החשיבות הגוברת של כימיקלים עבור שמן כבד ו Bitumen

שמן כבד ו bitumen מייצגים חלק משמעותי של משאבי פחמן שנותרו בעולם, אך החילוץ שלהם נשאר אחד האתגרים התובעניים ביותר מבחינה טכנית בתעשיית האנרגיה.משאבים אלה מאופיין על ידי דחיסות גבוהה, כוח הכבידה של API נמוך, ולעתים קרובות מורכב מאגר גיאוגרפיות שהופכות את המשאבים העיקריים והמשניים של התאוששות יעילה.

שיטות כימיות – שטף פולימר (SP) , שיטפון (SP) , alkaline-surfactant-polymer (ASP) שיטפון, ונוסחאות מתקדמות יותר - עבודה על ידי שינוי האינטראקציות הפיזיות והכימיקליות בין השמן, המים, וסלע. פריצות דרך אחרונות בננוטכנולוגיה, כימיה תגובתית, ואינטגרציה תהליך היברידית משנים באופן יסודי את מה שהופך מבחינה טכנית לשמן כבד וניתן לקדמוני זה, וקצת יותר, כדי לקדם את הסקירה עדכנית של חומרים כימיים אלה.

מהו כימיקלים? A טכני מרעננת

כימיקלים EOR כוללים הזרקת כימיקלים מגובשים במיוחד למאגרים לשיפור עקירת שמן ויעילות גורפת.המנגנונים העיקריים במשחק הם:

  • (FLT:0) ובקרת ניידות: פיזור 1 (כגון פולימריד מואץ חלקית, HPAM) מגביר את עומק המים המשוזרים, שיפור יחס הניידות בין נוזל הנימוק לבין השמן.זה מונע אצבע מולקולת ומבטיח כי המגעים הקדמיים של המאגר.
  • (FLT:0) ירידה בלחץ בין-גזעי (IFT): אנדרל 1 (החומרים) מורידים את ה- IFT בין שמן למים, מה שמצטבר טיפות שמן לכודות שאחרת יישארו ללא ניידות בגרון.
  • (FLT:0) שינוי יכולת: 1FLT:1 סוכנים אלקליין (למשל, נתרן פחמן) מגיבים עם רכיבים חומציים שמן לייצר גולשים חלופיים, תוך שינוי גם לחות סלעית לעבר יותר תנאים של מים, שיפור שחרור הנפט.

עבור שמן כבד ו bitumen, האתגרים הם מוגדלים.התראות הגבוהה ביותר (לעתים קרובות מעל 10,000 cP) פירושה שאפילו מים מהונדסים פולימרניים לא יכולים לספק מספיק שליטה ניידות. יתר על כן, התוכן הגבוה של asphaltenes ו resins יכול להוביל להשפלה כימית ומשקעים. גורמים אלה הובילו את החיפוש לנוסחאות כימיות כי יכול לעמוד בתנאים קשים של המאגר תוך מתן רווחים יעילים.

התקדמות חדשה נהיגה בשדה קדימה

מערכות כימיות ננוטכנולוגיה-Enhanced Chemical Systems

השילוב של חלקיקים מהונדסים לנוסחאות כימיות EOR היה אחד ההתפתחויות המרגשות ביותר של העשור האחרון. nanoparticles - כגון סיליקה, אלומיניום, טיטניום דו חמצני וננו-חומרים מבוססי פחמן - פעולה כמו ייצוב, ספקים, או תוספים פונקציונליים שמשפרים את הביצועים של כימיקלים מסורתיים.

(FLT:0) ייצוב מבוסס:FLT:1 ננו חלקיקים יכולים לפרסם בממשקי שמן, להרכיב מגלמות פיקרינג יציבות במידה ניכרת תחת טמפרטורות מאגר והצלה.אפקט סינרגיסטי זה משפר את גיוס הנפט על ידי שמירה על IFT נמוך על טווח רחב יותר של תנאים אחרונים הראו כי ננו-חלקיקים, בשילוב עם רמות נמוכות יותר של 10 ק"מ / רזולוציה גבוהה יותר, רק עם רזולוציה נמוכה יותר - 10.

(FLT:0)Viscosity Change:FLT:1u חלקיקים מסוימים, במיוחד hydrophobic silica, יכול להפחית את הלכידות שמן כבד על ידי משבש את הצפיפות של אספרטן לתרום למהירויות גבוהות.

(FLT:0)Propagation and Conconance control:031) ניתן גם לתכנן את צינורות יכולת גבוהה (אזורי ים), מה שהופך את הכימיקלים המוזרים לאזורים שאינם מובנים.אפקט "מחוסם" זה משפר את יעילות המאקרוסקופית - גורם קריטי במאגרי שמן כבדי הטרוגניים.

