Progreso de la investigación sobre inhibidores de escala respetuosos con el medio ambiente para el desarrollo de yacimientos petrolíferos

El desarrollo de los inhibidores de escala:

Los inhibidores de escamas inhiben la formación de escamas al interrumpir uno o más pasos en el proceso de formación de escamas. En la década de 1930, se usaron inhibidores de escamas de polímeros naturales como lignina y tanino para prevenir la formación de escamas, pero sufrieron un rendimiento inestable y requirieron dosis altas. En la década de 1950, para mejorar su inhibición de escamas, los inhibidores de escamas de polímeros naturales fueron reemplazados gradualmente por fosfatos inorgánicos, como el tripolifosfato de sodio. En la década de 1960, se desarrollaron fosfatos orgánicos, como el ácido aminotrimetileno fosfórico. Los inhibidores de escamas de fosfato ofrecen una inhibición de escamas excelente y estable, y durante mucho tiempo dominaron la clasificación de inhibidores de escamas. Sin embargo, los inhibidores de escamas de fosfato contienen grandes cantidades de fósforo, que fácilmente pueden causar eutrofización, dañando gravemente el medio ambiente acuático y poniendo en peligro la supervivencia y el desarrollo humanos. Por lo tanto, en la década de 1970, se sintetizaron inhibidores Ofrecen un mejor rendimiento de inhibición de la escala pero tienen una menor tolerancia al calcio. En la década de 1990, se desarrollaron inhibidores de escamas a base de ácido sulfónico con mejoraron la estabilidad y la resistencia a la temperatura, como el copolímero de ácido sulfónico de ácido metacrílico AA. Debido a que los inhibidores de escamas tradicionales son difíciles de degradar, las personas se dieron cuenta gradualmente de su amenaza potencial para el medio ambiente ecológico. A finales del siglo XX, se desarrollaron inhibidores de escamas verdes y respetuosos con el medio ambiente, como el ácido poliepoxisucínico y el ácido poliaspártico. Estos inhibidores de escamas libres de fósforo y nitrógeno, biodegradables y seguros para el agua han sido durante mucho tiempo un punto caliente de investigación en el campo de los inhibidores de escamas. En 2015, se promulgó la norma nacional obligatoria GB 31570-2015, "Norma de Emisión de Contaminantes de la Industria de Refinación de Petróleo", que establece que el contenido total de fósforo en el agua vertida no debe superar 1,0 mg / L. Por lo tanto, la investigación sobre los inhibidores de escamas debe centrarse en reducir las emisiones de fósforo en la fuente y proteger el medio ambiente ecológico, con el objetivo de desarrollar inhibidores de escamas verdes no tóxicos y no contaminantes.

Inhibidores de escala ecológicos:

Desarrollados en respuesta a la tendencia de construir una sociedad respetuosa con el medio ambiente, los inhibidores de escamas verdes ofrecen ventajas como la eficiencia de inhibición a alta escala, la biodegradabilidad y el respeto al medio ambiente. Actualmente, los inhibidores de escamas verdes más comunes utilizados en los yacimientos petrolíferos son el ácido poliepoxisucínico (PESA) y el ácido poliaspártico (PASP). Para mejorar la eficacia de estos dos inhibidores de escamas verdes en los yacimientos petrolíferos, muchos investigadores han introducido recientemente en los grupos PESA y PASP con alta electronegatividad que facilita la quelación con cationes metálicos como Ca2 +, Mg2 + y Ba2 +, o aumenta la solubilidad de los cationes metálicos en solución.

La Tabla 1 resume varios grupos funcionales comúnmente utilizados para modificar PESA y PASP y su biodegradabilidad. 

2,1 Inhibidor de la Escala de Ácido Poliepoxisucínico

El inhibidor de escamas de ácido poliepoxisucínico (PESA) es un inhibidor de escamas verdes libre de fósforo y nitrógeno desarrollado en los Estados Unidos en la década de 1990. Presenta una excelente biodegradabilidad y una adaptabilidad ambiental relativamente buena, lo que lo hace adecuado para ambientes acuáticos con altas concentraciones de álcalis y metales. Las moléculas de PESA contienen múltiples grupos carboxilos, que se ionizan al disolverse para producir aniones carboxilos. En condiciones alcalinas, estos aniones carboxilos pueden transformar la estructura de la cadena de la molécula del inhibidor de escamas de curvo a recto, exponiendo grupos con cargas más negativas. Esto les facilita adsorberse y enredarse en cristales de escama, deformándolos y afectando su crecimiento o cambiando su forma cristalina, inhibiendo así la formación de escamas. Además, los grupos carboxilos pueden quelar con iones de calcio y magnesio para formar quelatos solubles, aumentando su solubilidad y logrando la inhibición de escamas. La ruta general de síntesis de PESA es la siguiente: el anhídrido maleico se hidroliza en condiciones alcalinas para producir maleato de sodio. Luego, el maleato de sodio se epoxida en presencia de un catalizador (tungstato de sodio) y un oxidante (peróxido de hidrógeno) para producir epoxisuccinato de sodio. Finalmente, el epoxisuccinato de sodio se polimeriza en presencia de un iniciador (hidróxido de calcio) para formar ácido poliepoxisucínico. PESA tiene un buen potencial de inhibición de escala, pero su resistencia a altas temperaturas es pobre y tiene un efecto umbral, lo que limita su rango de aplicación. Por lo tanto, el enfoque de investigación en PESA es ampliar el rango de aplicación de PESA, incluida la ampliación de la temperatura aplicable y el aumento del límite superior de la concentración de iones. Con el fin de mejorar el rendimiento de inhibición de escala de PESA, los investigadores han desarrollado una serie de derivados del ácido poliepoxisucínico introduciendo algunos grupos modificados. 

