用于工业应用中的金属性纳米颗粒杀菌剂的制作方法

用于工业应用中的金属性纳米颗粒杀菌剂的制作方法
【专利摘要】一种包括提供测量的剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料以及添加所述测量的剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料至载体材料，从而在将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动之前对该载体材料进行预处理的方法。另一方法包括进入与地下土地活动联用的地下土地开口，将一定数量的制备的金属性纳米颗粒材料引入至该地下土地开口，以及处理地下土地条件，所述地下土地条件存在于通过该地下土地开口能进入的地下土地位置。
【专利说明】用于工业应用中的金属性纳米颗粒杀菌剂
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2011年2月25日提交的题为“用于工业应用中的金属性纳米颗粒杀菌剂(Metallic Nanoparticle Biocide in Industrial Applications)” 美国临时申请第61/446，599号的优先权，该文的全部内容通过引用纳入本发明。本申请还要求2012年2月7日提交的题为“用于工业应用中的金属性纳米颗粒杀菌剂(Metallic NanoparticleBiocide in Industrial Applications)”美国申请第13/368，252号的优先权,该文通过引用纳入本发明。
背景
[0002]许多工业过程受益于使用杀菌剂来减少腐蚀或帮助所述过程。微生物是一种常见的腐蚀原因。硫酸盐还原菌(“ SRB ”)，例如，氧化许多钻井液中发现的有机化合物和将硫酸盐还原成硫化物，更具体的，硫化氢(H2S)和氢硫化合物离子(HS_)。井眼，或钻入泥土的地下深孔，经常暴露在厌氧情况下，这种情况传播SRB和其他潜在的有害微生物。
[0003]因为细菌是一种主要腐蚀源的最终原因，常常把杀菌剂包含在常规的钻井液和水源中。所述杀菌剂用于杀死或减少细菌、H2S、有机碳和金属等，这些常常会阻止岩土工程井眼的成功产出。用于钻井液的示例性杀菌剂包括:氯、戊二醛、氢氧化钠和次氯酸钠。但是，用于钻井或其他工业过程的常规杀菌剂有明显的不足。典型的杀菌剂是危险有毒的和/或在足量使用时是相对昂贵的。许多杀菌剂易于分解或快速扩散而且，因此，必须经常更换，这导致了上升的成本。此外，一些杀菌剂需要相对高的浓度才有效，这可对周围环境或者油井工人或其他人员带来有害影响。最近几年引起特别关注的一个不足是杀菌剂的毒性。有毒的杀菌剂可能从油井孔过滤至地下蓄水层或其他意料之外的地方。在钻井液中使用这些杀菌剂的潜在环境缺点，可导致未来进一步的法规和增加的成本。处理包括这些有毒杀菌剂的钻井液导致显著的成本和关注。此外，常规处理材料的高浓度可促成套管、泵、管道线路和其他工程材料的腐蚀。此外，回收的钻井液或采出水可包含升高浓度的多种有毒化学物质、金属、和硫化氢，和其他气体。
概述
[0004]本文描述了方法、系统和组合物的多种实施方式。在某些实施方式中，所述方法包括将金属性纳米颗粒材料与工业活动联用。在更具体的实施方式中，所述方法包括将金属性纳米颗粒材料与地下土地活动联用。
[0005]在一实施方式中，所述方法包括提供测量的剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料以及添加所述测量的剂量数量的金属性纳米颗粒材料至载体材料，从而在将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动之前对该载体材料进行预处理。在另一实施方式中，所述方法包括获得与地下土地活动联用的地下土地开口，将一定数量的制备的金属性纳米颗粒材料引入至该地下土地开口，以及处理地下土地条件，所述地下土地条件存在于通过该地下土地开口能进入的地下土地位置。用制备的金属性纳米颗粒材料处理所述地下土地条件。在另一实施方式中，所述方法包括获得来自地下土地位置的产品，所述产品是结合地下土地活动来提取的，测量剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料，将所述测量剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料引入至来自地下土地位置产品。
[0006]本文中测量或测试的含义通常理解为包括将一数量与一更大的数量分离。被分离的数量可以是精确的和预先决定的数量(例如，通过基于体积或重量测量工具得到的)或者，可选的，可以是一更不精确和未决定的数量(例如，从容器中倒出一些随机或粗略估计数量得到的)。