האתגר העיקרי של ננוטכנולוגיה ב-EOR נשאר עלות וסינתזה בקנה מידה גדול.עם זאת, שיפורים רצופים בייצור ננו-חומרי ואסטרטגיות מחזוריות מביאים פריסה בקנה מידה גדול יותר למציאות.

כימיקלים חכמים ותומכים

הגבלה גדולה של EOR כימי קונבנציונלי היא כי ניסוחים הם בדרך כלל אופטימיזציה לתנאי מאגר ספציפיים.אם הטמפרטורה, הסלווינס או pH משתנה ברחבי המאגר - או שינויים לאורך זמן - ביצועים יכולים לדרג באופן משמעותי. "חכם" או "responsive" כימיקלים נועדו להתאים לשבת לריאציות אלה.

(FLT:0) פולימרים רגישים טמפל:FreaLT:1 ; פוליקליד נגזרות פוליקליד עם בלוקים מגיבים תרמיים (למשל, פולי(N-isopylacrylamide) מציגות טמפרטורה קריטית נמוכה יותר (LCST) התנהגות מתחת ל-LCST הפולימרים היא מים פתורים ומולקוטוס; מעל, קריסת פולימרים פולימרים ופסים עבים, אפילו ניתן לנפץ בצורת מחסומים אלה.

(FLT:0) pH-responsive גולשים: ⁇ FLT 1 כמה מערכות גלישה לשנות את התנהגותם בשלב עם pH.במאגרים שבהם סוכני אלקליין גורמים לחזית pH, גולשים אלה יכולים לייצר IFT איטי רק באצבעות pH גבוה, צמצום פסולת כימית ושיפורסלקטיביות.

(ב) [ה]ה]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]]][ה]]][ה]]]][ה]]]]] [ההההההההההההתחילה]: [התחילה] היא זו, אשר היא בעלת שליטה וחסימת אזורי יכולת גבוהה.

הגישה לכימיקלים חכמים מבטיחה יציבות גדולה יותר וצריכה כימית מופחתת, שני גורמים המשפיעים ישירות על כלכלת הפרויקט ועל טביעת הרגל הסביבתית.

הבא: Polymer Flooding

הצפה פולימר נשאר השיטה הכימית המיושמת ביותר, אך עבור שמן כבד ו bitumen, פולימרים קונבנציונליים HPAM לעתים קרובות נכשלים עקב טמפרטורה גבוהה, סליחות גבוהה או השפלה מכנית.

(FLT:0) פולימרים סינתטיים יציבים: FIRLT:1 Copolymers משלבים 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) או N-vinylpyrolidone (NVP) תערוכה משופרת התנגדות הידרוליזה ושפל תרמי בטמפרטורות מעל 80 מעלות צלזיוס.

(FLT:0) Biopolymers:FLT:1 חניכיים Xanthan וschizophyllan הם פוליצרידים טבעיים כי הם פחות רגישים סליטי וקטור מכני מאשר פולימרים סינתטיים.בעוד יקר מבחינה היסטורית לשימוש בקנה מידה גדול, התקדמות בתסיסה וטיהור הפחיתו עלויות.

(FLT:0) פולימרים במשקל מולקולרי גבוה ופולימרים אסימטיביים: אסטמאלף:1 אסטיבי מכילים רשתות צד הידרופוביות אשר משלבות פתרון, יצירת רשת פולימרים עם קישור פסאודו-קרוסטיבית אשר משפרת מאוד את הסטיות בריכוזים פולימרים נמוכים.זה מפחיתה את המסה של חומר כימי הנדרש לחבית של טייסי שדה המיוצר באומן וונצואלה הוכיחו ב -15% ממאגרי מים כבדים.

(FLT:0)Nanocomposite פולימרים: FRELT:1 Dispersing חלקיקים (במיוחד חימר או אחליקה) בתוך ממטריקס פולימר יוצר פולימר "מחזק" אשר מתנגד להשפלה של הססנות ומופעים משופרים חלקיקים. מחקרים מעבדה מראים כי פתרונות פולימרים-nacomposite לשמור על 80–90% של חוסר יציבותם לאחר שעבר באמצעות ⁇ , בהשוואה ל -40% ל נטולי חנקן.

טכניקות כימיות היברידיות-thermal וכימיקליות-Gas

אף שיטת EOR יחיד היא panacea עבור שיטות כבדות של שמן כימי לבד לעתים קרובות נאבקים עם ירידה מולקול, בעוד שיטות תרמיות (Steam, SAGD) הן אנרגיה אינטנסיבית ומוגבלות למאגרי רדוד, עבה.

