Мобильная система обработки уф светом и соответствующие способы

Мобильная система обработки уф светом и соответствующие способы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам и способам дезинфекции обрабатывающих флюидов и, в частности, в некоторых вариантах осуществления, к способам использования автономной дорожной мобильной системы обработки обрабатывающего флюида ультрафиолетовым (“УФ”) светом для обработки биологического загрязнения в обрабатывающих флюидах, используемых при операциях в стволе скважины. Используемый здесь термин “автономная” означает, что система включает в себя собственные источник питания, систему управления и систему климат-контроля.

Присутствие микроорганизмов, включая бактерии, водоросли и т.п., во флюидах для обработки скважины может приводить к загрязнению продуктивного пласта, что нежелательно. Используемый здесь термин «микроорганизм» относится к живым микроорганизмам, если не указано обратное. Например, присутствие анаэробных бактерий (например, бактерий очистки от сульфатов (“SRB”)) в нефте- и/или газоносном пласте может приводить к различным проблемам, включая возникновение ила или тины, из-за чего может снижаться пористость пласта. Кроме того, SRB вырабатывают сероводород, который, даже в малых количествах, может создавать проблемы. Например, присутствие сероводорода в добытых нефти и газе может приводить к увеличению коррозии металлических трубных изделий и наземного оборудования и к необходимости удалять сероводород из газа до продажи. Дополнительно, присутствие микроорганизмов в загущенном обрабатывающем флюиде может изменять физические свойства обрабатывающих флюидов, ухудшая полимерный загуститель, что ведет к снижению вязкости, возможно, к значительному снижению продуктивности обрабатывающего флюида, и отрицательной экономической отдаче.

Микроорганизмы могут присутствовать во флюидах для обработки скважины в результате загрязнений, которые первоначально присутствуют в базовом обрабатывающем флюиде, который используется в обрабатывающем флюиде, или в результате рециркуляции/повторного использования флюида для обработки скважины для использования в качестве базового обрабатывающего флюида для обрабатывающего флюида или в качестве самого обрабатывающего флюида. В любом случае, вода может быть загрязнена плеторой микроорганизмов. В сценариях с рециркуляцией уничтожать микроорганизмы сложнее.

Для борьбы с биологическим загрязнением обычно используются биоциды. Используемый здесь термин “биологическое загрязнение” может относиться к любому живому микроорганизму и/или побочному продукту живого микроорганизма, найденному в обрабатывающих флюидах, используемых при обработке скважин. Для использования в стволе скважины широко используемые биоциды представляют собой разнообразные коммерчески доступные биоциды, которые уничтожают микроорганизмы контактным способом, и которые совместимы с применяемыми обработочными флюидами и компонентами пласта. Чтобы биоцид был совместимым и эффективным, он должен быть устойчивым и, предпочтительно, не должен реагировать с компонентами обрабатывающего флюида или пласта или отрицательно влиять на них. Несовместимость биоцида во флюиде для обработки ствола скважины может создавать проблему, приводящую к неустойчивости и возможной порче обрабатывающего флюида. Биоциды могут содержать четвертичные аммониевые соединения, хлор, растворы гипохлоритов и соединения наподобие дихлоро-s-триазинтриона натрия. Примером биоцида, который можно использовать в геологии, является глутаральдегид.

Поскольку биоциды предназначены для уничтожения живых организмов, многие биоцидные продукты представляют значительную опасность для здоровья и благополучия человека. В ряде случаев это объясняется высокой реактивностью биоцидов. В результате, их использование строго регулируется. Кроме того, при работе с биоцидами рекомендуется соблюдать меры предосторожности и использовать надлежащую защитную одежду и оборудование. Хранению биоцидов также надлежит уделять должное внимание.

