علم پلیمر در تولید نفت

دسته: مقالات منتشر شده در 20 بهمن 1400
نوشته شده توسط Admin بازدید: 1073

کاربرد علم پلیمر در تولید نفت

علم پلیمر بویژه سنتز، مشخصه یابی و خواص فیزیکوشیمیایی در محلول ها کاربرد گسترده ای در صنعت نفت دارد که از پلیمرها بعنوان اجزای سیالات یا افزودنی برای اصلاح مشکلات پیش رو در تولید نفت و یا افزایش هزینه هی تولید استفاده می کند. پلیمرها در تمام مراحل از حفاری گرفته تا تصفیه آب و نفت مورد استفاده قرار می گیرند. هدف از این مطالعه سنتز پلیمرها و خواص مربوط به آنها، توسعه مولکول های جدید با ساختارهای کنترل شده برای کاربردهای مختلف با داشتن یک یا چند هدف من جمله افزایش راندمان عملیاتی، کاهش هزینه ها و تفسیر مکانیسم های عمل است که می تواند به توسعه فناوری های جدید کمک کند. در بسیاری از موارد ارزیابی خواص فیزیکوشیمیایی یک پلیمر در محلول امکان ایجاد همبستگی مفید بین خواص و عملکرد آن در یک کاربرد خاص را فراهم می کند؛ علاوه بر اینکه بینشی در مورد مکانیسم های بالقوه در سیستم تولید مانند تثبیت آسفالتین ها را ارائه می دهد. گروه تحقیقاتی ما به بررسی علم پلیمر در صنعت نفت با تمرکز بر عملکردهایی من جمله ویسکوزیته، مهار تورم خاک رس، تشکیل کیک فیلتر، کاهش درگ، واگرایی، اصلاح کریستال های موم، تثبیت آسفالتین ها، امولسیون سازی، امولسیون زدایی، پاکسازی سیستم های جامدات آلوده به نفت و غیره پرداخته است.

 

صنعت نفت از بخش های مختلف بالادستی و پایین دستی، از اکتشاف گرفته تا تولید محصولات پتروشیمی تشکیل شده است. یکی از حوزه های بخش پتروشیمی شامل تولید مونومرها و پلیمرها می شود که در صنایع مختلف همچون خودِ صنعت نفت که طیف وسیعی از الیگومر/ پلیمر را استفاده می کند، کاربرد دارد. مواد پلیمری مورد استفاده در صنعت نفت را می توان به دو گروه طبقه بندی کرد:

1. پلیمرهای حالت جامد مانند مواد مهندسی

2. پلیمرهای محلول که بعنوان اجزای سیالات یا فرمول های افزودنی به کار می روند.

 

مواد مهندسی شامل مواردی است که بعنوان پلاستیک، الیاف و به طور کلی الاستومرها برای استفاده در سکوهای دریایی، ساخت خطوط لوله و سازه های شناور استفاده می شوند. در محلول، پلیمرها به سیالات یا فرمولاسیون ها اضافه می شوند تا خواص آنها را اصلاح کرده و در بسیاری از عملیات صنعت نفت مانند حفاری، سیمان کاری، تکمیل، تولید و تصفیه نفت و آب استفاده می شوند. پلیمرها، الیگومرها و به طور کلی ماکرومولکول های مختلف برای کارایی آنها در عملکردهای خاص مورد ارزیابی قرار گرفته اند. توسعه یک افزودنی پلیمری با عملکرد خاص اساسآ علاوه بر آزمایشات کاربردی مستلزم سنتز، مشخصه یابی و ارزیابی خواص آن (فیزیکی، شیمیایی یا فیزیکوشیمیایی) است. با توجه به نتایج حاصل از سنتز و خواص کوپلیمرها و همچنین مطالعۀ خواص فیزیکوشیمیایی و رفتار رابط آنها، گروه تحقیقاتی ما به توسعه پلیمرهای جدید برای استفاده در محلول در صنعت نفت اختصاص دارد. این نوع تحقیقات نه تنها به دانش علم پلیمر، بلکه در عملیاتی که از پلیمرها استفاده می کنند نیز ضرورت دارند. به همین منظور، مشارکت با محققان شرکت نفت برزیل (PETROBRAS) یک گام مهم در آموزش تیم تحقیقاتی دانشگاه ما در این زمینه بوده است. دانش کسب شده از عملیات نفتی همراه با آموزش عملی و فناوری ارائه شده توسط مؤسسه ملکرومولکول ها، امکان تمرکز بر ماکرومولکول های اعمال شده در بخش نفت و گاز در دوره های تحصیلات تکمیلی علوم و فناوری پلیمر را فراهم کرده است.

 

این مقاله مراحل مختلف تولید نفت را که در آن از پلیمرها استفاده می شود، بررسی کرده و جزئیات بیشتری از حوزه های تحقیقاتی در حال توسعه و انتشار توسط گروه تحقیقاتی ما در مورد ماکرومولکول ها و کلوئیدها در صنعت نفت مؤسسۀ ماکرومولکول های دانشگاه فدرال ریودوژانیرو را ارائه می دهد. همچنین در اینجا برخی از نتایج منتشر نشدۀ اخیر نیز ارائه شده است. ما تولید نفت را در مراحل حفاری، سیمان کاری، تکمیل، تولید- واگرایی- تحریک چاه (تکنیک های اسیدی و شکاف)- کنترل هیدرات ها- بازیافت نفت، تصفیه نفت، تصفیه سیستم های آلوده به نفت، و سازگاری افزودنی های پلیمری تفسیر می کنیم؛ در اینجا لازم به ذکر است که علیرغم اینکه تولید اکثر پلیمرها یک فرایند پتروشیمی است که کاربرد گسترده ای در سراسر جهان دارد، این مقاله به بررسی کاربرد علم پلیمر در تولید نفت می پردازد.

