Прогресс исследований в области экологически чистых весовых ингибиторов для разработки нефтяных месторождений

Разработка ингибиторов масштаба:

Ингибиторы чешуи ингибируют образование чешуи, нарушая один или несколько этапов процесса образования чешуи. В 1930-х годах природные ингибиторы полимерной чешуи, такие как лигнин и танин, использовались для предотвращения образования чешуи, но они страдали от нестабильной работы и требовали высоких доз. В 1950-х годах для усиления ингибирования чешуи природные ингибиторы полимерной чешуи постепенно заменялись неорганическими фосфатами, такими как триполифосфат натрия. В 1960-х годах были разработаны органические фосфаты, такие как аминотриметиленфосфорная кислота. Ингибиторы фосфатной чешуи обеспечивают отличное и стабильное ингибирование чешуи и долгое время доминировали в рейтинге ингибиторов чешуи. Однако ингибиторы фосфатной чешуи содержат большое количество фосфора, который может легко вызывать эвтрофикацию, серьезно повреждая водную среду и ставя под угрозу выживание и развитие человека. Поэтому в 1970-х годах были синтезированы ингибиторы полимерной чешуи гидролизованного полималевого ангидрида Они обеспечивают лучшую эффективность ингибирования накипи, но имеют более низкую устойчивость к кальцию. В 1990-х годах были разработаны ингибиторы накипи на основе сульфоновой кислоты с повышенной стабильностью и термостойкостью, такие как сополимер сульфоновой кислоты с АА-метакриловой кислотой. Поскольку традиционные ингибиторы накипи трудно разлагаются, люди постепенно осознали свою потенциальную угрозу для окружающей среды. В конце 20-го века были разработаны зеленые и экологически чистые ингибиторы накипи, такие как полиэпоксиянтарная кислота и полиаспарагиновая кислота. Эти не содержащие фосфора и азота, биоразлагаемые и безопасные для воды ингибиторы накипи долгое время были горячей точкой исследований в области ингибиторов накипи. В 2015 году был обнародован обязательный национальный стандарт GB 31570-2015 "Стандарт выбросов загрязнителей нефтеперерабатывающей промышленности", предусматривающий, что общее содержание фосфора в сбрасываемой воде не должно превышать 1,0 мг / л. Поэтому исследования ингибиторов накипи должны быть сосредоточены на сокращении выбросов фосфора в источнике и защите окружающей среды с целью разработки нетоксичных и незагрязняющих ингибиторов зеленой накипи.

Экологичные ингибиторы масштаба:

Разработанные в ответ на тенденцию построения экологически чистого общества, ингибиторы зеленой чешуи обладают такими преимуществами, как высокая эффективность ингибирования, биоразлагаемость и экологичность. В настоящее время наиболее распространенными ингибиторами зеленой чешуи, используемыми на нефтяных месторождениях, являются полиэпоксиянтарная кислота (PESA) и полиаспарагиновая кислота (PASP). Чтобы повысить эффективность этих двух ингибиторов зеленой чешуи на нефтяных месторождениях, многие исследователи недавно ввели в группы PESA и PASP с высокой электроотрицательностью, которая облегчает хелатирование с металлическими катионами, такими как Ca2 +, Mg2 + и Ba2 +, или повышает растворимость катионов металлов в растворе.

В таблице 1 обобщены несколько часто используемых функциональных групп для модификации PESA и PASP и их биоразлагаемости. 

2,1 Ингибитор полиэпоксиянтарной кислоты

Ингибитор отложений полиэпоксиянтарной кислоты (PESA) - это не содержащий фосфора и азота ингибитор зеленых отложений, разработанный в Соединенных Штатах в 1990-х годах. Он обладает отличной биоразлагаемостью и относительно хорошей приспособляемостью к окружающей среде, что делает его подходящим для водных сред с высокими концентрациями щелочей и металлов. Молекулы PESA содержат несколько карбоксильных групп, которые ионизируются при растворении с образованием карбоксильных анионов. В щелочных условиях эти карбоксильные анионы могут трансформировать цепную структуру молекулы ингибитора отложений из изогнутой в прямую, подвергая более отрицательно заряженным группам. Это облегчает им адсорбцию и запутывание в кристаллах отложений, деформируя их и изменяя их кристаллическую форму, тем самым препятствуя образованию отложений. Кроме того, карбоксильные группы могут образовывать хелаты с ионами кальция и магния для образования растворимых хелатов, повышая их растворимость и достигая ингибирования отложений отложений. Общий путь синтеза PESA заключается в следующем: малеиновый ангидрид гидролизуется в щелочных условиях для получения малеата натрия. Затем малеат натрия эпоксидируется в присутствии катализатора (вольфрамата натрия) и окислителя (перекиси водорода) для получения эпоксисукцината натрия. Наконец, эпоксисукцинат натрия полимеризуется в присутствии инициатора (гидроксида кальция) для образования полиэпоксиянтарной кислоты. PESA имеет хороший потенциал ингибирования масштаба, но его высокая термостойкость низкая и имеет пороговый эффект, который ограничивает диапазон его применения. Таким образом, исследования сосредоточены на PESA и направлены на расширение диапазона применения PESA, включая расширение применимой температуры и увеличение верхнего предела концентрации ионов. Чтобы повысить эффективность ингибирования масштаба PESA, исследователи разработали ряд производных полиэпоксиянтарной кислоты путем введения некоторых модифицированных групп. 

