專利名稱：移動式紫外光處理系統(tǒng)和相關(guān)方法
移動式紫外光處理系統(tǒng)和相關(guān)方法相關(guān)申請的交叉引用本申請涉及要求美國申請序列號12/683，343的優(yōu)先權(quán)的PCT申請，該美國申請的全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。背景本發(fā)明涉及消毒處理液的系統(tǒng)和方法，更具體而言，在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及使用獨(dú)立的(self-contained)道路移動式紫外(“UV”)光處理液處理系統(tǒng)以處理在用于井筒操作的處理液中的生物污染的方法。如本文所用的術(shù)語“獨(dú)立的”意思是系統(tǒng)包括其自帶的電源、控制系統(tǒng)和氣候控制(climate control)系統(tǒng)。在井處理液中存在微生物，包括細(xì)菌、藻類等，可導(dǎo)致生產(chǎn)層的污染，這是不期望的。除非另作說明，本文所用的術(shù)語微生物指的是活體微生物。例如，在油和/或氣生產(chǎn)層中存在厭氧細(xì)菌(例如，硫酸鹽還原菌(SRB))可引起各種問題，包括產(chǎn)生污泥或粘泥，其可降低地層的孔隙率。另外，SRB產(chǎn)生硫化氫，其即便少量也可能有問題。例如，在生產(chǎn)的油或氣中存在硫化氫可引起對金屬管材和地面設(shè)備的過度腐蝕，需要在銷售前將硫化氫從氣體中去除。此外,在稠化的處理液中存在微生物可通過降解稠化聚合物改變處理液的物理性質(zhì)，導(dǎo)致粘性下降、處理液產(chǎn)率可能顯著減少以及負(fù)經(jīng)濟(jì)回報。由于在用于處理液的基礎(chǔ)處理液中初始存在污染物，或由于回收/再利用井處理液用作處理液的基礎(chǔ)處理液或作為處理液本身，微生物可能存在于井處理液中。在任一情況下，水可被過多的微生物污染。在回收類型的情況中，微生物可能更難消滅。殺生物劑常用于抵抗生物污染。如本文所用的術(shù)語“生物污染(biologicalcontamination) ”可以指任何在用于井處理的處理液中發(fā)現(xiàn)的活體微生物和/或活體微生物的副產(chǎn)物。對于井筒使用，常用的殺生物劑是任意的各種商業(yè)可得的殺生物劑，其經(jīng)接觸消滅微生物，并且其與使用的處理液和地層的組分相容。為了使殺生物劑相容并有效，其應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定，并且優(yōu)選地，其不應(yīng)與處理液或地層的組分反應(yīng)或產(chǎn)生不利的影響。井筒處理液中殺生物劑的不相容性可能是個問題，導(dǎo)致處理液不穩(wěn)定和潛在失效。殺生物劑可以包括季銨化合物、氯、次氯酸鹽溶液，以及如二氯-S-三嗪三酮的化合物。一種可以用于地下應(yīng)用的殺生物劑實(shí)例是戊二醛。因為殺生物劑意欲消滅活的有機(jī)體，所以許多殺生物產(chǎn)品對人類健康和福利造成重大風(fēng)險。在一些情況下，這是由于殺生物劑的高反應(yīng)性。因此，它們的使用是嚴(yán)格管制的。另外，當(dāng)操作殺生物劑時建議非常謹(jǐn)慎，并且應(yīng)當(dāng)使用合適的防護(hù)服和設(shè)備。殺生物劑的存儲也可能是一個重要的考慮因素。高強(qiáng)度紫外(UV)光已經(jīng)用于消滅水性液體中的細(xì)菌。存在三個UV光分類UV-A、UV-BdP UV-C。認(rèn)為UV-C類處于殺菌波長，殺菌活性在波長254nm處于其峰值。UV光消滅處理液中微生物的速度是各種因素的函數(shù)，包括但不限于微生物經(jīng)受的曝光時間和通量(即強(qiáng)度)。例如，在流動通過細(xì)胞類型的實(shí)施方式中，與常規(guī)的UV光處理系統(tǒng)可能有關(guān)的問題是UV光不充分穿透不透明處理液可能導(dǎo)致不充分的消滅。此外，在這種情況下，為了實(shí)現(xiàn)最佳的結(jié)果，期望保持以足夠的通量盡可能長時間曝露于UV光以最大化穿透的程度，、以便可以增加UV光處理產(chǎn)生的殺生物效果。另一個挑戰(zhàn)是處理液的濁度。如本文所用的術(shù)語“濁度”是由各個微粒(例如，懸浮固體)和其它一般肉眼可能看不到的影響因素造成的處理液的不透明性或混濁性。濁度的測量是水質(zhì)的關(guān)鍵檢驗。部分消滅細(xì)菌導(dǎo)致重新出現(xiàn)如上所述的在地層中高度不期望的污染。盡管高強(qiáng)度UV光在預(yù)防污染方面可能非常有益，但這種UV光處理液處理系統(tǒng)的常規(guī)特性具有很大的缺陷。與常規(guī)的UV光處理系統(tǒng)有關(guān)的一個主要問題是這種處理系統(tǒng)不是移動式的，處理液必須被處理而后儲存并運(yùn)送到工地外，因而允許在使用之前重新發(fā)生污染。