[0007]在所有这些方法的实施方式中，可执行额外的操作和/或可指定具体的参数。在某些实施方式中，所述方法包括将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动中，从而化学分解大多数或基本所有的、暴露于载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料的硫化氢(H2S)和/或氢硫化合物离子(HS0。在某些实施方式中，所述方法还包括将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动中，从而减少地下土地活动中的腐蚀源。在某些实施方式中，所述方法还包括将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动中，从而同时处理地下土地活动中的液体和气体。在某些实施方式中，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，而且基本上所有的银纳米颗粒的直径在约2纳米和约100纳米之间和/或平均直径在约5纳米和约15纳米之间。
[0008]本文还描述了方法、系统和组合物的其他实施方式。
附图简要说明
[0009]图1显示了实施方式中用于利用钻井液钻井的系统的示意图。
[0010]图2显示了一系统的实施方式，所述系统用于水力压裂以促进石油和气体生产。
[0011]图3显示了一系统的实施方式，所述系统用于提取地下资源。
[0012]图4显示银纳米颗粒的实施方式的视图，该银纳米颗粒作为金属性纳米颗粒的例子。
[0013]图5是流程图，该流程图显示了一种方法的一实施方式，所述方法将金属性纳米颗粒悬浮液用于钻井应用。
[0014]在本文中，相似的附图标记用于标记相似的要素。
详述
[0015]在下面的描述中，提供了多种实施方式的具体细节。然而，有些实施方式在少于全部所述具体细节时也可实施。在其他情况下，对某些方法、步骤、组分、结构、和/或功能描述的具体程度仅限于能实现本发明的多种实施方式，为了简洁和清楚。
[0016]本发明描述了很多实施方式，但至少有些所述实施方式将金属性纳米颗粒组合物作为杀菌剂以单独的、或作为溶液或其他组合的一部分的方式包括进入工业应用中。在某些实施方式中，所述金属性纳米颗粒组合物包括与结合水永久结合的银纳米颗粒，该银纳米颗粒催化性的或协同性的(即，使用多种毒性模式)使用多种杀菌作用模式来摧毁细菌(例如，病原体)，但是具体的作用模式不限于此。
[0017]许多工业过程受益于使用杀菌剂来减少腐蚀或帮助所述过程。然而，典型的杀菌剂是危险有毒的和/或在足量使用时是相对昂贵的。相反，金属性纳米颗粒组合物可具有优异的杀菌特性且相对持久和无毒。将金属性纳米颗粒组合物包含进入工业过程可带来良好的杀菌结果同时降低环境风险和成本。
[0018]许多工业过程涉及钻或凿深入泥土的地下孔。这些孔通常被称为井眼。例如，在石油和气体工业中，经常要凿离地面一米多深的孔。这个钻井过程一般包括抽吸多种类型的流体，所述流体为钻头提供冷却，去除被钻头切碎的颗粒，以及，在某些情况下，为钻头提供动力。所述液体也可因其他原因抽吸进入井眼，例如支撑井眼的墙体和刺激油井的生产。所述液体通常被称为“钻井液”、“钻探泥浆” “完井液” “修井液” “封隔液”、“压裂液”、“刺激液”、“一致性控制液”、“渗透性控制液”、“加固液”等等。如本发明所使用，“钻井液”可指在钻井、生产、维修或复原过程中抽吸进入井眼的任何类型的流体。在某些实施方式中，所述钻井液是水，可以包括或不包括其他化学物质。
[0019]水是这些流体最常见的组分，并用于工业过程的所有方面，包括涉及应用岩土工程的地下过程。应用岩土工程活动和过程可包括任何地下钻井活动、地面挖掘活动、或类似活动，所述类似活动涉及任何目的包括但不限于石油和气体和岩土工业作业。水的天然性质在作为载体时可同时促进和阻碍某些过程。在多种阶段，例如，在泥土中钻井的应用科学中，水吸收和/或运载来自泥土的大量的颗粒和元素以及添加至水中的化学物质组合物。杀菌剂是常规性添加至水中的化学物质的例子之一，以不同的浓度，以解决涉及细菌、有机碳、金属、硫化物等出现在地下地质构成的问题。
[0020]术语钻井液，如本发明所使用，指用于在泥土中钻探井眼的任何液体。细菌、有机碳、金属、硫化物妨碍钻井液的功能。典型的钻井液功能包括但不限于以下:
[0021]从油井和井眼去除切削物
[0022]悬浮或释放切削物
[0023]控制形成压力
[0024]密封可渗透的形成物
[0025]维持油井眼稳定性
[0026]最小化形成损坏`
[0027]冷却、润滑和支撑钻头和钻井组件
[0028]传输水力能量至工具和钻头
[0029]确保足够的地层评测
[0030]控制腐蚀(在可接受的水平)
[0031]促进粘结和完成
[0032]最小化对环境的影响
[0033]钻井系统的多种配件常常浸没在钻井液中，并频繁的因腐蚀而失效。所述腐蚀通常是由腐蚀剂穿过钻井液运动至钻井系统的配件引起的。这些失效可给操作钻井系统的工人带来巨大的危险，并在替代零件就位前引起昂贵的拖延。
[0034]微生物是一种常见的腐蚀原因。例如，硫酸盐还原菌(“SRB”)氧化许多钻井液中发现的有机化合物和将硫酸盐还原成硫化物，更具体的，硫化氢(H2S)和氢硫化合物离子(HS!。当金属钻井设备在SRB存在下使用时，结果常常是金属设备被SRB产生的H2S腐蚀，这种情况可大大阻碍或阻止整个油田的生产，通常被称为“酸气”田。硫化氢在正常作业情况下还有其他方面的危险。
