CN102770376B - 移动式紫外光处理系统和相关方法 - Google Patents

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Abstract

在本文提供的方法中，一种包括这样的方法，其包括：提供具有第一微生物数的混浊处理液；将混浊处理液放置在包括UV光源的独立的道路移动式UV光处理歧管中；用含有衰减剂的独立的道路移动式UV光处理歧管中的UV光源照射混浊处理液，以便将混浊处理液的第一微生物数减少到第二微生物数，形成照射的处理液，其中第二微生物数小于第一微生物数；以及将具有第二微生物数的照射的处理液放置于地层、管道或下游精炼工艺中。

Description

移动式紫外光处理系统和相关方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及要求美国申请序列号12/683,343的优先权的PCT申请，该美国申请的全部公开内容通过引用并入本文。
背景
本发明涉及消毒处理液的系统和方法，更具体而言，在某些实施方式中，本发明涉及使用独立的(self-contained)道路移动式紫外(“UV”)光处理液处理系统以处理在用于井筒操作的处理液中的生物污染的方法。如本文所用的术语“独立的”意思是系统包括其自带的电源、控制系统和气候控制(climate control)系统。
在井处理液中存在微生物，包括细菌、藻类等，可导致生产层的污染，这是不期望的。除非另作说明，本文所用的术语微生物指的是活体微生物。例如，在油和/或气生产层中存在厌氧细菌(例如，硫酸盐还原菌(SRB))可引起各种问题，包括产生污泥或粘泥，其可降低地层的孔隙率。另外，SRB产生硫化氢，其即便少量也可能有问题。例如，在生产的油或气中存在硫化氢可引起对金属管材和地面设备的过度腐蚀，需要在销售前将硫化氢从气体中去除。此外，在稠化的处理液中存在微生物可通过降解稠化聚合物改变处理液的物理性质，导致粘性下降、处理液产率可能显著减少以及负经济回报。
由于在用于处理液的基础处理液中初始存在污染物，或由于回收/再利用井处理液用作处理液的基础处理液或作为处理液本身，微生物可能存在于井处理液中。在任一情况下，水可被过多的微生物污染。在回收类型的情况中，微生物可能更难消灭。
杀生物剂常用于抵抗生物污染。如本文所用的术语“生物污染(biological contamination)”可以指任何在用于井处理的处理液中发现的活体微生物和/或活体微生物的副产物。对于井筒使用，常用的杀生物剂是任意的各种商业可得的杀生物剂，其经接触消灭微生物，并且其与使用的处理液和地层的组分相容。为了使杀生物剂相容并有效，其应当稳定，并且优选地，其不应与处理液或地层的组分反应或产生不利的影响。井筒处理液中杀生物剂的不相容性可能是个问题，导致处理液不稳定和潜在失效。杀生物剂可以包括季铵化合物、氯、次氯酸盐溶液，以及如二氯-s-三嗪三酮的化合物。一种可以用于地下应用的杀生物剂实例是戊二醛。
因为杀生物剂意欲消灭活的有机体，所以许多杀生物产品对人类健康和福利造成重大风险。在一些情况下，这是由于杀生物剂的高反应性。因此，它们的使用是严格管制的。另外，当操作杀生物剂时建议非常谨慎，并且应当使用合适的防护服和设备。杀生物剂的存储也可能是一个重要的考虑因素。
高强度紫外(UV)光已经用于消灭水性液体中的细菌。存在三个UV光分类：UV-A、UV-B、和UV-C。认为UV-C类处于杀菌波长，杀菌活性在波长254nm处于其峰值。UV光消灭处理液中微生物的速度是各种因素的函数，包括但不限于微生物经受的曝光时间和通量(即强度)。例如，在流动通过细胞类型的实施方式中，与常规的UV光处理系统可能有关的问题是UV光不充分穿透不透明处理液可能导致不充分的消灭。此外，在这种情况下，为了实现最佳的结果，期望保持以足够的通量尽可能长时间曝露于UV光以最大化穿透的程度，以便可以增加UV光处理产生的杀生物效果。另一个挑战是处理液的浊度。如本文所用的术语“浊度”是由各个微粒(例如，悬浮固体)和其它一般肉眼可能看不到的影响因素造成的处理液的不透明性或混浊性。浊度的测量是水质的关键检验。部分消灭细菌导致重新出现如上所述的在地层中高度不期望的污染。
尽管高强度UV光在预防污染方面可能非常有益，但这种UV光处理液处理系统的常规特性具有很大的缺陷。与常规的UV光处理系统有关的一个主要问题是这种处理系统不是移动式的，处理液必须被处理而后储存并运送到工地外，因而允许在使用之前重新发生污染。
概述