概述本發(fā)明涉及消毒處理液的系統(tǒng)和方法，更具體而言，在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及使用獨(dú)立的道路移動式UV光處理液處理系統(tǒng)以處理在用于井筒操作的處理液中的生物污染的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種方法，包括提供具有第一微生物數(shù)的混濁處理液；將混濁處理液放置在包括UV光源的獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管(manifold)中；用含有衰減劑的獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管中的UV光源照射混濁處理液，以便將混濁處理液的第一微生物數(shù)減少到第二微生物數(shù)以形成照射的處理液，其中第二微生物數(shù)小于第一微生物數(shù)；以及將具有第二微生物數(shù)的照射的處理液放置于地層、管道或下游精煉工藝中。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種方法，包括提供具有第一微生物數(shù)的混濁處理液；將混濁處理液放置在包括UV光源的獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管中；在衰減劑存在下用UV光源照射混濁處理液以形成照射的處理液；以及將照射的處理液提供到混合系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了移動式UV光處理液處理系統(tǒng)，包括入口 ；UV光處理源；uv光處理室；衰減劑；出口 ；并且其中通過獨(dú)立的道路移動式平臺輸送UV光處理液處理系統(tǒng)。本發(fā)明的特征和優(yōu)勢對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行眾多改變，但這種改變在該發(fā)明的范圍內(nèi)。附圖簡述這些附解說明本發(fā)明一些實(shí)施方式的某些方面，并且不應(yīng)被用于限制或限定本發(fā)明。圖I圖解說明獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管的示意圖。圖2圖解說明具有獨(dú)立的道路移動式UV光處理液處理系統(tǒng)的牽引車(trailer)的示意圖。圖3-8圖解說明實(shí)施例部分所述的數(shù)據(jù)點(diǎn)。雖然對本發(fā)明可進(jìn)行各種修改和可選形式，但其特定的示范性實(shí)施方式已經(jīng)以實(shí)例的方式在圖中顯示并且在本文中進(jìn)行了詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)明白，本文中特定實(shí)施方式的描述并非意欲將本發(fā)明限于公開的具體形式，而是相反，本發(fā)明涵蓋落在由所附權(quán)利要求限定的發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、等價物和替代方案。詳述
本發(fā)明涉及消毒處理液的系統(tǒng)和方法，更具體而言，在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及使用獨(dú)立的道路移動式UV光的處理液處理系統(tǒng)以處理在用于井筒操作的處理液中的生物污染的方法。在一些實(shí)施方式中，本文公開的獨(dú)立的道路移動式UV光處理液處理系統(tǒng)和方法可以用于任何類型的期望消毒混濁處理液的烴工業(yè)應(yīng)用、操作或工藝，包括但不限于管道操作、井維修操作、上游勘探和生產(chǎn)應(yīng)用，以及下游精煉、加工、貯藏和運(yùn)輸應(yīng)用。如本文所用的術(shù)語“混池處理液(turbi d treatment fluid) ”指的是在254nm具有1%至90%透射比的液體，在一些情況中，指的是在254nm具有50%至90%透射比的液體。如圖3和圖4所示，雖然并非意欲被任何具體的理論限制，微生物的細(xì)胞DNA從UV光吸收能量，使得相鄰的胸腺嘧啶分子二聚或共價地結(jié)合在一起。二聚的胸腺嘧啶分子不能在蛋白質(zhì)合成的過程期間編碼RNA分子。染色體的復(fù)制在二分裂前受損，使得細(xì)菌不能生成蛋白質(zhì)或再生，這最終導(dǎo)致機(jī)體的死亡。該系統(tǒng)通常在處理低濁度的水時最有效。高濁度的水影響UV光光子如何穿透通過水。建議處理的水具有在254nm測量的至少85%T (透射比)以便有效地消滅細(xì)菌并且以IOObpm的最大流速泵出。本文公開的系統(tǒng)和方法可以用于水基和油基的混濁處理液，及其組合物。本發(fā)明合適的混濁處理液可以包括原始液(例如，先前未在地下操作中使用過的那些)和/或回收液。原始液可以包含直接來自池塘或其它天然源頭的水?；厥找嚎梢园ㄒ言谙惹暗牡叵虏僮髦惺褂眠^的那些。在某些實(shí)施方式中，原始液可被過多的微生物污染，具有大約IO3個細(xì)菌/mL至大約103°個細(xì)菌/mL范圍內(nèi)的初始微生物數(shù)。在一些實(shí)施方式中，可能很普遍是101°個細(xì)菌/mL或更多。由于先前已經(jīng)在地層中使用過或現(xiàn)場儲存在受污染的槽(tank)或坑(Pit)中，回收液可類似地被污染。