[0035]此外，甚至在钻井过程完成后，安装进入井眼的其他设备和/或结构也可遭受SRB的腐蚀影响。例如，混凝土和金属管道会随时间腐蚀并最终在井眼内失效。此外，安装过程本身也可因SRB而被妨害或陷入危险。例如，SRB可阻止混凝土进行合适的固化，这会给井眼带来毁灭性的失效。[0036]因为细菌是一种主要腐蚀源的最终原因，常常把杀菌剂包含在常规的钻井液和水源中。所述杀菌剂用于杀死或减少常常会阻止岩土工程井眼的成功产出的细菌、H2s、有机碳和金属等。用于钻井液的示例性杀菌剂包括:氯、戊二醛、氢氧化钠和次氯酸钠。但是，用于钻井或其他工业过程的常规杀菌剂有明显的不足。许多常规杀菌剂快速衰弱或扩散而且，因此，必须经常更换，这导致了上升的成本。另外，某些杀菌剂需要相对高的浓度才有效，这会带来它们自己的腐蚀作用，并因此与消除细菌一产生的腐蚀剂如硫化氢的目标相冲突。另外，以这种方式使用的某些杀菌剂对周围的生态系统或油井工人或其他人员具有有害影响。最近几年引起特别关注的一个不足是杀菌剂的毒性。有毒的杀菌剂可能从油井孔过滤至地下蓄水层或其他目标之外的地方。在钻井液中使用这些杀菌剂的潜在环境缺点，可导致未来法规更严格和成本增加。处理包括这些有毒杀菌剂的钻井液导致显著的成本和关注。
[0037]因此，钻井公司需要一种具有更低的人类和环境毒性、不会快速衰弱、以及能有效应对SRB和H2S的杀菌剂。本发明描述的具有这些特征的一种杀菌剂是金属性纳米颗粒组合物。一种示例性的金属性纳米颗粒组合物如2006年11月14日授予J *R罗伯特(RobertJ.Holladay)等的美国专利第7，135，195号所述,该文全部内容通过引用纳入本发明。
[0038]图1显示了实施方式中用于利用钻井液钻油井的一种系统100的示意图。所述系统100包括井架102、钻柱104、以及抽泥泵106。所述系统100钻了一井眼108深入泥土中。
[0039]所述井架102，在某些实施方式中，是用于支撑系统100其他元件的支撑结构。所述井架102包括用于抬起和定位钻柱104的机器，以及还可包括其他机器用于操作系统100和执行系统100功能，例如把钻头110旋转进入井眼108。所述井架102可以是任何尺寸和包括任何能够支撑钻柱104的材料。
[0040]所述钻杆104，在某些实施方式中，包括空心钻管的一或更多部分，这些部分连在一起。所述钻柱104把钻井液114和转矩从地面传输至钻柱104底部。所述钻柱104的空心管充当导管，钻井液114流经该导管。所述钻柱104还可包括打断、切削或粉碎井眼路径上岩层的钻头110。
[0041 ] 在某些实施方式中，抽泥泵106将钻井液114从地面通过钻柱104抽吸至井眼108的底部。所述抽泥泵106可以是往复泵或能在钻井液114中产生高压的其他装置。所述抽泥泵106可包括多个活塞/柱塞来抽吸钻井液114，而且可相对于井眼108的尺寸和深度来决定尺寸。所述抽泥泵106还可包括一或更多减震器以减少震动。
[0042]钻井液114被抽泥泵106通过空心钻柱104抽吸至井眼108的底部的钻头110。然后，所述钻井液114在钻头104和井眼108壁之间的环形空间(被称为环空112)向上流动，所述钻井液114从环空112的顶部流出，而且通过抽泥泵106、钻柱104、钻头110，以及环空112再次循环，
[0043]所述钻井液114执行多种功能。在某些实施方式中，所述钻井液114润滑和冷却钻头110以延长钻头110的使用。所述钻井液114还去除由钻头110从井眼108切削、被称为“切削物”的材料。在某些实施方式中，所述钻井液114给钻头110或钻柱104的其他组件提供动力。所述钻井液114还可包括杀菌剂以减少细菌产物如腐蚀性物质。
[0044]在某些实施方式中， 所述钻井液114包括金属性纳米颗粒组合物。所述金属性纳米颗粒组合物可降低钻井液114中至少一部分SRB的活性或将其杀死。因此，可减少钻井液114中腐蚀性材料的产生。在具体的实施方式中，所述金属性纳米颗粒包括银纳米颗粒。虽然接下来的描述指银纳米颗粒，但所提供的描述亦可适用于形成于或包括其他金属或金属性特征的纳米颗粒。所述银纳米颗粒可以以任意浓度水平存在于钻井液114中。作为一个例子，所述银纳米颗粒可以约十亿分之五十份和百万分之五份之间的浓度存在于钻井液114中。在另一例子中，所述银纳米颗粒可以高达约百万分之百份的浓度存在于钻井液114中。在另一例子中，所述银纳米颗粒可以低至约十亿分之一份的浓度存在于钻井液114中。在具体应用中使用的浓度水平取决于使用银纳米颗粒组合物的工业应用的类型。此外，其他浓度范围可适用于包括除了银以外的其他金属的纳米颗粒。 [0045]在某些实施方式中，所述钻井液114再次循环前可在泥浆坑116中沉积，以使切削物从钻井液114中沉积出来。所述钻井液114在再次循环前还可收集和改性。对于常规杀菌剂添加剂，这个沉积过程会导致杀菌剂与切削物联用沉积、化学转变和降解，或挥发至大气中。钻井液114中杀菌剂的浓度和效率可能因此被降低。此外，常规杀菌剂在使用时可能相对快速的降解或消耗，因此需要在相对短的时间内添加更多杀菌剂至钻井液114中。
[0046]在某些实施方式中，所述银纳米颗粒组合物具有使当钻井液114在泥浆坑116中静置时所述银纳米颗粒组合物仍然留在悬浮液中的物理特性。所述纳米颗粒的小尺寸、和所述纳米颗粒的结构以及多种基本力结合，可使所述纳米颗粒仍然留在悬浮液中并因此不会沉积在泥浆坑116中，或相对缓慢的沉积并保留它的杀菌性质。因此，一种包括银纳米颗粒组合物、或主要只包括银纳米颗粒材料的溶液的杀菌剂，可维持比其他现有杀菌剂更长的浓度和效率。
