JP6596068B2 - 殺微生物剤及びその使用 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は2014年8月1日に出願された米国仮特許出願番号第62/032,095号明細書に基づく優先権の利益を主張するものである。この仮出願の全体は参照により援用される。
本出願は、例えば油田用組成物における、微生物の増殖を抑制するための組成物及び方法に関する。本発明は殺微生物剤にも関し、より具体的には、例えば随伴水やフローバック水等の、掘削工程、刺激工程、及び/又は刺激作業後に使用される流体などのガス田及び油田の坑井流体における、殺生物剤の使用にも関する。
油田からの原油の生産には複数の段階が含まれる。これらの段階のほとんどは、望ましくない微生物活動の影響を受け得る。同様に、他の産業においても微生物汚染の問題が存在し得る。これらの望ましくない微生物を抑制するための改良された方法及び組成物が継続的に必要とされている。
原油、天然ガス、及び水を含有する地下の地層に坑井が掘削された後、原油及び/又はガスの生産が最大となるようにあらゆる努力が払われる。原油及び/又はガスの表面への浸透性及び流れを向上させるために、掘削された坑井には多くの場合、坑井刺激が行われる。
坑井刺激とは、通常は、坑井孔の洗浄、チャネルの拡張、及び注入される領域における孔隙の増加のために用いられ、その結果流体を地層へより移動させ易くすることができるようになる、複数の掘削後の工程のことをいう。
典型的な坑井処理工程には、通常、特別に設計された流体を高圧高速で地下の地層へポンプ注入することが含まれる。高圧の流体(普通はポンプ注入圧力を減らすため及び岩石を最大限破壊するための複数の特殊な摩擦低減用の流体添加剤を含んだ水)は岩石の強度に勝り、地層にフラクチャーを開ける。これは数百フィートもの地層に広がり得る。ある一般的に使用されているフラクチャリング処理には、通常キャリア流体(普通は水又は食塩水)及びポリマーが含まれ、これは一般的に摩擦低減剤とも呼ばれる。多くの坑井刺激流体はプロパントを更に含有するであろう。フラクチャリング流体として使用される他の組成物には、添加剤、粘弾性の界面活性剤ゲル、ゲル化オイル、架橋剤、脱酸素剤等を含む水が含まれる。
坑井処理流体は、ポリマーと水溶液(オイル系又は多相系の流体が望ましい場合もある)をブレンドすることによって調製することができ、多くの場合、このポリマーは溶媒和可能な多糖である。このポリマーの目的は、一般的には、フラクチャーの形成を補助するフラクチャリング流体の乱流摩擦力を下げることと、フラクチャーの中へ運ぶための溶液中にプロパントの固体粒子を懸濁できるように水溶液に十分なとろみをつけることである。
坑井流体中で使用されるポリマーは、細菌の増殖及び酸化的分解が生じやすい環境にさらされる。このような流体中で使用されるポリマー上での細菌の増殖によって、流体の物理的特性が著しく変わり得る。例えば、細菌の作用によってポリマーが劣化し、これが粘度の低下及びそれに続く流体の効果の低下を招き、より重要なことには、フラクチャーの詰まり(バイオフィルムの成長による)及びそれに続く目的とする炭化水素の回収量の低下を招く。特に細菌による劣化が生じやすい流体としては、多糖及び/又は合成ポリマー(ポリアクリルアミド、ポリグリコサン、カルボキシアルキルエーテル等)を含有するものが挙げられる。細菌による劣化に加えて、これらのポリマーはフリーの酸素の存在下で酸化的に劣化しやすい。この劣化は、フリーの酸素によって直接的に生じる場合があり、又は好気性微生物によって媒介される場合もある。その結果、例えばポリアクリルアミドはフリー酸素の存在下でより小さい分子フラグメントへと劣化することが知られている。そのため、細菌の増殖及び酸素による劣化をそれぞれ抑制するために、坑井処理流体に殺微生物剤及び脱酸素剤がよく添加される。望ましくは、殺微生物剤は坑井刺激流体中のあらゆる成分と最小限にのみ相互作用するか、全く相互作用しないように選択される。
例えば、殺微生物剤は流体の粘度に大きく影響を与えてはならず、また、流体に含まれる脱酸素剤(多くの場合、亜硫酸水素塩由来である)の性能に影響を与えてはならない。しかし、粘度の低下は追加的なポリマー及び/又は架橋剤の添加によって克服することができる。この状況は粘度の上昇よりも望ましい。
殺微生物剤の他の望ましい特性は、(a)例えばリットル当たりのコスト、処理される平方メートル当たりのコスト、及び年当たりのコストなどのコスト効率、(b)例えば対人リスク評価(例えば毒ガス又は物理的接触)、中和の必要性、登録、環境への放出、及び残留性などの安全性、(c)例えば溶解性、分配係数、pH、硫化水素の存在、温度、硬度、金属イオン又は硫酸塩の存在、総溶解固形分レベルなどのシステム流体との適合性、(d)例えば腐食防止剤、スケール防止剤、抗乳化剤、水浄化剤、坑井刺激剤、及びポリマーなどの他の処理薬品との適合性、並びに(e)例えば金属やエラストマーに対する腐食性、凝固点、熱安定性、及び成分の分離などの取り扱い性である。
現行の坑井刺激流体においては、多くの場合、グルタルアルデヒド、又はテトラ−キス−ヒドロキシメチルイ−ホスホニウムサルフェート(THPS)、又は2,2−ジブロモ−3−ニトリロプロピオンアミド(DBNPA)、又は細菌汚染を抑制するための即効性の他の殺生物剤、のいずれかが採用されている。
一般的な業界の慣習は、有効量の即効性の殺生物剤を添加し、その後別の相対的に遅効性の殺生物剤を制御しながら逐次的に添加することによって、微生物の増殖を抑制することである。即効性の殺生物剤の例としては、プロパンジアール、ブタンジアール、ペンタンジアール、ヘキサンジアールなどのC〜Cアルカンジアール等の例えば低級アルカンジアールであるアルカンジアールが挙げられる。好ましいものは、DBNPA及びペンタンジアール(グルタルアルデヒド)である。
