用于控制生物生長的穩(wěn)定組合物和在油田應(yīng)用中使用其的方法
【專利說明】用于控制生物生長的穩(wěn)定組合物和在油田應(yīng)用中使用其的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求提交日為2013年10月14日的美國臨時申請系列號61/890,659的優(yōu)先權(quán)，其經(jīng)此引用全文并入本文。
[0003]發(fā)明背景
[0004]微生物腐蝕(MIC)是石油和天然氣行業(yè)中的一個顯著問題。據(jù)估計，多達20至30%的管道腐蝕故障可以歸因于MICt3MIC通常定義為受微生物(包括細菌和真菌)的存在或活性影響的特定類型的腐蝕。發(fā)生MIC的主要途徑是經(jīng)由微生物群落在通常稱為生物膜的有機基質(zhì)中在諸如管道的表面上的生長。
[0005]生物膜由固定在底層中、經(jīng)常包埋在微生物來源的有機聚合物基質(zhì)中的細胞組成，其可以限制物質(zhì)的擴散并結(jié)合抗微生物劑。據(jù)估計，地球上所有細菌的超過99%生活在生物膜群落中。在流動的水生環(huán)境中，生物膜由包含微生物的粘性與吸收性的多糖基質(zhì)組成。生物膜細菌在形態(tài)和代謝方面不同于自由漂浮的細菌。它們的結(jié)構(gòu)組織是特性特征，并將生物膜培養(yǎng)物(cultures)與常規(guī)浮游生物區(qū)分開來。
[0006]減輕MIC方面最重要的策略之一是除去生物膜或防止生物膜形成。但是，控制生物膜和固著菌要比控制浮游細胞難實現(xiàn)得多，主要是由于存在外源性聚合物基質(zhì)。這部分由于生物膜的動態(tài)性質(zhì)，由此生物膜連續(xù)改變厚度、表面分布、微生物種群和化學(xué)組成，并響應(yīng)環(huán)境因素如水溫、水化學(xué)和表面條件的變化。由此，生物膜的復(fù)雜性降低了通常的化學(xué)處理和去除策略的有效性。
[0007]這種降低的效率通過與控制浮游生物相比通常高得多的生物膜去除與控制所需化學(xué)殺生物劑濃度來證明。這可提高處理成本，并且由于腐蝕性化學(xué)殺生物劑的異常高濃度，還可增添附加的腐蝕問題。
[0008]在這方面，幾種殺生物劑用于油田集油管道中的MIC控制。通常使用的殺生物劑是非氧化性化學(xué)品。如戊二醛或雙[四(羥甲基)鱗]硫酸鹽(THPS)。已經(jīng)出現(xiàn)了一些問題，這些殺生物劑在高最終使用濃度下可具有固有的腐蝕性，并可造成用它們來防護MIC的資產(chǎn)的全面腐蝕。
[0009]工業(yè)上使用的另一類殺生物劑是季胺。但是，以合理和負擔(dān)得起的處理濃度單獨使用的季胺在控制附著到金屬表面和散裝流體的微生物方面通常不如其它殺生物劑那么有效。
[0010]鑒于上述情況，需要在工業(yè)系統(tǒng)中，特別是在油田應(yīng)用中用于預(yù)防和抑制生物膜生長的改進的組合物。
[0011]發(fā)明概述
[0012]通常，本公開涉及在工業(yè)系統(tǒng)中，如在油田應(yīng)用中預(yù)防和根除生物膜生長的方法。本公開還涉及用于預(yù)防或抑制生物膜生長的組合物。該組合物可以在水性體系中用于控制各種管道、管路和面磚(尤其是由金屬制成的那些)中的點蝕、腐蝕等等。
[0013]在一個實施方案中，該組合物包含第一非氧化性殺生物劑以及第二非氧化性殺生物劑。該第一殺生物劑可以包含鱗硫酸鹽如雙[四(羥甲基)鱗]硫酸鹽。另一方面，該第二殺生物劑可以包含季胺鹽，如具有下式的季胺鹽:
