某些方法、步驟、組分、結(jié)構(gòu)、和/或功能描述的具體程度僅限于能實現(xiàn)本發(fā)明的多種實施方式，為了簡潔和清楚。
[0016]本發(fā)明描述了很多實施方式，但至少有些所述實施方式將金屬性納米顆粒組合物作為殺菌劑以單獨的、或作為溶液或其他組合的一部分的方式包括進入工業(yè)應用中。在某些實施方式中，所述金屬性納米顆粒組合物包括與結(jié)合水永久結(jié)合的銀納米顆粒，該銀納米顆粒催化性的或協(xié)同性的(即，使用多種毒性模式)使用多種殺菌作用模式來摧毀細菌(例如，病原體)，但是具體的作用模式不限于此。
[0017]許多工業(yè)過程受益于使用殺菌劑來減少腐蝕或幫助所述過程。然而，典型的殺菌劑是危險有毒的和/或在足量使用時是相對昂貴的。相反，金屬性納米顆粒組合物可具有優(yōu)異的殺菌特性且相對持久和無毒。將金屬性納米顆粒組合物包含進入工業(yè)過程可帶來良好的殺菌結(jié)果同時降低環(huán)境風險和成本。
[0018]許多工業(yè)過程涉及鉆或鑿深入泥土的地下孔。這些孔通常被稱為井眼。例如，在石油和氣體工業(yè)中，經(jīng)常要鑿離地面一米多深的孔。這個鉆井過程一般包括抽吸多種類型的流體，所述流體為鉆頭提供冷卻，去除被鉆頭切碎的顆粒，以及，在某些情況下，為鉆頭提供動力。所述液體也可因其他原因抽吸進入井眼，例如支撐井眼的墻體和刺激油井的生產(chǎn)。所述液體通常被稱為“鉆井液”、“鉆探泥漿” “完井液” “修井液” “封隔液”、“壓裂液”、“刺激液”、“一致性控制液”、“滲透性控制液”、“加固液”等等。如本發(fā)明所使用，“鉆井液”可指在鉆井、生產(chǎn)、維修或復原過程中抽吸進入井眼的任何類型的流體。在某些實施方式中，所述鉆井液是水，可以包括或不包括其他化學物質(zhì)。
[0019]水是這些流體最常見的組分，并用于工業(yè)過程的所有方面，包括涉及應用巖土工程的地下過程。應用巖土工程活動和過程可包括任何地下鉆井活動、地面挖掘活動、或類似活動，所述類似活動涉及任何目的包括但不限于石油和氣體和巖土工業(yè)作業(yè)。水的天然性質(zhì)在作為載體時可同時促進和阻礙某些過程。在多種階段，例如，在泥土中鉆井的應用科學中，水吸收和/或運載來自泥土的大量的顆粒和元素以及添加至水中的化學物質(zhì)組合物。殺菌劑是常規(guī)性添加至水中的化學物質(zhì)的例子之一，以不同的濃度，以解決涉及細菌、有機碳、金屬、硫化物等出現(xiàn)在地下地質(zhì)構(gòu)成的問題。
[0020]術語鉆井液，如本發(fā)明所使用，指用于在泥土中鉆探井眼的任何液體。細菌、有機碳、金屬、硫化物妨礙鉆井液的功能。典型的鉆井液功能包括但不限于以下:
[0021]從油井和井眼去除切削物
[0022]懸浮或釋放切削物
[0023]控制形成壓力
[0024]密封可滲透的形成物
[0025]維持油井眼穩(wěn)定性
[0026]最小化形成損壞`
[0027]冷卻、潤滑和支撐鉆頭和鉆井組件
[0028]傳輸水力能量至工具和鉆頭
[0029]確保足夠的地層評測
[0030]控制腐蝕(在可接受的水平)
[0031]促進粘結(jié)和完成
[0032]最小化對環(huán)境的影響
[0033]鉆井系統(tǒng)的多種配件常常浸沒在鉆井液中，并頻繁的因腐蝕而失效。所述腐蝕通常是由腐蝕劑穿過鉆井液運動至鉆井系統(tǒng)的配件引起的。這些失效可給操作鉆井系統(tǒng)的工人帶來巨大的危險，并在替代零件就位前引起昂貴的拖延。
[0034]微生物是一種常見的腐蝕原因。例如，硫酸鹽還原菌(“SRB”)氧化許多鉆井液中發(fā)現(xiàn)的有機化合物和將硫酸鹽還原成硫化物，更具體的，硫化氫(H2S)和氫硫化合物離子(HS!。當金屬鉆井設備在SRB存在下使用時，結(jié)果常常是金屬設備被SRB產(chǎn)生的H2S腐蝕，這種情況可大大阻礙或阻止整個油田的生產(chǎn)，通常被稱為“酸氣”田。硫化氫在正常作業(yè)情況下還有其他方面的危險。
[0035]此外，甚至在鉆井過程完成后，安裝進入井眼的其他設備和/或結(jié)構(gòu)也可遭受SRB的腐蝕影響。例如，混凝土和金屬管道會隨時間腐蝕并最終在井眼內(nèi)失效。此外，安裝過程本身也可因SRB而被妨害或陷入危險。例如，SRB可阻止混凝土進行合適的固化，這會給井眼帶來毀滅性的失效。[0036]因為細菌是一種主要腐蝕源的最終原因，常常把殺菌劑包含在常規(guī)的鉆井液和水源中。所述殺菌劑用于殺死或減少常常會阻止巖土工程井眼的成功產(chǎn)出的細菌、H2s、有機碳和金屬等。用于鉆井液的示例性殺菌劑包括:氯、戊二醛、氫氧化鈉和次氯酸鈉。但是，用于鉆井或其他工業(yè)過程的常規(guī)殺菌劑有明顯的不足。許多常規(guī)殺菌劑快速衰弱或擴散而且，因此，必須經(jīng)常更換，這導致了上升的成本。另外，某些殺菌劑需要相對高的濃度才有效，這會帶來它們自己的腐蝕作用，并因此與消除細菌一產(chǎn)生的腐蝕劑如硫化氫的目標相沖突。另外，以這種方式使用的某些殺菌劑對周圍的生態(tài)系統(tǒng)或油井工人或其他人員具有有害影響。最近幾年引起特別關注的一個不足是殺菌劑的毒性。有毒的殺菌劑可能從油井孔過濾至地下蓄水層或其他目標之外的地方。在鉆井液中使用這些殺菌劑的潛在環(huán)境缺點，可導致未來法規(guī)更嚴格和成本增加。處理包括這些有毒殺菌劑的鉆井液導致顯著的成本和關注。