[0047]所述银纳米颗粒可稳定存于该组合物中，无需表面活性剂。因此，所述钻井液114可不使用表面活性剂。然而，其他实施方式可包括表面活性剂。
[0048]在某些实施方式中，所述银纳米颗粒组合物保持长于其他常规杀菌剂的作为杀菌剂的效率，以及中和的SRB多于用于钻井或其他工业应用的其他常规杀菌剂。由该纳米颗粒的物理特性引起的纳米颗粒的运动可促进效率。相对小的纳米颗粒(相对于，例如，微米颗粒)可展现相对高水平的布朗运动(Brownian motion)。在某些实施方式中，所述金属性纳米颗粒组合物包括与结合水永久、基本永久、或半永久结合的银纳米颗粒，该银纳米颗粒催化性的或协同性的(即，使用多种毒性模式)使用多种杀菌作用模式来摧毁细菌(例如，病原体)，但具体的作用模式不限于此。因此，所述银纳米颗粒组合物可保留它们作为杀菌剂的效率长于更大的颗粒。
[0049]在某些实施方式中，用于钻井液114的所述杀菌性添加剂不含有机聚合物。换句话说，所述钻井液114可只包含无机杀菌剂。所述钻井液114可包含银纳米颗粒，该银纳米颗粒基本不包含有机物质。在一实施方式中，用于钻井液114的所述杀菌性添加剂可主要或仅仅为银纳米颗粒在水中的悬浮液。在另一实施方式中，用于钻井液114的所述杀菌性添加剂可为银纳米颗粒在水中的悬浮液与一或更多其他物质的组合。下文将结合图4，更加详细的讨论银纳米颗粒的实施方式。
[0050]在某些实施方式中，用于钻井液114的所述杀菌性添加剂包含过氧化氢(H2O2)。过氧化氢可与银纳米颗粒相互作用以增强所述钻井液114的抗菌活性。具体的，添加过氧化氢可抵消高盐度的部分或全部影响，否则高盐度可能会负面的影响银纳米颗粒溶液的效率。这样，可以说过氧化氢至少部分的中和了盐度。在某些实施方式中，所述过氧化氢用作厌氧微生物的杀菌剂。所述过氧化氢可占全部溶液的约0.5%至5.0%。其他实施方式可包括更多或更少的过氧化氢。其他实施方式可限制于更窄的总溶液百分数范围(例如，约
1.0-4.0%之间、约2.0-3.0%之间等)。例如，所述过氧化氢可以约十亿分之五百和约百万分之十之间的浓度存在于钻井液114中。在另一例子中，所述过氧化氢可以高达约百万分之百的浓度存在于钻井液114中。在某些实施方式中，所述过氧化氢与银纳米颗粒一起存在于钻井液114中。这个实施方式可使用一个范围的银纳米颗粒浓度，如上文所解释，以及过氧化氢的浓度范围为约十亿分之五百和约百万分之百之间。
[0051]图2显示了系统200的一实施方式，所述系统200用于水力压裂以促进石油和气体生产。所述系统200包括抽泥泵106、钻井液114，以及射孔枪204。所述系统断裂在井眼108的一部分周围的岩石，从而促进油井的生产。
[0052]所述射孔枪204，在实施方式中，被插入井眼108 (“该横向的”)的横向部分。该横向的可位于一具体层202,该层202可为岩石或岩层,例如页岩层。所述射孔抢204施加压力至套管和内衬井眼108的其他周围结构，例如混凝土衬套和井眼108周围的岩石。该施加的压力位于具体的射孔区206，所述射孔区206将压力聚焦在某位置从而套管、混凝土衬套，以及岩石可在射孔区206或它的附近射孔。所述射孔枪204使用任何施加压力的方法，例如聚能装药或其他爆炸物。
[0053]然后，将所述射孔枪204从井眼108去除，而且往井眼填充压裂液。所述压裂液可类似于，在某些方法，用于钻井眼108的钻井液114或可为专业的压裂液包括类似的银纳米颗粒溶液，如上文所述。所述压裂液通过抽泥泵106或其他泵或压力产生装置在压力下置于井眼108。所述抽泥泵106可以是与钻井过程中使用的相同的泵或者可以是专业的压裂栗。
[0054]压裂液的压力压裂射孔附近的岩石。由增压压裂液创建的裂痕208可延伸至井眼108周围的层202。通常，所述裂痕208提供低阻通道，以使石油、气体或气体物质进入井眼并且从油井去除。
[0055]水力压裂通常用于促进油井的生产，但该压裂过程包括多个困难。与上文所述的钻井液类似，所述压裂液可被细菌如SRB的存在而受到负面影响。因SRB产生的腐蚀是典型压裂系统的常见问题。因此，用于压裂过程的压裂液频繁的包括杀菌剂以减轻SRB的影响。在常规的系统中，所述压裂液可包括有毒组分，包括有毒的杀菌剂。现有系统中使用的常规压裂液的毒性可给工人、周围环境、地下蓄水层和居住在附近的居民带来危险。从压裂使用的压裂液中觉察的危险可导致更多的政府规定，这些政府规定将要求在该过程中使用毒性更小的材料。
[0056]在本发明描述的某些实施方式中，在压裂过程使用的压裂液包括在结合水悬浮液中的银纳米颗粒。所述银纳米颗粒可包括本发明结合图1和其他地方所描述的性质和特征在实施方式中，所述银纳米颗粒悬浮于添加至压裂液的水中。所述银纳米颗粒悬浮液可用作有效的杀菌剂，且当与本发明上述的其他杀菌剂相比时浓度相对较低。在某些实施方式中，所述银纳米颗粒悬浮液可以以前述浓度范围存在。在某些实施方式中，所述银纳米颗粒悬浮液可以和过氧化氢一起以前述浓度范围存在于压裂液中。