Chemical-Steam Hybrid

הזרקת גולשים או פולימרים יחד עם קיטור יש כמה יתרונות. Surfactants יכול להפחית את IFT בין אדים אדים אדים ושמן, שיפור יעילות העקירה באזורים כבר מחומם על ידי קיטור. Foaming גולשים (foamers) יכול לייצב קצף קיטור, צמצום הכבידה על פני השטח ושיפור גורף אנכי בשדה נהר קרn בקליפורניה דיווחו כי הוספת קצף מקצף ל- 200% לעומת הזרקת קיטור בלבד, לעומת ירידה בנפח קיטור בלבד.

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ :0) ,23 ⁇ (הזרקת שמן) בשימוש נרחב עבור שמן אור, אך עבור שמן כבד לחץ השגוי הוא לעתים קרובות גבוה ללא הגבלה, עם שילוב של COIRFLT:2FLT 3 עם שמן עבה אלה (למשל, חומרים פולימרים או עקפים עבור COFLT2LT2F:5) יכול לשפר את היחס של פחמן דו-FLCD2Fcate (למשל, בעיקר על ידי אגן של 2FLC)

אסטרטגיות כימיות-הזרקה-Flowback אסטרטגיות

טכניקה היברידית נוספת כרוכה הזרקת כימיקלים מחזורית עם מחזורי זרימה (soak-and-production), בדומה ל- huff-n-puff עם גולשים.עבור היווצרות שמן כבדות שלא יכולות לקיים זריקה מתמשכת, טוב מטופל עם מזחלות כימיות גבוהה, מותר לספוג, ולאחר מכן מיוצר.

שמירה על אתגרים ומחקר מתמשך

למרות ההתקדמות, חסמים משמעותיים עדיין מונעים פריסה מסחרית בקנה מידה גדול של אאור כימי עבור שמן כבד ו bitumen. הנושאים הדוחקים ביותר הם השפלה כימית (חדמית, מכנית, ביולוגית), כבדות מאגר (אשר יכול קצר-כיומתן לבנק הכימי מוזרק), וכדאיות כלכלית בעידן של מחירי הנפט תנודתיים.

השמדה כימית ב Harsh Reservoirs

מאגרי שמן כבדים הם לעתים קרובות חמים (70-120 מעלות צלזיוס), עתירי משקל גבוהים (TDS > 150,000 ppm), ומכילים ריכוזים גבוהים של סדקים די שווים (CacioFLT:02+FLT:1), MgibphFLT:2+FLT 3:2+FLT 3: 3) כי חומרים פולימרים סינתטיים מתקדמים בסופו של דבר הידרו-גבוהים בטמפרטורות הנוכחיות:

  • פיתוח מונומרים עם יציבות הידרוליטית מוגברת, כגון נגזרות אקרילימיד sulfonated.
  • אספקת כימיקלים בפגזים דלים המשחררים רק כאשר מופעלים על ידי גורמים של מאגר (pH, טמפרטורה או אנזימים).
  • באמצעות נוזלי ionic כפתירים עבור פולימרים וגולשים - כמה נוזלי ionic יציבים תרמיים עד 300 מעלות צלזיוס ויכולים להתמוסס אספראלטנס, הפועלים ככימיקלים כפולים פונקציונליים.

Reservoir Heterogeneity ו- Channeling

מאגרים שמנים כבדים ידועים לשמצה בשל ההטרוגניות שלהם - רמות גבוהות של חוסר יכולת, שברים ו vugs מאפשרות כימיקלים מוזרקים לעקוף אזורים מסורתיים של נפט עשירי שמן.

פתרונות חדשים בחקירה כוללים:

  • חלקיקים מיקרוגל כי הם עיוותים ויכולים לנסוע דרך מדיה ⁇ לפני נפיחות וחסימת ערוצי מים.
  • בפולימרול שב: הזרקת מונומרים וחצוצים מגיבים רק כאשר הם נתקלים בתנאים ספציפיים (למשל, טמפרטורה גבוהה, הרץ גבוה) כדי ליצור ג'ל חסום עמוק בתוך המאגר.
  • באמצעות ג'ל חלקיקים מראש (PPGs) עם טווחי גודל התואמים את עומק חדירה הרצוי. PPGs הוחלו בהצלחה בתחומי Daqing סיני ו- Shengli עבור שמן בהיר, והם עכשיו מותאמים לנפט כבד.