この業界では、即効性の殺生物剤(グルタルアルデヒドなど)の使用後、数分以内、数時間以内、又は数日以内に、相対的に遅効性の殺生物剤を使用して細菌の活性を下げる又は抑制することも周知である。例えば、欧州特許第0337624B1号明細書には、1種以上のアルカンジアール(例えばC〜Cアルカンジアールなど)から選択される即効性の殺生物剤を有効量添加することと、その後、制御された逐次的な添加によって、遅効性殺生物剤として機能するイソチアゾロンを有効量添加することと、を含む、油田の生物付着の抑制方法が教示されている。
グルタルアルデヒド(ペンタンジアール)は、取り扱いが危険であることから使用に問題があり、また環境への懸念を有する。更に、高温で、坑井処理流体の使用時に一般的に観測される温度で、グルタルアルデヒドが坑井処理流体の流体粘度に悪影響を及ぼし得ることが文献で報告されている。高く維持された流体粘度のダウンホールはフローバックを妨げ得ることから、これはフラクチャリングの用途で問題となり得る。更に、グルタルアルデヒドは脱酸素剤の作用に悪影響を及ぼすことが示された。
THPSに関しては、これは脱酸素剤との相互作用の点ではグルタルアルデヒドよりも性能が良いことが示されているものの、THPSがポリマーと相互作用し、インバージョン前及びインバージョン後に添加された場合に粘度の発現を制限することが分かった。すなわち、THPSがせん断時にポリマーと相互作用し、流体粘度を著しく低下させることが観察された。
そのため、例えば油井及びガス井での使用のための、細菌汚染を効果的に抑制することが可能であり、ポリマー及び/又は脱酸素剤との相互作用が最小限である、より万能な殺微生物剤が未だ必要とされている。本発明は、これらの要求及び他の要求に応えるものである。
本発明においては、(a)細菌抑制に有効な量の、(i)モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)、(ii)ジメチルジチオカルバメート(DMDTC)、(iii)MMDTC又はDMDTCの塩、並びに(iv)これらの混合物及び組み合わせ、からなる群から選択される殺微生物剤を含み、任意選択的には(b)ポリマーも含む組成物が提供された。
本発明においては、(a)微生物抑制に有効な量の、(i)モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)、(ii)ジメチルジチオカルバメート(DMDTC)、(iii)MMDTC又はDMDTCの塩、並びに(iv)これらの混合物及び組み合わせ、からなる群から選択される殺微生物剤を添加することを含み、任意選択的には、(b)例えばガラクトマンナンポリマー、誘導体化ガラクトマンナンポリマー、デンプン、キサンタンガム、ヒドロキシセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリグリコサン、カルボキシアルキルエーテル、ポリビニルアルコールポリマー、ビニルアルコールと酢酸ビニルとのコポリマー、並びに、ビニルピロリドン、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルホン酸、アクリルアミド、及び油井処理ポリマー用に使用される他のモノマーからなる群から選択される1種以上のモノマーを含む重合反応の生成物であるポリマー、からなる群から選択されるポリマーを添加することも含む、例えば生産井などの坑井に注入するための油井若しくはガス井用流体組成物中の細菌汚染の抑制方法も提供された。
本発明の更なる目的、特徴、及び利点は、以降の詳細な説明から明らかになるであろう。
本発明は、添付の図面を参照することでより完全に理解することができる。図面は、発明の範囲を限定することなく発明の例示的な特徴を示すことが意図されている。
殺生物剤の種類及び濃度の関数としての溶液の粘度を示す棒グラフである。 加熱前後のポリアクリルアミドと殺生物剤とのブレンド物の粘度を示す棒グラフである。 脱酸素剤に対する殺生物剤の影響を示す棒グラフである。 殺生物剤ブレンド物についての摩擦低減試験の結果を示すグラフである。
本発明は、MMDTC、DMDTC、及びこれらの塩から選択される1種以上の殺微生物剤を含む組成物に関する。塩には、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、及びカルシウムなどの任意のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩を含む(ただしこれらに限定されない)、モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)イオン、及び/又はジメチルジチオカルバメート(DMDTC)イオンの任意の水溶性の塩が含まれ得る。ナトリウム、カリウム、及び/又はカルシウムの塩が好ましい。塩は、それらの任意の四級アンモニウム塩であってもよい。本発明の殺生物剤は、細菌を抑制することが望まれるあらゆる環境で使用することができる。例えば、油井及びガス井で使用される坑井刺激流体などの流体中である。本発明の殺微生物剤は、細菌の増殖を阻害又は抑制するのに有効な量で使用される。本発明の殺生物剤は、組成物で唯一の殺生物剤若しくは殺生物剤類であってもよいし、又は他の殺生物剤と組み合わせて使用されてもよい。
MMDTC又はその塩は、単独で用いられてもよいし、DMDTCと組み合わせて使用されてもよい。DMDTC又はその塩は、単独で用いられてもよいし、MMDTCと組み合わせて使用されてもよい。様々な塩の混合物を使用してもよい。いずれかの塩を含む、MMDTCとDMDTCの任意の組み合わせを使用することができる。MMDTCはDMDTCと組み合わせることができる。坑井刺激流体中で現在使用されている多くの殺微生物剤と比較して、MMDTC、DMDTC、及びMMDTC+DMDTCははるかに万能であり、坑井流体中での摩擦低減剤との相互作用が少なく、亜硫酸系脱酸素剤などの脱酸素剤との相互作用が少なく、そしてグルタルアルデヒドなどの従来の殺微生物剤と比較して高温での摩擦低減剤との相互作用が最小限であるようである。MMDTC及び/又はDMDTCは、例えば乳化流体としてなどの任意の必要とされる形式で流体に添加することができる。