[0014](R1R2R3R4N+)η Χη— (I)
[0015]其中R1至R4獨立地選自Cu脂族烴基團和C7-U芳族烴基團，并且Χη—是選自碳酸根、碳酸氫根、鹵離子、磷酸根、乙基硫酸根(ethosulfate)、檸檬酸根、硼酸根、硝酸根、C1-S0羧酸根及其混合物的抗衡陰離子，其中η表示該抗衡陰離子的負電荷數(shù)。
[0016]按照本公開，該組合物進一步包含穩(wěn)定劑，例如，該第一殺生物劑與第二殺生物劑在較高濃度下可以是不相容或不混溶的。但是，穩(wěn)定劑的存在可以產(chǎn)生單相溶液。
[0017]在一個實施方案中，該穩(wěn)定劑包含烷基三甲基銨化合物，其是指烷基三甲基銨或其鹽。該穩(wěn)定劑不同于第二殺生物劑，并以以足以使第一殺生物劑與第二殺生物劑在單一溶液中混溶的量添加。
[0018]在一個實施方案中，該組合物可以是相對濃縮的，含有大于大約15重量％，如大于大約18重量％，如大于大約20重量％，如甚至大于大約25重量％的總活性物濃度?？偦钚晕餄舛韧ǔＰ∮?0重量％，如小于50重量％，如小于40重量％。本文中所用的總活性物濃度是該組合物中所含的非氧化性殺生物劑的總量。當以濃縮狀態(tài)配制時，隨后當用于水性體系時可以將該組合物稀釋。
[0019]本公開還涉及預(yù)防生物膜生長的方法。該方法包括向工業(yè)系統(tǒng)中所含水性介質(zhì)中添加如上所述的組合物。在一個實施方案中，上述組合物可以在添加至水性介質(zhì)之前稀釋。此外，該組合物或經(jīng)稀釋的組合物可以在添加至水性介質(zhì)之前與各種其它組分結(jié)合。例如，該組合物可以與緩蝕劑、阻垢劑、至少一種表面活性劑、中和劑、偶聯(lián)劑、分散劑、泡沫抑制劑、粘度調(diào)節(jié)劑、螯合劑、染料或其混合物結(jié)合。
[0020]下面更詳細地討論本公開的其它特征和方面。
[0021]發(fā)明詳述
[0022]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員要理解的是，本討論僅僅是示例性實施方案的描述，并非意在限制本公開的更廣泛的方面。
[0023]MIC的程度和性質(zhì)隨問題的情況而不同。油田應(yīng)用中物理-化學(xué)條件的不同性質(zhì)，以及生物膜生長的不同微生物學(xué)與環(huán)境需要多種控制MIC的戰(zhàn)術(shù)與策略，其可以包括緩蝕劑、微生物控制、生物膜控制與預(yù)防、管道清洗、清管及其混合。
[0024]本公開涉及在水性體系，如涉及油田應(yīng)用的那些水性體系中預(yù)防生物膜生長的改進組合物和方法。按照本公開，第一殺生物劑與第二殺生物劑結(jié)合。殺生物劑的組合可以提供各種優(yōu)點與益處。例如，使用殺生物劑的組合可以對更大范圍的微生物提供更大的功效。此外，可以選擇彼此互補的殺生物劑。例如，在一個實施方案中，非氧化性殺生物劑如鱗硫酸鹽可以與包含季銨化合物的第二殺生物劑結(jié)合。
[0025]但是，不幸的是，許多殺生物劑當混合在一起時是不相容的。例如，鱗硫酸鹽通常在溶液中與季銨化合物、特別是二烷基二甲基季胺化合物不相容，尤其在較高的濃度下。因此，這兩種殺生物劑傾向于彼此分離，使得將該殺生物劑應(yīng)用于水性體系存在問題。
[0026]但是，按照本公開，將穩(wěn)定劑添加到殺生物劑的共混物中。該穩(wěn)定劑在一個實施方案中產(chǎn)生了單相溶液，即使當該殺生物劑以相對高濃度存在時。