[0057]除了上述的钻井和压裂过程以外，所述银纳米颗粒悬浮液可用于其他工业应用。例如，所述银纳米颗粒悬浮液可以以类似的方式用作杀菌剂用于其他钻井过程，包括但不限于注水以促进油井生产、回收钻井液水、油井维修，和酸气缓解。所述银纳米颗粒悬浮液可以以类似的方式用作杀菌剂用于其他工业过程，包括但不限于下述:流体优化、水消毒、水净化、水处理、水分离、采出水的回收和处理、油井调湿、钻井液调节剂、钻井液矿物、钻井液减摩剂、水泥调节剂、地表驱水灌溉、机械蒸汽增强、污染抵抗、药物修复/回收、蓄水层/地层调节剂、地下蓄水层复原、土壤修复、阻垢剂、杀菌、杀病原体、钻井过程增强、油水分离、流体集成、套管保护、细菌预防、紫外性质相似性、除砷、石油精炼过程、地表排放、非点源排放、蒸发塘处理和排放控制、湿地处理、灰尘控制、现场清洗、饮用/非饮用水，除铁、地下注水、增强蒸发、水平衡、除硫化氢(硫还原细菌)，以及其他类似的应用。
[0058]可以使用所述银纳米颗粒悬浮液的其他工业过程，包括但不限于下述:表面活性剂、离子交换、电渗析(ED)、反向电渗析(EDR)、电容去离子技术、电化学活化技术、电-去离子、植物/蔬菜养料、电磁半导体。银纳米颗粒溶液还可用于降低氯和硫化物(H2S和HS_)、硝酸盐、亚硝酸盐，和/或其他离子浓度的过程。银纳米颗粒溶液还可用于降低硒、砷、铜和/或其他金属浓度的过程。纳米颗粒溶液还可用于减少多环芳烃和其他有机化合物的过程。
[0059]附录A包括《无机分析报告》的测试数据，这些测试是由认证的分析实验室在4个样品上进行的。在这些或类似的测试数据中，在有机报告中发现的简写“Surr”意指一种替代化合物，该替代化合物是由实验室故意添加的以测定样品注射、提取、和/或净化效率。报告中发现的“报告极限” 相当于应用定量限(PQL)，是根据引用的方法和样品基质所能报告的最小浓度。所述报告极限不必涉及任何规定的极限以及，在某些情况下，可排除利用更精确测试设备所可能得到的更精确数据。在这些限制下，分析结果以三明显的图报告，目的是为了质量控制和计算。此外，对于附录A中进行和报告的硫化物分析，因为提供的样品体积有限，所以稀释样品以达到具体的体积以进行样品分析。稀释导致这个样品的报告极限提高。附录A显示的样品5报告包括处理混合了采出水的回水的结果，所述采出水为来自怀俄明州南部某井田油井完成和石油生产过渡间的采出水。
[0060]其他分析，也使用ASTM标准方法，表明银纳米颗粒溶液具有降低硫化物浓度的能力。这些硫化物化学氧化测试的结果也包含于附录A中。
[0061]本发明所述金属性纳米技术实施方式，或相当的金属性纳米技术的潜在使用者，包括，但不限于，从事石油和气体工业某些方面的实体、地下岩土工程、以及其他工业能源或环境相关的产品应用。潜在应用的一些例子包括，但不限于，下述:国内，国际，跨国大型石油公司、国内石油公司、高度集成的实体、独立的石油公司、炼油厂、营销人员、生产商、投资者、参与者、消费者和投机商、贸易未来的制造商和创业者、由现金市场组成的石油市场中的分销商和贸易者、期货市场，以及全部的能源服务提供商、第三方提供商以及参与上游和下游活动的任何公司、子公司、分公司、辅助公司(auxiliaries)、控股公司或附属公司。
[0062]通常，本发明所述金属性纳米技术实施方式，或相当的金属性纳米技术的潜在使用者，包括，但不限于，在下述一般领域的活动:工程、建造、运营、计划、涉及、开拓和生产的努力。在这些领域的潜在活动的一些离子包括，但不限于:生产、炼油、制造、处理、化学的、石油-化学的、气液转化、地热、土工的、过程、管道内衬、流体、烃、有机蒸汽、运输、操纵、地震的、地质的、地球物理的、技术的、开拓的、工程的、沉积的、磁性的、重量分析的、转让、导电率、蓄水池、海床、气象的、环境的、泥浆坑、泥浆系统、泥浆流体、泥浆产品、泥浆添加剂、杀菌剂替代品或添加剂、粘度增强、优化、回收方法、井眼流体、水泥流体、滑线流体、水力压裂液、工业水应用、气体或增压压裂、修井液、水泥流体、井眼、循环过程、原生水、地层水、间隙水、矿物聚集体或有机物质、硫还原细菌、所有其他已知或未知的地面或地下细菌、采出水、沉积塘流体、蓄水坑流体、闭环流体、混相流体、人工驱水、水井、处理井、流体注射、进料井、出料井、流动处理器、增强的回收、盐水流体、盐水处理、硫化氢、溶解的气体、二氧化碳、气体注射、人工驱水、使用化学物质的三级方法、气体、热量、资源回收的效率提高、泵、油罐消耗品、去污、油罐组、油库、油罐储存、空气钻井、空气/气体抬举、刷水、加热器处理、热油、酸化、清管、除垢、套管、油管、孔内维修、钢丝绳、维修，以及类似的活动。其他的例子包括涉及下述的多种活动:设施、收集设施、水处理系统、管道系统、管线、泵站、提升站、中转站、储存设施、垃圾处理设施、居住、供应装置、钻井区域、钻井装置、处理设施、井头、流动线路、注射线路、阴极、分离过程、人工提升方法、先进回收技术、运输设备、试车/退役、复原、弃井、环境管理、蒸发塘、脱盐蒸发/沉积堂、采出流体、有机物的水处理、无机物、金属或具有用于还原的有形或无形特征的其他组合物、提高稳定性、扩张、蒸发、润滑、酸性、碱性、分离、无菌化、活化，以及处理。其他商业化和/或工业应用活动的额外例子包括，但不限于，下述:石油、气体、冷凝物、可燃和非可燃气体、烃、蒸馏油、收集过程、脱水、压缩、处理和运输方法、测井、分级、挖掘、污垢工作、制备、消耗品、射孔等等。此外，本发明所描述的金属性纳米技术的实施方式还可与进行中的研究和开发活动联用。这些研究和开发活动的一些例子包括，但不限于，下述:陆源的、近海的、移动的、固定的、独立的、千斤顶托起、半潜式平台、钻井船、水驳船、钻机、钻井模块、运输、员工住宿、石油提炼、化学工程、尿素工厂、水处理设施、注射设施、硫化物设施等等。此外，本发明所描述的金属性纳米技术的实施方式可与涉及用于地下土地活动的环境和/或安全规定的任何活动联用，所述地下土地活动一定或可能导致排放或提取，所述排放或提取可用本发明所述一或更多实施方式制备的金属性纳米颗粒的性质，或者相当于所述一或更多实施方式制备的金属性纳米颗粒的金属性结构处理。