Для уничтожения бактерий в жидкостях на водной основе применяется УФ свет высокой интенсивности. Существует три разновидности УФ света: UV-A, UV-B и UV-C. Класс UV-C считается бактерицидной длиной волны, причем пик бактерицидного действия приходится на длину волны 254 нм. Скорость, с которой УФ свет убивает микроорганизмы в обрабатывающем флюиде, является функцией различных факторов, включая, но без ограничения, время облучения и поток (т.е. интенсивность), которому подвергаются микроорганизмы. Например, в потоке через вариант осуществления клеточного типа, проблема, которая может быть связана с традиционными системами обработки УФ светом, состоит в том, что неадекватное проникновение УФ света в полупрозрачный обрабатывающий флюид может приводить к неадекватному уничтожению. Дополнительно, в таких случаях, для достижения оптимальных результатов желательно поддерживать облучение УФ светом при достаточном потоке в течение как можно большего времени для максимизации степени проникновения, благодаря чему можно увеличить биоцидный эффект, создаваемый обработкой УФ светом. Другая проблема связана с мутностью обрабатывающего флюида. Используемый здесь термин “Мутность” означает помутнение или замутненность обрабатывающего флюида, вызванное отдельными частицами (например, взвешенными твердыми частицами) и другими факторами, которые могут быть, в общем случае, невидимыми для невооруженного глаза. Измерение мутности является основным испытанием качества воды. Частичное уничтожение бактерий может приводить к восстановлению загрязнения, что крайне нежелательно в геологическом пласте, согласно рассмотренному выше.

Хотя УФ свет высокой интенсивности может быть очень полезным в отношении предотвращения загрязнения, традиционные свойства такой системы обработки обрабатывающего флюида УФ светом имеют значительные недостатки. Одна важная проблема, связанная с традиционными системами обработки УФ светом, состоит в том, что такие системы обработки не являются мобильными, и обрабатывающий флюид приходится обрабатывать и затем сохранять и транспортировать за пределы буровой площадки, что позволяет загрязнению восстанавливаться до использования.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание систем и способов дезинфекции обрабатывающих флюидов, и, в частности, в некоторых вариантах осуществления, способов использования автономной дорожной мобильной системы обработки обрабатывающего флюида УФ светом для обработки биологического загрязнения в обрабатывающих флюидах, используемых при операциях в стволе скважины.

Согласно настоящему изобретению, предложен способ, содержащий этапы, на которых: обеспечивают мутный обрабатывающий флюид, имеющий первое количество микроорганизмов; помещают мутный обрабатывающий флюид в автономный, дорожный мобильный манифольд обработки УФ светом, который содержит источник УФ света; облучают мутный обрабатывающий флюид с помощью источника УФ света в присутствии ослабляющего реагента для формирования облученного обрабатывающего флюида; и подают облученный обрабатывающий флюид в смесительную систему.

В другом аспекте, изобретение предусматривает способ, содержащий этапы, на которых: обеспечивают мутный обрабатывающий флюид, имеющий первое количество микроорганизмов; помещают мутный обрабатывающий флюид в автономный, дорожный мобильный манифольд обработки УФ светом, который содержит источник УФ света; облучают мутный обрабатывающий флюид с помощью источника УФ света в автономном, дорожном мобильном манифольде обработки УФ светом, который содержит ослабляющий реагент, для снижения первого количества микроорганизмов мутного обрабатывающего флюида до второго количества микроорганизмов для формирования облученного обрабатывающего флюида, причем второе количество микроорганизмов меньше первого количества микроорганизмов; и помещают облученный обрабатывающий флюид, имеющий второе количество микроорганизмов, в геологический пласт, трубопровод или последующий процесс очистки.

В другом аспекте, изобретение предусматривает мобильную систему обработки обрабатывающего флюида УФ светом, содержащую: впускное приспособление; источник обрабатывающего УФ света; камеру обработки УФ светом; ослабляющий реагент; выпускное приспособление; причем система обработки обрабатывающего флюида УФ светом транспортируется с помощью автономной, дорожной мобильной платформы.

В одном варианте осуществления, настоящее изобретение предусматривает способ, содержащий этапы, на которых: обеспечивают мутный обрабатывающий флюид, имеющий первое количество микроорганизмов; помещают мутный обрабатывающий флюид в автономный, дорожный мобильный манифольд обработки УФ светом, который содержит источник УФ света; облучают мутный обрабатывающий флюид с помощью источника УФ света в автономном, дорожном мобильном манифольде обработки УФ светом, который содержит ослабляющий реагент, для снижения первого количества микроорганизмов мутного обрабатывающего флюида до второго количества микроорганизмов для формирования облученного обрабатывающего флюида, причем второе количество микроорганизмов меньше первого количества микроорганизмов; и помещают облученный обрабатывающий флюид, имеющий второе количество микроорганизмов, в геологический пласт, трубопровод или последующий процесс очистки.

