Núverandi alþjóðlegt landfræðilegt og efnahagslegt ástand er að breytast hratt og ósjálfstæði Kína af erlendri olíu og gasi er enn mikil. Árið 2023 náði ósjálfstæði á erlendri hráolíu 71,2% og ósjálfstæði á erlendu jarðgasi 40,14%, sem ógnaði orkuöryggi þjóðarinnar og jafnvel þjóðaröryggi alvarlega. Um helmingur af olíu- og gasframleiðslu Kína kemur frá gömlum olíusvæðum. Með takmörkuðum sannreyndum forða eru nýtingarmöguleikar á þessum gömlu olíusvæðum orðin þægilegasta og fljótlegasta leiðin til að auka framleiðslu.
Eins og er er endurheimtarhlutfall innlendra þroskaðra olíusvæða almennt lágt. Sem dæmi má nefna að endurheimtarhlutfall Daqing Oilfield og Yumen Oilfield er bæði undir 50%, en sum fullþroskuð olíusvæði erlendis eru með endurheimtarhlutfall um 70%. Það eru talsverðir möguleikar á að nýta enn frekar innlend þroskað olíusvæði, þar sem myndanir með háan-hita og mikla-seltu eru 10%. Eftir því sem þróunin heldur áfram mun þetta hlutfall aukast smám saman. Þess vegna er skilvirk og samþætt tækni til að bæta endurheimtarhlutfall orðin meginstefna tækninýjunga og lykiláherslusvið.
Til að takast á við vandamál eins og hátt vatnsinnihald og misleitni lónsins í fullþroskuðum olíusvæðum, hafa vísindamenn bæði innanlands og erlendis þróað næstum hundrað tegundir af prófílstýringarefnum í átta flokkum. Þetta felur aðallega í sér -gerð ólífræna saltprófílstýringarmiðla, agnaprófílstýringarmiðla, froðusniðsstýringarefni, bleyta-breytandi prófílstýringarefni, plastefnisprófílstýringarefni, örverusniðsstýringarefni, sementsprófílstýringarefni og fjölliða hlaupsniðsstýringarefni. Fjölliða hlaupprófílstýringarmiðlar geta stjórnað hlauptíma og hlaupstyrk á sama tíma og þeir eru tiltölulega lágir í kostnaði, sem gerir þau að mest notuðu og efnilegu prófílstýringunni og vatns-blokkunartækninni í dag. Þegar fjölliða hlaupsniðsstýringarmiðlar fara inn í lónið, komast þau helst í gegnum há-gegndræpissvæði, þar sem lausnin umbreytist í fjölliðahlaup með mikilli-seigju sem blokkar stórar svitaholur og - gegndræpi svæði, dregur úr misleitni lónsins og eykur sóprúmmálið.
Með stöðugri þróun olíuiðnaðarins eykst flókið myndanir og kröfur um prófílstýringu og vatns-blokkunartækni verða sífellt meiri. Núverandi fenól-formaldehýð plastefni og króm-undirstaða þverbindandi fjölliða hlaupkerfi eru í vaxandi mæli ófær um að mæta þörfum há-hita og mikillar-seltumyndunar. Þegar hitastig myndunar hækkar styttist hlaupunartími fjölliða hlaupkerfa, sem leiðir til þess að fjölliða hlaupin geta ekki farið í gegnum djúpar myndanir og dregur verulega úr-stjórnunarvirkni vatns. Þegar myndun hitastig er of hátt, rofna efnatengi milli fjölliða sameinda og þverbindiefna auðveldlega, sem leiðir til veiklaðrar hlaupstyrks og bilunar í að loka fyrir há-gegndræpissvæði. Þessi grein, með rannsókn á miklu magni innlendra og alþjóðlegra bókmennta, dregur kerfisbundið saman rannsóknarstofurannsóknir og framfarir á notkun fjölliða hlaupkerfa fyrir háan-hita, mikla-seltu og flóknar myndanir.