 

افزودنی های شیمیایی برای غلبه بر مشکلات عملیاتی مختلف مانند خوردگی، پوسته پوسته شدن، کف کردن، تشکیل امولسیون و غیره استفاده می شوند. با این حال کارایی افزودنی های شیمیایی که به صورت مجزا در آزمایشات عملکردی خاص آزمایش می شوند، ممکن است در حین آزمایش کوکتل مواد افزودنی در سیالات تولیدی بازتولید نشوند. اثرات هم افزایی زمانی رخ می دهد که از افزودنی های شیمیایی در صنعت نفت استفاده شود؛ چنین اثراتی می تواند عملکرد هر افزودنی را کاهش یا افزایش دهد و یا باعث ایجاد پسماند نامطلوب شود. آگاهی از این نوع اثربخشی زمینه را برای بهینه سازی مقدار هر افزودنی اضافه شده، جلوگیری از آسیب و کاهش تولید پسماند فراهم می کند. در میادین نفتی بالغ، تزریق آب دریا و یا تزریق مجدد آب تولید شده برای بازیافت ثانویه یک عمل متداول است که باعث افزایش مقدار مواد افزودنی مورد استفاده در عملیات تولید نفت می شود؛ دلیل آن این است که هم آب تزریقی و هم سیالات تولید شده با نسبت آب- روغن بالاتر به مقادیر قابل ملاحظه ای از مواد افزودنی در خط تولید نیاز دارند. در این مورد از بازدارنده های رسوب، دمولسیفایر ها و فلوکانت ها به طور همزمان استفاده می شود. اطلاعات زیادی از فعل و انفعالات این افزودنی ها همچون اثرات هم افزایی مخلوط افزودنی های شیمیایی به کار رفته در تولید نفت و در فرایند جداسازی نفت و آب در دسترس نیست. برای افزایش عملکرد جداسازی، ماده افزودنی شیمیایی مانند دمولسیفایرها و آنتی فوم ها قبل از ورود به جدا کننده، به داخل سیال تزریق می شوند. علاوه بر این، از بازدارنده های خوردگی نیز برای محافظت از سطوح فلزی لوله ها و مخازن استفاده می شود. هیچ اطلاعاتی از نقش این افزودنی ها در تشکیل امولسیون های پایدار یا حتی عملکرد دمولسیفایرها و آنتی فوم ها تحت تأثیر استفادۀ همزمان در دسترس نیست.

 

اثرات متقابل دمولسیفایر ها با آنتی فوم ها، بازدارنده های خوردگی و رسوب بر پایۀ امولسیون ها بررسی شده است. برای انجام این کار اقداماتی همچون اندازه گیری کشش سطحی، فشار لایه سطحی و پایداری امولسیون از طریق آزمایشات معمولی با استفاده از امولسیون های مصنوعی با نفت سفید بعنوان فاز نفتی انجام شده است. مشاهده شد که اثرات هم افزایی منفی از مخلوط دمولسیفایرها و بازدارنده های خوردگی به طور قابل توجهی پایداری امولسیون ها را افزایش می دهد. در مقابل، ترکیبی از آنتی فاگها و بازدارنده های رسوب پایداری این امولسیون ها را کمتر تحت تأثیر قرار دادند. در اینجا، ما تأثیر پایه های پلیمری بر روی اثرات هم افزایی برخی از افزودنی ها (دمولسیفایرها، فلوکانت ها و بازدارنده های رسوب) در مواد افزودنی در صنعت نفت را ارزیابی کردیم. بازهای پلیمری به کار رفته شامل یک کوپلیمر بلوکی از پلی (اتیلن اکسید- پروپیلن اکسید بتا) بعنوان پایۀ دمولسیفایر، یک پلی اکریل آمید بعنوان پایه فلوکانت و یک پلی (اکریلات سدیم) بعنوان پایه بازدارنده رسوب بودند. پس از مشخصه یابی فیزیکی پایه های پلیمری، آزمایشات عملکردی خاصی برای هر افزودنی به صورت مجزا و با مخلوط های دوتایی و سه تایی انجام دادیم. علاوه براین، آزمایشات وزن سنجی را برای ارزیابی حلالیت مواد افزودنی با استفاده از آب نفتی تولید شده به منظور تأیید تشکیل لجن انجام دادیم. در نتیجه، با توجه به تشکیل پسماند و همچنین عملکرد خاص هر افزودنی، پایه های پلیمری تا حدودی در بروز اثرات هم افزایی در افزودنی های تجاری نقش داشتند. این پایه های پلیمری باعث هم افزایی مثبت که در حضور فلوکانت و یا بازدارنده رسوب روی عملکرد دمولسیفایر رخ می دهد و همچنین، هم افزایی منفی شدند که به دلیل وجود دمولسیفایر و فلوکانت بر عملکرد بازدارندۀ رسوب رخ می دهد.