MMDTCとDMDTCの任意の望ましい組み合わせを使用することができる。例えば、これらは単独で用いてもよいし、これらの水溶性の塩として用いてもよいし、又は任意の望ましい比率で組み合わせてもよい。例えば、殺生物剤は、モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)のナトリウム塩若しくはカリウム塩対ジメチルジチオカルバメート(DMDTC)のナトリウム塩若しくはカリウム塩が10:90〜100:0、又は10:90〜95:5、又は80:20〜20:80、又は70:30〜30:70である重量比を含むことができる。50:50〜95:5、又は60:40〜90:10、又は65:35〜80:20、又は75:25〜95:5、又は60:40〜80:20である(MMDTC)対(DMDTC)の比率も使用することができる。殺生物剤又は殺生物剤の組み合わせは、細菌の増殖の抑制に相乗効果が生じるような量で存在させることができる。
殺生物剤は、流体組成物中に含まれ、坑井の掘削中、刺激中、生産中、及び/若しくは生産後の細菌の増殖を阻害するために使用することができ、並びに/又は、細菌の増殖を抑制又は阻害することが望まれる工業プロセスに関連する任意の他の流体中に含まれ得る。本発明の殺生物剤は、例えば本出願の「背景技術」の項で上述した組成物中で使用することができる。ある実施形態においては、流体は水とポリマーとを含む。ポリマーは坑井流体で使用される任意のポリマーであってもよい。ポリマーの例としては、ガラクトマンナンポリマー、誘導体化ガラクトマンナンポリマー、デンプン、キサンタンガム、ヒドロキシセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリビニルアルコールポリマー、ビニルアルコールと酢酸ビニルとのコポリマー、並びに、ビニルピロリドン、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルホン酸、アクリルアミド、及び油井処理ポリマー用に現在使用されている他のモノマーからなる群から選択される1種以上のモノマーを含む重合反応の生成物であるポリマー、が挙げられる。
細菌抑制に有効な量のMMDTC又はその塩である殺微生物剤を坑井刺激流体に添加することを含む坑井流体中の細菌汚染を抑制するための方法において、DMDTC又はその塩と組み合わせるという選択肢と併せると、MMDTCに対する相乗効果を示すことも明らかになった。
坑井流体は、好ましくは少なくとも1種のポリマーを含む。好ましい分類のポリマーとしては、多糖又は合成ポリマーが挙げられる。好適なポリマーとしては、特には上述したものの他に、ガラクトマンナンポリマー及び誘導体化ガラクトマンナンポリマー;デンプン;キサンタンガム;ヒドロキシセルロース;ヒドロキシアルキルセルロース;ポリビニルアルコールポリマー(ビニルアルコールのホモポリマー及びビニルアルコールと酢酸ビニルとのコポリマーなど);並びに、ビニルピロリドン、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アクリル酸及びアクリルアミド、メタクリル酸、スチレンスルホン酸、アクリルアミド、及び油井処理ポリマー用に現在使用されている他のモノマーからなる群から選択される1種以上のモノマーを含む重合反応の生成物であるポリマー(ホモポリマー、コポリマー、及びターポリマーなど)が挙げられるが、これらに限定されない。特定のポリビニルアルコールポリマーは、酢酸ビニルポリマーを加水分解することによって合成することができる。好ましくはポリマーは水溶性である。使用可能なポリマーの具体的な例としては、これらに限定することを意図するものではないが、特には加水分解ポリアクリルアミド、グァーガム、ヒドロキシプロピルグァーガム、カルボキシメチルグァーガム、カルボキシメチルヒドロキシプロピルグァーガム、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アクリル酸とアクリルアミドとのコポリマー、キサンタン、デンプン、及びこれらの混合物が挙げられる。
坑井流体中のMMDTC及び/又はDMDTC及び/又はこれらの塩の量は、通常は用いるポリマー、水の状態及び事前の細菌増殖の程度、細菌増殖の時間、殺生物剤が使用される全体的な環境に応じて様々であろう。したがって、通常は最小量を線引きすることは不可能である。しかしながら、当業者であれば過度の実験を行うことなしに最小量を決定することができるであろう。大過剰にすると経済的及び/又は環境的な理由から望ましくない場合があるものの、最大の量は存在しない。
MMDTC、DMDTC、及び/又はMMDTC+DMDTCは、任意の形態で使用することができる。例えば、坑井刺激流体を製造するために使用される流体に、エマルジョン、固体、又は溶液として直接添加され、高濃度のポリマー溶液に添加され、及び/又はスラグ量基準で製造されることができる。本開示は、坑井刺激流体を製造するための特定の方法に限定することを意図するものではない。
