كيفية اختيار المواد الخافضة للتوتر السطحي لاستخراج النفط الثقيل والنفط الخام الشمعي

1. المواد الفعالة سطحياً لاستخلاص النفط الثقيل

نظراً للزوجة العالية وانخفاض سيولة النفط الثقيل، يواجه استخراجه صعوبات جمة. ولاستخراج هذا النوع من النفط، تُحقن أحياناً محاليل مائية من المواد الفعالة سطحياً في قاع البئر. تحوّل هذه العملية النفط الثقيل عالي اللزوجة إلى مستحلبات زيت في الماء (O/W) منخفضة اللزوجة، والتي يمكن ضخها بعد ذلك إلى السطح. تشمل المواد الفعالة سطحياً المستخدمة في هذه الطريقة لاستحلاب النفط الثقيل وخفض لزوجته: سلفونات ألكيل الصوديوم، وإيثر كحول ألكيل بولي أوكسي إيثيلين، وإيثر فينول ألكيل بولي أوكسي إيثيلين، وبولي أوكسي إيثيلين بولي أوكسي بروبيلين بوليين بولي أمين، وكبريتات إيثر كحول ألكيل بولي أوكسي إيثيلين الصوديوم.

تتطلب مستحلبات الزيت في الماء الناتجة تجفيفًا لفصل مكون الماء، وهو ما يستلزم أيضًا استخدام بعض المواد الفعالة سطحيًا الصناعية كمزيلات للاستحلاب. هذه المواد هي مستحلبات ماء في زيت (W/O)، ومن أنواعها الشائعة الاستخدام المواد الفعالة سطحيًا الكاتيونية، وأحماض النفثينيك، وأحماض الأسفلتينيك، وأملاحها المعدنية متعددة التكافؤ.

بالنسبة لأنواع النفط الثقيل الخاصة التي لا يمكن استخراجها باستخدام وحدات الضخ التقليدية، يلزم حقن البخار لاستخلاص الحرارة. ولتحسين كفاءة هذه العملية، تُستخدم مواد خافضة للتوتر السطحي. ويُعد حقن الرغوة - أي حقن عوامل رغوية مقاومة لدرجات الحرارة العالية مع غازات غير قابلة للتكثيف - في آبار حقن البخار من التقنيات الشائعة. وتشمل العوامل الرغوية شائعة الاستخدام: سلفونات ألكيل بنزين، وسلفونات ألفا أوليفين، وسلفونات البترول، وإيثر كحول ألكيل بولي أوكسي إيثيلين المُسلفن، وإيثر فينول ألكيل بولي أوكسي إيثيلين المُسلفن.

نظراً لنشاطها السطحي العالي وثباتها في مواجهة الأحماض والقلويات والأكسجين والحرارة والزيوت، تُعتبر المواد الخافضة للتوتر السطحي المفلورة عوامل رغوية مثالية في درجات الحرارة العالية. إضافةً إلى ذلك، ولتسهيل مرور الزيت المنتشر عبر مسام التكوين أو لتعزيز إزاحة الزيت من أسطح التكوين، تُستخدم مواد خافضة للتوتر السطحي تُعرف باسم عوامل نشر الأغشية، وأكثرها شيوعاً هي المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية الراتنجية الفينولية متعددة الأكسي ألكيلية.

2. المواد الفعالة سطحياً لاستخلاص النفط الخام الشمعي

لاستخراج النفط الخام الشمعي، يجب تنفيذ عمليات منع الشمع وإزالته بشكل منتظم، حيث تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي كمثبطات ومزيلات للشمع.

تنقسم المواد الفعالة السطحية المستخدمة لمنع تراكم الشمع إلى فئتين: مواد فعالة سطحية قابلة للذوبان في الزيت ومواد فعالة سطحية قابلة للذوبان في الماء. تعمل المواد الفعالة السطحية القابلة للذوبان في الزيت على تثبيط تراكم الشمع عن طريق تعديل خصائص سطح بلورات الشمع، وتُعد سلفونات البترول والمواد الفعالة السطحية من نوع الأمين من أكثر الأنواع شيوعًا. أما المواد الفعالة السطحية القابلة للذوبان في الماء، فتعمل عن طريق تغيير خصائص الأسطح التي يتراكم عليها الشمع (مثل أسطح أنابيب النفط، وقضبان الشفط، والمعدات ذات الصلة). تشمل الخيارات المتاحة سلفونات ألكيل الصوديوم، وأملاح الأمونيوم الرباعية، وإيثرات بولي أوكسي إيثيلين الألكانية، وإيثرات بولي أوكسي إيثيلين الهيدروكربونية العطرية، بالإضافة إلى مشتقاتها من سلفونات الصوديوم.

تُقسم المواد الفعالة السطحية المستخدمة في إزالة الشمع إلى نوعين بناءً على استخداماتها. تُضاف المواد الفعالة السطحية القابلة للذوبان في الزيت إلى مزيلات الشمع الزيتية، بينما تُستخدم المواد الفعالة السطحية القابلة للذوبان في الماء - بما في ذلك المواد الفعالة السطحية من نوع السلفونات، وأملاح الأمونيوم الرباعية، والبولي إيثر، والتوين، وOP، بالإضافة إلى المواد الفعالة السطحية من نوع بيرغال وOP المُسترة أو المُسلفنة بالكبريتات - في مزيلات الشمع المائية.

في السنوات الأخيرة، دمجت الصناعات المحلية والعالمية تقنيات إزالة الشمع مع تقنيات منع ترسبه، وجمعت بين مزيلات الشمع الزيتية والمائية لتطوير مزيلات شمع هجينة. تستخدم هذه المنتجات الهيدروكربونات العطرية والهيدروكربونات العطرية المختلطة كمرحلة زيتية، ومستحلبات ذات خصائص إزالة الشمع كمرحلة مائية. عندما يكون المستحلب المختار مادة فعالة سطحية غير أيونية ذات نقطة تعكر مناسبة، يمكن أن تصل درجة الحرارة أسفل منطقة ترسب الشمع في بئر النفط إلى نقطة تعكرها أو تتجاوزها. ونتيجة لذلك، يتفكك مزيل الشمع الهجين قبل دخوله منطقة ترسب الشمع، لينفصل إلى مكونين يعملان بتآزر لإزالة الشمع.