Keadaan geopolitik dan ekonomi antarabangsa semasa berubah dengan cepat, dan pergantungan China terhadap minyak dan gas asing kekal tinggi. Pada tahun 2023, kebergantungan terhadap minyak mentah asing mencapai 71.2%, dan pergantungan terhadap gas asli asing mencapai 40.14%, serius mengancam keselamatan tenaga negara dan juga keselamatan negara. Kira -kira separuh daripada pengeluaran minyak dan gas China berasal dari medan minyak lama. Dengan rizab terbukti yang terhad, potensi penorehan dalam medan minyak lama ini menjadi cara yang paling mudah dan cepat untuk meningkatkan pengeluaran.
Pada masa ini, kadar pemulihan medan minyak matang domestik pada umumnya rendah. Sebagai contoh, kadar pemulihan medan minyak Daqing dan medan minyak Yumen berada di bawah 50%, manakala beberapa medan minyak matang di luar negara mempunyai kadar pemulihan sekitar 70%. Terdapat potensi yang besar untuk mengeksploitasi lagi medan minyak matang domestik, dengan suhu tinggi - dan tinggi - formasi salinitas yang menyumbang 10%. Apabila pembangunan berlangsung, perkadaran ini secara beransur -ansur meningkat. Oleh itu, teknologi yang cekap dan bersepadu untuk meningkatkan kadar pemulihan telah menjadi arah arus perdana inovasi teknologi dan kawasan tumpuan utama.
Untuk menangani isu -isu seperti kandungan air yang tinggi dan heterogenitas takungan di medan minyak matang, penyelidik baik di dalam dan di peringkat antarabangsa telah membangunkan hampir seratus jenis ejen kawalan profil dalam lapan kategori. Ini terutamanya termasuk pemendakan - jenis ejen kawalan profil garam inorganik, agen kawalan profil partikulat, agen kawalan profil buih, ejen kawalan profil profil. Ejen kawalan profil gel polimer dapat mengawal masa gelation dan kekuatan gel sementara yang agak rendah dalam kos, menjadikannya kawalan profil yang paling banyak digunakan dan menjanjikan dan air - menyekat teknologi hari ini. Apabila ejen kawalan profil polimer gel memasuki takungan, mereka lebih suka menembusi zon kebolehtelapan tinggi -, di mana penyelesaiannya berubah menjadi tinggi- gel polimer kelikatan yang menghalangi
Dengan perkembangan berterusan industri petroleum, kerumitan formasi semakin meningkat, dan keperluan untuk kawalan profil dan air - teknologi menyekat menjadi lebih tinggi. Fenol yang sedia ada - resin formaldehid dan kromium - berasaskan sistem gel polimer crosslinker semakin tidak dapat memenuhi keperluan tinggi -, tinggi - formasi salin. Apabila suhu pembentukan meningkat, masa gelation sistem gel polimer memendekkan, mengakibatkan ketidakupayaan gel polimer untuk menembusi formasi yang mendalam dan mengurangkan kecekapan air -. Apabila suhu pembentukan terlalu tinggi, ikatan kimia antara molekul polimer dan crosslinkers mudah dipecahkan, yang membawa kepada kekuatan gel yang lemah dan kegagalan untuk menghalang zon kebolehtelapan - yang tinggi. Makalah ini, melalui penyiasatan sejumlah besar kesusasteraan domestik dan antarabangsa, secara sistematik meringkaskan penyelidikan makmal dan kemajuan aplikasi sistem gel polimer untuk suhu tinggi -, tinggi - salinitas, dan formasi kompleks.
1 sistem gel polyacrylamide yang diubah suai
Oleh kerana persekitaran pembentukan yang semakin kompleks, terutamanya dalam suhu tinggi - dan tinggi - formasi kemasinan (suhu> 90 darjah, salinitas> 50,000 mg/l), gel polimer konvensional, seperti sistem gel polyacrylamide (PAM).
Researchers at home and abroad have improved the temperature and salt resistance of polyacrylamide polymers by introducing monomers such as 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS), vinyl sulfonic acid, styrene sulfonate, vinyl pyrrolidone, vinyl alcohol, dimethyl Siloxane, dan metil methacrylate, dan menghubungkan kumpulan fungsi suhu dan garam ke molekul polyacrylamide polimer melalui kopolimerisasi rasuah.
