Progressi nella ricerca sugli inibitori di scala eco-compatibili per lo sviluppo dei giacimenti petroliferi

Lo sviluppo di inibitori di scala:

Gli inibitori di incrostazioni inibiscono la formazione di incrostazioni interrompendo una o più fasi del processo di formazione di incrostazioni. Negli anni '30, gli inibitori di incrostazioni polimeriche naturali come la lignina e il tannino erano usati per prevenire la formazione di incrostazioni, ma soffrivano di prestazioni instabili e richiedevano alti dosaggi. Negli anni' 50, per migliorare la loro inibizione di incrostazioni, gli inibitori di incrostazioni polimeriche naturali furono gradualmente sostituiti da fosfati inorganici, come il tripolifosfato di sodio. Negli anni '60, furono sviluppati fosfati organici, come l'acido fosforico aminotrimetilenico di maleas. Gli inibitori di incrostazioni di fosfati offrono un'inibizione eccellente e stabile delle incrostazioni e per lungo tempo hanno dominato le classifiche degli inibitori di incrostazioni. Tuttavia, gli inibitori di incrostazioni di fosfati di fosfati di fosfati contengono grandi quantità di fosfati di fosfati, che possono facilmente causare l'eutrofisi, che possono causare eutrofizzazione, che possono causare eutrofizzazione, danneggiare l'eutrofi Offrono migliori prestazioni di inibizione della scala ma hanno una tolleranza inferiore per il calcio. Negli anni '90, sono stati sviluppati inibitori di scala a base di acido solfonico con maggiore stabilità e resistenza alla temperatura, come il copolimero di acido solfonico dell'acido AA-metacrilico. Poiché gli inibitori di scala tradizionali sono difficili da degradare, le persone si sono gradualmente rese conto della loro potenziale minaccia per l'ambiente ecologico. Alla fine del XX secolo, sono stati sviluppati inibitori di scala verdi ed ecologici, come l'acido poliossisuccinico e l'acido poliaspartico. Questi inibitori di scala senza fosforo e azoto, biodegradabili e sicuri per l'acqua sono stati a lungo un punto caldo di ricerca nel campo degli inibitori di scala. Nel 2015 è stato promulgato lo standard nazionale obbligatorio GB 31570-2015, "Petroleum Refining Industry Pollutant Emission Standard", che stabilisce che il contenuto totale di fosforo nell'acqua scaricata non deve superare 1,0 mg / L. Pertanto, la ricerca sugli inibitori di scala dovrebbe concentrarsi sulla riduzione delle emissioni di fosforo alla fonte e sulla protezione dell'ambiente ecologico, con l'obiettivo di sviluppare inibitori di scala verdi non tossici e non inquinanti.

Inibitori ecologici della scala:

Sviluppati in risposta alla tendenza di costruire una società rispettosa dell'ambiente, gli inibitori di scala verde offrono vantaggi come l'elevata efficienza di inibizione della scala, la biodegradabilità e il rispetto dell'ambiente. Attualmente, gli inibitori di scala verde più comuni utilizzati nei giacimenti petroliferi sono l'acido poliepossisuccinico (PESA) e l'acido poliaspartico (PASP). Per migliorare l'efficacia di questi due inibitori di scala verde nei giacimenti petroliferi, molti ricercatori hanno recentemente introdotto nei gruppi PESA e PASP un'elevata elettronegatività che facilita la chelazione con cationi metallici come Ca2 +, Mg2 + e Ba2 + o aumenta la solubilità dei cationi metallici in soluzione.

La tabella 1 riassume diversi gruppi funzionali comunemente usati per modificare PESA e PASP e la loro biodegradabilità. 

2,1 Inibitore della scala dell'acido poliepossisuccinico

L'inibitore di scala dell'acido poliepossisuccinico (PESA) è un inibitore di scala verde privo di fosforo e azoto sviluppato negli Stati Uniti negli anni '90. Presenta un'eccellente biodegradabilità e un'adattabilità ambientale relativamente buona, che lo rende adatto per ambienti acquatici con elevate concentrazioni di alcali e metalli. Le molecole PESA contengono più gruppi carbossilici, che si ionizzano alla dissoluzione per produrre anioni carbossilici. In condizioni alcaline, questi anioni carbossilici possono trasformare la struttura a catena della molecola dell'inibitore di scala da curva a diritta, esponendo gruppi più carichi negativamente. Ciò rende più facile per loro adsorbire e impigliarsi nei cristalli di scala, deformandoli e influenzando la loro crescita o cambiando la loro forma cristallina, inibendo così la formazione di scala. Inoltre, i gruppi carbossilici possono chelarsi con solubili di calcio e magnesio per formare ioni. La via di sintesi generale per PESA è la seguente: l'anidride maleica è idrolizzata in condizioni alcaline per produrre il maleato di sodio. Poi, il maleato di sodio è epossidico in presenza di un catalizzatore (tungstato di sodio) e di un ossidante (perossido di idrogeno) per produrre l'epossisuccinato di sodio. Infine, l'epossisuccinato di sodio è polimerizzato in presenza di un iniziatore (idrossido di calcio) per formare l'acido polyepoxysuccinic. PESA ha buon potenziale di inibizione della scala, ma la sua resistenza ad alta temperatura è scarsa ed ha un effetto di soglia, che limita la sua gamma di applicazione. Di conseguenza, il fuoco della ricerca su PESA è di ampliare la gamma di applicazione di PESA, compreso l'ampliamento della temperatura applicabile e l'aumento del limite superiore della concentrazione di derivazione di polyepoyepoyepoxysuccinic. Per migliorare la scala introducendo alcuni gruppi modificati di una serie dei gruppi di un acido di PESA dei ricercatori di PESA hanno sviluppato di una serie. 