[0037]因此，鉆井公司需要一種具有更低的人類和環(huán)境毒性、不會快速衰弱、以及能有效應對SRB和H2S的殺菌劑。本發(fā)明描述的具有這些特征的一種殺菌劑是金屬性納米顆粒組合物。一種示例性的金屬性納米顆粒組合物如2006年11月14日授予J *R羅伯特(RobertJ.Holladay)等的美國專利第7，135，195號所述,該文全部內(nèi)容通過引用納入本發(fā)明。
[0038]圖1顯示了實施方式中用于利用鉆井液鉆油井的一種系統(tǒng)100的示意圖。所述系統(tǒng)100包括井架102、鉆柱104、以及抽泥泵106。所述系統(tǒng)100鉆了一井眼108深入泥土中。
[0039]所述井架102，在某些實施方式中，是用于支撐系統(tǒng)100其他元件的支撐結(jié)構(gòu)。所述井架102包括用于抬起和定位鉆柱104的機器，以及還可包括其他機器用于操作系統(tǒng)100和執(zhí)行系統(tǒng)100功能，例如把鉆頭110旋轉(zhuǎn)進入井眼108。所述井架102可以是任何尺寸和包括任何能夠支撐鉆柱104的材料。
[0040]所述鉆桿104，在某些實施方式中，包括空心鉆管的一或更多部分，這些部分連在一起。所述鉆柱104把鉆井液114和轉(zhuǎn)矩從地面?zhèn)鬏斨零@柱104底部。所述鉆柱104的空心管充當導管，鉆井液114流經(jīng)該導管。所述鉆柱104還可包括打斷、切削或粉碎井眼路徑上巖層的鉆頭110。
[0041 ] 在某些實施方式中，抽泥泵106將鉆井液114從地面通過鉆柱104抽吸至井眼108的底部。所述抽泥泵106可以是往復泵或能在鉆井液114中產(chǎn)生高壓的其他裝置。所述抽泥泵106可包括多個活塞/柱塞來抽吸鉆井液114，而且可相對于井眼108的尺寸和深度來決定尺寸。所述抽泥泵106還可包括一或更多減震器以減少震動。
[0042]鉆井液114被抽泥泵106通過空心鉆柱104抽吸至井眼108的底部的鉆頭110。然后，所述鉆井液114在鉆頭104和井眼108壁之間的環(huán)形空間(被稱為環(huán)空112)向上流動，所述鉆井液114從環(huán)空112的頂部流出，而且通過抽泥泵106、鉆柱104、鉆頭110，以及環(huán)空112再次循環(huán)，
[0043]所述鉆井液114執(zhí)行多種功能。在某些實施方式中，所述鉆井液114潤滑和冷卻鉆頭110以延長鉆頭110的使用。所述鉆井液114還去除由鉆頭110從井眼108切削、被稱為“切削物”的材料。在某些實施方式中，所述鉆井液114給鉆頭110或鉆柱104的其他組件提供動力。所述鉆井液114還可包括殺菌劑以減少細菌產(chǎn)物如腐蝕性物質(zhì)。
[0044]在某些實施方式中， 所述鉆井液114包括金屬性納米顆粒組合物。所述金屬性納米顆粒組合物可降低鉆井液114中至少一部分SRB的活性或?qū)⑵錃⑺?。因此，可減少鉆井液114中腐蝕性材料的產(chǎn)生。在具體的實施方式中，所述金屬性納米顆粒包括銀納米顆粒。雖然接下來的描述指銀納米顆粒，但所提供的描述亦可適用于形成于或包括其他金屬或金屬性特征的納米顆粒。所述銀納米顆?？梢砸匀我鉂舛人酱嬖谟阢@井液114中。作為一個例子，所述銀納米顆?？梢约s十億分之五十份和百萬分之五份之間的濃度存在于鉆井液114中。在另一例子中，所述銀納米顆粒可以高達約百萬分之百份的濃度存在于鉆井液114中。在另一例子中，所述銀納米顆?？梢缘椭良s十億分之一份的濃度存在于鉆井液114中。在具體應用中使用的濃度水平取決于使用銀納米顆粒組合物的工業(yè)應用的類型。此外，其他濃度范圍可適用于包括除了銀以外的其他金屬的納米顆粒。 [0045]在某些實施方式中，所述鉆井液114再次循環(huán)前可在泥漿坑116中沉積，以使切削物從鉆井液114中沉積出來。所述鉆井液114在再次循環(huán)前還可收集和改性。對于常規(guī)殺菌劑添加劑，這個沉積過程會導致殺菌劑與切削物聯(lián)用沉積、化學轉(zhuǎn)變和降解，或揮發(fā)至大氣中。鉆井液114中殺菌劑的濃度和效率可能因此被降低。此外，常規(guī)殺菌劑在使用時可能相對快速的降解或消耗，因此需要在相對短的時間內(nèi)添加更多殺菌劑至鉆井液114中。