2.1.1 Введение модифицированных групп для повышения эффективности PESA 

(1) Введение -NH2 для повышения адсорбционной способности

(2) Введение -COOH для повышения способности к хелатации и искажению решетки

(3) Введение -CO-NH- для улучшения биодеградации, адсорбции и хелатации

2,2 Ингибитор отложений полиаспарагиновой кислоты

Ингибитор отложений полиаспарагиновой кислоты (PASP) также является ингибитором отложений зеленой накипи, который не загрязняет окружающую среду, нетоксичен, безвреден и легко биоразлагаем. PASP имеет структуры α- и β-типа, а также содержит карбоксильные группы. Карбоксильные группы ионизируются, образуя отрицательные ионы, которые хелатируются с ионами металлов, такими как Ca2 + и Mg2 +, тем самым повышая их растворимость и достигая ингибирования отложений. На рисунке 5 показан текущий путь синтеза PASP. Во-первых, синтезируется промежуточный полисукцинимид (PSI) с последующим щелочным гидролизом PSI для получения PSAP. В зависимости от сырья синтез PSI может быть выполнен с использованием L-аспарагиновой кислоты (L-Asp) в качестве реагента или с использованием малеинового ангидрида (MA) и солей аммония в качестве реагентов.

2.2.1 Внедрение модифицированных групп для повышения производительности PASP

(1) Введение -CO-NH- для усиления биодеградации, адсорбции и хелатации

(2) введение -SO3H для повышения сопротивления высокой температуры

(3) введение -OH для повышения адсорбционной способности

Проблемы и перспективы

В настоящее время многие ингибиторы зеленой чешуи продемонстрировали хорошую эффективность ингибирования чешуи, и даже уровень ингибирования чешуи может достигать 100%. Тем не менее, эти ингибиторы зеленой чешуи в основном нацелены на один тип чешуи, и исследования механизма ингибирования чешуи недостаточно глубоки. Кроме того, необходимо изучить контроль затрат и индустриализацию ингибиторов зеленой чешуи. Чтобы получить ингибитор нефтепромысловой чешуи, который является биоразлагаемым, зеленым, нетоксичным, экономичным и не представляет угрозы для окружающей среды и экосистемы, предстоит еще много работы:

(1) Исследование и разработка ингибиторов масштаба, подходящих для композитных шкал. Текущие ингибиторы зеленой шкалы могут только оказывать влияние ингибирования масштаба на определенный тип шкалы, но не могут показывать влияние ингибирования масштаба на нескольких шкалах одновременно.

(2) Исследование механизма ингибирования шкалы ингибиторов зеленой шкалы. Описание механизма ингибирования шкалы ингибиторов зеленой шкалы по-прежнему находится на качественном уровне, с небольшим количеством конкретных данных, подтверждающих его. В частности, исследование специфических синергетических эффектов механизмов ингибирования множественной шкалы еще более отсутствует в поддержке данных.

(3) Переработка и повторное использование ингибиторов зеленой чешуи. Чтобы сэкономить ресурсы и снизить стоимость разработки нефтяных месторождений, очень важно изучить переработку и повторное использование ингибиторов зеленой чешуи. Однако в настоящее время мало исследователей проводят углубленные исследования по этому вопросу.

(4) Индустриализация синтеза ингибиторов зеленого масштаба. Целью исследований и разработок является оптимизация маршрута синтеза, использование обильного, легкодоступного и недорогого сырья для синтеза, повышение урожайности, ускорение промышленного производства и обеспечение более быстрого применения ингибиторов зеленого масштаба для разработки нефтяных месторождений.