2.1.1 Introduzione di gruppi modificati per migliorare le prestazioni PESA 

(1) Introduzione di -NH2 per migliorare la capacità di adsorbimento

(2) Introduzione di -COOH per migliorare la capacità di chelazione e di distorsione del reticolo

(3) Introduzione di -CO-NH- per migliorare la biodegradazione, l'adsorbimento e la chelazione

2,2 Inibitore delle incrostazioni dell'acido poliaspartico

L'inibitore di scala dell'acido poliaspartico (PASP) è anche un inibitore di scala verde che non è inquinante, non tossico, innocuo e facilmente biodegradabile. Il PASP ha strutture di tipo α- e β e contiene anche gruppi carbossilici. I gruppi carbossilici si ionizzano, generando ioni negativi che chelano con ioni metallici come Ca2 + e Mg2 +, aumentando così la loro solubilità e ottenendo l'inibizione della scala. La figura 5 mostra l'attuale via di sintesi del PASP. In primo luogo, viene sintetizzata la polisaccinimide intermedia (PSI), seguita dall'idrolisi alcalina del PSI per produrre PSAP. A seconda delle materie prime, la sintesi del PSI può essere eseguita utilizzando acido L-aspartico (L-Asp) come reagente o utilizzando anidride maleica (MA) e sali di ammonio come reagenti.

2.2.1 Introduzione di gruppi modificati per migliorare le prestazioni PASP

(1) Introdurre -CO-NH- per migliorare la biodegradazione, l'adsorbimento e la chelazione

(2) introduzione -SO3H per migliorare la resistenza ad alta temperatura

(3) Introdurre -OH per migliorare la capacità di adsorbimento

Problemi e prospettive

Attualmente, molti inibitori della scala verde hanno mostrato buone prestazioni di inibizione della scala, e anche il tasso di inibizione della scala può raggiungere il 100%. Tuttavia, questi inibitori della scala verde sono per lo più mirati a un tipo di scala e la ricerca sul meccanismo di inibizione della scala non è abbastanza approfondita. Inoltre, il controllo dei costi e l'industrializzazione degli inibitori della scala verde devono essere studiati. Al fine di ottenere un inibitore della scala del giacimento di petrolio che sia biodegradabile, verde, non tossico, economico e non rappresenti alcuna minaccia per l'ambiente e l'ecosistema, c'è ancora molto lavoro da fare:

(1) Ricerca e sviluppo di inibitori di scala adatti a scale composite. Gli attuali inibitori di scala verde possono esercitare effetti di inibizione di scala solo su un certo tipo di scala, ma non possono mostrare effetti di inibizione di scala su più scale allo stesso tempo.

(2) Ricerca sul meccanismo di inibizione della scala degli inibitori della scala verde. La descrizione del meccanismo di inibizione della scala degli inibitori della scala verde è ancora a livello qualitativo, con pochi dati specifici a supporto. In particolare, l'esplorazione degli effetti sinergici specifici dei meccanismi di inibizione della scala multipla è ancora più carente di supporto dei dati.

(3) Riciclaggio e riutilizzo degli inibitori della scala verde. Al fine di risparmiare risorse e ridurre il costo dello sviluppo dei giacimenti petroliferi, è di grande importanza studiare il riciclaggio e il riutilizzo degli inibitori della scala verde. Tuttavia, attualmente ci sono pochi ricercatori che conducono ricerche approfondite su questo tema.

(4) Industrializzazione della sintesi di inibitori di scala verde. Lo scopo della ricerca e dello sviluppo è quello di ottimizzare il percorso di sintesi, utilizzare materie prime abbondanti, facilmente disponibili e a basso costo per la sintesi, migliorare la resa, accelerare la produzione industriale e consentire agli inibitori di scala verde di essere applicati allo sviluppo del giacimento di petrolio più rapidamente.