1 breytt pólýakrýlamíð hlaupkerfi
Vegna sífellt flóknara myndunarumhverfis, sérstaklega í há-hita- og-seltumyndunum (hitastig > 90 gráður, selta > 50.000 mg/L), brotna hefðbundin fjölliðugel, eins og pólýakrýlamíð (PAM) hlaupkerfi og xantangúmmí, oft niður fljótt eða brjóta fleyti.
Vísindamenn heima og erlendis hafa bætt hitastig og saltþol pólýakrýlamíðfjölliða með því að kynna einliða eins og 2-akrýlamídó-2-metýlprópansúlfónsýru (AMPS), vínýlsúlfónsýru, stýrensúlfónat, vínýlpýrrólídón, vínýlalkóhól, dímetýlsíloxan, og metýlmetakrýlhitahópa við hitastigshópa og metýlmetakrýlefni. pólýakrýlamíð fjölliða sameindir í gegnum samfjölliðun ágræðslu.
Dong Shuyang og aðrir notuðu pólývínýlalkóhól (PVA), krossbindiefni, akrýlamíð og AMPS sem hráefni til að útbúa þrívíddarnet-breytt pólýakrýlamíð fjölliða, sem smíðaði stjórnkerfi fyrir hlaupfjölliðuprófíl með því að nota saltvatnið frá Tahe-olíusvæðinu (Tarim Basin, Norðvestur Kína) sem leysi. Innan ákveðins sviðs, aukið AMPS innihald bætir súlfónsýruhópum við AMPS sameindakeðjuna, sem myndar rafstöðueiginleika fráhrindingu. Hins vegar, vegna þess að súlfónsýruhóparnir skapa einnig steríska hindrun, hindra þeir fjölliðunarviðbrögð sindurefna milli einliða, sem hafa áhrif á styrk hins breytta pólýakrýlamíðhlaups. Þegar AMPS innihaldið nær 5%, nær breytta pólýakrýlamíð hlaupið hámarks hlaupstyrk, sem getur náð gráðu I við háan hita (130 gráður) og mikla seltu (2,1×10⁵ mg/L).
Til að bæta stöðugleika AM/AMPS hlaupkerfisins, bættu Liao Yuemin og fleiri vatnssæknum PA trefjum stöðugleika við AM/AMPS fjölliða hlaupkerfið, sem eykur þéttleika hlaupkerfisins. Þetta jók aftur á móti vökvasöfnunargetu fjölliðahlaupsins og lengdi stöðugleikatíma þess við háan-hita. Við aðstæður upp á 140 gráður og selta 22×10⁴ mg/L fór hlauptími þessa breytta pólýakrýlamíð hlaupkerfis yfir 15 klukkustundir, 120-daga þurrkunarhraði var undir 2%, hlaupstyrkur hélst í G-gráðu, vatns{11}}blokkunarhraði náði yfir 99,06% olíublokkun og var minna en 06% olíustíflu. sýna fram á framúrskarandi möguleika fyrir vettvangsumsóknir.
Til að seinka hlauptíma AM/AMPS hlaupkerfisins, kynntu Pu Wanfen og fleiri N-vinýlpýrrólídón (NVP) og vatnsfælin einliða DHT (inniheldur bensenhring og langa-keðju vatnsfælna hópa). Pýrrólídonhringurinn, bensenhringurinn og vatnsfælnir hópar með langa -keðju geta verulega aukið steríska hindrun fjölliða sameindakeðjanna og þar með seinkað hlaup. Við 120 gráðu skilyrði og seltu 36,5×10⁴ mg/L getur stækkunin seinkað um 3 d.
