ما هي تطبيقات المواد الخافضة للتوتر السطحي في قطاع حقول النفط؟

وفقًا لطريقة تصنيف المواد الكيميائية المستخدمة في حقول النفط، يمكن تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة في حقول النفط حسب التطبيق إلى مواد خافضة للتوتر السطحي للحفر، ومواد خافضة للتوتر السطحي للإنتاج، ومواد خافضة للتوتر السطحي لتعزيز استخلاص النفط، ومواد خافضة للتوتر السطحي لتجميع ونقل النفط والغاز، ومواد خافضة للتوتر السطحي لمعالجة المياه.

 

المواد الفعالة بالحفر​

 

من بين المواد الفعالة سطحياً المستخدمة في حقول النفط، تستحوذ مواد الحفر (بما في ذلك إضافات سائل الحفر ومواد التثبيت) على الحصة الأكبر من الاستهلاك، إذ تبلغ حوالي 60% من إجمالي استخدام هذه المواد. أما مواد الإنتاج، فرغم قلة كميتها نسبياً، إلا أنها أكثر تطوراً من الناحية التقنية، وتشكل حوالي ثلث الإجمالي. وتكتسب هاتان الفئتان أهمية بالغة في تطبيقات المواد الفعالة سطحياً في حقول النفط.

في الصين، يركز البحث على مجالين رئيسيين: تعظيم استخدام المواد الخام التقليدية وتطوير بوليمرات اصطناعية جديدة (بما في ذلك المونومرات). أما على الصعيد الدولي، فيتسم البحث في إضافات سوائل الحفر بتخصص أكبر، مع التركيز على البوليمرات الاصطناعية المحتوية على مجموعة حمض السلفونيك كأساس لمختلف المنتجات، وهو اتجاه من المرجح أن يُؤثر على التطورات المستقبلية. وقد تحققت إنجازات كبيرة في مجال مُخفِّضات اللزوجة، وعوامل التحكم في فقدان السوائل، ومواد التشحيم. والجدير بالذكر أنه في السنوات الأخيرة، تم اعتماد المواد الخافضة للتوتر السطحي الكحولية البوليمرية ذات تأثيرات نقطة التعكر على نطاق واسع في حقول النفط المحلية، مما أدى إلى تشكيل سلسلة من أنظمة سوائل الحفر الكحولية البوليمرية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت سوائل الحفر القائمة على ميثيل جلوكوزيد والجلسرين نتائج واعدة في التطبيقات الميدانية، مما دفع إلى زيادة تطوير المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة في الحفر. حاليًا، تشمل إضافات سوائل الحفر في الصين 18 فئة تضم أكثر من ألف نوع، ويبلغ الاستهلاك السنوي منها ما يقارب 300 ألف طن.

 

مواد إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي​

 

مقارنةً بالمواد الفعالة سطحياً المستخدمة في عمليات الحفر، فإن المواد الفعالة سطحياً المستخدمة في الإنتاج أقل تنوعاً وكمية، لا سيما تلك المستخدمة في عمليات التحميض والتكسير الهيدروليكي. في مجال المواد الفعالة سطحياً المستخدمة في التكسير الهيدروليكي، يركز البحث على عوامل التبلور بشكل أساسي على الصمغ النباتي الطبيعي المعدل والسليلوز، إلى جانب البوليمرات الاصطناعية مثل بولي أكريلاميد. في السنوات الأخيرة، كان التقدم الدولي في مجال المواد الفعالة سطحياً المستخدمة في سوائل التحميض بطيئاً، مع تحول تركيز البحث والتطوير نحومثبطات التآكلتُستخدم هذه المثبطات في عمليات التحميض. وعادةً ما تُطوَّر هذه المثبطات بتعديل أو مزج المواد الخام الموجودة، بهدف ضمان انخفاض سميتها أو انعدامها، وذوبانها في الزيت/الماء أو تشتتها فيه. وتنتشر المثبطات القائمة على الأمينات، والأمونيوم الرباعي، ومثبطات الكحول الألكيني، بينما تراجع استخدام المثبطات القائمة على الألدهيدات بسبب مخاوف تتعلق بالسمية. وتشمل الابتكارات الأخرى مركبات حمض دوديسيل بنزين سلفونيك مع أمينات منخفضة الوزن الجزيئي (مثل إيثيل أمين، وبروبيل أمين، وأمينات أولية C8-18، وأوليك ثنائي إيثانول أميد)، ومستحلبات الحمض في الزيت. وفي الصين، تأخرت الأبحاث المتعلقة بالمواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة في التكسير الهيدروليكي وسوائل التحميض، مع تقدم محدود يتجاوز مثبطات التآكل. من بين المنتجات المتاحة، تهيمن المركبات القائمة على الأمين (الأميدات الأولية والثانوية والثالثية والرباعية ومزيجها)، تليها مشتقات الإيميدازولين كفئة رئيسية أخرى من مثبطات التآكل العضوية.

 

المواد الفعالة بالسطح المستخدمة في تجميع ونقل النفط والغاز​

 

بدأ البحث والتطوير في مجال المواد الفعالة سطحياً المستخدمة في تجميع ونقل النفط والغاز في الصين في ستينيات القرن الماضي. واليوم، يوجد 14 فئة تضم مئات المنتجات. وتُعدّ مُزيلات استحلاب النفط الخام الأكثر استهلاكاً، حيث يبلغ الطلب السنوي عليها حوالي 20 ألف طن. وقد طوّرت الصين مُزيلات استحلاب مُخصصة لحقول النفط المختلفة، ويتوافق العديد منها مع المعايير الدولية التي وُضعت في تسعينيات القرن الماضي. ومع ذلك، لا تزال مُخفّضات نقطة الانصباب، ومُحسّنات التدفق، ومُخفّضات اللزوجة، وعوامل إزالة/منع الشمع محدودة، حيث تُعتبر في الغالب منتجات مُركّبة. وتُشكّل المتطلبات المُختلفة لخصائص النفط الخام لهذه المواد الفعالة سطحياً تحدياتٍ وتزيد من الطلب على تطوير منتجات جديدة.

 

مواد معالجة المياه في حقول النفط​

 

تُعدّ المواد الكيميائية لمعالجة المياه فئةً بالغة الأهمية في تطوير حقول النفط، حيث يتجاوز استهلاكها السنوي 60 ألف طن، منها حوالي 40% مواد خافضة للتوتر السطحي. ورغم الطلب الكبير، لا تزال الأبحاث المتعلقة بهذه المواد في الصين غير كافية، كما أن نطاق المنتجات المتاحة غير مكتمل. معظم هذه المنتجات مُقتبسة من معالجة المياه الصناعية، ولكن نظرًا لتعقيد مياه حقول النفط، غالبًا ما تكون فعاليتها محدودة، وقد لا تُحقق النتائج المرجوة. وعلى الصعيد الدولي، يُعدّ تطوير المواد المُرسبة المجال الأكثر نشاطًا في أبحاث المواد الخافضة للتوتر السطحي لمعالجة المياه، حيث يُنتج العديد من المنتجات، إلا أن القليل منها مُصمّم خصيصًا لمعالجة مياه الصرف الصحي في حقول النفط.