שיקולים סביבתיים ושיקום

טביעת הרגל הסביבתית של EOR כימי נמצאת תחת פיקוח גובר על חששות מרכזיים:

  • (FLT:0Chemical רעילות והתעקשות: ההרחבה 1 (PGs) ו- biocides מזיקים לחיים מימיים.ביודידות ניתנות לנטישה כגון אלליל פוליגלוק (APGs) ו sophorolipids צוברים מסילות.
  • (FLT:0) כרכי מים: FLT:1ir כימיקל EOR לעתים קרובות דורש יחס מים גבוה לנפט. Recycling and reuse של מים המיוצרים - המכיל כימיקלים ושמן חי - הוא מאתגר מבחינה טכנית אך חיוני לאזורים עקשניים. מתקדם filmbrane filtration ותהליכי אלקטרוקוגניציה הם עדות שדה.
  • טיפול בנפט:0 (FLT:1) כימיקלים EOR יוצר תנובה של שמן במי מים או משקעים של שמן מים שקשה לשבור.
  • (FLT:0) מסגרות רישום: הממשלה החדשה של EPA:1 מעדכנת כללים להזרקה כימית, במיוחד בסביבות offshore. תקנות כימיות Offshore של נורבגיה תוכנית UIC של EPA עכשיו דורשות הערכות מפורטות יותר עבור כימיקלים EOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

תחזית: איפה כימיקלים עבור שמן כבד?

עתידו של אאור כימי בנפט כבד ומיצוי ביטאום נראה בהיר, מונע על ידי חדשנות טכנולוגית וצורך כלכלי.

  • (FLT:0) אינטגרציה דיגיטלית: FLT:1 Machine Learning and Physics-based Models משמשים יותר ויותר לייעל עיצוב מזחלות כימי, תזמון הזריקה, מעקב שדה. Real-Time ניטור באמצעות חיישנים אופטיים וסימניים יאפשרו למפעילים להתאים אסטרטגיות הזריקה כימיות על זבוב, צמצום פסולת ומקסימום התאוששות.
  • (FLT:0) היברידיות ביוכימיות: FLT:1 מיקרוביאל EOR (MEOR) בשילוב עם EOR כימי הוא גבול מתפתח.מיקרובים יכולים לייצר ביו-עובדים ופולימרים ב situ, צמצום הצורך בהזרקה כימית.
  • (FLT:0) למערכות משלוח בקנה מידה: FLT:1 במקום הזרקת כימיקלים חופשיים, EOR עתידי עשוי לכלול מיקרו-או nano-capsules לשאת כימיקלים ישירות לממשקי מים שמן, צמצום אובדן כימי עקב מודעות רוק.
  • (FLT:0) קיימות וכלכלה מעגלית: FIRLT:1) השימוש בחומרים ממוחזרים - כגון פסולת פלסטיק מומר לגולשים או ליגנופסלנדס ממילימטרים נייר כמו מרחיבי פולימרים - יפחיתו את העלויות וההשפעה הסביבתית.
  • (FLT:0)Offshore שמן כבד: 1FLT עם ירידה שמן אור קונבנציונלי, שדות שמן כבד באגן סנטוס סנטוס בברזיל ואת הים הצפוני בבריטניה מושכים תשומת לב.כימיקלים EOR מותאם להשלמה תת ים ומאגרי דיכוי גבוה הוא מוקד R&D גדול יהיה תלוי בפיתוח מערכות הזרקת כימיקלים חזקים, נמוך.

שיתוף פעולה בין התעשייה, האקדמיה והחגולטורים נשאר חיוני לפרויקטים תעשייתיים משותפים (JIPs) כגון EOR הכימי של נפט כבד (CEO-HO) קונסורציום, המתואמים את החברה של מהנדסי הנפט (GIRLT:0SPEIRFLT:1), מטפלות באופן שיטתי פערים טכניים.בינתיים, ניסויים גדולים יותר בתחום - ללא ספק באגם קר ובאוריקו של קנדה - נדרשים לספק את הנתונים הכימיים הבאים.

בעוד תעשיית האנרגיה לנווט את האתגר הכפול של עמידה בביקוש העולמי תוך צמצום ההשפעה הסביבתית, כימיקלים של שמן כבד ו bitumen הוא מוכן לשחק תפקיד מרכזי.עם המשך ההשקעה בכימיה, חומרים מדעיים והנדסת מאגר, גורמי ההתאוששות של משאבים כבדים אלה יכולים לעלות מ 20-30% של ימינו עד 50% או יותר על ידי 2030 - בלי מיליארדי חביות של אנרגיה כי אחרת תישאר מסולפת.