回收液可以具有相同范圍的第一微生物數(shù)，但其可能具有不同的細(xì)菌污染，因為其可能包括比通常存在于原始液中的那些更難被消滅的不同細(xì)菌。除了減少油田操作中的污染量，本文公開的方法可以允許減少所用化學(xué)殺生物劑的量，使得經(jīng)濟(jì)回報增加并生產(chǎn)至少在當(dāng)前(自提交的時間起)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)下在環(huán)境上安全的處理液。消除或減少這種有害的殺生物劑可以額外減少對現(xiàn)場(location)的損害。另外，本發(fā)明描述了獨(dú)立的道路移動式UV光系統(tǒng)，從而降低了將處理的水輸送到邊遠(yuǎn)位置比如井位的成本。另外，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，其能夠現(xiàn)場處理大量混濁處理液，提高回收和再利用在這些邊遠(yuǎn)位置發(fā)現(xiàn)的稀缺水的能力。參照

圖1，大體顯示為100的獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管，其可以用于消毒混濁處理液，包括用于井筒操作的那些。如本文所用，術(shù)語“消毒(disinfect)”及其派生詞將意味著減少在混濁處理液中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌和/或其它微生物的數(shù)量。如圖I所示，獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管100可以包括一個或多個入口 102 個或多個包括在一個或多個UV光處理室106內(nèi)的UV光處理源104 ;混濁處理液供應(yīng)源108 ;任選地一個或多個旁路歧管110 ;任選地一個或多個排氣孔112 ;以及一個或多個出口 114。任選地，在放入UV光處理室之前(例如，在入口 102之前)可以預(yù)處理(例如，為了去除固體、碎石等)混濁處理液?；鞚崽幚硪汗?yīng)源108可以包括很多流體，包括原始液、回收液、天然液(例如來自池塘)、油基液等。圖I中在118顯示了任選的預(yù)處理階段。在一些實(shí)施方式中，如果預(yù)處理液體中的污染存在，該預(yù)處理階段可以包含添加任選的殺生物劑，以致這將會有用。優(yōu)選地，該預(yù)處理可以發(fā)生在照射過程的上游，當(dāng)處理液到達(dá)UV光處理源104時發(fā)生照射過程，從而通過降低處理液中的濁度等來增強(qiáng)處理過程。任選地，入口 102可以包括這樣的裝置，其賦予液體湍流以分散混濁處理液中的微生物并且防止液體中生物膜的形成。具體而言，在UV光消毒室106內(nèi)的UV光處理源104穿透濾過的處理液應(yīng)當(dāng)比通過攜帶碎屑的處理液更有效，并且在UV光處理源104上游去除一些生物材料可以增強(qiáng)UV光處理效率。在將混濁處理液通過UV光處理源104以照射之前，入口 102可以從混濁處理液中吸入處理液。如本文
所用的術(shù)語“照射的(irradiated) ”或“照射(irradiating) ”一般指的是這樣的過程-
出于消毒混濁處理液的目的，處理液通過該過程暴露于UV輻射。在照射后，任選地，照射的處理液隨后被傳送至混合系統(tǒng)116，其中處理液可以與添加劑比如膠凝劑、支撐劑微粒、砂礫微粒、減摩劑、緩蝕劑以及其它化學(xué)添加劑結(jié)合以形成摻和漿?；旌舷到y(tǒng)116可以包括用于壓裂液的混合器?；旌舷到y(tǒng)可以包括泵，比如真空泵，其可以用于促進(jìn)混濁處理液移動通過UV光處理室106。在一些實(shí)施方式中，這些化學(xué)添加劑可以在處理液移動至泵之前與其摻和。處理液可隨后移動通過出口 114至井口裝置和 底部井眼以執(zhí)行期望的地下操作。在另一個實(shí)施方式中，混濁處理液可以通過UV光處理源104直接至泵(一個或多個)118。適用于本發(fā)明的泵可以是適合于移動處理液并與所用處理液相容的任何類型。在一些實(shí)施方式中，泵可以是高壓泵，其可以對處理液加壓。在一些實(shí)施方式中，泵可以是分級離心泵或正往復(fù)式泵(positive displacement pumps),但其他類型的泵也可以適用。處理液可隨后移動通過出口 114至井口裝置和底部井眼以執(zhí)行期望的地下操作。在一些實(shí)施方式中——其中在泵之后使用混合系統(tǒng)，通過在處理液通過泵后提供支撐劑微粒、凝膠及任何其它合適的化學(xué)添加劑的添加，泵的預(yù)期使用壽命和可靠性可以提高，并且相對于涉及由攜帶支撐劑的處理液通過污水泵(dirty pump)引起的腐蝕和磨損力的傳統(tǒng)方法，維護(hù)成本可以降低。另外，該方法可以允許獨(dú)立的優(yōu)化操作。換言之，在一些實(shí)施方式中，操作人員可以分別優(yōu)化高壓泵操作和磨損性的添加劑操作。根據(jù)操作的需要，適用于本發(fā)明的過濾器可以包含各種不同類型的過濾器，包括袋式過濾器(sock filter)、除硼過濾器、微米粒子過濾器、活性炭過濾器及任何其它類型的過濾器，以使處理液適用于期望的操作。