Биоцид для нефтегазовой промышленности

Изобретение относится к области защиты жидких сред от микроорганизмов, преимущественно в нефтегазовой отрасли, и может быть использовано для защиты от действия микроорганизмов жидких сред, применяемых, в частности, при интенсификации добычи углеводородов, наиболее предпочтительно для жидкой среды, применяемой для гидроразрыва пласта. Биоцид для защиты жидких сред в нефтегазовой промышленности представляет собой микрочастицы, по меньшей мере, частично состоящие из серебра, размер которых составляет 150-1000 нм. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение эффективности при снижении токсичности. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области защиты жидких сред от микроорганизмов, преимущественно в нефтегазовой отрасли, и может быть использовано для защиты от действия микроорганизмов жидких сред, применяемых, в частности, при интенсификации добычи углеводородов, наиболее предпочтительно для жидкой среды, применяемой для гидроразрыва пласта.

Одним из основных способов интенсификации добычи углеводородов является гидравлический разрыв пласта - технология, основанная на создании высокопроницаемого канала в нефтесодержащем пласте для транспорта нефти или газа из резервуара в ствол скважины.

Гидравлический разрыв пласта подразумевает создание трещины в нефтеносной породе за счет закачивания жидкости для гидроразрыва пласта, содержащей расклинивающие частицы, под большим давлением. В качестве жидкости для гидроразрыва пласта в основном используют растворы природных полимеров, таких как гуаровая смола, производные целлюлозы и т.д. Одной из острых проблем при проведении гидроразрыва пласта является деградация жидкости гидроразрыва, вызванная бактериями. Деградация жидкости гидроразрыва сопровождается значительным уменьшением ее вязкости, что приводит к невозможности ее использования, а также к дорогостоящему простою оборудования. Другой важной проблемой нефтегазовой области является коррозия оборудования, вызванная бактериями. Для предотвращения бактериальной деградации жидкости гидроразрыва, а также коррозии оборудования используют биоциды.

Биоцидом называют любое вещество, приводящее к гибели микробов и бактерий. Недостатком большинства используемых в нефтегазовой промышленности биоцидов является высокая токсичностью, а также ухудшение свойств жидкости гидроразрыва. В частности, высокая токсичность большинства биоцидов ограничивает их использование в странах, предъявляющих жесткие требования к экологической чистоте продуктов, используемых в операциях добычи и переработки нефтепродуктов.

Известен (RU, патент 2216543) способ получения бактерицида взаимодействием 1,3,5-триметилгексагидро-1,3,5-триазина с хлорсодержащими отходами производства эпихлоргидрина.

Недостатком данного бактерицида является его высокая токсичность, что негативно сказывается на условиях труда при производстве и применении.

Известен (US, патент 4778654) способ получения ингибитора коррозии - бактерицида смешением анилинсодержащего соединения, соляной кислоты, формальдегида и воды.

Недостатком данного бактерицида являются трудоемкость его получения и невысокая биоцидная активность.

Известен (RU, патент 20116380) способ получения ингибитора коррозии - бактерицида путем взаимодействия жирной кислоты с числом углеродных атомов 5-16 и аминопарафина с числом углеродных атомов 10-16 с последующим растворением его в алифатическом спирте, или ароматическом растворителе, или их смеси.

Недостатком указанного бактерицида является низкая растворимость в воде, что затрудняет его практическое использование.

На основе хлористого металлилгексаметилентерамина разработан бактерицид ЛПЭ-11 (RU, патент 2148149).

Недостатком этого технического решения является низкая технологичность 45-55%-ного раствора, сравнительно низкие смазочные свойства и термостойкость.

Для защиты химических реагентов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин от микробиологической деструкции и стабилизации параметров бурового раствора во времени, эффективен продукт взаимодействия отходов производства эпихлоргидрина и гексаметилентетрамина (уротропина) (RU, патент 2160760).

Но применяемые для подавления роста микроорганизмов концентрации этого реагента неэкономично высоки: в 2-10 раз превышают количество необходимых добавок заявляемого бактерицидно-смазочного реагента.