本发明涉及消毒处理液的系统和方法，更具体而言，在某些实施方式中，本发明涉及使用独立的道路移动式UV光处理液处理系统以处理在用于井筒操作的处理液中的生物污染的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：提供具有第一微生物数的混浊处理液；将混浊处理液放置在包括UV光源的独立的道路移动式UV光处理歧管(manifold)中；用含有衰减剂的独立的道路移动式UV光处理歧管中的UV光源照射混浊处理液，以便将混浊处理液的第一微生物数减少到第二微生物数以形成照射的处理液，其中第二微生物数小于第一微生物数；以及将具有第二微生物数的照射的处理液放置于地层、管道或下游精炼工艺中。
根据本发明的另一个方面，提供了一种方法，包括：提供具有第一微生物数的混浊处理液；将混浊处理液放置在包括UV光源的独立的道路移动式UV光处理歧管中；在衰减剂存在下用UV光源照射混浊处理液以形成照射的处理液；以及将照射的处理液提供到混合系统。
根据本发明的另一个方面，提供了移动式UV光处理液处理系统，包括：入口；UV光处理源；UV光处理室；衰减剂；出口；并且其中通过独立的道路移动式平台输送UV光处理液处理系统。
本发明的特征和优势对本领域技术人员而言将是显而易见的。虽然本领域技术人员可以进行众多改变，但这种改变在该发明的范围内。
附图简述
这些附图图解说明本发明一些实施方式的某些方面，并且不应被用于限制或限定本发明。
图1图解说明独立的道路移动式UV光处理歧管的示意图。
图2图解说明具有独立的道路移动式UV光处理液处理系统的牵引车(trailer)的示意图。
图3-8图解说明实施例部分所述的数据点。
虽然对本发明可进行各种修改和可选形式，但其特定的示范性实施方式已经以实例的方式在图中显示并且在本文中进行了详细描述。然而应当明白，本文中特定实施方式的描述并非意欲将本发明限于公开的具体形式，而是相反，本发明涵盖落在由所附权利要求限定的发明范围内的所有修改、等价物和替代方案。
详述
本发明涉及消毒处理液的系统和方法，更具体而言，在某些实施方式中，本发明涉及使用独立的道路移动式UV光的处理液处理系统以处理在用于井筒操作的处理液中的生物污染的方法。
在一些实施方式中，本文公开的独立的道路移动式UV光处理液处理系统和方法可以用于任何类型的期望消毒混浊处理液的烃工业应用、操作或工艺，包括但不限于管道操作、井维修操作、上游勘探和生产应用，以及下游精炼、加工、贮藏和运输应用。如本文所用的术语“混浊处理液(turbid treatment fluid)”指的是在254nm具有1%至90%透射比的液体，在一些情况中，指的是在254nm具有50%至90%透射比的液体。
如图3和图4所示，虽然并非意欲被任何具体的理论限制，微生物的细胞DNA从UV光吸收能量，使得相邻的胸腺嘧啶分子二聚或共价地结合在一起。二聚的胸腺嘧啶分子不能在蛋白质合成的过程期间编码RNA分子。染色体的复制在二分裂前受损，使得细菌不能生成蛋白质或再生，这最终导致机体的死亡。该系统通常在处理低浊度的水时最有效。高浊度的水影响UV光光子如何穿透通过水。建议处理的水具有在254nm测量的至少85%T(透射比)以便有效地消灭细菌并且以100bpm的最大流速泵出。
本文公开的系统和方法可以用于水基和油基的混浊处理液，及其组合物。本发明合适的混浊处理液可以包括原始液(例如，先前未在地下操作中使用过的那些)和/或回收液。原始液可以包含直接来自池塘或其它天然源头的水。回收液可以包括已在先前的地下操作中使用过的那些。在某些实施方式中，原始液可被过多的微生物污染，具有大约103个细菌/mL至大约1030个细菌/mL范围内的初始微生物数。在一些实施方式中，可能很普遍是1010个细菌/mL或更多。由于先前已经在地层中使用过或现场储存在受污染的槽(tank)或坑(pit)中，回收液可类似地被污染。回收液可以具有相同范围的第一微生物数，但其可能具有不同的细菌污染，因为其可能包括比通常存在于原始液中的那些更难被消灭的不同细菌。
除了减少油田操作中的污染量，本文公开的方法可以允许减少所用化学杀生物剂的量，使得经济回报增加并生产至少在当前(自提交的时间起)环境标准和法规下在环境上安全的处理液。消除或减少这种有害的杀生物剂可以额外减少对现场(location)的损害。另外，本发明描述了独立的道路移动式UV光系统，从而降低了将处理的水输送到边远位置比如井位的成本。另外，本发明提供了一种系统，其能够现场处理大量混浊处理液，提高回收和再利用在这些边远位置发现的稀缺水的能力。