請求項にかかる組成物が有効な細菌及び/又は古細菌の例としては、これらに限定するものではないが、好気性及び非好気性の細菌/古細菌、硫酸塩還元細菌/古細菌、酸生成細菌/古細菌、一般的な従属栄養細菌/古細菌等を含む、油田及びガス田の流体中及び水中で一般的に見られるものが挙げられる。具体的な例としては、これらに限定するものではないが、シュードモナス属、バシラス属、エンテロバクター属、セラチア属、クロストリジウム属等が挙げられる。注目すべきは、坑井流体中でのMMDTC、DMDTC、及び/又はMMDTC+DMDTCの使用は、菌類に有効な濃度と同じ殺生物剤濃度で、藻類及び菌類の生成の阻害に有効であることが見込まれることである。
本発明の発明組成物の、坑井の掘削、生産、刺激、仕上、及び/又は処理用の流体及び他の組成物は、1種以上の添加剤を更に含んでいてもよい。添加剤は、通常、酸素への曝露、温度変化、微量の金属、流体組成物に添加される水の成分、によって引き起こされる分解を防止する目的で、及び最適ではない架橋反応速度を防ぐ目的で、流体組成物自体の安定性を向上させるために入れられる。流体組成物中で使用される成分の選択は、それらが使用される炭化水素含有層の特性によってかなりの部分影響されるであろう。そのような添加剤としては、水、油、塩(有機塩を含む)、架橋剤、ポリマー、他の殺微生物剤、腐食防止剤及び可溶化剤、pH調整剤(例えば酸及び塩基)、破壊剤、金属キレート剤、金属錯化剤、酸化防止剤、湿潤剤、界面活性剤、ポリマー安定化剤、粘土安定化剤、スケール防止剤及び可溶化剤、ワックス防止剤及び溶化剤、アスファルテン析出防止剤、流水抑制剤、脱酸素剤、流体損失制御剤、ケミカルグラウト、ダイバーター、砂固結剤、プロパント、浸透性改良剤、粘弾性流体、気体(例えば窒素及び二酸化炭素)、並びに発泡剤を挙げることができる。また、本発明の組成物はこれらの典型的な添加剤のうちの1種以上を含まなくてもよく、例えば水酸化物などの塩基を含まなくてもよい。本発明の殺生物剤は、他の薬品から単離されてそれ自体で存在していてもよく、又は上述したような他の添加剤を含んでいてもよい。本発明の殺生物剤は、例えばグルタルアルデヒド、又はテトラ−キス−ヒドロキシメチルイ−ホスホニウムサルフェート(THPS)、又は2,2−ジブロモ−3−ニトリロプロピオンアミド(DBNPA)、又は他の即効性殺生物剤を含んでいてもよい。
本発明の殺生物剤は、他の殺生物剤と組み合わせて、逐次的に又は一緒に使用することができる。例えば、有効量の即効性の殺生物剤を使用した後、別の相対的に遅効性の殺生物剤である本発明にかかるMMDTC及び/又はDMDTC及び/又はこれらの塩を制御しながら逐次的に添加することができる。即効性の殺生物剤の例としては、プロパンジアール、ブタンジアール、ペンタンジアール、ヘキサンジアールなどのC〜Cアルカンジアール等の例えば低級アルカンジアールであるアルカンジアールが挙げられる。好ましい即効性の殺生物剤としては、DBNPA及びペンタンジアール(グルタルアルデヒド)が挙げられる。即効性の殺生物剤の後に、数分以内、数時間以内、又は数日以内に、相対的に遅効性の本発明にかかる殺生物剤を続けることで、微生物の活性を下げる又は阻害することができる。この逐次的な方法に加えて、本発明の殺生物剤は、油田及びガス田で使用されてきた任意の殺生物剤などの他の殺生物剤と共に混合して使用することもできる。
本開示は石油産業及びガス産業に焦点を合わせているが、本発明の殺生物剤は、細菌及び/又は古細菌を抑制する、阻害する、及び/又は殺すことが望まれるあらゆる環境又は産業で使用することができる。殺生物剤は、細菌及び/又は古細菌を効果的に抑制するために工程中の任意の時点又は任意の場所で導入することができる。例えば坑井刺激に関しては、本発明の殺生物剤を含む流体は、浸透性に影響を与える物質と反応させるため及び/若しくはこれを溶解させるために坑井孔に直接注入することができ;別の流路を形成する目的で少量の地層と反応させるため及び/若しくはこれを溶解させるために坑井孔及び地層に注入することができ;並びに/又は地層を破砕するのに有効な圧力で坑井孔及び地層に注入することができる。
いくつかの実施形態においては、坑井流体は殺微生物剤が含まれない対照の坑井刺激流体と実質的に同じ粘度を有する。例えば、流体は好ましくは殺生物剤なしの流体の粘度のプラス又はマイナス10%、又は5%以内、又は2%以内の粘度を有する。
本発明の流体組成物は、a)1種以上の固体、液体、又は気体状の炭化水素を含む、地質学的に産出される物質;b)炭化水素鉱床;c)石油鉱床;d)炭化水素若しくは石油産出層;e)炭化水素若しくは石油含有産出物;f)掘削、水圧破砕、生産、刺激、及び/又は廃棄の現場を含む炭化水素若しくは石油の採掘現場;g)パイプライン、モバイルタンカー搭載設備、貯蔵タンクを含む炭化水素若しくは石油の輸送設備又は貯蔵装置;及び/又は、h)精製設備、産出物、処理、装置、若しくはこれらの組み合わせ、並びに掘削、刺激、生産、水圧破砕、及び/又は廃棄に関連する水及び流体;を含む注入領域に注入することができる。
注入領域は、目的の細菌を低減する、不活性化する、破壊する、又は取り除くのに十分な量で、(i)補給水若しくは流体、(ii)リサイクル水若しくは流体、(iii)フローバック水若しくは流体、(iv)注入水若しくは流体、(v)随伴水若しくは流体、又は(vi)油田において、すなわち掘削、刺激、水圧破砕、生産、及び又は廃棄作業においてみられる若しくは用いられる他の水若しくは流体を含む場合がある。
油田及びガス田での用途に加えて、組成物は、細菌を抑制することが望まれる環境及び産業又はシステムで使用することができる。
本発明を以下の非限定的な実施例によって説明する。
実施例1