[0046]在某些實施方式中，所述銀納米顆粒組合物具有使當鉆井液114在泥漿坑116中靜置時所述銀納米顆粒組合物仍然留在懸浮液中的物理特性。所述納米顆粒的小尺寸、和所述納米顆粒的結(jié)構(gòu)以及多種基本力結(jié)合，可使所述納米顆粒仍然留在懸浮液中并因此不會沉積在泥漿坑116中，或相對緩慢的沉積并保留它的殺菌性質(zhì)。因此，一種包括銀納米顆粒組合物、或主要只包括銀納米顆粒材料的溶液的殺菌劑，可維持比其他現(xiàn)有殺菌劑更長的濃度和效率。
[0047]所述銀納米顆粒可穩(wěn)定存于該組合物中，無需表面活性劑。因此，所述鉆井液114可不使用表面活性劑。然而，其他實施方式可包括表面活性劑。
[0048]在某些實施方式中，所述銀納米顆粒組合物保持長于其他常規(guī)殺菌劑的作為殺菌劑的效率，以及中和的SRB多于用于鉆井或其他工業(yè)應用的其他常規(guī)殺菌劑。由該納米顆粒的物理特性引起的納米顆粒的運動可促進效率。相對小的納米顆粒(相對于，例如，微米顆粒)可展現(xiàn)相對高水平的布朗運動(Brownian motion)。在某些實施方式中，所述金屬性納米顆粒組合物包括與結(jié)合水永久、基本永久、或半永久結(jié)合的銀納米顆粒，該銀納米顆粒催化性的或協(xié)同性的(即，使用多種毒性模式)使用多種殺菌作用模式來摧毀細菌(例如，病原體)，但具體的作用模式不限于此。因此，所述銀納米顆粒組合物可保留它們作為殺菌劑的效率長于更大的顆粒。
[0049]在某些實施方式中，用于鉆井液114的所述殺菌性添加劑不含有機聚合物。換句話說，所述鉆井液114可只包含無機殺菌劑。所述鉆井液114可包含銀納米顆粒，該銀納米顆?；静话袡C物質(zhì)。在一實施方式中，用于鉆井液114的所述殺菌性添加劑可主要或僅僅為銀納米顆粒在水中的懸浮液。在另一實施方式中，用于鉆井液114的所述殺菌性添加劑可為銀納米顆粒在水中的懸浮液與一或更多其他物質(zhì)的組合。下文將結(jié)合圖4，更加詳細的討論銀納米顆粒的實施方式。
[0050]在某些實施方式中，用于鉆井液114的所述殺菌性添加劑包含過氧化氫(H2O2)。過氧化氫可與銀納米顆粒相互作用以增強所述鉆井液114的抗菌活性。具體的，添加過氧化氫可抵消高鹽度的部分或全部影響，否則高鹽度可能會負面的影響銀納米顆粒溶液的效率。這樣，可以說過氧化氫至少部分的中和了鹽度。在某些實施方式中，所述過氧化氫用作厭氧微生物的殺菌劑。所述過氧化氫可占全部溶液的約0.5%至5.0%。其他實施方式可包括更多或更少的過氧化氫。其他實施方式可限制于更窄的總?cè)芤喊俜謹?shù)范圍(例如，約
1.0-4.0%之間、約2.0-3.0%之間等)。例如，所述過氧化氫可以約十億分之五百和約百萬分之十之間的濃度存在于鉆井液114中。在另一例子中，所述過氧化氫可以高達約百萬分之百的濃度存在于鉆井液114中。在某些實施方式中，所述過氧化氫與銀納米顆粒一起存在于鉆井液114中。這個實施方式可使用一個范圍的銀納米顆粒濃度，如上文所解釋，以及過氧化氫的濃度范圍為約十億分之五百和約百萬分之百之間。
[0051]圖2顯示了系統(tǒng)200的一實施方式，所述系統(tǒng)200用于水力壓裂以促進石油和氣體生產(chǎn)。所述系統(tǒng)200包括抽泥泵106、鉆井液114，以及射孔槍204。所述系統(tǒng)斷裂在井眼108的一部分周圍的巖石，從而促進油井的生產(chǎn)。
[0052]所述射孔槍204，在實施方式中，被插入井眼108 (“該橫向的”)的橫向部分。該橫向的可位于一具體層202,該層202可為巖石或巖層,例如頁巖層。所述射孔搶204施加壓力至套管和內(nèi)襯井眼108的其他周圍結(jié)構(gòu)，例如混凝土襯套和井眼108周圍的巖石。該施加的壓力位于具體的射孔區(qū)206，所述射孔區(qū)206將壓力聚焦在某位置從而套管、混凝土襯套，以及巖石可在射孔區(qū)206或它的附近射孔。所述射孔槍204使用任何施加壓力的方法，例如聚能裝藥或其他爆炸物。
[0053]然后，將所述射孔槍204從井眼108去除，而且往井眼填充壓裂液。所述壓裂液可類似于，在某些方法，用于鉆井眼108的鉆井液114或可為專業(yè)的壓裂液包括類似的銀納米顆粒溶液，如上文所述。所述壓裂液通過抽泥泵106或其他泵或壓力產(chǎn)生裝置在壓力下置于井眼108。所述抽泥泵106可以是與鉆井過程中使用的相同的泵或者可以是專業(yè)的壓裂栗。
[0054]壓裂液的壓力壓裂射孔附近的巖石。由增壓壓裂液創(chuàng)建的裂痕208可延伸至井眼108周圍的層202。通常，所述裂痕208提供低阻通道，以使石油、氣體或氣體物質(zhì)進入井眼并且從油井去除。