参照图1，大体显示为100的独立的道路移动式UV光处理歧管，其可以用于消毒混浊处理液，包括用于井筒操作的那些。如本文所用，术语“消毒(disinfect)”及其派生词将意味着减少在混浊处理液中发现的细菌和/或其它微生物的数量。如图1所示，独立的道路移动式UV光处理歧管100可以包括一个或多个入口102；一个或多个包括在一个或多个UV光处理室106内的UV光处理源104；混浊处理液供应源108；任选地一个或多个旁路歧管110；任选地一个或多个排气孔112；以及一个或多个出口114。任选地，在放入UV光处理室之前(例如，在入口102之前)可以预处理(例如，为了去除固体、碎石等)混浊处理液。混浊处理液供应源108可以包括很多流体，包括原始液、回收液、天然液(例如来自池塘)、油基液等。图1中在118显示了任选的预处理阶段。在一些实施方式中，如果预处理液体中的污染存在，该预处理阶段可以包含添加任选的杀生物剂，以致这将会有用。优选地，该预处理可以发生在照射过程的上游，当处理液到达UV光处理源104时发生照射过程，从而通过降低处理液中的浊度等来增强处理过程。任选地，入口102可以包括这样的装置，其赋予液体湍流以分散混浊处理液中的微生物并且防止液体中生物膜的形成。具体而言，在UV光消毒室106内的UV光处理源104穿透滤过的处理液应当比通过携带碎屑的处理液更有效，并且在UV光处理源104上游去除一些生物材料可以增强UV光处理效率。在将混浊处理液通过UV光处理源104以照射之前，入口102可以从混浊处理液中吸入处理液。如本文所用的术语“照射的(irradiated)”或“照射(irradiating)”一般指的是这样的过程——出于消毒混浊处理液的目的，处理液通过该过程暴露于UV辐射。
在照射后，任选地，照射的处理液随后被传送至混合系统116，其中处理液可以与添加剂比如胶凝剂、支撑剂微粒、砂砾微粒、减摩剂、缓蚀剂以及其它化学添加剂结合以形成掺和浆。混合系统116可以包括用于压裂液的混合器。混合系统可以包括泵，比如真空泵，其可以用于促进混浊处理液移动通过UV光处理室106。在一些实施方式中，这些化学添加剂可以在处理液移动至泵之前与其掺和。处理液可随后移动通过出口114至井口装置和底部井眼以执行期望的地下操作。
在另一个实施方式中，混浊处理液可以通过UV光处理源104直接至泵（一个或多个）118。适用于本发明的泵可以是适合于移动处理液并与所用处理液相容的任何类型。在一些实施方式中，泵可以是高压泵，其可以对处理液加压。在一些实施方式中，泵可以是分级离心泵或正往复式泵(positive displacement pumps)，但其他类型的泵也可以适用。处理液可随后移动通过出口114至井口装置和底部井眼以执行期望的地下操作。
在一些实施方式中——其中在泵之后使用混合系统，通过在处理液通过泵后提供支撑剂微粒、凝胶及任何其它合适的化学添加剂的添加，泵的预期使用寿命和可靠性可以提高，并且相对于涉及由携带支撑剂的处理液通过污水泵(dirty pump)引起的腐蚀和磨损力的传统方法，维护成本可以降低。另外，该方法可以允许独立的优化操作。换言之，在一些实施方式中，操作人员可以分别优化高压泵操作和磨损性的添加剂操作。根据操作的需要，适用于本发明的过滤器可以包含各种不同类型的过滤器，包括袋式过滤器(sock filter)、除硼过滤器、微米粒子过滤器、活性炭过滤器及任何其它类型的过滤器，以使处理液适用于期望的操作。
在一个可选的实施方式中，任选地，混浊处理液可以通过旁路歧管110，绕过UV光处理源104，直接到泵118。任选地，杀生物剂可以通过在120显示的化学杀生物剂注射泵放置在液体中。该类型的泵也可以在歧管106之前。当液体的浊度对于UV光消毒而言过高的时候，该实施方式可以是期望的。在这种实施方式中，可以在入口102或出口114任选地加入杀生物剂以控制污染。以化学方法处理的处理液可随后移动通过出口114至井口装置和底部井眼以执行期望的操作。在某些实施方式中，混浊处理液可以通过UV光处理源和化学杀生物剂二者处理。该方法可以允许更强劲的消毒和有效处理更多严重的污染。
在另一个实施方式中，如果期望增加流体移动以帮助更加暴露于UV光源，静液混合器和/或湍流器可以用于UV光处理源104(图1)。
在一些实施方式中，UV光处理源104可以包括一个或多个串联或并联的杀菌UV光源。低压到中压杀菌UV灯可以是适用的。将紫外光分成三个波长范围：UV-C，从大约200纳米(nm)至大约280nm；UV-B，从大约280nm至大约315nm；和UV-A从大约315nm至大约400nm。一般而言，UV光，具体地UV-C光，是杀菌的。如本文所用的杀菌一般指的是减少或消灭细菌和/或其它微生物。具体而言，虽然并未意欲限于任何理论，但认为UV-C光通过在DNA中的某些相邻碱基之间形成共价键对微生物的核酸造成破坏。认为这些键的形成防止了DNA“解链(unzipped)”复制，并且有机体既不能产生生命过程必要的分子，也不能再生。当有机体不能产生这些必要的分子或不能复制时，则其死亡。认为波长近似于大约250nm至大约260nm之间的UV光提供了最高的杀菌效力。虽然对UV光的敏感性取决于体积和处理液的特性而变化，但暴露于大约60,000瓦的UV能量可以足够使超过90%的微生物失活。在一些实施方式中，本发明中所用的每个灯泡具有大约1700瓦至大约3800瓦的UV能量。