この実施例では、様々な濃度で殺生物剤を有するポリマー流体のインバージョン後の粘度を、殺生物剤を含まない対照と比較して分析した。分析した殺生物剤には、グルタルアルデヒド(GA)、N−メチルジチオカルバミン酸ナトリウム(SNMDTC)、ジメチルジチオカルバミン酸カリウム(PDMDTC)、及びSNMDCとPDMDTCの比率80:20の組み合わせが含まれていた。0.1%のポリアクリルアミド(PAM)(分子量約15Mダルトン)の活性な水性の原液を作り、約30分寝かせた。試験する試料それぞれのために、200ミリリットルの原液を取り出し、これに様々な濃度で殺生物剤を添加し、最も低い設定で5秒間ミキサーによって高速せん断をかけ、その後混合物の粘度をBrookfield粘度計によって測定した。試料は10秒の時点で平衡化したとみなし(粘度計のスピンドルの回転10秒後には最小限の変化が生じなかったため)、値を記録した。殺生物剤は250、500、750、及び1,000ppmの濃度で添加し、ミキサー(最も低い設定で)中で高せん断を5秒間かけ、その後に粘度を記録した。
試験結果は図1にグラフで表されている。示されているように、ポリマーの粘度は殺生物剤濃度の関数として観察された。低濃度では(例えば250ppm)、GAの粘度及びSNMDTCとPDMDTCとの組み合わせの粘度は、追加的な滅菌水のみが添加された対照と比較してわずかに低かった。SNMDTCの粘度は若干高かった。しかし、高濃度では、SNMDTCの粘度とSNMDTCとPDMDTCとの組み合わせの粘度は、対照及びGAを含む試料よりもわずかに低かった。GA(グルタルアルデヒド)中の活性成分は、ポリアクリルアミド(PAM)のようなポリマーに対する悪影響がないために石油産業及びガス産業において一般的に利用されてきた殺生物剤であることから、この調査結果は意義深い。SNMDTCだけでなくSNMDTCとPDMDTCとの組み合わせもGAよりも約2.75%低い粘度を有することがわかった。SNMDTCとPDMDTCとの組み合わせは、試験した全ての殺生物剤のうちで最も低い粘度を有していることが観察された。
必要であればこの減少を埋め合わせるために追加的な架橋剤及び/又はポリマーを添加することができることから、減少した粘度は問題であると判断されるものではない。重要なことは、高い粘度に維持された坑井孔はフローバックを妨げる可能性があることから、粘度が上昇しないことが(破砕用途において)問題となり得ることである。
実施例2
この実施例では、殺生物剤/ポリマー流体及び実施例1の対照に対する熱の影響を分析した。試験した殺生物剤には、グルタルアルデヒド(GA)、N−メチルジチオカルバミン酸ナトリウム(SNMDTC)、ジメチルジチオカルバミン酸カリウム(PDMDTC)、SNMDTCとPDMDTCとのブレンド物、及び対照が含まれていた。いくつかの殺生物剤はポリマーを必要以上に粘性にする悪影響を有する場合があり、これは、高い粘度に維持された坑井孔はフローバックを妨げる可能性があることから、水圧破砕用途においては望ましくない。試験した各試料について、1,000ppmの殺生物剤を実施例1のポリアクリルアミド原液200gに添加した。試料を5秒間混ぜ合わせ(低い設定であるが高せん断で)、粘度を測定した。その後、試料を140°Fのオーブンに24時間入れ、これを室温まで冷却した(77°F)。
試料が室温になった後、脱イオン水を添加して元の体積まで体積を戻し(オーブン中での水の蒸発のため)、試料を5秒間混合し(低い設定であるが高せん断で)、粘度を測定した。結果は図2に示されている。
この結果から、全ての試料について、ポリマー粘度が長時間の熱で上昇したことが観察された。しかし、各試料の粘度は添加された殺生物剤の種類に応じて様々でもあった。各試験について、最初の粘度測定は殺生物剤なしの試料(「対照」とした)と比較した、ポリマー粘度に対する殺生物剤の影響のみを示している一方で、2番目の測定値は粘度に対する殺生物剤と熱の影響が考慮されている。
SNMDTCとPDMDTCとの組み合わせは、上の粘度試験で見られた結果から予期されたように、最初及び加熱後の両方の対照と比較して、実際に粘度が少し減少する結果が観察された。必要であればこの減少を埋め合わせるために追加的な架橋剤及び/又は追加的なポリマーを添加することができることから、この減少は問題であると判断されるものではない。重要なことは、高い粘度に維持された坑井孔はフローバックを妨げる可能性があることから、粘度が上昇
しかし、140°Fで24時間後、対照(ブランク)SNMDTCの粘度及びSNMDTC/PDMDTCの組み合わせの粘度は相対粘度差がほぼ同じであしないことが(水圧破砕用途において)問題となり得ることである。り、混じりのないSNMDTCが最も低い粘度を有することが示された。対照(ブランク)粘度とGAの粘度は、熱への曝露後ほぼ同じであった。
公開文献では、GAとアクリルアミドとの間で架橋が生じる可能性があり、これが高い粘度を維持するその能力の主な要因であることが示唆されている。しかしながら、繰り返しになるが、同じ大きさのより高い粘度よりも、減少した粘度(本明細書で示される限度内で)の方がよい。
実施例3
この実施例では、4つの異なる殺生物剤、すなわち1)N−メチルジチオカルバミン酸ナトリウム(SNMDTC)自体、2〜3)これと2つの比率のジメチルジチオカルバミン酸カリウム(PDMDTC)との組み合わせ、及び4)脱酸素剤に25%のグルタルアルデヒド(GA)溶液、を試験した。500mLのButterfield緩衝液が入ったビーカーに、脱酸素剤として200ppmの量の亜硫酸ナトリウム(NaSO)を添加し、pHと酸化還元電位(ORP)を記録した。
最後に、試験した個別の殺生物剤を濃度500ppmで添加した。ORPは最初と10分後に記録した。結果は図3に示されている。
これらの結果から、それぞれの殺生物剤添加後のORPの応答に大きな差があることに注目できる。ORPは、別の溶液/種を酸化又は還元させる溶液の能力の指標である。理論上は、ORPが低いほど、酸化種に対する還元種の比率が大きい。試験した全ての殺生物剤はORPに関して改善された効果を有していたが、GAが最も改善されたORPを示した。SNMDTCだけでなくSNMDTC/PDMDTCの組み合わせも許容できるORP特性(10分後の対照の2分の1)を超える性能を示した。