2 Silica Polymer Gel System
Til að bæta enn frekar hitastig og saltþol fjölliðahlaupkerfa hafa sumir vísindamenn lagt til að nanó-ólífrænar agnir, svo sem nanó-kísil, séu innleiddar í fjölliðahlaupkerfi. Liu o.fl. búið til endurbætt fjölliða hlaupkerfi með því að nota að hluta vatnsrofið pólýakrýlamíð (HPAM), hýdrókínón (HQ), hexametýlentetramín (HMTA) og nanó-kísil sem hráefni. Rannsókn þeirra leiddi í ljós að það að bæta við nanó-kísil getur stytt hlaupunartímann verulega og bætt hlaupstyrk, mýkt og seigju. Með því að bæta nanó-kísil við kerfið jókst hámarkshitaþol hlaupkerfisins úr 137,8 gráðum í 155,5 gráður. Sílanólhóparnir á nanó-kísilsameindunum mynda vetnistengi við amínó-, hýdroxýl- og aðra skautaða hópa á fjölliðasameindunum, þverbrotna-eðlisfræðilega við fjölliðasameindirnar, auka vatnsaflsradíus fjölliðakeðjanna og auka getu kerfisins til að breyta lausu vatni í bundið vatn.
Fyrir vikið verður þrívíddar netkerfi fjölliða sameindanna þéttari og stöðugri, svitaholastærðin minnkar, kvoðastyrkurinn eykst og hitaþolið batnar. Hins vegar, ef styrkur nanó-kísilagna er of hár, gætu kísilsameindirnar farið í gegnum of mikla kross-tengingu eða sjálf-samloðun, sem getur veikt hlaupstyrk fjölliða hlaupkerfisins eða jafnvel komið í veg fyrir hlaupmyndun. Að auki styttist hlaupunartíminn með auknum styrk nanó-kísils, sem leiðir til styttri fjölliða flæðisleiða, minni þekju og verulega minni stíflunarvirkni. Fadil o.fl. smíðað HPAM/Cr³⁺ nanó-kísilgel-tengistillingarkerfi með því að nota HPAM, krómasetat og nanó-kísilagnir. Í þessu kerfi minnkaði hlauptíminn með hækkandi hitastigi og styrk nanó-kísilagna. Þegar massahlutfall nanó-kísils var 3%, var hlauptíminn 9 klukkustundir og kvoðustyrkur í gráðu H, en eftir 25 klukkustundir lækkaði kvoðustyrkur úr gráðu H í gráðu G. Þess vegna, þegar nanó-kísil er notað sem hitastig-stöðugleikaefni í fjölliðahlaupkerfum, ætti því að bæta því við í viðeigandi magni.
3 Slow Cross-tengd Polymer Gel Systems
3.1 Metal Króm-undirstaða Slow Cross-tengd Polymer Gel Systems
Þverbindiefni sem byggir á málmkróm-eru einn algengasti hlaup-blokkandi þvertengillinn. Meðal þeirra er þvertengingarhvarfshraði milli Cr³ þverbindara og HPAM hár og erfitt að stjórna. Til að bregðast við ofangreindum málum hafa vísindamenn hér heima og erlendis aðallega lagt til tvær lausnir.
3.1.1 Notkun Redox-kerfis
Cr⁶ er óvirkt í víxl-viðbrögðum við HPAM. Með því að bæta við afoxunarefni er Cr⁶ minnkað í Cr³ og með því að stilla magn afoxunarefnisins er hægt að stjórna hlaupunartímanum. Eins og er, hefur verið sýnt fram á að natríumsúlfít og þíúrea eru mjög áhrifarík sem afoxunarefni. Dai Caili og aðrir smíðuðu hægt og rólega þvertengingu krómgelkerfis með því að nota HPAM, natríumdíkrómat og lífræna afoxunarefnið thiourea. Vegna þess að thiourea hefur veika afoxunargetu nær hlaupunartíminn 8-10 dagar. Innan ákveðins styrkleikabils, eftir því sem massahlutum kross-tengilsins og thiourea minnkar, lengist hlaupunartími krómhlaupkerfisins og styrkurinn eykst. Umfram thiourea flýtir fyrir minnkun Cr⁶ í Cr³ og flýtir fyrir krosstengingu HPAM inn í netkerfi og styttir þar með hlauptímann. Ofgnótt kross-tengdrar leiðir til of-krosstenginga-, sem veldur staðbundinni þurrkun og samdrætti í kross-tengda kerfinu, truflar samfellu hlaupnetsins og dregur úr styrkleika. Liu Wenjing og fleiri þróuðu hægt víxl-gelkerfi með því að nota HPAM, kross-kalíumdíkrómat, afoxunarefnið natríumsúlfít og veikburða afoxunarefnið súlfíð (HN). Eftir að HN var bætt við lengdist hlaupunartíminn úr 5 klukkustundum í 17 klukkustundir. Kerfið sýnir framúrskarandi hita- og saltþol, góðan hitastöðugleika og hentar til vatns-blokkunar og prófílstýringar í olíugeymum með steinefnafall undir 50 g/L og hitastig 50–90 gráður.