在一個可選的實(shí)施方式中，任選地，混濁處理液可以通過旁路歧管110，繞過UV光處理源104，直接到泵118。任選地，殺生物劑可以通過在120顯示的化學(xué)殺生物劑注射泵放置在液體中。該類型的泵也可以在歧管106之前。當(dāng)液體的濁度對于UV光消毒而言過高的時候，該實(shí)施方式可以是期望的。在這種實(shí)施方式中，可以在入口 102或出口 114任選地加入殺生物劑以控制污染。以化學(xué)方法處理的處理液可隨后移動通過出口 114至井口裝置和底部井眼以執(zhí)行期望的操作。在某些實(shí)施方式中，混濁處理液可以通過UV光處理源和化學(xué)殺生物劑二者處理。該方法可以允許更強(qiáng)勁的消毒和有效處理更多嚴(yán)重的污染。在另一個實(shí)施方式中，如果期望增加流體移動以幫助更加暴露于UV光源，靜液混合器和/或湍流器可以用于UV光處理源104 (圖I)。在一些實(shí)施方式中，UV光處理源104可以包括一個或多個串聯(lián)或并聯(lián)的殺菌UV光源。低壓到中壓殺菌UV燈可以是適用的。將紫外光分成三個波長范圍UV-C，從大約200納米(nm)至大約280nm ;UV_B,從大約280nm至大約315nm ;和UV-A從大約315nm至大約400nm。一般而言，UV光，具體地UV-C光，是殺菌的。如本文所用的殺菌一般指的是減少或消滅細(xì)菌和/或其它微生物。具體而言，雖然并未意欲限于任何理論，但認(rèn)為UV-C光通過在DNA中的某些相鄰堿基之間形成共價鍵對微生物的核酸造成破壞。認(rèn)為這些鍵的形成防止了 DNA “解鏈(unzipped)”復(fù)制，并且有機(jī)體既不能產(chǎn)生生命過程必要的分子，也不能再生。當(dāng)有機(jī)體不能產(chǎn)生這些必要的分子或不能復(fù)制時，則其死亡。認(rèn)為波長近似于大約250nm至大約260nm之間的UV光提供了最高的殺菌效力。雖然對UV光的敏感性取決于體積和處理液的特性而變化，但暴露于大約60，000瓦的UV能量可以足夠使超過90%的微生物失活。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明中所用的每個燈泡具有大約1700瓦至大約3800瓦的UV能量。在一些實(shí)施方式中，為了增強(qiáng)處理液的消毒，衰減劑可以與UV光源結(jié)合使用以降低對高功率UV光的長時間和重復(fù)曝光的需要。衰減劑被認(rèn)為有效地延長了 UV光的作用及其與微生物的反應(yīng)。很好理解，當(dāng)衰減劑暴露于UV光源時，即便在低水平，其光異構(gòu)化以釋 放自由基。自由基可隨后起作用以分解處理液內(nèi)的微生物(例如，細(xì)菌膜)。另外，應(yīng)當(dāng)至少在大多實(shí)施方式中通過基于溶解性、反應(yīng)性和自由基半衰期選擇合適的自由基形成材料來實(shí)現(xiàn)較久的殺生物活動。此外，本發(fā)明的UV光處理液處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有效地產(chǎn)生長效的自由基以便即使在處理之后，也可在用于井處理的處理液中刺激殺生物活動，因此持續(xù)消滅細(xì)菌和去除污染，以恢復(fù)地層中的生產(chǎn)。適用于本發(fā)明的處理液和方法的衰減劑包括有機(jī)和無機(jī)衰減劑。當(dāng)決定是否使用特定類型的衰減劑時，衰減劑的溶解性和/或分散性(dispersability)可以是一個考慮因素。一些衰減劑可以被改進(jìn)以具有期望程度的溶解性或分散性。成本和環(huán)境考慮因素也可能對決定使用何種衰減劑起到作用。另外，用于本發(fā)明的方法的方法也可以是一個因素。例如，一些方法可能需要較不溶的試劑，而其它的可能更取決于試劑在處理液中的溶解性。用于任何具體實(shí)施方式
的具體衰減劑取決于期望的特定自由基及與該自由基有關(guān)的性質(zhì)。一些在決定使用何種衰減劑時可能考慮的因素包括但不限于，產(chǎn)生的自由基的穩(wěn)定性、持久性和反應(yīng)性。期望的穩(wěn)定性也取決于污染存在的量，以及自由基與處理液組分的相容性。為了選擇正確的衰減劑用于處理，應(yīng)當(dāng)平衡穩(wěn)定性、反應(yīng)性和不相容性問題。受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠基于這些問題選擇適當(dāng)?shù)乃p劑。適用于本發(fā)明的有機(jī)衰減劑包括但不限于一種或多種水溶性光引發(fā)劑，其響應(yīng)UV光經(jīng)歷單分子鍵開裂并釋放自由基。在合適的條件并適當(dāng)曝露于UV光下，本發(fā)明的衰減劑將產(chǎn)生自由基，比如在下面方案I的實(shí)例中。