[0063]图3显示了系统220的实施方式，所述系统220用于提取地下资源。图3的所述系统220在很多方面基本与图2的系统200类似。然而，图3示例的所述系统220代表了操作阶段，在该阶段压裂已经完成而且一种资源如天然气或石油正被从井眼108中提取。
[0064]在示例的所述系统220中，坑116被回填因为不再需要钻井液114。所述系统220还包括油罐组222，该油罐组222安装用于储存采出水，或从井眼108与天然气或其他资源联用提取的水。所述油罐组222可包括一或更多储油罐，该储油罐设计用于容纳一定数量的采出水。采出水被储存在油罐组222中，因此所述采出水潜在的含有对地表环境有害的成分。例如，如果在钻井或压裂阶段使用了任何有毒化学物质，那么所述采出水中可能包括残留的有毒化学物质成分，这些成分不应该释放至地表环境中。此外，在井眼108发现的某些自然元素可能有毒或者不是地表环境所想要的。作为二级预防措施，所述油罐组222可位于护道或护堤224之间。如果储存在油罐组222的采出水发送泄漏，那么护道或护堤224设计用于容纳溢出量一定时间，在这段时间内可以采取容纳和清理措施。
[0065]图4显示了银纳米颗粒300的一实施方式的视图。所述银纳米颗粒300包括一表面302和一内部304。所述银纳米颗粒300可被包含于银纳米颗粒悬浮液中。
[0066]所述表面302，在实施方式中，是氧化银。所述表面302可具有金属性特征。在某些实施方式中，所述表面302具有共价的特征。所述内部304可为单质银。
[0067]所述银纳米颗粒300可具有准确的或平均的直径306，该直径306定义了所述银纳米颗粒300的尺寸。在某些实施方式中，所述直径306或银纳米颗粒的尺寸在约0.002微米和约0.030微米(即，2-30纳米)之间。所述银纳米颗粒可具有可变的尺寸，平均直径为约 0.002-0.030 微米(即，2-30 纳米)。
[0068]所述银纳米颗粒300可以是组合物中许多银纳米颗粒之一。所述组合物可以是银纳米颗粒在水中的组合物。在某些实施方式中，组合物中大多数的银纳米颗粒的直径在约
0.002微米和约0.030微米之间。在某些实施方式中，组合物中至少75%的银纳米颗粒的直径在约0.002微米和约0.030微米之间。在其他实施方式中，组合物中至少90%的银纳米颗粒的直径在约0.002微米和约0.030微米之间。在某些实施方式中，组合物中至少95%的银纳米颗粒的直径在约0.002微米和约0.030微米之间。在组合物的某些实施方式中，所述银纳米颗粒的平均直径为0.0106微米。如上文所解释，所述银纳米颗粒在溶液中或作为脱水物质(例如，粉末)可对SRB和/或其他细菌显示杀菌性性质。
[0069]图5是流程图，该流程图显示了一种方法400的一实施方式，所述方法400将银纳米颗粒悬浮液用于钻井应用。在某些实施方式中，所述方法400是一种使用了图1-3系统所示系统和仪器的方法，而且将参考这些图进行讨论。然而，所述方法400也可按它的方法独立执行，且无意将所述方法具体的限定于上文结合那些图讨论的【具体实施方式】。此外，虽然下面的描述主要参考了钻井液和设备，相同或相似的操作也可在压裂液和设备上实施，或在其他工业流体和相关设备上实施。
[0070]如图5所示，提供402银纳米颗粒悬浮液所述悬浮液可以以钻井液114的形式和可以在泥浆坑116或采出水中提供402。所述悬浮液可具有抗菌性质和可用作杀菌剂。
[0071]用于钻井泥浆(或用于压裂液的其他泵)的抽泥泵106可把所述悬浮液抽吸404进入井眼108。在某些实施方式中，所述悬浮液通过钻柱104被抽吸404进入井眼108。在另一实施方式中，所述悬浮液被直接抽吸404进入井眼108。
[0072]在井眼108中的悬浮液可增压。可给悬浮液施加406压力，通过抽泥泵106或能施加压力的其他装置。在实施方式中，所述施加的压力使得所述悬浮液通过钻柱104循环并且通过井眼壁和钻柱104之间的环空112回填。在另一实施方式中，所述悬浮液被置于静压下，例如在水力压裂中。
[0073]在某些实施方式中，所述悬浮液被从井眼中去除和收集408。所述悬浮液可作为钻井操作的部分来去除和收集408，其中所述悬浮液流出环空112并在这里俘获和返回至泥浆坑116以备重新使用。在另一实施方式中，所述悬浮液可被抽吸出井眼108且收纳在容器(未显示)中以备后用或处理。
[0074]本发明的实施方式为用于工业应用的杀菌剂提供了降低的人类和环境毒性以及升高的安全性。银纳米颗粒的金属性悬浮液可替代其他杀菌剂使用，或者用于传统杀菌剂不安全的应用中。
