超分子材料在油田化学工程中的研究进展
李婷
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李婷,. 超分子材料在油田化学工程中的研究进展[J]. 材料科学研究,2023.9. DOI:10.12721/ccn.2023.157310.
摘要: 近年来,随着科学技术的飞速发展,超分子材料被认为是一种通过动态可逆的非共价作用力而产生的一种功能自组装材料,其结构在特定的条件下可以解组装。通过非共价作用力,可以实现对其形貌与功能的调节,从而使其具有响应性、自愈性等优良性能。目前,超分子材料已被广泛地应用于生命科学、医药工程、能源科学等诸多领域。
关键词: 超分子材料;油田化学工程;研究进展
DOI:10.12721/ccn.2023.157310
基金资助:

超分子化学和油田化学的交叉融合,形成了一门崭新的学科,对油田化学的发展起到了很好的促进作用。目前,超分子材料在油田化学工程中的应用已有很多种形态,如超分子聚合物、活性剂、纳米复合物等。超分子材料在油田化学工程中具有重要的应用价值,在石油钻井、压裂、提高原油采收率、调剖和污水治理等很多方面都显示出广阔的应用前景。

1采油工程的问题

1.1开采成本过高

在油田开发过程中,采油项目的目的就是要通过获得能源来实现经济利益的发展。所以,在这个目标的基础上,要保证油田企业的可持续发展。可以看出,这一行业一直以来都是以利润为主要目的,但又要确保开采的效率和质量,所以经常会不可避免地产生过高的成本。因此,在石油开采中,成本控制应该是最重要的。成本过高,主要表现在前期设备购置、开发作业损耗、人工投入等方面。并且在原油开采之后,无论是选择陆路、水路,还是管道运输,都会产生直接和间接成本。

1.2开采过程较为复杂

石油的开发过程可以简单地总结为选择钻井装备,并在适当的位置进行钻井。但是,我国地域广阔,地形复杂,而且石油资源多在数千年的时间里都被埋藏在地下,因此,岩石对石油造成了天然的阻隔作用。因此,在采油过程中,遇到的岩石质地和硬度都不一样,而且由于要进行深挖,难免会有探测不准确的问题,这就造成了工作中的大量损失。因此,还需着重考虑如何进行挖掘方法的创新和挖掘技术的研究。

1.3石油开采技术要求高

随着高科技的发展,我国的油田开发工作已经从传统的人工方式转变成了机械方式,而且正在逐渐实现自动化。因此,对大部分的技术人员来说,必须不断地更新自己的技术知识,保证自己能够跟上时代的步伐。机械化的石油开采虽然节省了大量的时间和精力,但是它只限于某一个开采方式环节。而出油点的定位、岩石性质的判断等,都需要专门的技术人员来进行判断,这就说明,在石油开采方面,需要很高的技术含量。

2超分子材料的应用

2.1钻井施工

目前对钻井液的流变性和耐热耐盐性等方面的研究还很少。采用阴离子单体、阳离子单体与丙烯酰胺共聚合,通过酰胺基之间的氢键与阴阳离子之间的离子键的协同效应,可以形成三维立体网络,使其表观黏度及动态塑性增加3-4倍。并使其与基浆结合后,黏度及切力得到显著提升。随着钻井深度的不断加深,井下环境的复杂程度也随之增大。传统的钻井液体系在高速剪切作用下存在剪切稀释性能差、黏度降低等问题。利用非共价作用力的可逆作用,可以使超分子结构体系在高速剪切作用下被打破,而超分子可以通过自组装形成三维网络结构,从而达到剪切自适应性。

2.2刺激-响应型智能超分子材料

超分子聚合物具有刺激响应性。通过外部环境的刺激,超分子聚合物可以改变分子间的作用和自组装方式,实现信息传递和催化等多种功能。从外界刺激的角度,可以将其划分为热响应、光响应、氧化还原响应、pH响应等多种类型的材料。热响应是一种常见的超分子材料特性。随着温度增加,非共价相互作用会逐渐减弱,从而导致超分子结构的破坏。当温度下降时,该聚合物可以恢复到原来的状态,从而实现了热响应的可逆性。其他响应型超分子则需将各种响应集团引入到超分子结构中。