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OOH方案I合適的衰減劑可以被UV光的整個光譜激活，并且可在大約250_500nm的波長范圍內(nèi)更具活性。衰減劑的分子結(jié)構(gòu)將決定哪個波長范圍是最適合的。一些衰減劑經(jīng)歷單鍵開裂并釋放自由基。每個有機(jī)衰減劑具有對該衰減劑唯一的使用期限。一般而言，從衰減劑形成的自由基越不穩(wěn)定，其將具有的半衰期和使用期限也越短。用于本發(fā)明的合適有機(jī)衰減劑可以包括但不限于苯乙酮、苯基·乙基酮、二苯酮、咕噸酮、噻噸酮、芴酮、苯甲醛、蒽醌、咔唑、硫靛染料、氧化膦、酮，以及其任何組合物和衍生物。一些衰減劑包括但不限于苯偶姻醚(benzoinethers)、苯偶酰酮(benzilketals)、α-二烷氧基苯乙酮、α-羥烷基苯酮、α-氨烷基苯酮、和?；趸?、其任何組合物或衍生物。其它衰減劑經(jīng)歷與第二分子或共引發(fā)劑的分子反應(yīng)，這產(chǎn)生自由基。一些另外的衰減劑包括但不限于二苯酮、苯并胺、噻噸酮、硫代胺、其任何組合物或衍生物。這些材料可以用合適的衍生劑(derivatizing agent)衍生以提高其溶解性。例如環(huán)氧乙燒可以用于改進(jìn)這些衰減劑以提高其在選擇的處理液中的溶解性。這種衰減劑可以吸收UV光并經(jīng)歷反應(yīng)以產(chǎn)生活性種的自由基(例如參見方案I)，其又可引發(fā)或催化期望的化學(xué)反應(yīng)。在某些實(shí)施方式中，通過衰減劑的活化釋放的自由基開始破壞活體微生物。在某些實(shí)施方式中，衰減劑的作用方式可以是釋放的自由基與微生物相互作用以破壞微生物的 細(xì)胞結(jié)構(gòu)和過程。在一些情況下，由于延長了與每個自由基有關(guān)的壽命，殺生物效果被認(rèn)為隨自由基穩(wěn)定性和反應(yīng)性的提高而增大。對于本發(fā)明的某些方面，考慮將產(chǎn)生的自由基的使用期限或半衰期可能是重要的。一些自由基盡管使用期限短但可能非?；钴S。一些自由基在UV光的存在下可能更活躍，而一些即使在外面直接暴露于UV光仍可能保持活性。如本文所用的術(shù)語“半衰期(half-life)”指的是原始自由基數(shù)量的一半發(fā)生衰變所用的時間。術(shù)語“使用期限(life span) ”指的是自由基幾乎完全衰變的總時間。例如，具有較長半衰期的自由基將引起較長的持續(xù)殺生物效果，限制了對UV光曝露的需求，因而可在具有高濁度的處理液中更有用?？蛇x地，無機(jī)衰減劑可以用于某些實(shí)施方式中。當(dāng)暴露于UV光，這些試劑將產(chǎn)生自由基，這些自由基將與給定的處理液中的微生物以及其它有機(jī)物相互作用。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，這些可以包括納米級金屬氧化物(例如，至少一維尺寸大小為Inm至IOOnm的那些金屬氧化物)。在一些情況下，這些無機(jī)的納米級金屬氧化物衰減劑可以附聚以形成微米級的微粒。當(dāng)決定應(yīng)當(dāng)選擇的大小時應(yīng)當(dāng)顧及的考慮因素包括表面反應(yīng)性和成本的平衡。合適的無機(jī)衰減劑的實(shí)例包括但不限于納米級二氧化鈦、納米級氧化鐵、納米級氧化鈷、納米級氧化鉻、納米級氧化鎂、納米級氧化鋁、納米級氧化銅、納米級氧化鋅、納米級氧化錳，以及其任何組合物或衍生物。例如二氧化鈦在暴露于UV光后產(chǎn)生羥基自由基。在一種機(jī)理中，這些羥基自由基對于對抗有機(jī)污染非常有用。這些反應(yīng)可產(chǎn)生co2。使用納米級顆粒，因為其具有極其小的尺寸，最大化了其總表面積并引起每單位尺寸最聞可能的殺生物效果。因此，相對于以高得多的濃度使用的較大微粒，金屬氧化物的納米級微粒提供了更高的消滅比率效率增強(qiáng)。使用這種納米級金屬氧化物微粒對抗污染的一個優(yōu)勢是處理的微生物不能獲得對這種金屬微粒的抗性，如常見于其它殺生物劑中的。在一些實(shí)施方式中，無機(jī)衰減劑的薄膜可以用在UV設(shè)備內(nèi)。在這種情況下，無機(jī)衰減劑可以是結(jié)晶的。可以用于形成這種膜的技術(shù)包括但不限于化學(xué)氣相沉積技術(shù)、脈沖激光沉積技術(shù)、反應(yīng)派鍍法(reactive sputtering)和溶膠-凝膠沉積方法和/或浸涂方法。在其它實(shí)施方式中，無機(jī)衰減劑可以以多達(dá)某個期望重量百分比的量引入聚合物膜內(nèi)。聚合物膜可以包括聚氨酯。可以用于形成這種膜的技術(shù)可以包含任何合適的技術(shù)，包括但不限于溶膠-凝膠技術(shù)。重量百分比可以是從非常低的數(shù)值(接近O)到80%或更多之間的任意值，其取決于被認(rèn)為有用而不造成過多費(fèi)用。根據(jù)膜在設(shè)備中的位置，該膜可以透明或可以不透明。在一些情況下，上述兩種類型的膜都可以透明。例如，如果膜放置在封住UV燈泡的石英外罩上，那么期望膜透明以便UV光能夠穿過該膜并與處理液相互作用。在另一個實(shí)施方式中，無機(jī)衰減劑可以作為固體顆粒加入處理液。在其它實(shí)施方式中，無機(jī)衰減劑可以以懸浮的形式使用，例如在水中。當(dāng)期望涂布使用UV光的UV裝置的元件時這可能是有用的。在一個可選的實(shí)施方式中，可以將納米級金屬氧化物的薄膜放置在用于給定系統(tǒng)的UV設(shè)備上(例如，在UV光歧管內(nèi)部，在圍繞UV燈泡的石英外罩上等)。該薄膜可由其中無機(jī)衰減劑已沉積的合適聚合物制成。在其它的實(shí)施方式中，無機(jī)衰減劑可以通過氣相沉積技術(shù)沉積在一部分的UV設(shè)備上。以這種形式使用無機(jī)衰減劑的一個優(yōu)勢是系統(tǒng)可以自清潔。用于本發(fā)明的膜中的納米級金屬氧化物濃度范圍可以達(dá)到按干重計膜重量的大約O. 05%至10%。用于任何具體實(shí)施方式