在一些实施方式中，为了增强处理液的消毒，衰减剂可以与UV光源结合使用以降低对高功率UV光的长时间和重复曝光的需要。衰减剂被认为有效地延长了UV光的作用及其与微生物的反应。很好理解，当衰减剂暴露于UV光源时，即便在低水平，其光异构化以释放自由基。自由基可随后起作用以分解处理液内的微生物(例如，细菌膜)。另外，应当至少在大多实施方式中通过基于溶解性、反应性和自由基半衰期选择合适的自由基形成材料来实现较久的杀生物活动。此外，本发明的UV光处理液处理系统应当有效地产生长效的自由基以便即使在处理之后，也可在用于井处理的处理液中刺激杀生物活动，因此持续消灭细菌和去除污染，以恢复地层中的生产。
适用于本发明的处理液和方法的衰减剂包括有机和无机衰减剂。当决定是否使用特定类型的衰减剂时，衰减剂的溶解性和/或分散性(dispersability)可以是一个考虑因素。一些衰减剂可以被改进以具有期望程度的溶解性或分散性。成本和环境考虑因素也可能对决定使用何种衰减剂起到作用。另外，用于本发明的方法的方法也可以是一个因素。例如，一些方法可能需要较不溶的试剂，而其它的可能更取决于试剂在处理液中的溶解性。用于任何具体实施方式的具体衰减剂取决于期望的特定自由基及与该自由基有关的性质。一些在决定使用何种衰减剂时可能考虑的因素包括但不限于，产生的自由基的稳定性、持久性和反应性。期望的稳定性也取决于污染存在的量，以及自由基与处理液组分的相容性。为了选择正确的衰减剂用于处理，应当平衡稳定性、反应性和不相容性问题。受益于本公开内容的本领域技术人员将能够基于这些问题选择适当的衰减剂。
适用于本发明的有机衰减剂包括但不限于一种或多种水溶性光引发剂，其响应UV光经历单分子键开裂并释放自由基。在合适的条件并适当曝露于UV光下，本发明的衰减剂将产生自由基，比如在下面方案1的实例中。
方案1
合适的衰减剂可以被UV光的整个光谱激活，并且可在大约250-500nm的波长范围内更具活性。衰减剂的分子结构将决定哪个波长范围是最适合的。一些衰减剂经历单键开裂并释放自由基。每个有机衰减剂具有对该衰减剂唯一的使用期限。一般而言，从衰减剂形成的自由基越不稳定，其将具有的半衰期和使用期限也越短。
用于本发明的合适有机衰减剂可以包括但不限于苯乙酮、苯基·乙基酮、二苯酮、呫吨酮、噻吨酮、芴酮、苯甲醛、蒽醌、咔唑、硫靛染料、氧化膦、酮，以及其任何组合物和衍生物。一些衰减剂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-羟烷基苯酮、α-氨烷基苯酮、和酰基氧化膦、其任何组合物或衍生物。其它衰减剂经历与第二分子或共引发剂的分子反应，这产生自由基。一些另外的衰减剂包括但不限于二苯酮、苯并胺、噻吨酮、硫代胺、其任何组合物或衍生物。这些材料可以用合适的衍生剂(derivatizing agent)衍生以提高其溶解性。例如环氧乙烷可以用于改进这些衰减剂以提高其在选择的处理液中的溶解性。这种衰减剂可以吸收UV光并经历反应以产生活性种的自由基(例如参见方案1)，其又可引发或催化期望的化学反应。
在某些实施方式中，通过衰减剂的活化释放的自由基开始破坏活体微生物。在某些实施方式中，衰减剂的作用方式可以是释放的自由基与微生物相互作用以破坏微生物的细胞结构和过程。在一些情况下，由于延长了与每个自由基有关的寿命，杀生物效果被认为随自由基稳定性和反应性的提高而增大。对于本发明的某些方面，考虑将产生的自由基的使用期限或半衰期可能是重要的。一些自由基尽管使用期限短但可能非常活跃。一些自由基在UV光的存在下可能更活跃，而一些即使在外面直接暴露于UV光仍可能保持活性。如本文所用的术语“半衰期(half-life)”指的是原始自由基数量的一半发生衰变所用的时间。术语“使用期限(life span)”指的是自由基几乎完全衰变的总时间。例如，具有较长半衰期的自由基将引起较长的持续杀生物效果，限制了对UV光曝露的需求，因而可在具有高浊度的处理液中更有用。
可选地，无机衰减剂可以用于某些实施方式中。当暴露于UV光，这些试剂将产生自由基，这些自由基将与给定的处理液中的微生物以及其它有机物相互作用。在优选的实施方式中，这些可以包括纳米级金属氧化物(例如，至少一维尺寸大小为1nm至100nm的那些金属氧化物)。在一些情况下，这些无机的纳米级金属氧化物衰减剂可以附聚以形成微米级的微粒。当决定应当选择的大小时应当顾及的考虑因素包括表面反应性和成本的平衡。合适的无机衰减剂的实例包括但不限于纳米级二氧化钛、纳米级氧化铁、纳米级氧化钴、纳米级氧化铬、纳米级氧化镁、纳米级氧化铝、纳米级氧化铜、纳米级氧化锌、纳米级氧化锰，以及其任何组合物或衍生物。例如二氧化钛在暴露于UV光后产生羟基自由基。在一种机理中，这些羟基自由基对于对抗有机污染非常有用。这些反应可产生CO2。使用纳米级颗粒，因为其具有极其小的尺寸，最大化了其总表面积并引起每单位尺寸最高可能的杀生物效果。因此，相对于以高得多的浓度使用的较大微粒，金属氧化物的纳米级微粒提供了更高的消灭比率效率增强。使用这种纳米级金属氧化物微粒对抗污染的一个优势是处理的微生物不能获得对这种金属微粒的抗性，如常见于其它杀生物剂中的。