Dong Shuyang dan lain -lain menggunakan polyvinyl alcohol (PVA), crosslinker, acrylamide, dan amps sebagai bahan mentah untuk menyediakan tiga- rangkaian dimensi - polyacrylamide yang diubahsuai, membina solyfier gel. Dalam julat tertentu, meningkatkan kandungan AMPS menambah kumpulan asid sulfonik ke rantai molekul AMPS, menghasilkan penolakan elektrostatik. Walau bagaimanapun, kerana kumpulan asid sulfonik juga menghasilkan penghalang sterik, mereka menghalang tindak balas pempolimeran radikal bebas antara monomer, yang mempengaruhi kekuatan gel polyacrylamide yang diubahsuai. Apabila kandungan AMPS mencapai 5%, gel polyacrylamide yang diubahsuai mencapai kekuatan gel maksimum, yang boleh mencapai gred I di bawah suhu tinggi (130 darjah) dan kemasinan yang tinggi (2.1 × 10 mg/L).
Untuk meningkatkan kestabilan sistem gel AM/AMPS, Liao Yuemin dan lain -lain menambah penstabil serat PA hidrofilik ke sistem gel polimer AM/AMPS, meningkatkan ketumpatan struktur rangkaian gel. Ini, seterusnya, meningkatkan kapasiti pengekalan air gel polimer dan memperluaskan masa kestabilannya di bawah keadaan suhu tinggi -. Di bawah syarat-syarat 140 darjah dan kemasinan 22 × 10 × mg/l, masa gelat sistem gel polyacrylamide yang diubahsuai ini melebihi 15 jam, kadar dehidrasi 120 {9} Menunjukkan potensi yang sangat baik untuk aplikasi lapangan.
Untuk menangguhkan masa gelat sistem gel AM/AMPS, PU Wanfen dan lain -lain memperkenalkan N - vinylpyrrolidone (NVP) dan DHT monomer hidrofobik (mengandungi cincin benzena dan kumpulan hidrofobik panjang -. Cincin pyrrolidone, cincin benzena, dan kumpulan hidrofobik rantai panjang - dapat meningkatkan halangan sterik rantai molekul polimer, dengan itu melambatkan gel. Di bawah syarat -syarat 120 darjah dan kemasinan 36.5 × 10 mg/L, pengembangan boleh ditangguhkan oleh 3 d.
2 sistem gel polimer silika
Untuk meningkatkan lagi suhu dan rintangan garam sistem gel polimer, sesetengah penyelidik telah mencadangkan memperkenalkan zarah bukan organik nano -, seperti silika nano -, ke dalam sistem gel polimer. Liu et al. Menyediakan sistem gel polimer yang dipertingkatkan menggunakan polyacrylamide (hpam), hydroquinone (HQ), hexamethylenetetramine (hmta), dan nano - silica sebagai bahan mentah. Kajian mereka mendapati bahawa menambah silika nano - dapat memendekkan masa gelling dengan ketara dan meningkatkan kekuatan gel, keanjalan, dan kelikatan. Dengan menambah silika Nano - ke sistem, toleransi suhu maksimum sistem gel meningkat dari 137.8 darjah ke 155.5 darjah. Kumpulan silanol pada molekul silika nano - membentuk ikatan hidrogen dengan amino, hidroksil, dan kumpulan polar lain pada molekul polimer, secara fizikal menyeberang-
Akibatnya, struktur rangkaian dimensi tiga - molekul polimer menjadi lebih ketat dan lebih stabil, saiz liang berkurangan, kekuatan koloid meningkat, dan rintangan suhu bertambah baik. Walau bagaimanapun, jika kepekatan nano - zarah silika terlalu tinggi, molekul silika mungkin mengalami silang yang berlebihan - menghubungkan atau mengagregatkan diri -, yang dapat melemahkan kekuatan gel sistem gel polimer atau bahkan menghalang pembentukan gel. Di samping itu, masa gelling memendekkan dengan peningkatan kepekatan silika nano -, yang membawa kepada laluan aliran polimer yang lebih pendek, liputan yang lebih kecil, dan mengurangkan kecekapan penyambungan. Fadil et al. Dibina HPAM/Cr³⁺ Nano - Silica gel penyambungan sistem pelarasan menggunakan HPAM, kromium asetat, dan nano - zarah silika. Dalam sistem ini, masa gelling menurun dengan peningkatan suhu dan nano - kepekatan zarah silika. Apabila pecahan massa silika nano - adalah 3%, masa gelation adalah 9 jam dan kekuatan koloid berada pada gred H, tetapi selepas 25 jam, kekuatan koloid jatuh dari gred H ke gred G. Oleh itu, apabila menggunakan nano -
3 Slow Cross - sistem gel polimer yang dipautkan
3.1 Metal Chromium - Slow Cross - sistem gel polimer yang dipautkan
Logam Chromium - Crosslinkers berasaskan adalah salah satu gel yang paling biasa digunakan - menyekat silang silang. Antaranya, kadar tindak balas silang antara CR³ Crosslinkers dan HPAM adalah tinggi dan sukar dikawal. Untuk menangani isu -isu di atas, penyelidik di rumah dan di luar negara telah mencadangkan dua penyelesaian.