的具體濃度取決于使用何種自由基化合物和處理液被污染的百分比。在決定包括多少納米級金屬氧化物時可以考慮的其它復(fù)雜的、互相關(guān)聯(lián)的因素包括但不限于處理液中存在的組合污染(水垢、表皮(skin)、碳酸鈣、硅酸鹽等)、產(chǎn)生的具體自由基、形成的自由基與細(xì)菌的預(yù)期接觸時間等。期望的接觸時間也取決于污染存在的量以及自由基和處理液組分的相容性。例如，為了避免不相容，可以期望在與 可處理的處理液的其它組分混合之前先對水源進(jìn)行處理。受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠確定納米級金屬氧化物的類型以及使用的適當(dāng)濃度。在一些實(shí)施方式中，純二氧化鈦的薄膜可以用在本發(fā)明的UV設(shè)備內(nèi)。可以用于形成這種膜的技術(shù)包括但不限于化學(xué)氣相沉積技術(shù)、脈沖激光沉積技術(shù)、反應(yīng)濺鍍法和溶膠-凝膠沉積方法和/或浸涂方法。在其它實(shí)施方式中，純二氧化鈦可以以多達(dá)某個期望重量百分比的量引入聚合物膜內(nèi)。聚合物膜可以包括聚氨酯?？梢杂糜谛纬蛇@種膜的技術(shù)可以包含任何合適的技術(shù)，包括但不限于溶膠-凝膠技術(shù)。重量百分比可以是從非常低的數(shù)值(接近O)到80%或更多之間的任意值，其取決于被人為有用而不造成過多費(fèi)用。根據(jù)膜在設(shè)備中的位置，該膜可以透明或可以不透明。在一些情況下，上述兩種類型的膜都可以透明。例如，如果膜放置在封住UV燈泡的石英外罩上，那么期望膜透明以便UV光能夠穿過該膜并與處理液相互作用。用于本發(fā)明的處理液的衰減劑濃度范圍可以達(dá)到混濁處理液的按重量計約5%。用于任何具體實(shí)施方式
的具體濃度取決于使用何種自由基化合物和混濁處理液中存在的污染物數(shù)量級。在決定包括多少衰減劑時可以考慮的其它復(fù)雜的、互相關(guān)聯(lián)的因素包括但不限于混濁處理液中存在的組合污染(水垢、表皮(skin)、碳酸鈣、硅酸鹽等)、產(chǎn)生的具體自由基、形成的自由基與細(xì)菌的預(yù)期接觸時間等。期望的接觸時間也取決于污染存在的量以及自由基和混濁處理液組分的相容性。例如，為了避免不相容，可以期望在與混濁處理液的其它組分混合之前先對水源進(jìn)行處理。受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠確定衰減劑的類型以及使用的適當(dāng)濃度。許多衰減劑是液體，并且可以制成水溶性或水不溶性的。類似地，衰減劑可以以固體形式存在，并且可以制成水溶性或水不溶性的。圖2示意性地描述了獨(dú)立的道路移動式UV光處理液處理系統(tǒng)200，其利用牽引車210運(yùn)送獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管202。牽引車210可以包括拖車、移送機(jī)、卡車、船運(yùn)集裝箱或任何其它合適的獨(dú)立的道路移動式平臺。使本發(fā)明系統(tǒng)是移動式的一個優(yōu)勢是其可以復(fù)現(xiàn)室內(nèi)條件，比如其在工廠、大型船舶或水處理廠中可見的那樣。這包括氣候控制系統(tǒng)和對室外要素的防護(hù)。另外，由于本發(fā)明的道路移動式UV光處理液處理系統(tǒng)的獨(dú)立性方面，另一個優(yōu)勢是該系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相比可以遠(yuǎn)離電力中的電壓峰值(voltage spike)并防止振動 。例如在212顯示的操作人員可以選擇若干方法中的任一種消毒混濁處理液。在一些實(shí)施方式中，控制板214將顯示UV光消毒不可能有效的情況。在這種實(shí)施方式中，可以使用任選的旁路歧管110和任選的化學(xué)殺生物劑。殺生物劑可以用于控制下游污染。控制板214可以封裝在任選的容器216中以防止操作人員212和設(shè)備受環(huán)境要素的影響。在一些實(shí)施方式中，容器216可以是氣候控制的。在一些實(shí)施方式中，容器216也可以包括獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管100，任選地用隔離裝置204安裝到容器216，例如防止振動對易碎的UV燈泡造成損壞。仍參照圖2，獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管100可以包括一個或多個串聯(lián)或并聯(lián)的UV處理室106。此外，移動式UV光處理液處理系統(tǒng)200可以包括電源。