在一些实施方式中，无机衰减剂的薄膜可以用在UV设备内。在这种情况下，无机衰减剂可以是结晶的。可以用于形成这种膜的技术包括但不限于化学气相沉积技术、脉冲激光沉积技术、反应溅镀法(reactive sputtering)和溶胶-凝胶沉积方法和/或浸涂方法。在其它实施方式中，无机衰减剂可以以多达某个期望重量百分比的量引入聚合物膜内。聚合物膜可以包括聚氨酯。可以用于形成这种膜的技术可以包含任何合适的技术，包括但不限于溶胶-凝胶技术。重量百分比可以是从非常低的数值(接近0)到80%或更多之间的任意值，其取决于被认为有用而不造成过多费用。根据膜在设备中的位置，该膜可以透明或可以不透明。在一些情况下，上述两种类型的膜都可以透明。例如，如果膜放置在封住UV灯泡的石英外罩上，那么期望膜透明以便UV光能够穿过该膜并与处理液相互作用。在另一个实施方式中，无机衰减剂可以作为固体颗粒加入处理液。在其它实施方式中，无机衰减剂可以以悬浮的形式使用，例如在水中。当期望涂布使用UV光的UV装置的元件时这可能是有用的。在一个可选的实施方式中，可以将纳米级金属氧化物的薄膜放置在用于给定系统的UV设备上（例如，在UV光歧管内部，在围绕UV灯泡的石英外罩上等）。该薄膜可由其中无机衰减剂已沉积的合适聚合物制成。在其它的实施方式中，无机衰减剂可以通过气相沉积技术沉积在一部分的UV设备上。以这种形式使用无机衰减剂的一个优势是系统可以自清洁。
用于本发明的膜中的纳米级金属氧化物浓度范围可以达到按干重计膜重量的大约0.05%至10%。用于任何具体实施方式的具体浓度取决于使用何种自由基化合物和处理液被污染的百分比。在决定包括多少纳米级金属氧化物时可以考虑的其它复杂的、互相关联的因素包括但不限于：处理液中存在的组合污染(水垢、表皮(skin)、碳酸钙、硅酸盐等)、产生的具体自由基、形成的自由基与细菌的预期接触时间等。期望的接触时间也取决于污染存在的量以及自由基和处理液组分的相容性。例如，为了避免不相容，可以期望在与可处理的处理液的其它组分混合之前先对水源进行处理。受益于本公开内容的本领域普通技术人员将能够确定纳米级金属氧化物的类型以及使用的适当浓度。
在一些实施方式中，纯二氧化钛的薄膜可以用在本发明的UV设备内。可以用于形成这种膜的技术包括但不限于化学气相沉积技术、脉冲激光沉积技术、反应溅镀法和溶胶-凝胶沉积方法和/或浸涂方法。在其它实施方式中，纯二氧化钛可以以多达某个期望重量百分比的量引入聚合物膜内。聚合物膜可以包括聚氨酯。可以用于形成这种膜的技术可以包含任何合适的技术，包括但不限于溶胶-凝胶技术。重量百分比可以是从非常低的数值(接近0)到80%或更多之间的任意值，其取决于被人为有用而不造成过多费用。根据膜在设备中的位置，该膜可以透明或可以不透明。在一些情况下，上述两种类型的膜都可以透明。例如，如果膜放置在封住UV灯泡的石英外罩上，那么期望膜透明以便UV光能够穿过该膜并与处理液相互作用。
用于本发明的处理液的衰减剂浓度范围可以达到混浊处理液的按重量计约5%。用于任何具体实施方式的具体浓度取决于使用何种自由基化合物和混浊处理液中存在的污染物数量级。在决定包括多少衰减剂时可以考虑的其它复杂的、互相关联的因素包括但不限于：混浊处理液中存在的组合污染(水垢、表皮(skin)、碳酸钙、硅酸盐等)、产生的具体自由基、形成的自由基与细菌的预期接触时间等。期望的接触时间也取决于污染存在的量以及自由基和混浊处理液组分的相容性。例如，为了避免不相容，可以期望在与混浊处理液的其它组分混合之前先对水源进行处理。受益于本公开内容的本领域普通技术人员将能够确定衰减剂的类型以及使用的适当浓度。
许多衰减剂是液体，并且可以制成水溶性或水不溶性的。类似地，衰减剂可以以固体形式存在，并且可以制成水溶性或水不溶性的。
图2示意性地描述了独立的道路移动式UV光处理液处理系统200，其利用牵引车210运送独立的道路移动式UV光处理歧管202。牵引车210可以包括拖车、移送机、卡车、船运集装箱或任何其它合适的独立的道路移动式平台。使本发明系统是移动式的一个优势是其可以复现室内条件，比如其在工厂、大型船舶或水处理厂中可见的那样。这包括气候控制系统和对室外要素的防护。另外，由于本发明的道路移动式UV光处理液处理系统的独立性方面，另一个优势是该系统与其它系统相比可以远离电力中的电压峰值(voltage spike)并防止振动。
