تقدم البحث في مثبطات النطاق الصديقة للبيئة لتطوير حقول النفط

تطوير مثبطات النطاق:

تمنع مثبطات المقياس تكوين المقياس عن طريق تعطيل خطوة واحدة أو أكثر في عملية تكوين المقياس. في الثلاثينيات من القرن الماضي ، تم استخدام مثبطات مقياس البوليمر الطبيعي مثل اللجنين والتانين لمنع تكوين المقياس ، لكنها عانت من الأداء غير المستقر وتطلبت جرعات عالية. في الخمسينيات من القرن الماضي ، لتعزيز تثبيط المقياس ، تم استبدال مثبطات مقياس البوليمر الطبيعي تدريجياً بالفوسفات غير العضوي ، مثل ثلاثي فوسفات الصوديوم. في الستينيات ، تم تطوير الفوسفات العضوي ، مثل حمض الفوسفوريك أمينوتريميثيلين. توفر مثبطات مقياس الفوسفات تثبيطًا ممتازًا ومستقرًا على نطاق واسع ، ولفترة طويلة سيطرت على تصنيفات مثبطات المقياس. ومع ذلك ، تحتوي مثبطات مقياس الفوسفات على كميات كبيرة من الفوسفور ، والتي يمكن أن تسبب بسهولة التخثث ، مما يؤدي إلى إلحاق أضرار جسيمة بالبيئة المائية ويعرض بقاء الإنسان ونموه للخطر. لذلك ، في السبعينيات ، تم تصنيع مثبطات مقياس البوليمر ، مثل أنهيدريد البوليماليك المتحلل بالماء. أنها توفر أداء تثبيط أفضل على نطاق ولكن لديها تحمل أقل للكالسيوم. في التسعينيات ، تم تطوير مثبطات المقياس القائمة على حمض السلفونيك مع تعزيز الاستقرار ومقاومة درجات الحرارة ، مثل بوليمر حمض السلفونيك بحمض الميثاكريليك AA. نظرًا لصعوبة تحلل مثبطات المقياس التقليدية ، أدرك الناس تدريجياً تهديدهم المحتمل للبيئة البيئية. في نهاية القرن العشرين ، تم تطوير مثبطات المقياس الخضراء والصديقة للبيئة ، مثل حمض البوليبوكسيسيسينيك وحمض البوليسبارتيك. لطالما كانت هذه المثبطات الخالية من الفوسفور والنيتروجين والقابلة للتحلل البيولوجي والمأمونة للمياه نقطة ساخنة للبحث في مجال مثبطات المقياس. في عام 2015 ، تم إصدار المعيار الوطني الإلزامي GB 31570-2015 ، "معيار انبعاثات الملوثات في صناعة تكرير البترول" ، الذي ينص على أن إجمالي محتوى الفوسفور في المياه المفرغة يجب ألا يتجاوز 1.0 مجم / لتر. لذلك ، يجب أن تركز أبحاث مثبطات المقياس على تقليل انبعاثات الفوسفور في المصدر وحماية البيئة البيئية ، بهدف تطوير مثبطات غير سامة وغير ملوثة على نطاق أخضر.

مثبطات مقياس صديقة للبيئة:

تم تطوير مثبطات المقياس الأخضر استجابةً لاتجاه بناء مجتمع صديق للبيئة ، وتوفر مزايا مثل كفاءة التثبيط على نطاق واسع ، وقابلية التحلل البيولوجي ، والود البيئي. حاليًا ، أكثر مثبطات المقياس الأخضر شيوعًا المستخدمة في حقول النفط هي حمض polyepoxysuccinic (PESA) وحمض polyaspartic (PASP). لتحسين فعالية هذين المثبطات ذات المقياس الأخضر في حقول النفط ، أدخل العديد من الباحثين مؤخرًا في مجموعات PESA و PASP ذات السالبية الكهربية العالية التي تسهل عملية إزالة معدن ثقيل مع الكاتيونات المعدنية مثل Ca2 + و Mg2 + و Ba2 + ، أو تزيد من قابلية ذوبان الكاتيونات المعدنية في المحلول.

يلخص الجدول 1 عدة مجموعات وظيفية شائعة الاستخدام لتعديل PESA و PASP وقابليتها للتحلل البيولوجي. 

2.1 مثبط مقياس حمض Polyepoxysuccinic

مثبط مقياس حمض polyepoxysuccinic (PESA) هو مثبط مقياس أخضر خالٍ من الفوسفور والنيتروجين تم تطويره في الولايات المتحدة في التسعينيات. يُظهر قابلية تحلل بيولوجي ممتازة وقدرة بيئية جيدة نسبيًا ، مما يجعله مناسبًا لبيئات المياه ذات التركيزات القلوية والمعدنية العالية. تحتوي جزيئات PESA على مجموعات كربوكسيل متعددة ، والتي تتأين عند الذوبان لإنتاج أنيونات كربوكسيل. في ظل الظروف القلوية ، يمكن لأنيونات الكربوكسيل هذه تحويل بنية سلسلة جزيء مثبط المقياس من منحني إلى مستقيم ، مما يؤدي إلى تعريض مجموعات أكثر سالبة الشحنة. هذا يسهل عليهم الامتزاز والتشابك في بلورات القشور ، مما يؤدي إلى تشويهها والتأثير على نموها أو تغيير شكلها البلوري ، وبالتالي تثبيط تكوين المقياس. علاوة على ذلك ، يمكن لمجموعات الكربوكسيل أن تتخلب مع أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم لتشكيل مخلبات قابلة للذوبان ، مما يزيد من قابليتها للذوبان ويحقق تثبيط المقياس. مسار التوليف العام لـ PESA هو كما يلي: يتم تحلل أنهيدريد المالئيك تحت ظروف قلوية لإنتاج ماليات الصوديوم. ثم ، يتم إيبوكسيد ماليات الصوديوم في وجود محفز (تنجستات الصوديوم) ومؤكسد (بيروكسيد الهيدروجين) لإنتاج إيبوكسي سوكسينات الصوديوم. أخيرًا ، يتم بلمرة إيبوكسي سوكسينات الصوديوم في وجود البادئ (هيدروكسيد الكالسيوم) لتكوين حمض بوليبوكسي سوكسينيك. تتمتع PESA بإمكانية تثبيط جيدة النطاق ، لكن مقاومتها لدرجة الحرارة العالية ضعيفة ولها تأثير عتبة ، مما يحد من نطاق تطبيقها. لذلك ، يركز البحث على PESA على توسيع نطاق تطبيق PESA ، بما في ذلك توسيع درجة الحرارة المطبقة وزيادة الحد الأعلى لتركيز الأيونات. من أجل تعزيز أداء تثبيط المقياس لـ PESA ، طور الباحثون سلسلة من مشتقات حمض polyepoxysuccinic من خلال إدخال بعض المجموعات المعدلة. 