Известно использование для обработки буровых технологических жидкостей продукта конденсации кубовых остатков синтетических жирных кислот с моноэтаноламином и оксиэтилированными алкилфенолами - реагента ИКБ-4 (SU, авторское свидетельство 1044625).

Недостаток этого решения - высокий расход реагента, до 1% от объема обрабатываемой промывочной жидкости.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в разработке высокоэффективного биоцида.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного биоцида, состоит в повышении его эффективности при одновременном уменьшении токсичности.

Для достижения указанного технического результата предложен биоцид для защиты жидких сред в нефтегазовой промышленности, представляющий собой микрочастицы, по меньшей мере, частично состоящие из серебра, размер которых составляет 150-1000 нм, что соответствует величине удельной площади поверхности, составляющей до 2000 м²/г.

Биоцид добавляют к жидкости - жидкой среде так, что его концентрация в жидкой среде 0,1-1 кг/м³. Его добавляют к жидкости на стадии ее приготовления в порошкообразном виде или в виде «раствора» - суспензии.

Биоцид преимущественно представляет собой серебряные микрочастицы, но также возможно, что он является двух - или многокомпонентной комбинацией серебра и элемента платиновой группы или переходного металла.

Предпочтительно биоцид представляет собой микрочастицы, содержащие серебро и элемент платиновой группы или переходного металла при содержании серебра не менее 0,001 мас.%.

Микрочастицы биоцида имеют форму сферы, палочкообразную, нановолокна, пирамидальную, треугольную, многогранную, губчатую, арочно-ячеестую, сетчатую, сетчато-ячеестую, сотовую или пенообразную структуры и их комбинации.

Биоцид на основе микрочастиц получают восстановлением ионов металла из солей с использованием восстанавливающих агентов, в число которых входят следующие соединения: спирты, боргидрид натрия, глюкоза, поливинилпирролидон, гликоли, гидразин, водород и другие соединения.

Компонентами, регулирующими форму, размер и стабильность микрочастиц, являются полимеры, поверхностно-активные вещества, неорганические соли и их комбинации. Обычно для этих целей используют водные растворы гуаровой смолы, производные целлюлозы, крахмал и их комбинации.

Биоцид обычно представляет собой порошкообразное вещество, состоящее из микрочастиц и инертного наполнителя.

Содержание микрочастиц в инертном наполнителе варьируется в интервале от приблизительно 0,01% до приблизительно 99,99%.

Инертный наполнитель представляет собой пористые силикаты, пемзы, силикагель, оксид алюминия, угли и их комбинации.

Биоцид может представлять собой водный, органический или водно-органический раствор микрочастиц. Содержание микрочастиц в растворе варьируется в интервале от приблизительно 0,001 до приблизительно 40%.

Биоцид устойчив и может использоваться в средах имеющих рН в интервале от 4 до 12.

В данном изобретении предлагается использовать новый биоцид на основе микрочастиц (предпочтительно, наночастиц), содержащих серебро. Антибактерицидные свойства серебра широко известны, однако до настоящего времени использование серебра в качестве биоцида в нефтегазовой области было технологически затруднительно и экономически невыгодно. Последние достижения в области технологии микрочастиц привели к тому, что использование серебра в виде микрочастиц в качестве микробиоцида стало технологически и экономически оправданным. Микрочастицы характеризуются большой удельной площадью поверхности, что позволяет значительно повысить эффективность использования серебра.

Бактерицидные свойства серебра и его соединений известны на протяжении тысячелетий. Серебро является естественным природным антибиотиком, способным уничтожать более чем 650 видов бактерий. Механизм воздействия серебра на одноклеточные бактерии состоит в реакции ионов серебра с клеточной мембраной бактерии, что приводит к блокированию передачи кислорода внутрь клетки бактерии, удушью микроорганизма и его гибели.

К настоящему времени антимикробные свойства серебра нашли широкое применение в медицине и в устройствах для очистки воды.