3.1.2 Kynning á fléttuefni
Klóbindandi efni eru kynnt til að keppa við HPAM um samhæfingu og skiptingu krómjóna til að stjórna hlaupunartímanum. Lífrænar sýrur með karboxýlhópa og lágan hlutfallslegan mólmassa eru almennt notaðar sem klóbindandi efni, svo sem ediksýra, própíónsýra, malónsýra, mjólkursýra og salisýlsýra. Albonio og Bartosek notuðu klóbindandi efni eins og glýkólsýru, salisýlsýru, malónsýru og ediksýru og komust að því að glýkólsýra, salisýlsýra og malónsýra hafa betri getu til að seinka hlaup í hlaupkerfinu en ediksýra, þar sem hlauptíminn er 12-33 sinnum lengri en ediksýrukerfið. Gao Zhiyong og fleiri mynduðu hæg-hlaupandi þverbindiefni með því að nota há-gildar málmjónir og lífrænar sýrur og náðu að stilla hlauptíma á milli 1–15 daga.
3.2 PEI Hægt krossbundið fjölliða hlaupkerfi
Hitaþol málmkróms-sem byggir á hægt þver-fjölliðahlaupkerfum fer ekki yfir 90 gráður. Í háum-hita, mikilli-steinefnamyndun styttist hlaupunartíminn eða víxl-tenging gæti ekki átt sér stað, sem leiðir til þess að hlaupkerfið geti ekki komist djúpt inn í myndunina. Pólýetýlenímín (skammstafað sem PEI) er umhverfisvæn fjölliða með litla-eiturhrif. Sameindabygging þess inniheldur mikinn fjölda frum-, auka- og háskóla amínhópa, sem hafa mjög mikla efnafræðilega hvarfvirkni, sem gerir hana að katjónísku lífrænu fjölliðunni með hæsta þekkta hleðsluþéttleika.
Vegna sérstakrar sameindabyggingar þess nota sumir vísindamenn PEI sem þvertengingarefni fyrir HPAM og afleiður þess við prófílstýringu og vatnslokunarnotkun í olíulindum. PEI krosstengingar við amíðhópa HPAM í gegnum kjarnasækin skiptihvörf, myndar prófílstýringargelkerfi sem venjulega er notað í miðlungs- til lágt-hitastig (40–80 gráður). Jia Hu og aðrir greindu kerfisbundið hlaupunarkerfi PAM/PEI hlaupkerfisins við miðlungs- til lágt-hitastig (40–60 gráður) og stíflandi áhrif þess á hola kjarna. Hægt er að stjórna hlaupunartímanum á milli 15 klukkustunda og 9 daga, verulega lengri en hefðbundinna málmjónahlaupkerfa.
Hins vegar er krosstengingarferlið PEI með PAM nokkuð viðkvæmt fyrir hitastigi; því hærra sem hitastigið er, því styttri er þvertengingartíminn. Eins og er, eru aðferðir til að seinka hlaup í háum-hitamyndunum aðallega að stilla pH kerfisins, innleiða málmjónir og innlima stóra hliðar-keðjuhópa.