例如在212显示的操作人员可以选择若干方法中的任一种消毒混浊处理液。在一些实施方式中，控制板214将显示UV光消毒不可能有效的情况。在这种实施方式中，可以使用任选的旁路歧管110和任选的化学杀生物剂。杀生物剂可以用于控制下游污染。控制板214可以封装在任选的容器216中以防止操作人员212和设备受环境要素的影响。在一些实施方式中，容器216可以是气候控制的。在一些实施方式中，容器216也可以包括独立的道路移动式UV光处理歧管100，任选地用隔离装置204安装到容器216，例如防止振动对易碎的UV灯泡造成损坏。仍参照图2，独立的道路移动式UV光处理歧管100可以包括一个或多个串联或并联的UV处理室106。此外，移动式UV光处理液处理系统200可以包括电源。本领域普通技术人员可以容易地理解电源可以是任何合适的动力源。例如，设备可以通过发电机、内燃机、供电电源或水力的动力供应来提供动力。
在一些实施方式中，当在井筒中进行压裂操作时，可以产生回流的处理液，其包括地层处理液和压裂处理液的混合。回流处理液可以从井筒中回收并且通过泵传送经过预处理过滤器。预处理的处理液可以随后通过本发明的UV光处理液处理系统。在一些实施方式中，泵可以控制处理液移动通过系统的速度，具体而言，通过UV光处理室106的速度，以便优化消毒。在一些实施方式中，混浊处理液通过独立的道路移动式UV光处理歧管的合适的速度范围可以从大约20桶/分钟(barrels per minute)至大约120桶/分钟。在某些示例性的实施方式中，混浊处理液通过独立的道路移动式UV光处理歧管的速度范围可以从大约50桶/分钟至大约120桶/分钟。
对于UV光的敏感性根据浊度、流速和水的体积以及UV光的强度和通量而变化。用于压裂和其它油田应用的处理液一般可能具有高浊度，导致当通过本发明的UV光处理系统时消毒率较低。因此，在一些实施方式中，可以根据处理液的浊度调整流速以便获得在处理液中发现的细菌和微生物的可接受的减少。在一个实施方式中，UV光处理液处理系统可以用作初始突击处理(initial shock treatment)以得到存在于混浊处理液中的微生物数量的立即减少。一旦初始突击处理完成，则可以加入少量化学杀生物剂以完成消毒。在某些实施方式中，随后的突击处理也可以用于进一步减少杀生物剂所需的量。在其它实施方式中，初始UV光处理液处理系统可以用作初始突击处理以在使用前消毒设备。
在本发明的某些实施方式中，可以在混浊处理液被照射前将化学试剂加入其中以降低浊度并增加UV光处理的效力。这种化学试剂可以包括衰减剂。用于任何具体实施方式的具体UV曝光的量取决于受污染的处理液的浊度和混浊处理液中存在的污染物数量级。照射的处理液可随后引导至出口以处理到环境中或在另一操作中再利用。合适的出口可以是任何类型的出口，包括用于引导处理液流动并且与用于特定操作中的处理液匹配的阀门。可选地，代替在相同井位再利用照射的处理液，可以通过卡车搬运或通过其它装置运输处理液用于在偏远的井位再利用。如果转移用于处理，控制板214可以确保照射的处理液在排放到环境或注入处理井之前是安全的，该环境可以是水源例如江河或湖泊，以及地表。
如果照射的处理液被转移用于再利用，则可以加入添加剂比如胶凝剂、支撑剂颗粒和其它处理液成分以产生处理液。可随后将处理液引入井筒以进行压裂操作或其它期望的地下操作。
为了利于更好地理解本发明，给出了下面一些实施方式某些方面的实施例。下面的实施例决不应当被解释为限制或限定本发明的全部范围。
实施例
下面讨论代表性的实施例。
步骤。连续稀释。在UV系统测试期间的不同时间采集水样。随后在需氧酚红培养基管瓶(从VW Enterprises #BB-PR可得)和厌氧硫酸盐还原管瓶(从VW Enterprises #BB-PR可得)中，用水执行连续稀释。需氧酚红管瓶在细菌存在下由红变黄，而厌氧硫酸盐还原管瓶形成黑色硫化铁沉淀物。
过程如下。首先，将八个培养基管瓶标上数字1至8(根据测试的水，所需的管瓶可以更多或更少)。从管瓶去除保护帽。从其塑料容器中取出1ml无菌注射器并装上无菌针(20G 1 l/2in)。将针尖浸入水样中并将注射器装至1ml(在注射器中没有空气)。随后将针插入管瓶#1并将溶液注入瓶中。需氧酚红培养基管瓶(从VW Enterprises #BB-PR可得)和厌氧硫酸盐还原管瓶(从VW Enterprises #BB-PR可得)用于测试。在不取出注射器的情况下，注射器再用管瓶中的溶液装满4次以上并推回管瓶内。在不取出注射器的情况下，摇动管瓶以将培养液与注射水混合。注射器随后再装满2次以上并推回管瓶。之后从第一管瓶取出1ml样品进入注射器并注入第二管瓶。持续该过程以从每个管瓶中取1ml样品直至接种最后一个管瓶。之后将管瓶放置在37℃温育箱中并观察最少72小时。在规定期限内显示阳性结果的瓶号可以用于计算原始样品中的细菌水平。这通过显示连续稀释中细菌增长的管瓶号说明，在表1中所示。可以将显示细菌阳性结果但不是按序列始于第一管瓶的管瓶排除，因为其被认为是试验误差。如果钉子(nail)在VWEnterprises #BB-A管瓶中具有黑涂层(硫化铁)，这也被认为是SRB的阳性结果。