2.1.1 إدخال مجموعات معدلة لتعزيز أداء PESA 

(1) مقدمة من -NH2 لتعزيز قدرة الامتزاز

(2) مقدمة من -COOH لتعزيز عملية إزالة معدن ثقيل وقدرة تشويه شعرية

(3) مقدمة من -CO-NH- لتعزيز التحلل البيولوجي ، والامتزاز والاستخلاب

2.2 مثبط مقياس حمض Polyaspartic

مثبط مقياس حمض Polyaspartic (PASP) هو أيضًا مثبط ذو مقياس أخضر غير ملوث وغير سام وغير ضار وقابل للتحلل بسهولة. يحتوي PASP على هياكل من النوع α- و ويحتوي أيضًا على مجموعات الكربوكسيل. تتأين مجموعات الكربوكسيل ، وتولد أيونات سالبة تتخلب بأيونات معدنية مثل Ca2 + و Mg2 + ، مما يزيد من قابليتها للذوبان ويحقق تثبيط المقياس. يوضح الشكل 5 مسار تخليق PASP الحالي. أولاً ، يتم تصنيع polysuccinimide الوسيط (PSI) ، متبوعًا بالتحلل المائي القلوي لـ PSI لإنتاج PSAP. اعتمادًا على المواد الخام ، يمكن إجراء تخليق PSI باستخدام حمض الأسبارتيك L (L-Asp) كمادة متفاعلة أو باستخدام أنهيدريد المالئيك (MA) وأملاح الأمونيوم كمواد متفاعلة.

2.2.1 إدخال مجموعات معدلة لتعزيز أداء PASP

(1) إدخال -CO-NH- لتعزيز التحلل البيولوجي والامتزاز والاستخلاب

(2) إدخال -SO3H لتعزيز مقاومة درجات الحرارة العالية

(3) إدخال -OH لتعزيز قدرة الامتزاز

المشاكل والآفاق

في الوقت الحالي ، أظهرت العديد من مثبطات المقياس الأخضر أداءً جيدًا لتثبيط المقياس ، وحتى معدل تثبيط المقياس يمكن أن يصل إلى 100 ٪. ومع ذلك ، فإن مثبطات المقياس الأخضر هذه تستهدف في الغالب نوعًا واحدًا من المقاييس ، كما أن البحث في آلية تثبيط المقياس ليس متعمقًا بدرجة كافية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب دراسة التحكم في التكلفة وتصنيع مثبطات المقياس الأخضر. من أجل الحصول على مثبط مقياس حقل نفط قابل للتحلل الحيوي ، أخضر ، غير سام ، اقتصادي ، ولا يشكل أي تهديد للبيئة والنظام البيئي ، لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به:

(1) البحث والتطوير لمثبطات المقياس المناسبة للمقاييس المركبة. يمكن لمثبطات المقياس الأخضر الحالية أن تمارس تأثيرات تثبيط المقياس فقط على نوع معين من المقاييس ، ولكن لا يمكنها إظهار تأثيرات تثبيط المقياس على مقاييس متعددة في نفس الوقت.

(2) البحث عن آلية تثبيط المقياس لمثبطات المقياس الأخضر. لا يزال وصف آلية تثبيط المقياس لمثبطات المقياس الأخضر على المستوى النوعي ، مع القليل من البيانات المحددة لدعمه. على وجه الخصوص ، فإن استكشاف التأثيرات التآزرية المحددة لآليات تثبيط المقاييس المتعددة يفتقر إلى دعم البيانات.

(3) إعادة تدوير وإعادة استخدام مثبطات المقياس الأخضر. من أجل توفير الموارد وتقليل تكلفة تطوير حقول النفط ، من الأهمية بمكان دراسة إعادة تدوير وإعادة استخدام مثبطات المقياس الأخضر. ومع ذلك ، يوجد حاليًا عدد قليل من الباحثين الذين يجرون أبحاثًا متعمقة حول هذه المسألة.

(4) تصنيع تخليق مثبطات المقياس الأخضر. الغرض من البحث والتطوير هو تحسين مسار التوليف ، واستخدام مواد خام وفيرة ومتاحة بسهولة ومنخفضة التكلفة للتوليف ، وتحسين العائد ، وتسريع الإنتاج الصناعي ، وتمكين مثبطات المقياس الأخضر ليتم تطبيقها على تطوير حقول النفط بسرعة أكبر.