В одном варианте осуществления, настоящее изобретение предусматривает способ, содержащий этапы, на которых: обеспечивают мутный обрабатывающий флюид, имеющий первое количество микроорганизмов; помещают мутный обрабатывающий флюид в автономный, дорожный мобильный манифольд обработки УФ светом, который содержит источник УФ света; облучают мутный обрабатывающий флюид с помощью источника УФ света в присутствии ослабляющего реагента для формирования облученного обрабатывающего флюида; и подают облученный обрабатывающий флюид в смесительную систему.

В одном варианте осуществления, настоящее изобретение предусматривает мобильную систему обработки обрабатывающего флюида УФ светом, содержащую: впускное приспособление; источник обрабатывающего УФ света; камеру обработки УФ светом; ослабляющий реагент; выпускное приспособление; причем система обработки обрабатывающего флюида УФ светом транспортируется с помощью автономной, дорожной мобильной платформы.

Специалисты в данной области техники смогут понять признаки и преимущества настоящего изобретения. Хотя специалисты в данной области техники могут предложить многочисленные изменения, такие изменения укладываются в объем изобретения.

Краткое описание чертежей

Представленные чертежи иллюстрируют отдельные аспекты некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения и не должны ограничивать или определять объем изобретения, на чертежах:

Фиг.1 изображает схему автономного, дорожного мобильного манифольда обработки УФ светом;

Фиг.2 - схему трейлера, на который погружена автономная, дорожная мобильная система обработки обрабатывающего флюида УФ светом;

Фиг.3-8 - точки данных, рассмотренные в разделе Примеры.

Хотя настоящее изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные иллюстративные варианты его осуществления показаны в порядке примера на чертежах и подробно описаны в описании. Однако следует понимать, что данное описание конкретных вариантов осуществления не призвано ограничивать изобретение конкретной раскрытой формой, напротив, изобретение должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, отвечающие объему изобретения, заданному формулой изобретения.

Подробное описание

Настоящее изобретение относится к системам и способам дезинфекции обрабатывающих флюидов, и, в частности, в некоторых вариантах осуществления, к способам использования автономной, дорожной мобильной системы обработки обрабатывающего флюида УФ светом для обработки биологического загрязнения в обрабатывающих флюидах, используемых при операциях в стволе скважины.

В некоторых вариантах осуществления, раскрытые здесь автономные, дорожные мобильные системы обработки обрабатывающего флюида УФ светом и соответствующие способы можно использовать в приложении, операции или процессе углеводородной промышленности любого типа, где желательно дезинфицировать мутный обрабатывающий флюид, включая, но без ограничения, трубопроводные операции, операции обслуживания скважины, приложения первичной разведки и добычи, и приложения последующей очистки, переработки, хранения и транспортировки. Используемый здесь термин “мутный обрабатывающий флюид” означает флюид, имеющий коэффициент пропускания от 1% до 90% на длине волны 254 нм и, в ряде случаев, коэффициент пропускания от 50% до 90% на длине волны 254 нм.

Не ограничиваясь никакой конкретной теорией, укажем, что клеточная ДНК микроорганизмов поглощает энергию УФ света, в результате чего соседние молекулы тимина димеризуются или образуют ковалентную связь, как показано на фиг.3 и 4. Димеризованные молекулы тимина не способны кодировать молекулы РНК в процессе синтеза белков. Репликация хромосомы до деления надвое нарушается, в результате чего бактерии теряют возможность продуцировать или репродуцировать белки, что, в конце концов, приводит к гибели организмов. Эта система часто бывает наиболее эффективной при обработке воды с низкой мутностью. Вода с высокой мутностью влияет на пропускании фотонов УФ света через воду. Рекомендуется, чтобы обработанная вода имела T (коэффициент пропускания), по меньшей мере, 85%, измеренный на длине волны 254 нм для эффективного уничтожения бактерий и нагнетания с максимальным расходом 100 bpm.