[0055]水力壓裂通常用于促進油井的生產(chǎn)，但該壓裂過程包括多個困難。與上文所述的鉆井液類似，所述壓裂液可被細菌如SRB的存在而受到負面影響。因SRB產(chǎn)生的腐蝕是典型壓裂系統(tǒng)的常見問題。因此，用于壓裂過程的壓裂液頻繁的包括殺菌劑以減輕SRB的影響。在常規(guī)的系統(tǒng)中，所述壓裂液可包括有毒組分，包括有毒的殺菌劑?，F(xiàn)有系統(tǒng)中使用的常規(guī)壓裂液的毒性可給工人、周圍環(huán)境、地下蓄水層和居住在附近的居民帶來危險。從壓裂使用的壓裂液中覺察的危險可導致更多的政府規(guī)定，這些政府規(guī)定將要求在該過程中使用毒性更小的材料。
[0056]在本發(fā)明描述的某些實施方式中，在壓裂過程使用的壓裂液包括在結(jié)合水懸浮液中的銀納米顆粒。所述銀納米顆粒可包括本發(fā)明結(jié)合圖1和其他地方所描述的性質(zhì)和特征在實施方式中，所述銀納米顆粒懸浮于添加至壓裂液的水中。所述銀納米顆粒懸浮液可用作有效的殺菌劑，且當與本發(fā)明上述的其他殺菌劑相比時濃度相對較低。在某些實施方式中，所述銀納米顆粒懸浮液可以以前述濃度范圍存在。在某些實施方式中，所述銀納米顆粒懸浮液可以和過氧化氫一起以前述濃度范圍存在于壓裂液中。
[0057]除了上述的鉆井和壓裂過程以外，所述銀納米顆粒懸浮液可用于其他工業(yè)應用。例如，所述銀納米顆粒懸浮液可以以類似的方式用作殺菌劑用于其他鉆井過程，包括但不限于注水以促進油井生產(chǎn)、回收鉆井液水、油井維修，和酸氣緩解。所述銀納米顆粒懸浮液可以以類似的方式用作殺菌劑用于其他工業(yè)過程，包括但不限于下述:流體優(yōu)化、水消毒、水凈化、水處理、水分離、采出水的回收和處理、油井調(diào)濕、鉆井液調(diào)節(jié)劑、鉆井液礦物、鉆井液減摩劑、水泥調(diào)節(jié)劑、地表驅(qū)水灌溉、機械蒸汽增強、污染抵抗、藥物修復/回收、蓄水層/地層調(diào)節(jié)劑、地下蓄水層復原、土壤修復、阻垢劑、殺菌、殺病原體、鉆井過程增強、油水分離、流體集成、套管保護、細菌預防、紫外性質(zhì)相似性、除砷、石油精煉過程、地表排放、非點源排放、蒸發(fā)塘處理和排放控制、濕地處理、灰塵控制、現(xiàn)場清洗、飲用/非飲用水，除鐵、地下注水、增強蒸發(fā)、水平衡、除硫化氫(硫還原細菌)，以及其他類似的應用。
[0058]可以使用所述銀納米顆粒懸浮液的其他工業(yè)過程，包括但不限于下述:表面活性劑、離子交換、電滲析(ED)、反向電滲析(EDR)、電容去離子技術、電化學活化技術、電-去離子、植物/蔬菜養(yǎng)料、電磁半導體。銀納米顆粒溶液還可用于降低氯和硫化物(H2S和HS_)、硝酸鹽、亞硝酸鹽，和/或其他離子濃度的過程。銀納米顆粒溶液還可用于降低硒、砷、銅和/或其他金屬濃度的過程。納米顆粒溶液還可用于減少多環(huán)芳烴和其他有機化合物的過程。
[0059]附錄A包括《無機分析報告》的測試數(shù)據(jù)，這些測試是由認證的分析實驗室在4個樣品上進行的。在這些或類似的測試數(shù)據(jù)中，在有機報告中發(fā)現(xiàn)的簡寫“Surr”意指一種替代化合物，該替代化合物是由實驗室故意添加的以測定樣品注射、提取、和/或凈化效率。報告中發(fā)現(xiàn)的“報告極限” 相當于應用定量限(PQL)，是根據(jù)引用的方法和樣品基質(zhì)所能報告的最小濃度。所述報告極限不必涉及任何規(guī)定的極限以及，在某些情況下，可排除利用更精確測試設備所可能得到的更精確數(shù)據(jù)。在這些限制下，分析結(jié)果以三明顯的圖報告，目的是為了質(zhì)量控制和計算。此外，對于附錄A中進行和報告的硫化物分析，因為提供的樣品體積有限，所以稀釋樣品以達到具體的體積以進行樣品分析。稀釋導致這個樣品的報告極限提高。附錄A顯示的樣品5報告包括處理混合了采出水的回水的結(jié)果，所述采出水為來自懷俄明州南部某井田油井完成和石油生產(chǎn)過渡間的采出水。
[0060]其他分析，也使用ASTM標準方法，表明銀納米顆粒溶液具有降低硫化物濃度的能力。這些硫化物化學氧化測試的結(jié)果也包含于附錄A中。
[0061]本發(fā)明所述金屬性納米技術實施方式，或相當?shù)慕饘傩约{米技術的潛在使用者，包括，但不限于，從事石油和氣體工業(yè)某些方面的實體、地下巖土工程、以及其他工業(yè)能源或環(huán)境相關的產(chǎn)品應用。潛在應用的一些例子包括，但不限于，下述:國內(nèi)，國際，跨國大型石油公司、國內(nèi)石油公司、高度集成的實體、獨立的石油公司、煉油廠、營銷人員、生產(chǎn)商、投資者、參與者、消費者和投機商、貿(mào)易未來的制造商和創(chuàng)業(yè)者、由現(xiàn)金市場組成的石油市場中的分銷商和貿(mào)易者、期貨市場，以及全部的能源服務提供商、第三方提供商以及參與上游和下游活動的任何公司、子公司、分公司、輔助公司(auxiliaries)、控股公司或附屬公司。