表1
  阳性瓶编号   原始样品的估算细菌/cc
  0   0
  1   101
  2   102
  3   103
  4   104
  5   105
  6   106
  7   107
  8   108
可以将显示细菌阳性结果但不是按序列始于第一管瓶的管瓶排除，因为其被认为是试验误差。
如果钉子在VW Enterprises #BB-A管瓶中具有黑涂层(硫化铁)，这也被认为是SRB的阳性结果。
ATP检测。3M生物质检测试剂盒(Biomass Detection Kit)包含用于检测液体样品中腺苷三磷酸(ATP)的试剂的管瓶。样品连同提取剂一起放置在比色杯中以从样品中的微生物中释放ATP。在提取1分钟后，将再水化试剂加入管瓶中以与样品ATP反应以产生光。光的强度与ATP的量成比例，并因此与污染的程度成比例。光的测量需要使用3M光度计，并且结果以相对光单位(RLU)显示。
测试的准备。从包裹(pack)中取出足够数量的每个组分A、B和提取剂XM(1个用于10个测试或2个用于20个，等)用于若干待进行的测试。将试剂盒的剩余物放回冰箱。将标为B的管瓶上的帽旋开并小心地去除橡胶塞。可以将帽和塞丢弃。将管瓶A的内含物倒入管瓶B。通过轻轻地旋转将其混合溶解。不摇动管瓶。将溶液倒回瓶A，通过完全地反转管瓶B确保彻底的转移。丢弃管瓶B。在测试的时间之前瓶A上的螺丝帽是关闭的。重构酶(reconstituted enzyme)可以贮存在2℃-8℃的冰箱中并在24小时内使用，或在正常室温(最大25℃)下至多12个小时内使用。将重构酶和“提取剂”从冰箱中拿出，并给予10分钟XM以达到环境温度。
在测试开始之前，应当如说明书描述的接通“Clean-Trace光度计”并初始化。
测试步骤：
1.用移液管吸取100mL的样品到3MTMClean-TraceTM生物质检测比色杯(BTCUV)中。
2.对于总ATP读数，添加100mL的提取剂XM，轻轻地混合2秒并静止至少60秒。对于游离ATP读数，添加100mL不含ATP的去离子水。(在测试之前用总ATP的步骤检查DI水中ATP的量)
3.从瓶A中添加100mL的重构酶并轻轻地混合2秒。
4.将3M生物质检测比色杯固定器(对于Uni-Lite或Uni-Lite XCEL光度计产品编码为HT2，或对于Clean-Trace NG光度计产品编码为NHT01)连接到比色杯上。
5.立即打开Clean-Trace光度计的样品室并插入比色杯和比色杯固定器。关闭室盖并按下测量按钮。Clean-Trace测试发射的光将被测量并且结果(以RLU单位)将出现在显示器上。
每小时监测样品，持续四个小时。之后绘制游离ATP和总ATP读数。当线会聚时，这是存在的细菌减少的证据。图3-8图解说明了这种会聚。
该测试是在Nacogdoches County,Texas的EOG Hassel #1上进行的。该具体的井具有九级，每级泵送时间大约四小时。所述的样品只从这项工作的两级获取。样品是从UV的进入侧和UV的放出侧以大约一小时间隔采集的。在采集样品后，执行连续稀释以及用3M生物质检测试剂盒测试，测定存在的细菌量。对每个样品测量在254nm的透射比(%T)，并得出流速，它们都记载在下面的表3中。基于连续稀释数据，在用紫外光系统处理水之前，需氧细菌数范围为102至104个细菌/mL。在用紫外光系统处理之后，需氧细菌数范围减少到0至102个细菌/mL。在用紫外光系统处理之前，SRB数范围为10至102个SRB/mL。基于进行的连续稀释测试，在用紫外光系统处理之后，SRB数范围减少到0至10个SRB/mL。连续稀释数据汇总在表2中。在两个样品中观察到细菌存在的总数减少了90%，而在其它的样品中则为99.9%或更多。
表2
测试也用ATP光度计和生物质检测试剂盒进行。腺苷三磷酸或ATP是细胞的能量源。ATP是高能量分子，其由于磷酸基接近而被认为是不稳定的。通过破坏第二和第三磷酸基之间的键，释放大量的能量，其用于细胞过程，比如鞭毛移动、蛋白质合成、二分裂等。来自这种反应的能量用作ATP光度计中的驱动力。荧光素和荧光素酶与ATP反应并将发射光，很像萤火虫。用ATP光度计检测这种光。采集两个读数，总ATP和游离ATP。总ATP是对溶液中所有ATP的测量；这包括溶解剂(lysing agent)，溶解剂将使任何释放内部ATP到溶液中并随后允许其被测量的细胞破裂。游离ATP是对溶液中背景ATP的测量。这种背景ATP可以来自于已经死亡并释放其内含物的细菌、藻类、真菌等。游离ATP和总ATP读数都是在抽样后立刻采集的，之后每小时采集，持续四个小时。