[0075]此外，为了参考，本文所述的银纳米颗粒溶液的某些实施方式与其他杀菌性组合物是可区分的。作为一个例子，本文所述的银纳米颗粒溶液的实施方式可以以严格的形式使用，不包括其他潜在添加剂如常规的有毒物质、聚合物、填料、凝结剂、支撑剂、表面活性剂、有机杀菌剂等等。作为一个例子，本文所述的银纳米颗粒的实施方式可不包含更易于随时间分解的有机成分而实施。作为另一例子，本文所述的银纳米颗粒溶液的实施方式中，该银纳米颗粒溶液是有效可溶的，或者实际相当于可溶溶液。这与一些形成为所谓的微米颗粒或在多种材料的混合物之中的常规的基于银的杀虫剂不同，所述常规的基于银的杀虫剂因为在基本不溶金属性/颗粒基质中所以相对不稳定。其他的实施方式可具有其他的优点和/或区别特征，根据本文提供的描述，这对本领域所属技术人员是显而易见的。
[0076]虽然本文方法的操作是按具体顺序显示描述的，但是每一方法的操作顺序可以改变，从而使某些操作可按相反的顺序执行或者某些操作，至少一部分，可与其他操作同时执行。在另一实施方式中，确切操作的说明或子-操作可以以间歇和/或交替的方式执行。
[0077]虽然本文阐述和说明了本发明的【具体实施方式】，但本发明并不限于这些阐述和说明的具体形式或部分排布。本发明的范围受所附权利要求及其等效权利要求的限定。
【权利要求】
1.一种将金属性纳米颗粒材料与地下土地活动联用的方法，所述方法包括: 提供测量的剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料；以及 将所述测量的剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料添加至载体材料，从而在将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动之前对该载体材料进行预处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动中，从而化学分解大多数暴露于载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料的硫化氢(H2S)和/或氢硫化合物离子(HSO。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动中，其中，所述制备的金属性纳米颗粒材料化学分解基本所有的、暴露于载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料的硫化氢(H2S)和/或氢硫化合物离子(HS—)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动中，其中，所述制备的金属性纳米颗粒材料减少地下土地活动中的腐蚀源。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动中，其中，所述制备的金属性纳米颗粒材料同时处理地下土地活动中的液体和气体。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，基本上所有的银纳米颗粒的直径在约2纳米和约100纳米之间。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，所述银纳米颗粒的平均直径在约5纳米和约15纳米之间。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将载体材料及制备的金属性纳米颗粒材料用于地下土地活动中，从而降低载体材料中的金属含量。
9.一种将金属性纳米颗粒材料与地下土地活动联用的方法，所述方法包括: 获得与地下土地活动联用的地下土地开口； 将一定数量的制备的金属性纳米颗粒材料引入至该地下土地开口 ；以及 用制备的金属性纳米颗粒材料处理存在于通过该地下土地开口能进入的地下土地位置的地下土地条件。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用制备的金属性纳米颗粒材料处理地下土地条件还包括化学分解大多数暴露于制备的金属性纳米颗粒材料的硫化氢(H2S)和/或氢硫化合物离子(HS_)。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用制备的金属性纳米颗粒材料处理地下土地条件还包括减少地下土地活动中的腐蚀源。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用制备的金属性纳米颗粒材料处理地下土地条件还包括同时处理地下土地活动中的液体和气体。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，基本上所有的银纳米颗粒的直径在约2纳米和约100纳米之间。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，所述银纳米颗粒的平均直径在约5纳米和约15纳米之间。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述地下土地开口包括井眼的开口，以及所述地下土地位置包括井眼内的位置。
16.一种将金属性纳米颗粒材料与地下土地活动联用的方法，所述方法包括: 获得来自地下土地位置的产品，所述产品是结合地下土地活动来提取的； 测量一剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料；以及 将所述测定的剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料引入至来自地下土地位置的产品O