[0062]通常，本發(fā)明所述金屬性納米技術實施方式，或相當?shù)慕饘傩约{米技術的潛在使用者，包括，但不限于，在下述一般領域的活動:工程、建造、運營、計劃、涉及、開拓和生產(chǎn)的努力。在這些領域的潛在活動的一些離子包括，但不限于:生產(chǎn)、煉油、制造、處理、化學的、石油-化學的、氣液轉(zhuǎn)化、地熱、土工的、過程、管道內(nèi)襯、流體、烴、有機蒸汽、運輸、操縱、地震的、地質(zhì)的、地球物理的、技術的、開拓的、工程的、沉積的、磁性的、重量分析的、轉(zhuǎn)讓、導電率、蓄水池、海床、氣象的、環(huán)境的、泥漿坑、泥漿系統(tǒng)、泥漿流體、泥漿產(chǎn)品、泥漿添加劑、殺菌劑替代品或添加劑、粘度增強、優(yōu)化、回收方法、井眼流體、水泥流體、滑線流體、水力壓裂液、工業(yè)水應用、氣體或增壓壓裂、修井液、水泥流體、井眼、循環(huán)過程、原生水、地層水、間隙水、礦物聚集體或有機物質(zhì)、硫還原細菌、所有其他已知或未知的地面或地下細菌、采出水、沉積塘流體、蓄水坑流體、閉環(huán)流體、混相流體、人工驅(qū)水、水井、處理井、流體注射、進料井、出料井、流動處理器、增強的回收、鹽水流體、鹽水處理、硫化氫、溶解的氣體、二氧化碳、氣體注射、人工驅(qū)水、使用化學物質(zhì)的三級方法、氣體、熱量、資源回收的效率提高、泵、油罐消耗品、去污、油罐組、油庫、油罐儲存、空氣鉆井、空氣/氣體抬舉、刷水、加熱器處理、熱油、酸化、清管、除垢、套管、油管、孔內(nèi)維修、鋼絲繩、維修，以及類似的活動。其他的例子包括涉及下述的多種活動:設施、收集設施、水處理系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、管線、泵站、提升站、中轉(zhuǎn)站、儲存設施、垃圾處理設施、居住、供應裝置、鉆井區(qū)域、鉆井裝置、處理設施、井頭、流動線路、注射線路、陰極、分離過程、人工提升方法、先進回收技術、運輸設備、試車/退役、復原、棄井、環(huán)境管理、蒸發(fā)塘、脫鹽蒸發(fā)/沉積堂、采出流體、有機物的水處理、無機物、金屬或具有用于還原的有形或無形特征的其他組合物、提高穩(wěn)定性、擴張、蒸發(fā)、潤滑、酸性、堿性、分離、無菌化、活化，以及處理。其他商業(yè)化和/或工業(yè)應用活動的額外例子包括，但不限于，下述:石油、氣體、冷凝物、可燃和非可燃氣體、烴、蒸餾油、收集過程、脫水、壓縮、處理和運輸方法、測井、分級、挖掘、污垢工作、制備、消耗品、射孔等等。此外，本發(fā)明所描述的金屬性納米技術的實施方式還可與進行中的研究和開發(fā)活動聯(lián)用。這些研究和開發(fā)活動的一些例子包括，但不限于，下述:陸源的、近海的、移動的、固定的、獨立的、千斤頂托起、半潛式平臺、鉆井船、水駁船、鉆機、鉆井模塊、運輸、員工住宿、石油提煉、化學工程、尿素工廠、水處理設施、注射設施、硫化物設施等等。此外，本發(fā)明所描述的金屬性納米技術的實施方式可與涉及用于地下土地活動的環(huán)境和/或安全規(guī)定的任何活動聯(lián)用，所述地下土地活動一定或可能導致排放或提取，所述排放或提取可用本發(fā)明所述一或更多實施方式制備的金屬性納米顆粒的性質(zhì)，或者相當于所述一或更多實施方式制備的金屬性納米顆粒的金屬性結(jié)構(gòu)處理。
[0063]圖3顯示了系統(tǒng)220的實施方式，所述系統(tǒng)220用于提取地下資源。圖3的所述系統(tǒng)220在很多方面基本與圖2的系統(tǒng)200類似。然而，圖3示例的所述系統(tǒng)220代表了操作階段，在該階段壓裂已經(jīng)完成而且一種資源如天然氣或石油正被從井眼108中提取。
[0064]在示例的所述系統(tǒng)220中，坑116被回填因為不再需要鉆井液114。所述系統(tǒng)220還包括油罐組222，該油罐組222安裝用于儲存采出水，或從井眼108與天然氣或其他資源聯(lián)用提取的水。所述油罐組222可包括一或更多儲油罐，該儲油罐設計用于容納一定數(shù)量的采出水。采出水被儲存在油罐組222中，因此所述采出水潛在的含有對地表環(huán)境有害的成分。例如，如果在鉆井或壓裂階段使用了任何有毒化學物質(zhì)，那么所述采出水中可能包括殘留的有毒化學物質(zhì)成分，這些成分不應該釋放至地表環(huán)境中。此外，在井眼108發(fā)現(xiàn)的某些自然元素可能有毒或者不是地表環(huán)境所想要的。作為二級預防措施，所述油罐組222可位于護道或護堤224之間。如果儲存在油罐組222的采出水發(fā)送泄漏，那么護道或護堤224設計用于容納溢出量一定時間，在這段時間內(nèi)可以采取容納和清理措施。
[0065]圖4顯示了銀納米顆粒300的一實施方式的視圖。所述銀納米顆粒300包括一表面302和一內(nèi)部304。所述銀納米顆粒300可被包含于銀納米顆粒懸浮液中。