3.1.1 Menggunakan sistem redoks
Cr⁶ tidak aktif dalam salib - menghubungkan reaksi dengan HPAM. Dengan menambah ejen pengurangan, Cr⁶ dikurangkan kepada CR³, dan dengan menyesuaikan jumlah ejen pengurangan, masa gelation dapat dikawal. Pada masa ini, natrium sulfit dan thiourea telah terbukti sangat berkesan sebagai pengurangan ejen. Dai Caili dan lain -lain membina perlahan -lahan salib - menghubungkan sistem gel kromium menggunakan HPAM, natrium dikromat, dan ejen pengurangan organik thiourea. Kerana Thiourea mempunyai keupayaan mengurangkan lemah, masa gelation mencapai 8-10 hari. Dalam julat kepekatan tertentu, apabila pecahan massa salib - penghubung dan penurunan thiourea, masa gelation sistem gel kromium dilanjutkan, dan kekuatan meningkat. Kelebihan thiourea mempercepatkan pengurangan Cr⁶ ke Cr³, mempercepatkan salib - menghubungkan HPAM ke dalam struktur rangkaian, dengan itu memendekkan masa gelation. Lebihan Cross - Linker membawa kepada - Cross - menghubungkan, menyebabkan dehidrasi dan penguncupan setempat di salib - sistem yang dipautkan, mengganggu kesinambungan rangkaian gel dan mengurangkan kekuatan. Liu Wenjing dan lain -lain membangunkan sistem gel yang menghubungkan - dengan menggunakan HPAM, cross - pautan kalium dikromat, ejen pengurangan sodium sulfite, dan ejen sulfida yang lemah (HN). Selepas menambah HN, masa gelation dilanjutkan dari 5 jam hingga 17 jam. Sistem ini mempamerkan suhu dan rintangan garam yang sangat baik, kestabilan terma yang baik, dan sesuai untuk air - menyekat dan kawalan profil dalam takungan minyak dengan mineralisasi di bawah 50 g/L dan suhu 50-90 darjah.
3.1.2 Pengenalan Ejen Kompleks
Ejen chelating diperkenalkan untuk bersaing dengan HPAM untuk koordinasi dan pertukaran kromium ion untuk mengawal masa gelation. Asid organik dengan kumpulan karboksil dan berat molekul relatif rendah biasanya digunakan sebagai agen chelating, seperti asid asetik, asid propionik, asid malonik, asid laktik, dan asid salisilat. Albonio dan Bartosek menggunakan agen chelating seperti asid glikolik, asid salisilik, asid malonik, dan asid asetik, dan mendapati bahawa asid glikolik, asid salisilik, dan asid malonik mempunyai keupayaan yang lebih baik untuk melambatkan gelation dalam sistem gel daripada asid asetik, dengan masa gelation menjadi 12-33 kali lebih lama daripada asid acetic lebih lama daripada asid acetic. Gao Zhiyong dan lain -lain disintesis lambat - Crosslinkers Gelling menggunakan tinggi - ion logam valent dan asid organik, mencapai masa gelation boleh laras antara 1-15 hari.
3.2 PEI perlahan -lahan sistem gel polimer silang
Rintangan suhu kromium logam - berdasarkan perlahan -lahan menyeberang - menghubungkan sistem gelant polimer tidak melebihi 90 darjah. Dalam suhu tinggi -, tinggi - formasi mineralisasi, masa gelation dipendekkan atau menyeberang - mungkin tidak berlaku, mengakibatkan ketidakupayaan sistem gel untuk menembusi jauh ke dalam pembentukan. Polyethylenimine (disingkat sebagai PEI) adalah polimer ketoksikan yang mesra alam, rendah-. Struktur molekulnya mengandungi sejumlah besar kumpulan amina primer, menengah, dan tertiari, yang mempunyai kereaktifan kimia yang sangat tinggi, menjadikannya polimer organik kationik dengan ketumpatan cas tertinggi yang diketahui.