3.2.1 Stilling pH til að seinka hlaup
Polyethyleneimine (PEI) molecules contain a large number of positively charged imine groups, making them inherently basic substances. Zou Zhou's research found that under acidic conditions, the presence of H+ leads to the protonation of the positively charged PEI molecules, preventing the PAM/PEI gel system from gelling. Qin Yi and colleagues discovered that the gelling time of the PAM/PEI gel system is 15 minutes at 130°C under weakly alkaline conditions (pH=9), whereas under neutral conditions, the gelling time can be delayed up to 30 minutes. Mohammed and others systematically analyzed the effect of pH on the gelling of the HPAM/PEI gel system at 70–90°C by establishing a mathematical model. The results showed that the gel system gels fastest and most stably at pH=10.5; in strongly alkaline environments (pH>10,5), því hærra sem pH er, því lengri hlauptími og lægri seigja hlaupkerfisins, og það gæti jafnvel mistekist að hlaupa.
3.2.2 Að kynna málmjónir fyrir hæga hlaupun
Vegna þess að málmjónir (Na, K, Ca²⁺, o.s.frv.) geta varið hleðslur á PEI sameindum, geta þær dregið úr hvarfvirkni þess og virkað sem hamlar við þvertengingu. Málmsölt eins og NaCl og Na₂CO₃ hafa verið notuð sem töfrar á sviði. Li Qiang og aðrir notuðu cetýltrímetýlammoníum-breytt SiO₂ sem styrkingarefni til að smíða nanó SiO₂/pólýakrýlamíð (HPAM)/pólýetýlenimín (PEI) hlaupkerfi. Þegar NaCl styrkurinn jókst úr 0 mg/L í 1,0×10⁵ mg/L seinkar hlauptímanum úr 3 klukkustundum í 5 daga, en hlaupstyrkurinn minnkaði úr gráðu I í G-gráðu.
3.2.3 Að kynna stóra hliðar-keðjuhópa til að seinka hlaup
Stórir hliðarkeðjuhópar (eins og súlfónathópar) geta aukið steríska hindrun fjölliða sameindakeðja, sem getur bæði aukið salt- og hitaþol fjölliðunnar og seinkað hlauptíma. Lü Junxian og fleiri notuðu akrýlamíð og 2-akrýlamídó-2-metýlprópansúlfónsýru sem einliða, asódíísóbútýramídín hýdróklóríð sem upphafsefni og pólýetýlenimín og N,N'-metýlenbisakrýlamíð sem þverbindiefni. Með því að sameina sindurefnafjölliðun með fjölliða þvertengingu, þróuðu þeir háhita-seinkað þvertengingarfjölliðatöppunarefni, PM-1, sem hefur kosti eins og mikinn hlaupstyrk og stjórnanlegan hlauptíma við háan hita. Í PM-1 stingaefniskerfinu getur aukið innihald súlfónsýruhópa bætt hitaþol hlaupkerfisins og seinkað hlaupunartímanum.
Þrátt fyrir að PEI hafi mjög litla eiturhrif, framleiðir nýmyndunarferli þess mikið magn af mengun. Núverandi algenga nýmyndunaraðferðin notar etanólamín sem upphafsefni, þar sem milliafurðin er mjög eitrað aziridín, og framleiðsluferlið myndar mikið magn af súru og basísku afrennsli, sem veldur verulegum umhverfisspjöllum. Þýska fyrirtækið BASF þróaði aðferð til að undirbúa PEI með fjölþéttingu á etanólamíni eða etýlenglýkóli með etýlendiamíni, sem framleiðir ekki aziridín sem milliefni. Hins vegar krefst þessi viðbrögð umbreytingarmálmhvata, sem eykur kostnaðinn til muna, og þessi aðferð getur ekki stjórnað sameindabyggingu PEI, sem leiðir til óvissu og hugsanlega tekst ekki að fá markvöruna.