Раскрытые здесь системы и способы могут быть полезными для мутных обрабатывающих флюидов на водной основе, на нефтяной основе и их комбинаций. Подходящая обработка мутных обрабатывающих флюидов согласно настоящему изобретению может содержать свежие флюиды (например, те, которые не были ранее использованы в скважинной операции) и/или повторно используемые флюиды. Свежие флюиды могут содержать воду, извлекаемую непосредственно из пруда или другого природного источника. Повторно используемые флюиды могут включать в себя те, которые были использованы в предыдущей скважинной операции. В некоторых вариантах осуществления, свежие флюиды могут быть загрязнены плеторой микроорганизмов, имея начальный подсчет микроорганизмов в пределах от около 10³ бактерий/мл до около 10³⁰ бактерий/мл. В некоторых вариантах осуществления, стандартным значением может быть 10¹⁰ бактерий/мл или выше. Повторно используемые флюиды могут аналогично загрязняться в результате предыдущего использования в геологическом пласте или хранения на буровой площадке в загрязненном баке или яме. Повторно используемые флюиды могут иметь первое количество микроорганизмов в одном и том же диапазоне, но могут иметь другое бактериальное загрязнение в том смысле, что они могут содержать другие бактерии, которые труднее уничтожать, чем те, которые первоначально присутствуют в свежих флюидах.

Помимо сокращения объема загрязнения в операциях на нефтяном месторождении, раскрытые здесь способы позволяют сокращать количество используемых химических биоцидов, что приводит к повышению экономической отдачи и производству безопасного для окружающей среды обрабатывающего флюида, по меньшей мере, согласно современным (на время подачи) стандартов и установлений по охране окружающей среды. Устранение или сокращение таких опасных биоцидов может дополнительно снижать ущерб для местности. Кроме того, настоящее изобретение описывает автономную, дорожную мобильную систему УФ света, которая позволяет снизить затраты на транспортировку обработанной воды в удаленное место, например, на буровую площадку. Кроме того, настоящее изобретение предусматривает систему, способную обрабатывать большие количества мутного обрабатывающего флюида на месте, что дает возможность восстанавливать и повторно использовать дефицитную воду, найденную в таких удаленных местах.

На фиг.1 показан автономный, дорожный мобильный манифольд 100 обработки УФ светом, который можно использовать для дезинфекции мутных обрабатывающих флюидов, включая используемые при операциях в стволе скважины. Используемый здесь термин “дезинфекция” и его производные означает уменьшение количества бактерий и/или других микроорганизмов, найденных в мутном обрабатывающем флюиде. Согласно фиг.1, автономный, дорожный мобильный манифольд обработки УФ светом 100 может содержать одно или несколько впускных приспособлений 102; один или несколько источников обрабатывающего УФ света 104, содержащихся в одной или нескольких камерах обработки УФ светом 106; источник 108 мутного обрабатывающего флюида; в необязательном порядке, один или несколько обводных трубопроводов 110; в необязательном порядке, одно или несколько вентиляционных отверстий 112; и одно или несколько выпускных приспособлений 114. В необязательном порядке, мутный обрабатывающий флюид можно предварительно обрабатывать (например, для удаления твердых веществ, пустой породы и т.п.) до помещения в камеру обработки УФ светом (например, до впускного приспособления 102). Источник 108 мутного обрабатывающего флюида может содержать ряд флюидов, включая свежие флюиды, повторно используемые флюиды, природные флюиды (например, из прудов), флюиды на нефтяной основе и т.п. Необязательный каскад предобработки обозначен позицией 118 на фиг.1. Этот каскад предобработки, в некоторых вариантах осуществления, может предусматривать добавление необязательного биоцида, если загрязнение флюида таково, что это может оказаться полезным. Предпочтительно, эта предобработка может происходить до процесса облучения, который осуществляется, когда обрабатывающий флюид достигает источника обрабатывающего УФ света 104, что улучшает процесс обработки, помимо прочего, снижая мутность обрабатывающего флюида. В необязательном порядке, впускное приспособление 102 может содержать устройство, создающее турбулентность во флюиде для рассеивания микроорганизмов в мутном обрабатывающем флюиде и предотвращения образования биопленки во флюиде. В частности, источник обрабатывающего УФ света 104 в камерах 106 дезинфекции УФ светом должен проникать в фильтрованный обрабатывающий флюид более эффективно, чем через обрабатывающий флюид, нагруженный пустой породой, и некоторое удаление биологического материала до источника обрабатывающего УФ света 104 может повышать эффективность обработки УФ светом. Впускное приспособление 102 может извлекать обрабатывающий флюид из мутного обрабатывающего флюида до его пропускания через источник обрабатывающего УФ света 104 для облучения. Используемый здесь термин “облученный” или “облучающий”, в целом, относится к процессу, в котором обрабатывающий флюид подвергается воздействию УФ излучения в целях дезинфекции мутного обрабатывающего флюида.