2.1.1 Introducción de grupos modificados para mejorar el rendimiento de PESA 

(1) Introducción de -NH2 para mejorar la capacidad de adsorción

(2) Introducción de -COOH para mejorar la capacidad de quelación y distorsión de la red

(3) Introducción de -CO-NH- para mejorar la biodegradación, adsorción y quelación

2,2 Inhibidor de escamas de ácido poliaspártico

El inhibidor de escamas de ácido poliaspártico (PASP) también es un inhibidor de escamas verdes no contaminante, no tóxico, inofensivo y fácilmente biodegradable. PASP tiene estructuras tipo alfa y beta y también contiene grupos carboxilos. Los grupos carboxilos ionizan, generando iones negativos que quelan con iones metálicos como Ca2 + y Mg2 +, aumentando así su solubilidad y logrando inhibición de escamas. La figura 5 muestra la ruta de síntesis PASP actual. Primero, se sintetiza la polisuccinimida intermedia (PSI), seguida de la hidrólisis alcalina de PSI para producir PSAP. Dependiendo de las materias primas, la síntesis de PSI se puede realizar utilizando ácido L-aspártico (L-Asp) como reactante o utilizando anhídrido maleico (MA) y sales de amonio como reactantes.

2.2.1 Presentamos grupos modificados para mejorar el rendimiento PASP

(1) Introducción de -CO-NH- para mejorar la biodegradación, adsorción y quelación

(2) Presentamos -SO3H para mejorar la resistencia a altas temperaturas

(3) Presentamos -OH para mejorar la capacidad de adsorción

Problemas y perspectivas

Actualmente, muchos inhibidores de escamas verdes han mostrado un buen rendimiento de inhibición de escamas, e incluso la tasa de inhibición de escamas puede alcanzar el 100%. Sin embargo, estos inhibidores de escamas verdes se dirigen principalmente a un tipo de escala y la investigación sobre el mecanismo de inhibición de escamas no es lo suficientemente profunda. Además, es necesario estudiar el control de costos y la industrialización de los inhibidores de escamas verdes. Para obtener un inhibidor de escamas de campo petrolífero que sea biodegradable, verde, no tóxico, económico y que no represente ninguna amenaza para el medio ambiente y el ecosistema, todavía queda mucho trabajo por hacer:

(1) Investigación y desarrollo de inhibidores de escala adecuados para escalas compuestas. Los inhibidores de escala verde actuales solo pueden ejercer efectos de inhibición de escala en un cierto tipo de escala, pero no pueden mostrar efectos de inhibición de escala en múltiples escalas al mismo tiempo.

(2) Investigación sobre el mecanismo de inhibición de escamas de los inhibidores de escamas verdes. La descripción del mecanismo de inhibición de escamas de los inhibidores de escamas verdes sigue siendo a nivel cualitativo, con pocos datos específicos que lo apoyen. En particular, la exploración de los efectos sinérgicos específicos de los mecanismos de inhibición de múltiples escamas es aún más escasa en apoyo de datos.

(3) Reciclaje y reutilización de inhibidores de escamas verdes. Para ahorrar recursos y reducir el costo del desarrollo de campos petroleros, es de gran importancia estudiar el reciclaje y reutilización de inhibidores de escamas verdes. Sin embargo, actualmente hay pocos investigadores que lleven a cabo investigaciones en profundidad sobre este tema.

(4) Industrialización de la síntesis de inhibidores de escamas verdes. El propósito de la investigación y el desarrollo es optimizar la ruta de síntesis, utilizar materias primas abundantes, fácilmente disponibles y de bajo costo para la síntesis, mejorar el rendimiento, acelerar la producción industrial y permitir que los inhibidores de escamas verdes se apliquen más rápidamente al desarrollo de yacimientos petrolíferos.