[发明专利]现场生成硝酸根离子的方法和设备

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2008年5月22日提交的美国专利申请第12/125,582号的优先权，该美国专利申请的全部内容在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及现场生成硝酸根离子并使该硝酸根离子进入水溶液与水溶液接触的方法和设备，尤其应用于油田中所使用的水性系统中。

背景技术

一次采油产率通常小于给定的地质结构或储集层储量的50％。因此，注水被用于提高含有许多地下油层的多孔岩层中的原油采收率。在提高原油采收率方面，水性系统用于将水溶液注入油层。水性系统可包括配有收集或分配水溶液的装置或一些设备的地上设备，例如油井、油水分离器、储水罐、管线以及注入井。已知注入过程产生硫化氢，然而，硫化氢使油层酸化。

硫化氢由硫酸盐还原菌产生，硫酸盐还原菌将系统中的硫酸盐转化为硫化物。这些细菌可在钻探石油的过程中产生，但是它们也可以是钻探之前本身就存在的。这些细菌以及它们对油田的影响在例如J.R.Postgate，THE SULPHATE-REDUCING BACTERIA 2^nd ed.(Cambridge University Press，1984)中描述。

因此，释放的硫化氢导致腐蚀采油装置并会大幅度地损伤油田的生产能力，降低开采的原油的商业价值。因此，已有深入的研究涉及防止硫化氢形成和/或一旦在油田中生成硫化氢就将其除去。

例如，已知添加钼酸盐会抑制和/或杀灭硫酸盐还原菌(SRB)，所述硫酸盐还原菌是在自然环境(例如沉积物)中生成硫化氢的原因。然而，这种方法需要非常大量(例如在待处理的水中超过3,000ppm)的钼酸盐用于有效控制由SRB生成的硫化氢。由于钼酸盐的可利用性有限，在生理盐水环境中或其他盐水(例如原生水)环境中效率降低，使用如此大量的钼酸盐具有相关的高成本不利因素。

还已知将硝酸根离子加至含SRB的系统中会降低系统中SRB的量，因此，降低由SRB形成的硫化氢的量。该方法依赖于脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)的菌株以及存在于油田水中的其他反硝化微生物。例如，通过向系统中引入硝酸盐和硝酸盐化合物和/或钼酸根离子来除去存在于水性系统中的硫化氢并消除由硫酸盐还原菌产生的硫化氢，借此，反硝化微生物竞争可获得的碳营养物胜于硫酸盐还原菌，这就阻止了SRB生成硫化氢。

用于这个目的的硝酸盐通常通过氨氧化来形成或通过常规实践方法来开采，将得到的硝酸盐运输并储存在离油田非常近的地方或使用该硝酸盐的其他偏远的地方。大量硝酸盐或硝酸盐与其他溶液的混合物的运输和储存引起了许多安全问题和成本问题。

因此，需要提供经济且有效的方法来现场生成硝酸根离子并使该硝酸根离子进入水性系统与水性系统接触，从而，防止在水性系统中形成硫化氢并除去系统中任何存在的硫化氢。此外，需要提供现场生成硝酸根离子并使该硝酸根离子进入水性系统与水性系统接触的方法，所述水性系统在采油方面有用，所述水性系统含有减少的硫化氢的量，而且，所述水性系统在处理过程后期的某一点不易形成硫化氢，这样，所述系统不会负面地影响处理过程中所使用的装置。这些需求以及其他需求已由本发明解决。

发明内容

根据本发明，提供一种设备，在所述设备中硝酸根离子现场生成并使该硝酸根离子进入水性系统与水性系统接触，所述设备包括由提取装置和化学反应器构成的集成系统和递送装置，所述提取装置用于提取存在于所述设备附近的水和天然气体以及从存在于所述设备处的环境空气中提取氧和氮，所述化学反应器用于处理所述水、天然气体、氧和氮并使所述水、天然气体、氧和氮发生反应以形成硝酸根离子，所述递送装置将所述集成系统与所述水性系统相互连接，用于使所述硝酸根离子进入所述水性系统与所述水性系统接触。