Анализ научной литературы и патентов показал, что микрочастицы серебра не использовались в качестве биоцида в нефтегазовой промышленности. Можно упомянуть только патенты US 7032664 B2 и US 7036592 B2, описывающие жидкости гидроразрыва пласта, содержащие наночастицы, и патент US 7033975 B2, описывающий использование поверхностно-модифицированных наночастиц в жидкости для извлечения углеводородов из подземных формаций.

Предлагаемый биоцид характеризуется отсутствием токсичности для высших организмов.

Разработанный биоцид может быть использован для длительного хранения жидких и сухих компонентов, используемых в газонефтяной промышленности, и, в частности, для приготовления жидкостей гидроразрыва, буровых растворов и жидкости органичения водопритока при заводнении или паротепловом воздействии.

Концентрация биоцида в жидкости или сухих компонентах варьируется в интервале составов от приблизительно 0,001% до приблизительно 30%.

Эффективность работы биоцида была исследована на примере жидкости для гидроразрыва. Была приготовлена жидкость для гидроразрыва на основе гуаровой смолы с концентрацией смолы 5 г/л.

Исследовали три образца.

Образец 1. Жидкость для гидроразрыва, не содержащая биоцидов, использованная в качестве контрольного образца.

Образец 2. Жидкость для гидроразрыва, содержащая коммерчески доступный бактерицид на основе изотиазолина. Концентрация биоцида составила 0,0042 г/л.

Образец 3. Жидкость для гидроразрыва, содержащая водный раствор биоцида на основе микрочастиц серебра, стабилизированных с помощью ионогенных поверхностно-активных веществ. Концентрация микрочастиц серебра составила 0,032 г/л.

Образец 4. Жидкость для гидроразрыва, содержащая водный раствор биоцида на основе микрочастиц серебра и меди, стабилизированных с помощью ионогенных поверхностно-активных веществ. Концентрация микрочастиц серебра составила 0,090 г/л, концентрация микрочастиц меди - 0,230 г/л.

Образец 5. Жидкость для гидроразрыва, содержащая водный раствор биоцида на основе микрочастиц серебра и меди, стабилизированных с помощью ионогенных поверхностно-активных веществ. Концентрация микрочастиц серебра составила 0,08 г/л, концентрация микрочастиц меди - 0,150 г/л. Микрочастицы нанесены на поверхность активированного угля при содержании микрочастиц 22,08%.

Образцы хранились при температуре 25°С в течение 12 дней. Для контроля свойств жидкости для гидроразрыва использовали величину ее вязкости, полученную с помощью вискозиметра Chandler 3500 по стандартной методике при комнатной температуре. В таблице приведены свойства жидкости для гидроразрыва.

Таблица.
Вязкость образцов в сР при 170 с-1
Образец	Начало эксперимента	3 дня	6 дней	9 дней	12 дней
1	60	9	0	0	0
2	60	56	57	54	52
3	60	57	57	53	51
4	60	55	54	53	52
5	60	56	55	54	54

Из таблицы хорошо видно, что в течение длительного времени образцы 2-5, содержащие биоцид на основе наночастиц и биоцид на основе изотиазолина, сохраняют высокие значения вязкости, что указывает на сохранность геля. В то же время для контрольного образца 1 наблюдается разложение геля уже на третий день эксперимента.

1. Биоцид для защиты жидких сред в нефтегазовой промышленности, отличающийся тем, что он представляет собой микрочастицы, по меньшей мере, частично состоящие из серебра, размер которых составляет 150-1000 нм.

2. Биоцид по п.1, отличающийся тем, что его концентрация в жидкой среде 0,1-1 кг/м³.

3. Биоцид по п.1, отличающийся тем, что он является двух - или многокомпонентной комбинацией серебра и элемента платиновой группы или переходного металла при содержании серебра не менее 0,001 мас.%.

4. Биоцид по п.3, отличающийся тем, что содержание серебра свыше 1 мас.%.

5. Биоцид по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит инертный наполнитель при содержании микрочастиц в инертном наполнителе 0,01-99,99%.

6. Биоцид по п.5, отличающийся тем, что инертный наполнитель представляет собой пористый силикат, пемзу, силикагель, оксид алюминия, уголь и их комбинацию.