Jakie są zastosowania surfaktantów w sektorze naftowym?

Zgodnie z metodą klasyfikacji środków chemicznych stosowanych w złożach ropy naftowej, surfaktanty do zastosowań w złożach ropy naftowej można podzielić ze względu na zastosowanie na surfaktanty wiertnicze, surfaktanty produkcyjne, surfaktanty do wspomagania wydobycia ropy naftowej, surfaktanty do gromadzenia i transportu ropy naftowej i gazu oraz surfaktanty do uzdatniania wody.

 

Surfaktanty wiertnicze​

 

Spośród surfaktantów stosowanych w złożach ropy naftowej, surfaktanty wiertnicze (w tym dodatki do płynów wiertniczych i dodatki cementowe) stanowią największą część zużycia – około 60% całkowitego zużycia surfaktantów w złożach ropy naftowej. Surfaktanty produkcyjne, choć stosunkowo mniejsze, są bardziej zaawansowane technologicznie i stanowią około jednej trzeciej całkowitego zużycia. Te dwie kategorie mają istotne znaczenie w zastosowaniach surfaktantów w złożach ropy naftowej.

W Chinach badania koncentrują się na dwóch głównych obszarach: maksymalizacji wykorzystania tradycyjnych surowców oraz opracowywaniu nowych polimerów syntetycznych (w tym monomerów). Na arenie międzynarodowej badania nad dodatkami do płynów wiertniczych są bardziej wyspecjalizowane, kładąc nacisk na polimery syntetyczne zawierające grupę kwasu sulfonowego jako podstawę różnych produktów – trend ten prawdopodobnie wpłynie na przyszły rozwój. Dokonano przełomów w zakresie reduktorów lepkości, środków kontroli strat płynu oraz środków smarnych. Warto zauważyć, że w ostatnich latach polimeryczne surfaktanty alkoholowe o działaniu mętniejącym zostały szeroko zastosowane na krajowych polach naftowych, tworząc serię systemów polimerycznych płynów wiertniczych na bazie alkoholi. Ponadto, płyny wiertnicze na bazie metyloglukozydu i gliceryny wykazały obiecujące wyniki w zastosowaniach terenowych, co dodatkowo napędza rozwój surfaktantów wiertniczych. Obecnie chińskie dodatki do płynów wiertniczych obejmują 18 kategorii i ponad tysiąc odmian, a ich roczne zużycie zbliża się do 300 000 ton.

 

Produkcja środków powierzchniowo czynnych​

 

W porównaniu z surfaktantami wiertniczymi, surfaktanty produkcyjne są mniej różnorodne i mniej dostępne, zwłaszcza te stosowane w zakwaszaniu i szczelinowaniu. W przypadku surfaktantów szczelinujących, badania nad środkami żelującymi koncentrują się głównie na modyfikowanych naturalnych gumach roślinnych i celulozie, a także na polimerach syntetycznych, takich jak poliakrylamid. W ostatnich latach międzynarodowy postęp w dziedzinie surfaktantów do zakwaszania płynów był powolny, a nacisk w badaniach i rozwoju przesunął się w kierunku…inhibitory korozjido zakwaszania. Inhibitory te są zazwyczaj opracowywane poprzez modyfikację lub mieszanie istniejących surowców, a ich wspólnym celem jest zapewnienie niskiej lub zerowej toksyczności oraz rozpuszczalności w oleju/wodzie lub dyspergowalności w wodzie. Powszechne są inhibitory na bazie amin, czwartorzędowych związków amoniowych i alkoholi alkinowych, natomiast inhibitory na bazie aldehydów są mniej popularne ze względu na obawy dotyczące toksyczności. Inne innowacje obejmują kompleksy kwasu dodecylobenzenosulfonowego z aminami o niskiej masie cząsteczkowej (np. etyloaminą, propyloaminą, aminami pierwszorzędowymi C8–18, dietanoloamidem kwasu oleinowego) oraz emulgatory typu „kwas w oleju”. W Chinach badania nad surfaktantami do płynów szczelinujących i zakwaszających są opóźnione, a postęp w badaniach wykraczających poza inhibitory korozji jest ograniczony. Wśród dostępnych produktów dominują związki na bazie amin (amidy pierwszorzędowe, drugorzędowe, trzeciorzędowe lub czwartorzędowe oraz ich mieszanki), a następnie pochodne imidazoliny, stanowiące kolejną ważną klasę organicznych inhibitorów korozji.

 

Surfaktanty do zbierania/transportu ropy naftowej i gazu​

 

Badania i rozwój surfaktantów do gromadzenia i transportu ropy naftowej i gazu w Chinach rozpoczęły się w latach 60. XX wieku. Obecnie istnieje 14 kategorii obejmujących setki produktów. Demulgatory ropy naftowej są najczęściej stosowane, a ich roczne zapotrzebowanie wynosi około 20 000 ton. Chiny opracowały demulgatory dostosowane do różnych złóż ropy naftowej, z których wiele spełnia międzynarodowe normy z lat 90. XX wieku. Jednak demulgatory obniżające temperaturę krzepnięcia, polepszacze płynności, reduktory lepkości oraz środki do usuwania/zapobiegania powstawaniu wosku pozostają ograniczone, głównie jako produkty mieszane. Zróżnicowane wymagania dotyczące różnych właściwości ropy naftowej w stosunku do tych surfaktantów stanowią wyzwanie i zwiększają zapotrzebowanie na nowe produkty.

 

Surfaktanty do uzdatniania wody na polach naftowych​

 

Chemikalia do uzdatniania wody stanowią kluczową kategorię w rozwoju złóż ropy naftowej, a ich roczne zużycie przekracza 60 000 ton – około 40% z nich stanowią surfaktanty. Pomimo znacznego popytu, badania nad surfaktantami do uzdatniania wody w Chinach są niewystarczające, a asortyment produktów pozostaje niekompletny. Większość produktów pochodzi z przemysłowych systemów uzdatniania wody, ale ze względu na złożoność wód złóż ropy naftowej, ich zastosowanie jest często ograniczone, a czasami nie przynosi oczekiwanych rezultatów. Na arenie międzynarodowej rozwój flokulantów jest najbardziej aktywnym obszarem badań nad surfaktantami do uzdatniania wody, co owocuje licznymi produktami, choć niewiele z nich jest przeznaczonych specjalnie do oczyszczania ścieków z pól naftowych.