実施例4
この実施例では、N−メチルジチオカルバミン酸ナトリウム(SNMDTC)、並びに、それぞれ90:10及び80:20の比率でのSNMDTC+ジメチルジチオカルバミン酸カリウム(PDMDTC)の混合物について、1000ppm及び10,000ppmの濃度で(製品として)、酸生成細菌及び硫酸塩還元細菌に対する殺生物効果について調べた。
これらの試験には、DJ(Denver−Julesburg Basin)層の汚染された掘削流体(液体サイクロンにかけたもの)からのコーン水の1ガロンの試料を用いた。コーン水のpHは6.4と測定され、酸化還元電位は34.6であった。試料には、嫌気性硫酸塩還元細菌、好気性及び嫌気性酸生成細菌、並びに一般的な従属栄養細菌が含まれていた。いずれの生物種もこの試料中に存在しており、SRB+HSはもとの試料1ミリリットル当たり1012を上回る細菌レベルであった。
活性範囲を確実に把握するために、汚染水をButterfieldリン酸緩衝液で希釈して元の濃度の0.1%の濃度にした。1ccの滅菌シリンジを用いて段階希釈を行い、硫酸塩還元細菌(SRB)用に設計された鉄釘が入った嫌気性の米国石油協会(API)の培養液9.0mLを接種した。更に、酸生成細菌(APB)及び一般的な従属栄養細菌(GHB)を、9mLのフェノールレッド(PR)培養液中で段階希釈を用いて試験した。媒体の塩分濃度は、総溶解固形分(TDS)率によって測定される基質の塩分濃度約0.5%と一致していた。更に、未処理の対照も含められた。全ての事例において濃度は重量/重量基準のppm(ミリグラム毎キログラム)で決定された。殺生物剤を添加した後、各アリコートを連続的によく混合し(熱的に制御したインキュベーター中)、試験の間30℃に維持した。
未処理のアリコートと処理されたアリコートを、瓶とAPI瓶が黒色になったかどうか(SRBの正の増殖を示す)を見るため、並びにPRD瓶が黄色になったかどうか(APBの存在を示す)及び/又は濁ったかどうか(GHBの存在を示す)を見るための7日間のチェックの後に検査した。最も高い希釈での色の変化は、対数量の微生物の存在を示唆している。
結果は表1に示されており、この中で総数は、示されているように対数値で表されている。1,000ppmのレベルのSNMDTCでは、SRB又はAPB/GHBのいずれの濃度においても有意な減少は見られなかった。しかし、10,000ppmの濃度のSNMDTCでは、SRBの細菌濃度は8日間で2対数値減少し、APBの濃度は1対数値減少した。しかし、N−メチルジチオカルバミン酸(SNMDTC)とジメチルジチオカルバミン酸カリウム(SNMDTC)との間には相乗効果が観察された。SNMDTC:PDMDTCが90:10の比率の1,000ppmでは、SNMDTC単独よりも1対数値多くSRB濃度が減少し、SNMDTC:SNMDTCが80:20の比率ではSNMDTC単独よりも3対数値多くSRB濃度が減少した。
更に、殺生物剤1,000ppmでは、SNMDTC単独ではAPB又はGHBに対して有意な効果がなかったものの、90:10の比率のSNMDTC:PDMDTCで、APB/GHBに対して2対数値の減少が観察された。
殺生物剤10,000ppmでは、殺生物剤の濃度によっていずれも著しい相乗効果が圧倒し、全て1ミリリットル当たり10個の微生物未満の細菌濃度であった。
Figure 0006596068
実施例5
この実施例の目的は、摩擦低減剤と本発明のものに含まれる様々な殺生物剤とを用いた適合性試験を行うことであった。「FR−516」と称される摩擦低減剤を、BSN−85(PDMDTC)、BSN−1020A(二硫化炭素から製造したSNMDTC)、BSN−1020B(高pHのSNMDTC)、BSN−1058(3,5−ジメチルテトラヒドロ−1,3,5,2H−チアジアジン−2−チオンの中間工程を経由して二硫化炭素から製造したSNMDTC)と称される殺生物剤最大1000ppmと、希釈NaOH(pH=12)と、水道水との存在下、0.5gptの添加量で、フローループ試験装置で評価した。試験試料には、特定の添加量で摩擦低減剤に対して何らかの悪影響が存在するかどうかを決定するために、試験試料を3回に分けて合計1000ppmまでフリクションループに添加した。フローループ分析は、180,000〜190,000の範囲のレイノルズ数で、直径1/2インチの管を24ガロン毎分で通して行った。試験は水道水中で行われた。
フローループ結果に基づいて、上の殺生物剤及び試料はアニオン性摩擦低減剤FR−516と相性が良いと結論付けられた。FR−516はampsモノマーを含まない淡水〜中程度の塩水のFRである。未処理の対照では低減率が全体で28.4%減少した一方で、製品BSN−1020B及びBSN−1058では13分後に摩擦低減率が全体でそれぞれ28.2%及び28.6%減少し、これらが最も高い適合性を示した。
この研究では、フローループは180,000〜190,000のレイノルズ数となるように流速24gpmで運転された。ベースラインプロファイルは殺生物剤なしの0.5gptのFR−516で設定された。この方法では、フローループはベースライン圧力を設定するために、FR−516を添加する前に1分間24gpmで運転された。1分の時点で0.5gptのFR−516を添加し、更に12分試験を続けた。殺生物剤を含む試験では、ベースラインに100ppmの殺生物剤が添加され、1分間ポンプ圧送された。FR−516は1分の時点で添加された。合計で1000ppmの殺生物剤となるように、3分の時点で400ppmの殺生物剤が追加的に添加され、5分の時点で500ppmの殺生物剤が追加的に添加された。試験は合計で13分間続けられた。試験は1/2インチのOD管を通して行われた。