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以容易地理解電源可以是任何合適的動力源。例如，設(shè)備可以通過發(fā)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、供電電源或水力的動力供應(yīng)來提供動力。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)在井筒中進(jìn)行壓裂操作時，可以產(chǎn)生回流的處理液，其包括地層處理液和壓裂處理液的混合?；亓魈幚硪嚎梢詮木仓谢厥詹⑶彝ㄟ^泵傳送經(jīng)過預(yù)處理過濾器。預(yù)處理的處理液可以隨后通過本發(fā)明的UV光處理液處理系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，泵可以控制處理液移動通過系統(tǒng)的速度，具體而言，通過UV光處理室106的速度，以便優(yōu)化消毒。在一些實(shí)施方式中，混濁處理液通過獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管的合適的速度范圍可以從大約20桶/分鐘(barrels per minute)至大約120桶/分鐘。在某些示例性的實(shí)施方式中，混濁處理液通過獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管的速度范圍可以從大約50桶/分鐘至大約120桶/分鐘。對于UV光的敏感性根據(jù)濁度、流速和水的體積以及UV光的強(qiáng)度和通量而變化。用于壓裂和其它油田應(yīng)用的處理液一般可能具有高濁度，導(dǎo)致當(dāng)通過本發(fā)明的UV光處理系統(tǒng)時消毒率較低。因此，在一些實(shí)施方式中，可以根據(jù)處理液的濁度調(diào)整流速以便獲得在處理液中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌和微生物的可接受的減少。在一個實(shí)施方式中，UV光處理液處理系統(tǒng)可以用作初始突擊處理(initial shock treatment)以得到存在于混池處理液中的微生物數(shù)量的立即減少。一旦初始突擊處理完成，則可以加入少量化學(xué)殺生物劑以完成消毒。在某些實(shí)施方式中，隨后的突擊處理也可以用于進(jìn)一步減少殺生物劑所需的量。在其它實(shí)施方式中，初始UV光處理液處理系統(tǒng)可以用作初始突擊處理以在使用前消毒設(shè)備。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，可以在混濁處理液被照射前將化學(xué)試劑加入其中以降低濁度并增加UV光處理的效力。這種化學(xué)試劑可以包括衰減劑。用于任何具體實(shí)施方式
的具體UV曝光的量取決于受污染的處理液的濁度和混濁處理液中存在的污染物數(shù)量級。照射的處理液可隨后引導(dǎo)至出口以處理到環(huán)境中或在另一操作中再利用。合適的出口可以是任何類型的出口，包括用于引導(dǎo)處理液流動并且與用于特定操作中的處理液匹配的閥門?？蛇x地，代替在相同井位再利用照射的處理液，可以通過卡車搬運(yùn)或通過其它裝置運(yùn)輸處理液用于在偏遠(yuǎn)的井位再利用。如果轉(zhuǎn)移用于處理，控制板214可以確保照射的處理液在排放到環(huán)境或注入處理井之前是安全的，該環(huán)境可以是水源例如江河或湖泊，以及地表。
如果照射的處理液被轉(zhuǎn)移用于再利用，則可以加入添加劑比如膠凝劑、支撐劑顆粒和其它處理液成分以產(chǎn)生處理液?？呻S后將處理液引入井筒以進(jìn)行壓裂操作或其它期望的地下操作。為了利于更好地理解本發(fā)明，給出了下面一些實(shí)施方式某些方面的實(shí)施例。下面的實(shí)施例決不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制或限定本發(fā)明的全部范圍。
實(shí)施例下面討論代表性的實(shí)施例。步驟。連續(xù)稀釋。在UV系統(tǒng)測試期間的不同時間采集水樣。隨后在需氧酚紅培養(yǎng)基管瓶(從VW Enterprises #BB_PR可得)和厭氧硫酸鹽還原管瓶(從VW Enterprises#BB-PR可得)中，用水執(zhí)行連續(xù)稀釋。需氧酚紅管瓶在細(xì)菌存在下由紅變黃，而厭氧硫酸鹽還原管瓶形成黑色硫化鐵沉淀物。