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于硫化氢(H2S)和/或氢硫化合物离子(HS—)暴露于制备的金属性纳米颗粒材料而化学分解来自地下土地位置的产品中大多数的硫化氢(H2S)和/或氢硫化合物离子(HSO。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于腐蚀源暴露于制备的金属性纳米颗粒材料而化学减少来自地下土地位置的产品中的腐蚀源。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于液体和气体暴露于制备的金属性纳米颗粒材料而同时化学处理来自地下土地位置的产品中相关的液体和气体。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，基本上所有的银纳米颗粒的直径在约2纳米和约100纳米之间。
21.一种用金属性纳米颗粒材料进行处理的方法，所述方法包括: 获得遭受污染环境污染的材料，所述污染环境由来自地下土地活动的污染物造成； 测量一剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料；以及 将所述测量的剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料引入至遭受污染环境污染的材料。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，基本上所有的银纳米颗粒的直径在约2纳米和约100纳米之间。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，所述银纳米颗粒的平均直径在约5纳米和约15纳米之间。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述材料包括自然环境组合物，包括雨水、活水、死水、土壤、和/或植物。
25.如权利要求21所述的方法，其特征在于，来自地下土地活动的所述污染物包括细菌、有机碳、无机离子、和/或金属。
26.一种用金属性纳米颗粒材料进行处理的方法，所述方法包括: 获得遭受污染环境污染的材料，所述污染环境由来自基本厌氧条件的污染物造成； 测量一剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料；以及 将所述测量的剂量数量的制备的金属性纳米颗粒材料引入至遭受污染环境污染的材料。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，基本上所有的银纳米颗粒的直径在约2纳米和约100纳米之间。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述制备的金属性纳米颗粒材料包括银纳米颗粒，其中，所述银纳米颗粒的平均直径在约5纳米和约15纳米之间。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，来自地下土地活动的所述污染物包括细菌、有机碳、和/或金属。
30.一种用作工业杀菌剂的水包银组合物，该组合物包括银的总浓度为约十亿分之一份至百万分之五十份之间，所述银呈悬浮液中银纳米颗粒的形式，且具有单质银内部和氧化银表面，其中大多数的银纳米颗粒最大直径小于约100纳米，以及其中大多数的银纳米颗粒最小直径大于约2纳米，以及其中所述组合物具有抗菌性质。
31.如权利要求30所述的组合物，其特征在于，所述组合物具有结构和功能的性能特征，以化学分解暴露于所述银纳米颗粒的硫化氢(H2S)和/或氢硫化合物离子(HS—)。
32.如权利要求30所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包括钻井泥浆，以形成用于钻一井眼的钻井液。
33.如权利要求30所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包括用于在一井眼中水力压裂的压裂液。
34.如权利要求30所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包括从地下井眼提取的米出水。
35.如权利要求30所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包括银的总浓度为约十亿分之五至约百万分之五十份之间。
36.如权利要求30所述的组合物，其特征在于，大多数的所述银纳米颗粒最大直径小于约15纳米以及最小直径大于约5纳米。
37.如权利要求30所述的组合物，其特征在于，所述银的总浓度为约十亿分之一份至约百万分之六十四份之间。`
【文档编号】C09K8/74GK103492527SQ201280019924
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年2月9日 优先权日:2011年2月25日
【发明者】R·W·麦克库宾斯, N·J·怀廷, F·V·希瑞弗, L·G·米勒, T·G·米勒 申请人:纯净液体溶液有限公司