После облучения, в необязательном порядке, облученный обрабатывающий флюид может поступать в смесительную систему 116, где он объединяется с присадками, например, гелеобразующими реагентами, расклинивающими твердыми частицами, частицами гравия, реагентами снижения трения, ингибиторами коррозии, а также другими химическими присадками для образования смешанной пульпы. Смесительная система 116 может содержать смеситель для флюидов гидроразрыва. Смесительная система может содержать насос, например, всасывающий насос, который можно использовать для облегчения перемещения мутного обрабатывающего флюида через камеру 106 обработки УФ светом. В некоторых вариантах осуществления, такие химические присадки могут смешиваться с обработочным флюидом до его поступления в насос. Затем обрабатывающий флюид может поступать через выпускные приспособления 114 в устье скважины и в ствол скважины для осуществления нужной скважинной операции.

В другом варианте осуществления, мутный обрабатывающий флюид может проходить через источник 104 обрабатывающего УФ света непосредственно на насос(ы) 118. Насосы, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут относиться к любому типу, подходящему для перемещения обрабатывающего флюида и совместимому с используемыми обработочными флюидами. В некоторых вариантах осуществления, насос может представлять собой насос высокого давления, который может нагнетать обрабатывающий флюид. В некоторых вариантах осуществления, насосы могут представлять собой последовательно установленные центробежные насосы или поршневые насосы прямого вытеснения, но пригодны и другие типы насосов. Затем обрабатывающий флюид может поступать через выпускные приспособления 114 в устье скважины и в ствол скважины для осуществления нужной скважинной операции.

В некоторых вариантах осуществления, где смесительная система используется после насоса, за счет обеспечения добавления расклинивающих твердых частиц, гелей и любых других подходящих химических присадок после прохождения обрабатывающего флюида через насосы, можно увеличить ожидаемый срок службы и надежность насосов, и можно снизить затраты на обслуживание по сравнению с традиционными способами, для которых характерно наличие эррозийных и абразивных сил, обусловленных прохождением обрабатывающих флюидов, нагруженных расклинивающим реагентом через грязные насосы. Дополнительно, этот способ допускает независимую оптимизацию работы. Другими словами, в некоторых вариантах осуществления, оператор может по отдельности оптимизировать операции нагнетания под высоким давлением и операции добавления абразивов. Фильтры, подходящие для использования в настоящем изобретении может содержать различные типы фильтров, в зависимости от требований к операции, включая рукавные фильтры, фильтры для удаления бора, фильтры микронных частиц, фильтры на основе активированного угля и любой другой тип фильтра, позволяющие сделать обрабатывающий флюид пригодным для предусмотренной операции.

В альтернативном варианте осуществления, в необязательном порядке, мутный обрабатывающий флюид может проходить через обводной манифольд 110, в обход источника обрабатывающего УФ света 104, непосредственно к насосу 118. В необязательном порядке, биоцид можно помещать во флюид с помощью насоса 120 нагнетания химического биоцида. Этот тип насоса также может быть установлен перед манифольдом 106. Этот вариант осуществления может быть желательным, когда мутность флюида слишком высока для дезинфекции УФ светом. В таких вариантах осуществления, в необязательном порядке, биоциды можно добавлять на впускном приспособлении 102 или выпускном приспособлении 114 для управления загрязнением. Химически обработанный обрабатывающий флюид затем может поступать через выпускное приспособление 114 в устье скважины и в ствол скважины для осуществления нужной скважинной операции. В некоторых вариантах осуществления, мутный обрабатывающий флюид можно обрабатывать с помощью источника обрабатывающего УФ света и химических биоцидов. Этот способ допускает более действенную дезинфекции и эффективную обработку более серьезных загрязнений.