[0027]在一個實施方案中，該穩(wěn)定劑可以包含穩(wěn)定化殺生物劑共混物的助水溶物，提供更易于運輸和稀釋的產(chǎn)品?？梢栽跓o需添加額外的助溶劑或無需使用昂貴的聚合物的情況下產(chǎn)生單相溶液。
[0028]在一個實施方案中，該穩(wěn)定劑可以包含烷基三甲基銨化合物，如烷基三甲基銨鹽。當加入到含有鱗硫酸鹽和二烷基二甲基季胺化合物的含水組合物中時，該穩(wěn)定劑可以產(chǎn)生澄清的濃縮物，即使在大于大約15重量％，如大于大約20重量％，如甚至大于大約25重量％的總活性物濃度下。
[0029]如上所述，本公開中的組合物含有第一非氧化性殺生物劑、至少第二非氧化性殺生物劑，和穩(wěn)定劑。該第一非氧化性殺生物劑可以包括例如戊二醛、異噻唑啉、2，2-二溴-3-次氣基丙酰胺、2-溴-2-硝基丙燒-1,3-二醇、1-溴-1-(溴甲基)-1,3-戊二臆、四氯間苯二腈、聚(氧亞乙基(二甲基亞氨基)亞乙基(二甲基亞氨基)亞乙基二氯化物、二硫氰基甲烷、2-癸基硫代乙胺、二硫代氨基甲酸鹽/酯、氰基二硫代亞氨碳酸酯、2-甲基-5-硝基咪唑-1-乙醇、2-(2-溴-2-硝基乙烯基)呋喃、β-溴-β-硝基苯乙烯、β-硝基苯乙烯、β-硝基乙烯基呋喃、2-溴-2-溴甲基戊二腈、雙(三氯甲基)砜、S-(2-羥丙基)硫代甲磺酸鹽/酯、四氫-3，5-二甲基-2Η-1，3，5-肼-2-硫酮、2-(硫氰基甲基硫代)苯并噻唑、2-溴-V -羥基苯乙酮、I，4-雙(溴乙?；?-2_ 丁稀、雙(二丁基錫)氧化物、2_(叔丁基氨基)_4_氯_6_(乙氨基)-S-二嘆、十二烷基胍乙酸鹽/酯、十二烷基胍鹽酸鹽、椰油烷基二甲基氧化胺、正椰油烷基三亞甲基二胺、氯化四烷基鱗、7-氧雜雙環(huán)[2.2.1 ]庚烷-2，3-二甲酸、4，5-二氯-2-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮。在一個實施方案中，該第一殺生物劑可以包含磷化合物，如鱗化合物。
[0030]該磷化合物可以含有一個磷原子并可以具有式[H0RPR’-n0m]yXx，其中η為2或3;m為O或I，使得(n+m) = 2或3;x為O或I，使得(n+x) = 2或4;y等于X的價態(tài);R是I至4、優(yōu)選I個碳原子的亞烷基基團，羥基基團連接到1、2、3或4號碳原子上;各個R’可以相同或不同，并代表烷基或烯基，優(yōu)選具有1-4個碳原子，或更通常為式HOR-的基團，其中R如上定義;并且X是陰離子，使得該磷化合物是水溶性的。由此，該(一R0H)基團可以是1-或2-羥烷基基團，例如羥甲基、I或2-羥乙基、I或2-羥丙基、或是I或2-羥丁基;優(yōu)選至少一個R’是R0H，但是可以例如是甲基、乙基、丙基、異丙基或正丁基、仲丁基、異丁基或叔丁基。X可以是一價陰離子如氯離子或溴離子，或有機羧酸根，例如烷羧酸根，優(yōu)選具有2-5個碳原子，如乙酸根，亞硫酸氫根或硫酸氫根，或有機磺酸根如甲基硫酸根，或苯、甲苯或二甲苯磺酸根，或二氫磷酸根，或二價陰離子如硫酸根或亞硫酸根，或磷酸一氫根，或三價基團如磷酸根或具有2個或多個羧基的有機羧酸根，如檸檬酸根。磷化合物還可以是氧化膦。
[0031]該磷化合物可以供選擇地含有2個或更多個磷原子，只要該磷化合物溶于水至25°C下至少0.5克/升的濃度。此類磷化合物含有通常每個磷原子至少I個羥烷基，優(yōu)選每個磷原子至少2個羥烷基。此類羥烷基優(yōu)選具有式R0H，其中R如上文所定義。將磷原子連接在一起的基團可以具有式-R-、-R-O-、-R-O-R-或-R-NH-R或-R-R 〃-R-，其中R如上文所定義，R 〃是由二酰胺或聚酰胺或二胺或多胺上除去兩個鍵合到氮上的氫形成的殘基