[0066]所述表面302，在實施方式中，是氧化銀。所述表面302可具有金屬性特征。在某些實施方式中，所述表面302具有共價的特征。所述內(nèi)部304可為單質(zhì)銀。
[0067]所述銀納米顆粒300可具有準確的或平均的直徑306，該直徑306定義了所述銀納米顆粒300的尺寸。在某些實施方式中，所述直徑306或銀納米顆粒的尺寸在約0.002微米和約0.030微米(即，2-30納米)之間。所述銀納米顆?？删哂锌勺兊某叽?，平均直徑為約 0.002-0.030 微米(即，2-30 納米)。
[0068]所述銀納米顆粒300可以是組合物中許多銀納米顆粒之一。所述組合物可以是銀納米顆粒在水中的組合物。在某些實施方式中，組合物中大多數(shù)的銀納米顆粒的直徑在約
0.002微米和約0.030微米之間。在某些實施方式中，組合物中至少75%的銀納米顆粒的直徑在約0.002微米和約0.030微米之間。在其他實施方式中，組合物中至少90%的銀納米顆粒的直徑在約0.002微米和約0.030微米之間。在某些實施方式中，組合物中至少95%的銀納米顆粒的直徑在約0.002微米和約0.030微米之間。在組合物的某些實施方式中，所述銀納米顆粒的平均直徑為0.0106微米。如上文所解釋，所述銀納米顆粒在溶液中或作為脫水物質(zhì)(例如，粉末)可對SRB和/或其他細菌顯示殺菌性性質(zhì)。
[0069]圖5是流程圖，該流程圖顯示了一種方法400的一實施方式，所述方法400將銀納米顆粒懸浮液用于鉆井應用。在某些實施方式中，所述方法400是一種使用了圖1-3系統(tǒng)所示系統(tǒng)和儀器的方法，而且將參考這些圖進行討論。然而，所述方法400也可按它的方法獨立執(zhí)行，且無意將所述方法具體的限定于上文結(jié)合那些圖討論的【具體實施方式】。此外，雖然下面的描述主要參考了鉆井液和設備，相同或相似的操作也可在壓裂液和設備上實施，或在其他工業(yè)流體和相關設備上實施。
[0070]如圖5所示，提供402銀納米顆粒懸浮液所述懸浮液可以以鉆井液114的形式和可以在泥漿坑116或采出水中提供402。所述懸浮液可具有抗菌性質(zhì)和可用作殺菌劑。
[0071]用于鉆井泥漿(或用于壓裂液的其他泵)的抽泥泵106可把所述懸浮液抽吸404進入井眼108。在某些實施方式中，所述懸浮液通過鉆柱104被抽吸404進入井眼108。在另一實施方式中，所述懸浮液被直接抽吸404進入井眼108。
[0072]在井眼108中的懸浮液可增壓?？山o懸浮液施加406壓力，通過抽泥泵106或能施加壓力的其他裝置。在實施方式中，所述施加的壓力使得所述懸浮液通過鉆柱104循環(huán)并且通過井眼壁和鉆柱104之間的環(huán)空112回填。在另一實施方式中，所述懸浮液被置于靜壓下，例如在水力壓裂中。
[0073]在某些實施方式中，所述懸浮液被從井眼中去除和收集408。所述懸浮液可作為鉆井操作的部分來去除和收集408，其中所述懸浮液流出環(huán)空112并在這里俘獲和返回至泥漿坑116以備重新使用。在另一實施方式中，所述懸浮液可被抽吸出井眼108且收納在容器(未顯示)中以備后用或處理。
[0074]本發(fā)明的實施方式為用于工業(yè)應用的殺菌劑提供了降低的人類和環(huán)境毒性以及升高的安全性。銀納米顆粒的金屬性懸浮液可替代其他殺菌劑使用，或者用于傳統(tǒng)殺菌劑不安全的應用中。
[0075]此外，為了參考，本文所述的銀納米顆粒溶液的某些實施方式與其他殺菌性組合物是可區(qū)分的。作為一個例子，本文所述的銀納米顆粒溶液的實施方式可以以嚴格的形式使用，不包括其他潛在添加劑如常規(guī)的有毒物質(zhì)、聚合物、填料、凝結(jié)劑、支撐劑、表面活性劑、有機殺菌劑等等。作為一個例子，本文所述的銀納米顆粒的實施方式可不包含更易于隨時間分解的有機成分而實施。作為另一例子，本文所述的銀納米顆粒溶液的實施方式中，該銀納米顆粒溶液是有效可溶的，或者實際相當于可溶溶液。這與一些形成為所謂的微米顆?；蛟诙喾N材料的混合物之中的常規(guī)的基于銀的殺蟲劑不同，所述常規(guī)的基于銀的殺蟲劑因為在基本不溶金屬性/顆?；|(zhì)中所以相對不穩(wěn)定。其他的實施方式可具有其他的優(yōu)點和/或區(qū)別特征，根據(jù)本文提供的描述，這對本領域所屬技術人員是顯而易見的。
[0076]雖然本文方法的操作是按具體順序顯示描述的，但是每一方法的操作順序可以改變，從而使某些操作可按相反的順序執(zhí)行或者某些操作，至少一部分，可與其他操作同時執(zhí)行。在另一實施方式中，確切操作的說明或子-操作可以以間歇和/或交替的方式執(zhí)行。
[0077]雖然本文闡述和說明了本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明并不限于這些闡述和說明的具體形式或部分排布。本發(fā)明的范圍受所附權利要求及其等效權利要求的限定。