BSN−1020B及びBSN−1058で処理した試料対対照試料では本質的に差はみられなかった。13分の試験時間の後、BSN−85は全体としての低減率の減少が30.2%と最も高い不適合性を示し、BSN−1020Aは全体としての低減率の減少が29.5%であった。BSN−85は、得られた最大低減率対未処理の対照で1%の減少と、最大低減率の最も多い減少も示した。試験結果に基づくと、特に未処理の対照と比べた場合、全体としての減少はポンプ運転に有意であるとはみなされない。
FR−516は、溶液中の二価カチオンの存在及び濃度に応じて最大40,000mg/LのTDSの塩水の中で機能することができる、安定な淡水〜中程度の塩水のアニオン系摩擦低減剤である。Broussardの水道水中では、殺生物剤なしの添加量0.5gptで、FR−516は57.0%の最大低減率を達成した。フローループ試験のベースラインにおいて、100ppmの殺生物剤の存在下では、得られた最大低減率は全て56%以上であり、いずれの殺生物剤も摩擦低減剤のインバージョンを遅らせないようである。最大低減率の減少が最も大きかったのはBSN−85の存在下であり、13分後の低減率の減少が最も大きいのもBSN−85の存在下であった。得られた全体の最大低減率から30.2%の総減少率であった。減少は対照より1.8%多いのみであり、試験の実験誤差の範囲内である可能性がある。そして、全体としての低減率の減少が大きいことは、対照の高いレベルの低下から示唆されるように、殺生物剤ではなく高いせん断速度によるものである可能性が最も高い。全体としてBSN−1020BとBSN−1058は対照の試料とほぼ同じ性能を有し、最も高い適合性を示した。希釈NaOH及び水道水を混ぜた試料でも対照試料と同様の結果が得られ、これは高いpHがFRの急速な加水分解の原因となる場合があり、その結果摩擦低減率が向上することの証拠となる。得られた低減率のまとめは下の表2に示されている。
Figure 0006596068
実施例6
実施例5で述べられたのと同じ一般的試験手順に従って、FR−516、ベースラインに100ppm添加、3分の時点で400ppm添加、及び5分の時点で500ppm添加、を用いて試験することによって、SNMDCとPDMDTCとの組み合わせを、これらの摩擦低減に対する影響について評価した。
具体的には、80%のSNMDC(BSN−1058)と、20%のPDMDTC(BSN−85)との組み合わせをブレンドして、XP15−3055と称される製品を形成した。摩擦低減試験の結果は下の表3に示されている。図4にはデータがグラフで示されている。
この殺生物剤のブレンド物についての結論は、対照と比較して全ての殺生物剤で実際に摩擦低減率の改善が見られることである。これらの殺生物剤の高いpHが摩擦低減ポリマーの加水分解を促進させた可能性がある。
Figure 0006596068
量、濃度、又は他の値若しくはパラメーターが、範囲、好ましい範囲、又は高い方の好ましい値と低い方の好ましい値の列挙として与えられている場合には、範囲が別々に開示されているかどうかに関わらず、これは、あらゆる高い方の範囲の限界又は好ましい値と、あらゆる低い方の範囲の限界又は好ましい値のあらゆる対から形成される全ての範囲を具体的に開示しているとして理解されるべきである。本明細書で数値範囲が列挙されている場所では、特段の記載がない限り、範囲にこれらの端点、及び全ての整数、及びその範囲内の一部が含められることが意図されている。範囲を定義する際に、列挙されている具体的な値に本発明の範囲を限定することは意図されていない。
本発明の他の実施形態は、本明細書の考察から、及び本明細書に開示した本発明の実施から、当業者に明白になるであろう。本明細書及び実施例は例示にすぎないとみなされることが意図されており、本発明の真の範囲及び趣旨は以降の請求項及びその均等物によって示される。

Claims (20)

  1. (a)微生物の抑制に有効な量の(i)モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)若しくはMMDTCの塩及び(ii)ジメチルジチオカルバメート(DMDTC)若しくはDMDTCの塩を、含む組合せ、並びに(b)ポリマー、を含む組成物。
  2. 前記ポリマーが、ガラクトマンナンポリマー、誘導体化ガラクトマンナンポリマー、デンプン、キサンタンガム、ヒドロキシセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリグリコサン、カルボキシアルキルエーテル、ポリビニルアルコールポリマー、ビニルアルコールと酢酸ビニルとのコポリマー、並びに、ビニルピロリドン、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アクリル酸、及びアクリルアミドからなる群から選択される1種以上のモノマーを含む重合反応の生成物であるポリマー、からなる群の1種以上から選択される、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記(i)及び/又は(ii)が、固体、エマルジョン、又は溶液として存在する、請求項1又は2に記載の組成物。
  4. 前記(i)及び/又は(ii)が、ナトリウム塩又はカリウム塩を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。
  5. 前記(i)が、モノメチルジチオカルバミン酸ナトリウムを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  6. 前記(i)が、モノメチルジチオカルバミン酸カリウムを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  7. 前記(i)が、モノメチルジチオカルバミン酸のナトリウム塩とカリウム塩との混合物を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  8. 前記(i)が、モノメチルジチオカルバミン酸ナトリウム、そして(ii)が、ジメチルジチオカルバミン酸カリウムを含む
