Polüakrüülamiidi kasutamine naftaväljade tööstuses

Polüakrüülamiid (PAM), mitmekülgne polümeer, on oma tähtsust naftaväljade tööstuses kindlalt tõestanud. Selle kõrge molekulmass koos võimalusega kohandada anioonsete, katioonsete ja mitteioonsete variantidega annab sellele ainulaadsed omadused. Need omadused muudavad PAM-i asendamatuks paljudes naftaväljade operatsioonides, aidates oluliselt kaasa õli taaskasutamisele, puurimisvedeliku optimeerimisele ja tõhusale veetöötlusele.

1. Enhanced Oil Recovery (EOR)​

1.1 Polümeeride üleujutamise mehhanism

Õli ekstraheerimise maksimeerimiseks on polümeeri üleujutamine polüakrüülamiidiga muutunud laialdaselt kasutatavaks tehnikaks. PAM-i peamine ülesanne selles protsessis on suurendada süstitava vee viskoossust. Tüüpilise reservuaari stsenaariumi korral, kui PAM-ivaba vett süstitakse, põhjustab selle suhteliselt madal viskoossus selle kiiret voolamist läbi suure läbilaskvusega tsoonide. Uuringud näitavad, et kuni 70% süstitavast veest võib mööduda madala läbilaskvusega piirkondadest, kuhu jääb lõksu märkimisväärne kogus õli. PAM-i sisseviimisel moodustab see aga viskoosse lahuse. Pika ahelaga polümeeri molekulid takerduvad, suurendades voolutakistust. See sunnib süstitavat vett suunama madala läbilaskvusega tsoonidesse. Laboratoorsed uuringud on näidanud, et selline kõrvalekaldumine võib suurendada õlikogust kuni 15–20% võrreldes vee üleujutusega ilma PAM-ita.​

[Sisestage siia joonis 1: skemaatiline diagramm, mis näitab vee voolu reservuaaris PAM-iga ja ilma. Vasakpoolne osa näitab vee voolamist peamiselt läbi suure läbilaskvusega kanalite ilma PAM-ita ja parempoolne osa näitab vee ühtlasemat jaotumist PAM-iga nii kõrge kui ka madala läbilaskvusega tsoonides.]​

1.2 Liikuvuskontroll

PAM mängib üliolulist rolli liikuvuse kontrollis, mis on õli tõhusaks väljatõrjumiseks hädavajalik. Liikuvussuhe (M), mis on määratletud kui tõrjuva vedeliku (sissepritsetud vee) liikuvuse ja väljatõrjutud vedeliku (õli) liikuvuse suhe, on põhiparameeter. Kõrge liikuvussuhe põhjustab sageli sõrmitsemist, kus süstitud vesi moodustab õli kaudu sõrmetaolisi kanaleid, mis põhjustab halva väljatõrjumise. Suurendades süstitava vee viskoossust, vähendab PAM tõhusalt liikuvuse suhet. Näiteks kui õli liikuvus on μo/ko (kus μo on õli viskoossus ja ko õli läbilaskvus) ja süstitava vee liikuvus on μw/kw (kus μw on vee viskoossus ja kw vee läbilaskvus), võib PAM-i lisamine suurendada μw mitu korda. Välirakendused on näidanud, et liikuvussuhte vähendamine võib tõsta pühkimise efektiivsust 25–30%, tagades õli stabiilsema ja tõhusama väljatõrjumise.​

1.1 Polümeeri üleujutus

Polümeeride üleujutamine on laialt levinud EOR-tehnika ja akrüülamiidpolümeerid on selle protsessi keskmes. Polümeeride üleujutamise korral süstitakse vees lahustuvad akrüülamiidpolümeerid õlireservuaari koos veega. Need polümeerid suurendavad süstitava vee viskoossust, parandades seeläbi pühkimise efektiivsust. Kuna viskoossem vesi ujutab reservuaari üle, suudab see poorsetesse kivimitesse lõksu jäänud õli paremini välja tõrjuda. Akrüülamiidpolümeeride pikaahelaline olemus võimaldab neil takerduda veemolekulidega, suurendades vee võimet suruda õli tootmiskaevude poole. Selle tulemusel suureneb õli taaskasutamise määr, muutes akrüülamiidpolümeerid väärtuslikuks varaks EOR-operatsioonides.​

1.2 Liikuvuskontroll

Akrüülamiidipõhised polümeerid mängivad samuti olulist rolli liikuvuse kontrollimisel EOR-i ajal. Heterogeensetes reservuaarides on kalduvus, et süstitav vedelik voolab läbi suure läbilaskvusega tsoonide, jättes maha märkimisväärse koguse õli madala läbilaskvusega piirkondades. Reguleerides süstitava vedeliku viskoossust akrüülamiidpolümeeride abil, saab optimeerida süstitava vedeliku ja õli liikuvussuhet. See tagab süstitava vedeliku ühtlasema jaotumise kogu reservuaaris, parandades üldist õliväljasurve efektiivsust. Näiteks saab ristseotud akrüülamiidpolümeere kujundada nii, et neil oleks spetsiifiline reoloogiline käitumine, mis aitab suunata süstitava vedeliku voolu reservuaari vähem ligipääsetavatesse piirkondadesse.