Oleh kerana struktur molekul khasnya, sesetengah penyelidik menggunakan PEI sebagai ejen silang untuk HPAM dan derivatifnya dalam kawalan profil dan menutup air - dari aplikasi dalam telaga minyak. PEI Crosslinks dengan kumpulan amide HPAM melalui tindak balas penggantian nukleofilik, membentuk sistem gel kawalan profil yang biasanya digunakan dalam medium - hingga rendah - suhu (40-80 darjah). Jia Hu dan lain -lain secara sistematik menganalisis mekanisme gelat sistem gel PAM/PEI di bawah medium - ke keadaan suhu rendah - (40-60 darjah) dan kesan penyambungannya pada keliangan teras. Masa gelation boleh dikawal antara 15 jam dan 9 hari, jauh lebih lama daripada sistem gel ion logam konvensional.
Walau bagaimanapun, proses silang PEI dengan PAM agak sensitif terhadap suhu; Semakin tinggi suhu, semakin pendek masa silang silang. Pada masa ini, kaedah untuk menangguhkan gelation dalam formasi suhu tinggi - terutamanya termasuk menyesuaikan pH sistem, memperkenalkan ion logam, dan menggabungkan kumpulan besar - kumpulan rantai.
3.2.1 Melaraskan pH untuk menangguhkan gelation
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), semakin tinggi pH, semakin lama masa gelling dan semakin rendah kelikatan sistem gel, dan bahkan mungkin gagal gel.
3.2.2 Memperkenalkan ion logam untuk melambatkan gelation
Kerana ion logam (Na, K, Ca²⁺, dan lain -lain) boleh melindungi caj pada molekul PEI, mereka dapat mengurangkan kereaktifannya dan bertindak sebagai retarder dalam silang silang. Garam logam seperti NaCl dan Na₂co₃ telah digunakan sebagai retarder di lapangan. Li Qiang dan lain -lain menggunakan cetyltrimethylammonium - SIO₂ yang diubahsuai sebagai ejen pengukuhan untuk membina sistem gel nano sio₂/polyacrylamide (hpam)/polyethyleneimine (PEI). Apabila kepekatan NaCl meningkat dari 0 mg/L hingga 1.0 × 10 ⁵ mg/L, masa gelation ditangguhkan dari 3 jam hingga 5 hari, tetapi kekuatan gel menurun dari gred I hingga gred G.
3.2.3 Memperkenalkan kumpulan besar - kumpulan rantai untuk menangguhkan gelation
Kumpulan rantaian sampingan yang besar (seperti kumpulan sulfonat) dapat meningkatkan halangan sterik rantai molekul polimer, yang dapat meningkatkan garam polimer dan rintangan suhu dan kelewatan masa gelation. Lü junxian dan lain-lain menggunakan acrylamide dan 2 - acrylamido - 2-methylpropane asid sulfonic sebagai monomer, azodiisobutyramidine hydrochloride sebagai pemula, dan polyethyleneimine. Dengan menggabungkan pempolimeran radikal bebas dengan silang silang polimer, mereka membangunkan ejen pemalam polimer silang silang yang tertunda tinggi, PM-1, yang mempunyai kelebihan seperti kekuatan gel yang tinggi dan masa gelat yang dikawal pada suhu tinggi. Dalam sistem ejen plugging PM-1, peningkatan kandungan kumpulan asid sulfonik dapat meningkatkan rintangan terma sistem gel dan menangguhkan masa gelation.
Walaupun PEI mempunyai ketoksikan yang sangat rendah, proses sintesisnya menghasilkan sejumlah besar pencemaran. Kaedah sintesis biasa menggunakan etanolamine sebagai bahan permulaan, dengan produk pertengahan menjadi aziridin yang sangat toksik, dan proses pengeluaran menghasilkan sejumlah besar air sisa berasid dan alkali, menyebabkan kerosakan alam sekitar yang ketara. Syarikat Jerman BASF membangunkan kaedah untuk menyediakan PEI melalui polikondensasi etanolamine atau etilena glikol dengan etilenediamin, yang tidak menghasilkan aziridine sebagai perantaraan. Walau bagaimanapun, tindak balas ini memerlukan pemangkin logam peralihan, meningkatkan kos, dan kaedah ini tidak dapat mengawal struktur molekul PEI, yang membawa kepada ketidakpastian dan mungkin gagal mendapatkan produk sasaran.