過程如下。首先，將八個培養(yǎng)基管瓶標(biāo)上數(shù)字I至8 (根據(jù)測試的水，所需的管瓶可以更多或更少)。從管瓶去除保護(hù)帽。從其塑料容器中取出Iml無菌注射器并裝上無菌針(20G I l/2in)。將針尖浸入水樣中并將注射器裝至Iml (在注射器中沒有空氣)。隨后將針插入管瓶#1并將溶液注入瓶中。需氧酚紅培養(yǎng)基管瓶(從VW Enterprises #BB_PR可得)和厭氧硫酸鹽還原管瓶(從VW Enterprises #BB_PR可得)用于測試。在不取出注射器的情況下，注射器再用管瓶中的溶液裝滿4次以上并推回管瓶內(nèi)。在不取出注射器的情況下，搖動管瓶以將培養(yǎng)液與注射水混合。注射器隨后再裝滿2次以上并推回管瓶。之后從第一管瓶取出Iml樣品進(jìn)入注射器并注入第二管瓶。持續(xù)該過程以從每個管瓶中取Iml樣品直至接種最后一個管瓶。之后將管瓶放置在37°C溫育箱中并觀察最少72小時。在規(guī)定期限內(nèi)顯示陽性結(jié)果的瓶號可以用于計算原始樣品中的細(xì)菌水平。這通過顯示連續(xù)稀釋中細(xì)菌增長的管瓶號說明，在表I中所示。可以將顯示細(xì)菌陽性結(jié)果但不是按序列始于第一管瓶的管瓶排除，因為其被認(rèn)為是試驗誤差。如果釘子(nail)在VW Enterprises #BB-A管瓶中具有黑涂層(硫化鐵)，這也被認(rèn)為是SRB的陽性結(jié)果。表I
陽性瓶編號原始樣品的估算細(xì)菌/cc
OO
~iIo1
~2IO2
3IO3
~Io1
5IO權(quán)利要求
1.一種方法，包括提供具有第一微生物數(shù)的混濁處理液；將所述混濁處理液放置在包括UV光源的獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管中；用含有衰減劑的所述獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管中的所述UV光源照射所述混濁處理液，以便將所述混濁處理液的第一微生物數(shù)減少到第二微生物數(shù)，形成照射的處理液，其中所述第二微生物數(shù)小于所述第一微生物數(shù)；以及將具有所述第二微生物數(shù)的所述照射的處理液放置于地層、管道或下游精煉工藝中。
2.一種方法，包括提供具有第一微生物數(shù)的混濁處理液；將所述混濁處理液放置在包括UV光源的獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管中；在衰減劑存在下用所述UV光源照射所述混濁處理液以形成照射的處理液；以及將所述照射的處理液提供到混合系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述混濁處理液在254nm具有1%至90%的透射比。
4.根據(jù)任何上述權(quán)利要求所述的方法，其中所述混濁處理液包括原始液和/或回收液。
5.根據(jù)任何上述權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一微生物數(shù)的范圍為從大約IO3個細(xì)菌/mL至大約103°個細(xì)菌/mL。
6.根據(jù)任何上述權(quán)利要求所述的方法，其中所述衰減劑包括有機(jī)衰減劑和/或無機(jī)衰減劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述有機(jī)衰減劑包括選自以下的化合物苯乙酮、苯基·乙基酮、二苯酮、咕噸酮、噻噸酮、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-羥烷基苯酮、α-氨烷基苯酮、以及?；趸ⅰ⒍酵?、苯并胺、噻噸酮、硫代胺、其任何組合物或衍生物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述無機(jī)衰減劑包括選自以下的納米級金屬氧化物納米級二氧化鈦、納米級氧化鐵、納米級氧化鈷、納米級氧化鉻、納米級氧化鎂、納米級氧化鋁、納米級氧化銅、納米級氧化鋅、納米級氧化錳，以及其任何組合物或衍生物。
9.根據(jù)任何上述權(quán)利要求所述的方法，其中所述獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管包括無機(jī)衰減劑的薄膜。
10.根據(jù)任何上述權(quán)利要求所述的方法，其中所述衰減劑的濃度達(dá)到所述混濁處理液的按重量計約5%。
11.根據(jù)任何上述權(quán)利要求所述的方法，其中所述混濁處理液是回流處理液。
12.移動式UV光處理液處理系統(tǒng)，包括入口；UV光處理源UV光處理室；衰減劑；出口 ；并且其中通過獨(dú)立的道路移動式平臺輸送所述UV光處理液處理系統(tǒng)。
全文摘要
在本文提供的方法中，一種包括這樣的方法，其包括提供具有第一微生物數(shù)的混濁處理液；將混濁處理液放置在包括UV光源的獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管中；用含有衰減劑的獨(dú)立的道路移動式UV光處理歧管中的UV光源照射混濁處理液，以便將混濁處理液的第一微生物數(shù)減少到第二微生物數(shù)，形成照射的處理液，其中第二微生物數(shù)小于第一微生物數(shù)；以及將具有第二微生物數(shù)的照射的處理液放置于地層、管道或下游精煉工藝中。
文檔編號C02F1/32GK102770376SQ201180005513
公開日2012年11月7日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者J·A·哈格斯特拉姆, J·D·韋弗, J·霍爾特斯克勞, K·G·尼爾, L·M·格魯, L·R·凱斯 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司