2.Puurimisvedeliku lisand

​

2.1 Viskoossuse ja reoloogia kontroll

Puurimise ajal on puurimisvedeliku sobiva viskoossuse ja reoloogia säilitamine ülimalt oluline. Polüakrüülamiid toimib tõhusa viskoossuse suurendajana. Puurimisvedeliku süsteemis interakteeruvad PAM-i molekulid tahkete osakestega, näiteks savidega. PAM-i pikaahelaline struktuur adsorbeerub saviosakeste pinnale, moodustades nende vahel silla. See osakeste liitmine PAM-ahelate poolt suurendab oluliselt puurimisvedeliku viskoossust. Pistikute tõhusaks pinnale kandmiseks on vajalik õige viskoossus, mis jääb enamiku puurimisoperatsioonide puhul tavaliselt vahemikku 30–60 sentipoisi. Samuti aitab see vältida puuraugude kokkuvarisemist, tagades piisava hüdrostaatilise rõhu ja kontrollib vedelikukadu

[Sisestage siia joonis 2: PAM-i mikroskoopiline vaade puurimisvedelikus olevate saviosakestega suhtlemisest. PAM-i ahelad on näidatud ühendamas mitut saviosakest, suurendades vedeliku üldist viskoossust.]​

2.2 Vedelikukao kontroll

Läbilaskvate kihistute puurimisel võib puurimisvedelik imbuda kihistusse, põhjustades hüdrostaatilise rõhu vähenemist puuraugus ja võimalikke kihistu kahjustusi. PAM moodustab puuraugu seinale filterkoogi. Eelkõige interakteerub anioonne PAM kihi positiivselt laetud pindadega. See filtrikook toimib barjäärina, vähendades vedelikukadu. Uuringud on näidanud, et PAM-i kasutamine võib vähendada vedelikukadu kuni 50–60%, kaitstes puuraugu ja moodustise terviklikkust.

3. Veetöötlus naftaväljadel

​

3.1 Hõljuvate tahkete ainete flokulatsioon

Naftaväljadel toodetud vesi sisaldab sageli hõljuvaid aineid, sealhulgas liiva, muda ja õlipiisku. Polüakrüülamiid toimib flokulandina. PAM-i molekulide laetud rühmad interakteeruvad hõljuvate osakeste pinnalaengutega. Näiteks katioonne PAM tõmbab ligi negatiivselt laetud hõljuvaid aineid. Nagu on näidatud joonisel 3, silduvad polümeeri ahelad mitme osakese vahel, põhjustades nende agregeerumist suuremateks flokkideks. Neid flokke saab seejärel settimis- või filtreerimisprotsesside abil veest hõlpsamini eraldada. PAM-i kasutamine flokulatsioonis võib suurendada hõljuvate ainete eraldamise efektiivsust 70–80%.

[Sisestage siia joonis 3: diagramm, mis näitab PAM-i poolt naftaväljal toodetud vees heljumi flokulatsiooniprotsessi. Näidatakse, et väikesed hõljuvad osakesed agregeeruvad PAM-i toimel suuremateks helvesteks.]

3.2 Õli veetustamine – veeemulsioonid

Nafta-vesi emulsioonid on levinud naftaväljadel. PAM võib need emulsioonid purustada ja hõlbustada veetustamist. Polümeer adsorbeerub õli-vee piirpinnal, rikkudes emulsiooni stabiilsust. Muutes liidese pinget ja soodustades veepiiskade ühinemist, aitab PAM eraldada veefaasi õlifaasist. See eraldamine on toodetud vee nõuetekohaseks töötlemiseks ja kõrvaldamiseks ning väärtuslike õlikomponentide taaskasutamiseks ülioluline

Järeldus

Polüakrüülamiidi rakendused naftaväljade tööstuses on mitmekesised ja kaugeleulatuvad. Alates nafta taaskasutamise tõhustamisest kuni puurimise sujuva toimimise ja tõhusa veetöötluse tagamiseni on see muutunud oluliseks kemikaaliks. Kuna naftatööstus jätkab tõhusamate ja jätkusuutlikumate ekstraheerimismeetodite uurimist, jääb polüakrüülamiidi rakenduste arendamine ja optimeerimine kahtlemata teadusuuringute ja innovatsiooni esirinnas.