В другом варианте осуществления, в источнике 104 обрабатывающего УФ света можно использовать статический смеситель флюидов и/или турбулизатор (фиг.1), если желательно усилить движение флюида для лучшего облучения с помощью источника УФ света.

В некоторых вариантах осуществления, источник 104 обрабатывающего УФ света может содержать один или несколько бактерицидных источников УФ света, установленные последовательно или параллельно. Могут подходить бактерицидные УФ лампы с давлением от низкого до среднего. Ультрафиолетовый свет делится на три диапазона длин волны: UV-C, от около 200 нанометров (нм) до около 280 нм; UV-B, от около 280 нм до около 315 нм; и UV-A, от около 315 нм до около 400 нм. В целом, УФ свет и, в частности, UV-C свет является бактерицидным. Используемый здесь термин «бактерицидный», в целом, означает сокращение или устранение бактерий и/или других микроорганизмов. В частности, не ограничиваясь никакой конкретной теорией, предполагается, что UV-C свет вызывает повреждение нуклеиновой кислоты микроорганизмов за счет формирования ковалентных связей между определенными соседними основаниями в ДНК. Предполагается, что формирование этих связей препятствует “расстёгиванию” ДНК для репликации, и что организм теряет способность продуцировать и репродуцировать молекулы, важные для процесса жизнедеятельности. Когда организм теряет способность продуцировать эти важные молекулы или утрачивает способность к репликации, он погибает. Предполагается, что УФ свет с длиной волны примерно от около 250 нм до около 260 нм обеспечивает наивысшую бактерицидную эффективность. Хотя восприимчивость к УФ свету изменяется в зависимости от объема и свойств обрабатывающего флюида, облучение УФ энергией около 60,000 ватт может быть достаточным для деактивации свыше 90 процентов микроорганизмов. В некоторых вариантах осуществления, каждая лампа, используемая в настоящем изобретении, имеет УФ энергию от около 1700 ватт до около 3800 ватт.

В некоторых вариантах осуществления, для улучшения дезинфекции обрабатывающего флюида, ослабляющие реагенты можно использовать совместно с источником УФ света для уменьшения необходимости в длительных и повторяющихся воздействиях УФ светом высокой мощности. Предполагается, что ослабляющие реагенты эффективно продлевают воздействие УФ света и его реакцию с микроорганизмами. Общеизвестно, что, когда ослабляющие реагенты подвергаются воздействию источника УФ света, даже на низких уровнях, они фотоизомеризуются с освобождением свободных радикалов. Свободные радикалы могут разлагать микроорганизмы (например, бактериальные мембраны) в обрабатывающем флюиде. Кроме того, более длительное биоцидное действие можно реализовать, по меньшей мере, в большинстве вариантов осуществления, выбирая надлежащий материал, образующий свободные радикалы, на основании растворимости, реактивности и периода полурекомбинации свободных радикалов. Дополнительно, системы обработки обрабатывающего флюида УФ светом, отвечающие настоящему изобретению, должны эффективно генерировать долгоживущие свободные радикалы, чтобы даже после обработки можно было стимулировать биоцидное действие в обрабатывающих флюидах, используемых при обработке скважины, тем самым продолжая уничтожать бактерии и удалять загрязнение для восстановления производительности пластов.