4 lífrænt-bundið tón-þéttingargelkerfi
Að skipta út hefðbundnum efnafræðilegum olíusvæðum fyrir umhverfisvæn efni á olíusvæði hefur orðið ein af þróuninni í framtíðinni. Kítósan (CS) er næst algengasta náttúrulega fjölliðan, framleidd með afasetýleringu kítíns. Það er línuleg fjölsykra með efnaheitið P-(1,4)-2-amínó-2-deoxý-D-glúkósa og sameindaformúluna (C₆HnNO₄)ₙ. Af sameindabyggingu kítósans má sjá að kítósan sameindakeðjan inniheldur mikinn fjölda hýdroxýl- og aðal amínóhópa, sem geta gengist undir viðbrögð eins og alkýleringu og asýleringu. Zhao Shicheng og aðrir notuðu #7 hvíta olíu sem olíufasa, akrýlamíð (AM) og AMPS sem hvarfgjarnar einliða, og CS sem krossbindandi efni til að búa til CS/P(AM-AMPS) örkúlur með öfugri örfleytiaðferð, með meðalkornastærð um 100 nm og hitaþol yfir 200 gráður. Yang Yang og aðrir notuðu CS, N,N'-metýlenbisakrýlamíð (MBA) og að hluta vatnsrofið pólýakrýlamíð (HPAM) sem hráefni til að útbúa lífrænt krossbundið kítósan hlaup stingaefni. Við aðstæður með 120 gráðu hita og 30.000 mg/L steinefnamyndun var hlauptíminn 16 klukkustundir og hlaupstyrkurinn 170 Pa. Innan pH-bilsins 3,2–5,6, þegar sýrustigið lækkaði, hægði á þvertengingarhvarfinu en hlaupstyrkurinn minnkaði.
Kítósan hefur orðið rannsóknaráhersla á ýmsum sviðum vegna einstakrar sameindabyggingar. Hins vegar er kítín efni sem er afar erfitt að leysa upp og afasetýleringarferli kítíns framleiðir mikið magn af basísku afrennsli og því er þörf á frekari úrbótum á ferlinu til að draga úr mengun.
5 Niðurstaða
Eins og er, eru næstum hundrað tegundir af blokkunarefnum á markaðnum, en mjög fáar henta fyrir há-hita, há-steinefnamyndun. Fjölliða hlaupblokkarefni geta stjórnað hlauptíma og hlaupstyrk á sama tíma og þau eru tiltölulega lág í kostnaði, og þau eiga möguleika á þróun í háum-hita, háum-steinefnamyndunum.
Breytta pólýakrýlamíð hlaupkerfið eykur hita- og saltþol þess með því að setja inn vatnsfælna og stóra hliðar-stífa hópa og uppfyllir þar með kröfur um há-hita og mikla-steinefnamyndun.
Innleiðing nanó-kísilagna getur bætt hitastig og saltþol fjölliða hlaupkerfa enn frekar. Hins vegar, þegar styrkur nanó-kísilagna er of hár, hafa þær tilhneigingu til að safnast saman, sem leiðir til styttri hlauptíma og veikari hlaupstyrk.
Hefðbundin fenól-formaldehýð og króm-víxlbindiefni eru eitruð, en há-sameinda-pólýetýlenimín þvertengiefni hafa mjög litla eiturhrif og sýna seinkun á þvertengingu, sem gerir þau vænleg til notkunar við há{{4}{5}hitastig, há{5}hitaform. Framleiðsluferli þeirra er hins vegar flókið þar sem etýlenimín er mjög eitrað milliefni og mikið magn af afrennsli myndast við framleiðsluna. Þess vegna er þörf á frekari hagræðingu á nýmyndunarferlinu.
Skipting hefðbundinna efna á olíusvæði fyrir umhverfisvæn efni á olíusvæði hefur orðið ein af þróunarþróuninni í framtíðinni. Kítósan er næststærsta náttúrulega fjölliðaefnið og inniheldur mikinn fjölda hýdroxýl- og aðal amínóhópa, sem geta gengist undir viðbrögð eins og alkýleringu og asýleringu, sem gerir það að hugsanlegum staðgengill fyrir hefðbundin þvertengingarefni. Hins vegar myndar afasetýlerunarferlið kítíns mikið magn af basísku afrennsli, svo frekari endurbætur á ferlinu eru nauðsynlegar til að draga úr mengun.