4 bio - nada berasaskan - sistem gel pengedap
Menggantikan bahan kimia medan minyak tradisional dengan bahan kimia medan minyak yang mesra alam telah menjadi salah satu trend untuk pembangunan masa depan. Chitosan (CS) adalah polimer semulajadi yang paling banyak, yang disediakan oleh deacetylation chitin. Ia adalah polysaccharide linear dengan nama kimia p - (1,4) - 2 - amino - 2 - deoxy-d-glukosa dan formula molekul (c₆hnn} ₙ. Dari struktur molekul kitosan, dapat dilihat bahawa rantai molekul kitosan mengandungi sejumlah besar hidroksil dan kumpulan amino primer, yang dapat menjalani reaksi seperti alkilasi dan acilasi. Zhao Shicheng dan lain-lain menggunakan #7 minyak putih sebagai fasa minyak, acrylamide (AM) dan AMP sebagai monomer reaktif, dan CS sebagai agen silang silang untuk menyediakan mikrosfera CS/P (AM-AMPS) dengan kaedah mikroemulsi terbalik, dengan saiz zarah purata kira-kira 100 nm dan toleransi suhu di atas 200 darjah. Yang Yang dan lain-lain menggunakan Cs, N, N'-methylenebisacrylamide (MBA), dan sebahagiannya dihidrolisiskan polyacrylamide (HPAM) sebagai bahan mentah untuk menyediakan agen pemalam gel silang silang organik. Di bawah keadaan suhu 120 darjah dan 30,000 mg/L mineralisasi, masa gelation adalah 16 jam dan kekuatan gel adalah 170 pa dalam lingkungan pH 3.2-5.6, apabila pH menurun, tindak balas silang silang perlahan, tetapi kekuatan gel menurun.
Chitosan telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam pelbagai bidang kerana struktur molekulnya yang unik. Walau bagaimanapun, chitin adalah bahan yang sangat sukar untuk dibubarkan, dan proses deacetylation chitin menghasilkan sejumlah besar air sisa alkali, jadi peningkatan proses lebih lanjut diperlukan untuk mengurangkan pencemaran.
5 Kesimpulan
Pada masa ini, terdapat hampir seratus jenis ejen menyekat di pasaran, tetapi sangat sedikit sesuai untuk suhu tinggi -, tinggi - formasi mineralisasi. Ejen penyekat gel polimer dapat mengawal masa gelation dan kekuatan gel sementara kos yang agak rendah, dan mereka berpotensi untuk pembangunan dalam suhu tinggi -, tinggi - formasi mineralisasi.
Sistem gel polyacrylamide yang diubahsuai meningkatkan suhu dan rintangan garamnya dengan memperkenalkan kumpulan hidrofobik dan besar - rantai tegar, dengan itu memenuhi keperluan suhu tinggi - dan formasi mineralisasi tinggi -.
Pengenalan zarah silika nano - dapat meningkatkan suhu dan garam sistem gel polimer. Walau bagaimanapun, apabila kepekatan nano - zarah silika terlalu tinggi, mereka cenderung agregat, mengakibatkan masa gel yang dipendekkan dan kekuatan gel yang lemah.
Fenol konvensional - formaldehid dan kromium - crosslinkers berasaskan toksik, sedangkan tinggi - molekul - polyethyleneimine silang mempunyai Tinggi - formasi kemasinan. Walau bagaimanapun, proses pengeluaran mereka adalah rumit, dengan etilenimin sebagai pertengahan yang sangat toksik, dan sejumlah besar air sisa dijana semasa pengeluaran. Oleh itu, pengoptimuman selanjutnya proses sintesis diperlukan.
Penggantian bahan kimia medan minyak tradisional dengan bahan kimia medan minyak yang mesra alam telah menjadi salah satu trend pembangunan masa depan. Chitosan adalah bahan polimer semulajadi kedua terbesar dan mengandungi sejumlah besar hidroksil dan kumpulan amino primer, yang boleh menjalani tindak balas seperti alkilasi dan acilasi, menjadikannya pengganti berpotensi untuk agen silang silang tradisional. Walau bagaimanapun, proses deacetylation chitin menghasilkan sejumlah besar air kumbahan alkali, jadi peningkatan proses lebih lanjut diperlukan untuk mengurangkan pencemaran.