【權利要求】
1.一種將金屬性納米顆粒材料與地下土地活動聯(lián)用的方法，所述方法包括: 提供測量的劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料；以及 將所述測量的劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料添加至載體材料，從而在將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動之前對該載體材料進行預處理。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動中，從而化學分解大多數(shù)暴露于載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料的硫化氫(H2S)和/或氫硫化合物離子(HSO。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動中，其中，所述制備的金屬性納米顆粒材料化學分解基本所有的、暴露于載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料的硫化氫(H2S)和/或氫硫化合物離子(HS—)。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動中，其中，所述制備的金屬性納米顆粒材料減少地下土地活動中的腐蝕源。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動中，其中，所述制備的金屬性納米顆粒材料同時處理地下土地活動中的液體和氣體。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，基本上所有的銀納米顆粒的直徑在約2納米和約100納米之間。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，所述銀納米顆粒的平均直徑在約5納米和約15納米之間。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將載體材料及制備的金屬性納米顆粒材料用于地下土地活動中，從而降低載體材料中的金屬含量。
9.一種將金屬性納米顆粒材料與地下土地活動聯(lián)用的方法，所述方法包括: 獲得與地下土地活動聯(lián)用的地下土地開口； 將一定數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料引入至該地下土地開口 ；以及 用制備的金屬性納米顆粒材料處理存在于通過該地下土地開口能進入的地下土地位置的地下土地條件。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，用制備的金屬性納米顆粒材料處理地下土地條件還包括化學分解大多數(shù)暴露于制備的金屬性納米顆粒材料的硫化氫(H2S)和/或氫硫化合物離子(HS_)。
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于，用制備的金屬性納米顆粒材料處理地下土地條件還包括減少地下土地活動中的腐蝕源。
12.如權利要求9所述的方法，其特征在于，用制備的金屬性納米顆粒材料處理地下土地條件還包括同時處理地下土地活動中的液體和氣體。
13.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，基本上所有的銀納米顆粒的直徑在約2納米和約100納米之間。
14.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，所述銀納米顆粒的平均直徑在約5納米和約15納米之間。
15.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述地下土地開口包括井眼的開口，以及所述地下土地位置包括井眼內(nèi)的位置。
16.一種將金屬性納米顆粒材料與地下土地活動聯(lián)用的方法，所述方法包括: 獲得來自地下土地位置的產(chǎn)品，所述產(chǎn)品是結(jié)合地下土地活動來提取的； 測量一劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料；以及 將所述測定的劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料引入至來自地下土地位置的產(chǎn)品O
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括基于硫化氫(H2S)和/或氫硫化合物離子(HS—)暴露于制備的金屬性納米顆粒材料而化學分解來自地下土地位置的產(chǎn)品中大多數(shù)的硫化氫(H2S)和/或氫硫化合物離子(HSO。