Подходящие ослабляющие реагенты для использования в обрабатывающих флюидах и способы, отвечающие настоящему изобретению, включают в себя органические и неорганические ослабляющие реагенты. Растворимость и/или диспергируемость ослабляющего реагента можно учитывать при принятии решения об использовании конкретного типа ослабляющего реагента. Некоторые ослабляющие реагенты можно модифицировать, чтобы они имели желаемую степень растворимости или диспергируемости. Затраты и соображения защиты окружающей среды также могут играть роль при принятии решения, какой реагент использовать. Кроме того, способ использования в способах настоящего изобретения также может быть фактором. Например, некоторые способы позволяют применять менее растворимый реагент, тогда как другие могут в большей степени зависеть от растворимости реагента в обрабатывающем флюиде. Конкретный ослабляющий реагент, используемый в любом конкретном варианте осуществления, зависит от конкретного нужного свободного радикала и свойств, связанных с этим свободным радикалом. Некоторые факторы, которые можно учитывать при принятии решения, какой из ослабляющих реагентов использовать, включают в себя, но без ограничения, устойчивость, время жизни и реактивность сгенерированного свободного радикала. Желаемая устойчивость также зависит от присутствующего объема загрязнения и совместимости свободных радикалов с составом обрабатывающего флюида. Для выбора правильного ослабляющего реагента для обработки, нужно найти компромисс между устойчивостью, реактивностью и несовместимостью. Специалисты в данной области техники, на основании данного раскрытия, смогут выбирать надлежащий ослабляющий реагент на основании этих соображений.

Подходящие органические ослабляющие реагенты для использования в настоящем изобретении включают в себя, но без ограничения, один или несколько растворимых в воде фотоинициаторов, которые претерпевают разрыв одинарной молекулярной связи под действием УФ света с образованием свободных радикалов. В подходящих условиях и при надлежащем облучении УФ светом, ослабляющие реагенты настоящего изобретения будут порождать свободные радикалы, как показано, например, в Схеме 1:

Схема 1

Подходящие ослабляющие реагенты могут активироваться всем спектром УФ света и могут быть более активными в диапазоне длин волны около 250-500 нм. Наиболее подходящий диапазон длин волны зависит от молекулярной структуры ослабляющего реагента. Некоторые ослабляющие реагенты претерпевают разрыв единичной связи с образованием свободных радикалов. Каждый органический ослабляющий реагент имеет время жизни, уникальный для этого ослабляющего реагента. В целом, чем менее устойчив свободный радикал, возникший из ослабляющего реагента, тем короче его период полурекомбинации и время жизни.

Подходящие органические ослабляющие реагенты для использования в настоящем изобретении могут включать в себя, но без ограничения, ацетофенон, пропиофенон, бензофенон, ксантон, тиоксантон, флуоренон, бензальдегид, антрахинон, карбазол, красители на основе тиоиндиго, фосфиноксиды, кетоны, и любую их комбинацию и производную. Некоторые ослабляющие реагенты включают в себя, но без ограничения, бензоинэфиры, бензилкетали, альфа-диалкоксиацетофеноны, альфа-гидроксиалкилфеноны, альфа-аминоалкилфеноны и ацилфосфиноксиды, любую их комбинацию или производную. Другие ослабляющие реагенты претерпевают молекулярную реакцию с вторичной молекулой или соинициатором, которая порождает свободные радикалы. Некоторые дополнительные ослабляющие реагенты включают в себя, но без ограничения, бензофеноны, бензоамины, тиоксантоны, тиоамины, любую их комбинацию или производную. Эти материалы можно дериватизировать, для повышения их растворимости, с помощью подходящиего дериватизируещего реагента. Например, для модификации этих ослабляющих реагентов с целью повышениях их растворимости в выбранном обрабатывающем флюиде можно использовать этиленоксид. Такие ослабляющие реагенты могут поглощать УФ свет и претерпевать реакцию с образованием реактивных разновидностей свободных радикалов (см., например, Схему 1), которые в свою очередь могут запускать или катализировать нужные химические реакции.