因此，本发明很适合于获得提到的以及其固有的那些目的和优势。上面公开的具体实施方式只是例证性的，因为本发明可以用不同但等价的方式修改和实践，这些方式对于拥有本文教导益处的本领域技术人员是显而易见的。此外，除了所附权利要求中的描述，并没有打算对本文所示的结构或设计的细节进行限制。因此很显然，上面公开的具体的示例性实施方式可以被改变或修改，并且所有这种变化被认为是在本发明的范围和精神内。虽然依照“包括(comprising)”、“含有(containing)”或“包含(including)”各种组成或步骤描述了组合物和方法，该组合物和方法还可以“基本由各种组成和步骤构成”或“由各种组成和步骤构成”。上面公开的所有数字和范围可以改变一些量。只要公开了具有下限和上限的数值范围，落在该范围内的任何数字和任何包含范围都被具体公开。具体而言，应当理解本文公开的任一范围的值(以“从大约a至大约b”或等价地“从近似a到b”或等价地“从近似a-b”的形式)是为了陈述含在值的较宽范围内的任一数字和范围。另外，权利要求中的术语具有其简单普通的含义，除非专利权人明确且清楚地限定。此外，本文定义了如权利要求中使用的不定冠词“一(a)”或“一(an)”是指一个或多于一个其介绍的要素。如果说明书中的词或术语的用法与可以通过引用并入本文的一个或多个专利或其它文件存在任何冲突，则应当采用与本说明书一致的定义。

Claims (10)

1.一种消毒处理液的方法，所述方法包括：提供具有第一微生物数的混浊处理液；将所述混浊处理液放置在独立的道路移动式UV光处理系统中，该系统包括入口、UV光处理源、UV光处理室、所述UV光处理源中的静液混合器和/或湍流器、衰减剂和出口；用含有所述衰减剂的所述独立的道路移动式UV光处理系统中的所述UV光处理源照射所述混浊处理液，以便将所述混浊处理液的第一微生物数减少到第二微生物数，形成照射的处理液，其中所述第二微生物数小于所述第一微生物数；其中所述衰减剂包括选自以下的有机化合物：苯基·乙基酮、呫吨酮、噻吨酮、芴酮、蒽醌、咔唑、硫靛染料、氧化膦、苯偶姻醚、苯偶酰酮、苯并胺、硫代胺或其任何组合物；以及将具有所述第二微生物数的所述照射的处理液放置于地层、管道或下游精炼工艺中。
2.一种消毒处理液的方法，所述方法包括：提供具有第一微生物数的混浊处理液；将所述混浊处理液放置在独立的道路移动式UV光处理系统中，该系统包括入口、UV光处理源、UV光处理室、所述UV光处理源中的静液混合器和/或湍流器、衰减剂和出口；在所述衰减剂存在下用所述UV光处理源照射所述混浊处理液以形成照射的处理液，其中所述衰减剂包括选自以下的有机化合物：苯基·乙基酮、呫吨酮、噻吨酮、芴酮、蒽醌、咔唑、硫靛染料、氧化膦、苯偶姻醚、苯偶酰酮、苯并胺、硫代胺或任何组合物；以及将所述照射的处理液提供到适于将所述照射的处理液与添加剂结合的混合系统。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述混浊处理液在254nm具有1％至90％的透射比。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述混浊处理液包括原始液和/或回收液。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一微生物数的范围为从103个细菌/mL至1030个细菌/mL。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述衰减剂还包括无机衰减剂，其包括选自以下的纳米级金属氧化物：纳米级二氧化钛、纳米级氧化铁、纳米级氧化钴、纳米级氧化铬、纳米级氧化镁、纳米级氧化铝、纳米级氧化铜、纳米级氧化锌、纳米级氧化锰以及其任何组合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述无机衰减剂以薄膜的形式。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述衰减剂的浓度达到所述混浊处理液的按重量计5％。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述混浊处理液是回流处理液。
10.移动式UV光处理液处理系统，包括：入口；UV光处理源；UV光处理室；所述UV光处理源中的静液混合器和/或湍流器；衰减剂，其中所述衰减剂包括选自以下的有机化合物：苯基·乙基酮、呫吨酮、噻吨酮、芴酮、蒽醌、咔唑、硫靛染料、氧化膦、苯偶姻醚、苯偶酰酮、苯并胺、硫代胺或其任何组合物；混浊处理液供应源；出口；并且其中通过独立的道路移动式平台输送所述UV光处理液处理系统。
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