18.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括基于腐蝕源暴露于制備的金屬性納米顆粒材料而化學減少來自地下土地位置的產(chǎn)品中的腐蝕源。
19.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括基于液體和氣體暴露于制備的金屬性納米顆粒材料而同時化學處理來自地下土地位置的產(chǎn)品中相關的液體和氣體。
20.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，基本上所有的銀納米顆粒的直徑在約2納米和約100納米之間。
21.一種用金屬性納米顆粒材料進行處理的方法，所述方法包括: 獲得遭受污染環(huán)境污染的材料，所述污染環(huán)境由來自地下土地活動的污染物造成； 測量一劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料；以及 將所述測量的劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料引入至遭受污染環(huán)境污染的材料。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，基本上所有的銀納米顆粒的直徑在約2納米和約100納米之間。
23.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，所述銀納米顆粒的平均直徑在約5納米和約15納米之間。
24.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述材料包括自然環(huán)境組合物，包括雨水、活水、死水、土壤、和/或植物。
25.如權利要求21所述的方法，其特征在于，來自地下土地活動的所述污染物包括細菌、有機碳、無機離子、和/或金屬。
26.一種用金屬性納米顆粒材料進行處理的方法，所述方法包括: 獲得遭受污染環(huán)境污染的材料，所述污染環(huán)境由來自基本厭氧條件的污染物造成； 測量一劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料；以及 將所述測量的劑量數(shù)量的制備的金屬性納米顆粒材料引入至遭受污染環(huán)境污染的材料。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，基本上所有的銀納米顆粒的直徑在約2納米和約100納米之間。
28.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述制備的金屬性納米顆粒材料包括銀納米顆粒，其中，所述銀納米顆粒的平均直徑在約5納米和約15納米之間。
29.如權利要求26所述的方法，其特征在于，來自地下土地活動的所述污染物包括細菌、有機碳、和/或金屬。
30.一種用作工業(yè)殺菌劑的水包銀組合物，該組合物包括銀的總濃度為約十億分之一份至百萬分之五十份之間，所述銀呈懸浮液中銀納米顆粒的形式，且具有單質(zhì)銀內(nèi)部和氧化銀表面，其中大多數(shù)的銀納米顆粒最大直徑小于約100納米，以及其中大多數(shù)的銀納米顆粒最小直徑大于約2納米，以及其中所述組合物具有抗菌性質(zhì)。
31.如權利要求30所述的組合物，其特征在于，所述組合物具有結(jié)構(gòu)和功能的性能特征，以化學分解暴露于所述銀納米顆粒的硫化氫(H2S)和/或氫硫化合物離子(HS—)。
32.如權利要求30所述的組合物，其特征在于，所述組合物還包括鉆井泥漿，以形成用于鉆一井眼的鉆井液。
33.如權利要求30所述的組合物，其特征在于，所述組合物還包括用于在一井眼中水力壓裂的壓裂液。
34.如權利要求30所述的組合物，其特征在于，所述組合物還包括從地下井眼提取的米出水。
35.如權利要求30所述的組合物，其特征在于，所述組合物還包括銀的總濃度為約十億分之五至約百萬分之五十份之間。
36.如權利要求30所述的組合物，其特征在于，大多數(shù)的所述銀納米顆粒最大直徑小于約15納米以及最小直徑大于約5納米。
37.如權利要求30所述的組合物，其特征在于，所述銀的總濃度為約十億分之一份至約百萬分之六十四份之間。`
【文檔編號】C09K8/74GK103492527SQ201280019924
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年2月9日 優(yōu)先權日:2011年2月25日
【發(fā)明者】R·W·麥克庫賓斯, N·J·懷廷, F·V·希瑞弗, L·G·米勒, T·G·米勒 申請人:純凈液體溶液有限公司