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  9. 前記(i)が、モノメチルジチオカルバミン酸カリウム、そして(ii)が、ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウムを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  10. 前記組合せが、モノメチルジチオカルバミン酸のナトリウム塩又はカリウム塩(MMDTC)と、ジメチルジチオカルバミン酸のナトリウム塩又はカリウム塩(DMDTC)とを10:90〜95:5の重量比で含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  11. 前記組合せがモノメチルジチオカルバミン酸のナトリウム塩又はカリウム塩(MMDTC)と、ジメチルジチオカルバミン酸のナトリウム塩又はカリウム塩(DMDTC)とを70:30〜30:70の重量比で含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  12. 前記(i)及び(ii)が、細菌の増殖の抑制に相乗的に有効な量で存在する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物。
  13. 前記MMDTC及び/又はDMDTCよりも早く作用する追加的な殺微生物剤を更に含有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載の組成物。
  14. 前記組成物が、油、塩、架橋剤、追加的なポリマー、腐食防止剤及び可溶化剤、pH調整剤、金属キレート剤、金属錯化剤、酸化防止剤、湿潤剤、ポリマー安定化剤、粘土安定化剤、スケール防止剤及び可溶化剤、ワックス防止剤及び可溶化剤、アスファルテン析出防止剤、流水抑制剤、砂固結剤、プロパント、浸透性改良剤、粘弾性流体、気体、発泡剤、並びにこれらの混合物からなる群から選択される1種以上の添加剤を更に含有する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の組成物。
  15. 微生物抑制に有効な量の、(i)モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)若しくはその塩及び(ii)ジメチルジチオカルバメート(DMDTC)若しくはその塩を、
    又は、
    微生物抑制に有効な量の、(i)モノメチルジチオカルバミン酸ナトリウム及び(ii)ジメチルジチオカルバミン酸カリウムを、
    又は
    微生物の増殖の抑制に相乗的に有効な量の、(i)モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)若しくはその塩及び(ii)ジメチルジチオカルバメート(DMDTC)若しくはその塩を、
    又は、
    微生物の増殖の抑制に相乗的に有効な量の、(i)モノメチルジチオカルバミン酸ナトリウム及び(ii)ジメチルジチオカルバミン酸カリウムを、
    抑制すべき細菌と接触させることを含む、細菌汚染の抑制方法。
  16. a)1種以上の固体、液体、又は気体状の炭化水素を含む、地質学的に産出される物質;b)炭化水素鉱床;c)石油鉱床;d)炭化水素若しくは石油産出層;e)炭化水素若しくは石油含有産出物;f)掘削、水圧破砕、生産、刺激、及び/又は廃棄の作業を行う炭化水素若しくは石油採掘現場;g)パイプライン、モバイルタンカー搭載設備、貯蔵タンクを含む炭化水素若しくは石油の輸送設備又は貯蔵装置;及び/又は、h)精製設備、精製産出物、精製処理、精製装置、若しくはこれらの組み合わせ、並びに掘削、刺激、生産、水圧破砕、及び廃棄に関連する水及び流体;を含む注入領域に前記(i)及び(ii)を注入することを更に含む、請求項15に記載の方法。
  17. 目的の微生物を低減する、不活性化する、破壊する、又は取り除くのに十分な量で、()補給水若しくは流体、()リサイクル水若しくは流体、()フローバック水若しくは流体、()注入水若しくは流体、()随伴水若しくは流体、又は()油田において、掘削、刺激による呼び水、水圧破砕、原油生産、及び/又は原油生産物の廃棄作業においてみられる若しくは用いられる他の水若しくは流体、を含む注入領域に、前記(i)及び(ii)を注入することを含む、請求項15に記載の方法。
  18. 前記MMDTC及び/又はDMDTCと比較して相対的に速効性の殺生物剤若しくはグルタルアレデヒドを注入領域に注入し、その後前記(i)及び(ii)を注入することを更に含む、請求項16に記載の方法。
  19. 微生物抑制に有効な量の、(a)モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)若しくはその塩と、(b)ジメチルジチオカルバメート(DMDTC)若しくはその塩、
    又は
    微生物抑制に有効な量の、(a)モノメチルジチオカルバメート(MMDTC)若しくはその塩と、(b)ジメチルジチオカルバメート(DMDTC)若しくはその塩と(c)ポリマー、
    を含む組成物。
  20. (a)対(b)の重量比が80:20〜20:80であり、又は
    (a)対(b)の重量比が10:90〜95:5であり、
    (a)と(b)が細菌の抑制に相乗的に作用する、請求項19に記載の組成物。
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