В некоторых вариантах осуществления, свободные радикалы, высвобожденные в результате активации ослабляющих реагентов, вызывают повреждение живых микроорганизмов. В некоторых вариантах осуществления, ослабляющие реагенты могут действовать в режиме взаимодействия высвобождаемых свободных радикалов с микроорганизмами для нарушения клеточных структур и процессов микроорганизма. В ряде случаев предполагается, что биоцидный эффект, обусловленный увеличенным временем жизни каждого свободного радикала, возрастает с увеличением устойчивости и реактивности свободного радикала. Согласно некоторым аспектам настоящего изобретения, важно учитывать время жизни или период полурекомбинации свободных радикалов, которые приведут к результату. Некоторые свободные радикалы могут быть очень активными, несмотря на короткое время жизни. Некоторые свободные радикалы могут быть более активными в присутствии УФ света, а некоторые могут сохранять активность даже в отсутствие прямого облучения УФ светом. Используемый здесь термин “период полурекомбинации” означает время, в течение которого половина первоначально сгенерированного количества свободных радикалов рекомбинирует. Термин “время жизни” означает полное время, в течение которого рекомбинируют почти все свободные радикалы. Например, более длительный период полурекомбинации свободного радикала приведет к продлению биоцидного эффекта и уменьшению необходимости в облучении УФ светом и, таким образом, может оказаться более полезным в обрабатывающих флюидах, имеющих высокую мутность.

Альтернативно, в некоторых вариантах осуществления можно использовать неорганические ослабляющие реагенты. Под действием УФ света эти реагенты будут генерировать свободные радикалы, которые будут взаимодействовать с микроорганизмами, а также другой органикой в данном обрабатывающем флюиде. В предпочтительных вариантах осуществления, они могут включать в себя наноскопические оксиды металлов (например, по меньшей мере, один размер которых составляет от 1 нм до 1000 нм). В ряде случаев, эти неорганические ослабляющие реагенты на основе наноскопического оксида металла могут агломерироваться образованием частиц микроскопических размеров. Соображения, которыми нужно руководствоваться при выборе размера, включают в себя компромисс между поверхностной реактивностью и стоимостью. Примеры подходящих неорганических ослабляющих реагентов включают в себя, но без ограничения, наноскопический диоксид титана, наноскопические оксиды железа, наноскопические оксиды кобальта, наноскопические оксиды хрома, наноскопические оксиды магния, наноскопические оксиды алюминия, наноскопические оксиды меди, наноскопические оксиды цинка, наноскопические оксиды марганца, и любую их комбинацию или производную. Диоксид титана, например, вырабатывает гидроксильные радикалы при облучении УФ светом. Эти гидроксильные радикалы, в одном механизме, очень полезны в борьбе с органическими загрязнениями. В этих реакциях может образовываться CO₂. Наноскопические частицы используются потому, что благодаря своим чрезвычайно малым размерам они обеспечивают максимальную полную площадь поверхности, что дает максимально возможный биоцидный эффект на единицу размера. В результате, наноскопические частицы оксидов металлов в большей степени повышают эффективность уничтожения, чем более крупные частицы, используемые в значительно более высоких концентрациях. Преимущество использования таких наноскопических частиц оксида металла в борьбе с загрязнением состоит в том, что обрабатываемые микроорганизмы не могут вырабатывать сопротивляемость таким металлическим частицам, что обычно наблюдается в отношении других биоцидов.

В некоторых вариантах осуществления, в УФ устройстве можно использовать тонкую пленку неорганического ослабляющего реагента. В таких случаях, неорганический ослабляющий реагент может иметь кристаллическую форму. Способы, которые можно использовать для формирования таких пленок, включают в себя, но без ограничения, способы химического парового осаждения, способы лазерно-импульсного осаждения, процессы реактивного напыления и золь-гелевого осаждения и/или процессы покрытия погружением. В других вариантах осуществления, неорганический ослабляющий реагент можно внедрять в полимерную пленку в количестве до определенного желаемого весового %. Полимерная пленка может содержать полиуретан. Способы, которые можно использовать для формирования таких пленок, могут включать в себя любой подходящий способ, включая, но без ограничения, золь-гелевые способы. Весовой % может принимать любое значение от очень малой величины (близкой к нулю) до 80% или более, в зависимости от того, что считается полезным и не связано с чрезмерными затратами. В зависимости от расположения пленки в устройстве, пленка может быть прозрачной или непрозрачной. Оба типа пленок, рассмотренные выше, в ряде случаев могут быть прозрачными. Например, если пленка располагается на кварцевом стакане, в который заключена УФ лампа, желательно иметь прозрачную пленку, чтобы УФ свет мог проходить через пленку и взаимодействовать с флюидом. В прочих вариантах осуществления, неорганические ослабляющие реагенты можно добавл