2.3荧光材料

无机材料的力学性能优于有机材料。但是,目前的无机材料难以获得具有良好的发光性能和理想的结构。利用荧光微泡作为模板,合成一种具有中空结构的杂化荧光微胶囊。以AIEgen与相反电荷的表面活性剂在水中进行自组装,制备了一种新型的荧光微囊。该二氧化硅纳米颗粒可以在癌细胞表面选择性富集。杂化硅荧光微囊,不仅细胞毒性小,荧光强度高,且能实现癌细胞的靶向递送,且囊壁厚度可由硅源浓度调节。

2.4在压裂增产过程中的应用

目前,低渗透储层和非常规油气已经成为我国油气开采与发展的主要方向。为了实现这类油气的高效开采,压裂增产改造是必然选择,而非常规油气开采的特殊性决定了其对压裂技术的要求越来越高。压裂液体的作用很重要。将纳米材料引入到压裂液体系中,利用纳米材料优化压裂液体系,有望解决目前在高效开采过程中存在的恶性循环等问题。将纳米材料引入到压裂液体系中,可以改善流变特性,强化压裂施工效果。为了满足目前的高效开采,构建新型的纳米压裂液体系是一个重要的发展趋势。

2.5其他方面的应用

油气资源的开发与利用促进了世界经济的发展,但也带来了大量的环境污染。随着油田污水的治理越来越困难,人们将目光投向了利用超分子材料来治理油田污水的研究。构建一类低分子量多肽基凝胶分子,可以实现多种有机溶剂的选择性分离。该凝胶因子的分子结构显示,通过引入π-π相互作用,氢键,疏水相互作用力,可以使其具有良好的处理效果。

3质检工作改进对策

从目前国内对于油田化学剂的使用与质量检验的现状来看,存在没有合理的检测指标,检测效率低下的问题。如果这些问题不能得到有效处理,将会质检工作产生影响。

3.1加强控制产品质量

化学剂产品的质量对检测结果有一定的影响。因此,石油企业要重点强化化学剂产品的质量管理。在采购化学剂产品时,要尽可能选择有信誉的厂商,减少化学剂产品的质量风险。同时,石油企业要进行分批取样检测,确保所用化学剂产品的质量符合规定。在检验过程中,如发现化学剂制品有不符合要求,必须及时与制造厂商协商退货。

3.2明确检测流程

由于油田化学剂质量检验是一个系统的工作,各环节环环相扣,相互影响。所以,质量检验人员应对油田化学剂质量检验的程序进行梳理,力求使每一个环节都达到最优。质检人员应当严格按照油田化学剂质检规范进行检测,对每个数据的采集、填写都要按照化学剂质检的有关要求进行。一旦出现数据错误,就要立即查找原因,避免出现重复检测,从而为石油企业节省运行费用,确保数据的真实、准确。

4未来展望

由于油藏环境和油田建设场地的复杂性,传统的共价材料受到了极大的挑战。而超分子化学的出现,给油气田开发的各个环节带来了新的研究方法,是当前开发各类复杂油藏的强有力的技术支持。但是,目前该化学材料尚未实现大规模的应用,其在提高原油采收率和调剖等方面的应用也还停留在实验室研究阶段。要使其规模化应用,理想的超分子材料应是合成方法简便、结构设计容易、适用范围广的。所以,在油田化工中,超分子理论还有待进一步研究。今后在油气资源开发方面,应注重“适应性强,环境友好,成本低廉”等发展方向。通过利用便宜的原材料,制备出具有适应性的材料,从而达到对油气资源的保护,减少对环境的破坏。

结束语:

总的来说,伴随着经济的发展和进步,人们对石油等消耗性资源的需求也在持续提高。尽管目前已经研发出了相应的替代资源,但是由于此类资源对经济发展依然具有十分重要的影响,因此在一定程度上还不能被完全替代。在这种情况下,对石油进行有效地开采,对石油企业的效益的提高和对国家经济水平的提高都具有十分重要的影响。然而,就当前的发展状况来看,石油企业在开采过程中仍然存在着较大的问题。尽管石油企业已进入到了后期发展阶段,但其采油技术与时代发展进程中的先进技术仍有较大的差距,因此,在采油工程设计方案中,还需要根据实际情况,对问题进行改进和优化。 

参考文献:

[1]王鑫.油田化学采油工艺技术探析[J].化工管理,2015(26):45.

[2]郭艳丽.油田化学采油工艺技术探讨[J].化工管理,2016(11):16.

[3]李东阳,杨欢军,邓良广.油田化学采油工艺技术及其应用[J].中国石油和化工标准与质量,2013(18):36.

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