تشتهر صناعة النفط والغاز باعتمادها الكبير على المواد الاصطناعية، إلا أن هناك حركة متنامية تغير طريقة تعاملنا مع هذه الصناعة.

اليوم، دعونا نتحدث عن البوليمرات الطبيعية لتطبيقات صناعة النفط والغاز. إنهم يكتسبون قوة جذب بسرعة. ما الذي يدفع هذا التغيير، ولماذا يجب عليك الاهتمام به؟

لقد أمضيت سنوات في هذا المجال، وما رأيته كان مثيرًا. لا تقتصر أهمية البوليمرات الطبيعية على كونها "صديقة للبيئة" فحسب، بل إنها توفر مزايا عملية حقيقية تُحدث تغييرًا جذريًا.

في هذه المقالة، سأناقش سبب حدوث التحول نحو البوليمرات الطبيعية لعمليات صناعة النفط والغاز، والإمكانات المثيرة التي تحملها، وكيف قد يبدو المستقبل لهذا المجال المهم.

جدول المحتويات:

• صعود المواد البوليمرية الطبيعية
  • ما هي بالضبط المواد البوليمرية الطبيعية؟
  • البوليمرات الطبيعية مقابل البوليمرات الاصطناعية في صناعة النفط والغاز
  • تطبيقات البوليمرات الطبيعية في صناعة النفط والغاز
  • صياغة سوائل الحفر باستخدام المواد المشتقة بيولوجيا
  • الحفر المتوازن مقابل الحفر غير المتوازن
  • البوليمرات الطبيعية للاستخلاص الكيميائي المعزز للنفط (cEOR)
  • مراقبة المطابقة في النفط والغاز باستخدام البوليمرات الطبيعية
• وفي الختام

صعود المواد البوليمرية الطبيعية

لماذا هناك ضجة حول المواد البوليمرية الطبيعية؟  

لأن هناك اعترافًا متزايدًا بأن صناعة النفط والغاز بحاجة إلى أن تصبح أكثر استدامة.

ولا يتعلق الأمر فقط بالصورة العامة؛ يتعلق الأمر بميزة تجارية حقيقية. ما الذي شهدته بنفسي؟

الشركات التي تسعى إلى بصمة بيئية أقل تكتشف منجم ذهب في هذه المواد الطبيعية.

علاوة على ذلك، فإن أداء البوليمرات الطبيعية يكون بنفس جودة نظيراتها الاصطناعية، إن لم يكن أفضل منها.

ما هي بالضبط المواد البوليمرية الطبيعية؟

يمكننا الحصول على هذه البوليمرات الموجودة بشكل طبيعي من عدة مصادر، مثل المواد النباتية أو الحيوانية، بدلاً من إنتاجها من الوقود الأحفوري مثل معظم البوليمرات الاصطناعية.

يتفق العديد من الخبراء على أن استخدام البوليمرات الطبيعية في تطبيقات صناعة النفط والغاز سيلعب دورًا كبيرًا في تحقيق أهداف الاستدامة في الصناعة.

إنها تمثل بدائل رائعة في التطبيقات التي تستخدم حاليًا البوليمرات الاصطناعية.

ويشمل ذلك أنشطة مثل سوائل الحفر، والاستخلاص المعزز للنفط، والتحكم في المطابقة، ومعالجة المياه المنتجة،

البوليمرات الطبيعية مقابل البوليمرات الاصطناعية في صناعة النفط والغاز

تستخدم صناعة النفط والغاز البوليمرات في العديد من التطبيقات.

أحد هذه التطبيقات هو فصل المواد الصلبة العالقة والهيدروكربونات النزرة والملوثات الأخرى من المياه المنتجة في عمليات حقول النفط.

قد تعرفها على أنها مواد مندفة أو مواد تخثر. إنهم يجمعون هذه الملوثات معًا لتسهيل إزالتها من الماء.

هناك نوعان رئيسيان من البوليمرات: الطبيعية والاصطناعية.

البوليمرات الاصطناعية مصنوعة من المنتجات البترولية. البوليمرات الطبيعية تأتي من الطبيعة. فكر في أشياء مثل النباتات أو الحياة البحرية.

ومع ذلك، هناك بعض المشاكل مع البوليمرات الاصطناعية التقليدية والأملاح المعدنية مثل بولي أكريلاميد، بوليدادماك.

يمكن أن تكون ضارة بالبيئة وفي كثير من الحالات لا تتحلل في الطبيعة.

 هذه مسألة مهمة لأننا نريد حماية النظم البيئية التي نعيش فيها.

لكن البوليمرات الطبيعية مختلفة. إنها أفضل للبيئة لأنها مشتقة من الطبيعة وعادة ما تتحلل بشكل طبيعي مع مرور الوقت.

يسمى أحد البوليمرات الطبيعية الذي يحظى باهتمام كبير Zeoturb. وهو مندف عضوي حيوي سائل مستدام. إنه مشتق من الحياة البحرية وهو جيد حقًا في الارتباط بالزيوت النزرة والملوثات الأخرى التي لا يريدها مشغلو النفط/الغاز في مياههم.

فهو يساعد كجزء من عملية معالجة متعددة الخطوات لمعالجة المياه من أجل إعادة استخدامها أو تصريفها بشكل مستدام.

تطبيقات البوليمرات الطبيعية في صناعة النفط والغاز

تحظى البوليمرات الطبيعية باهتمام كبير في صناعة النفط والغاز بسبب خصائصها الصديقة للبيئة وتطبيقاتها المتنوعة.

في مرحلة الإنتاج، يتم استخدام هذه البوليمرات كإضافات لسوائل الحفر، مما يساعد على التحكم في اللزوجة وتقليل فقدان السوائل وتحسين استقرار حفرة البئر. كما أنها تعمل كمواد تشحيم فعالة، مما يقلل الاحتكاك أثناء عمليات الحفر ويقلل من تآكل المعدات.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام البوليمرات الطبيعية في تقنيات الاستخلاص المعزز للنفط (EOR)، حيث تعمل كعوامل تكثيف لتحسين كفاءة المسح وزيادة إنتاج النفط من الحقول الناضجة.

أثناء عمليات المعالجة، تلعب البوليمرات الطبيعية دورًا حاسمًا في عمليات الفصل المختلفة.

يتم استخدامها كمزيلات استحلاب لتكسير مستحلبات الزيت والماء، مما يسهل فصل الزيت عن الماء في سوائل الإنتاج.

تجد هذه البوليمرات أيضًا تطبيقات في معالجة الغاز، حيث تعمل كمثبطات للهيدرات، مما يمنع تكوين هيدرات الغاز التي يمكن أن تسد خطوط الأنابيب والمعدات.

علاوة على ذلك، يتم استخدام البوليمرات الطبيعية في النقل عبر خطوط الأنابيب، حيث تعمل كمخفضات سحب لتحسين كفاءة التدفق وتقليل تكاليف الضخ.

في معالجة المياه المنتجة، مثل البوليمرات الطبيعية Zeoturb ظهرت كمندبات ومخثرات فعالة. فهي تساعد في إزالة المواد الصلبة العالقة وقطرات الزيت والملوثات الأخرى من المياه المنتجة، مما يسمح بمعالجة المياه وإعادة تدويرها بشكل أكثر كفاءة.

يمكن لهذه البوليمرات أيضًا أن تعمل كمثبطات للتآكل والتآكل، مما يمنع تكوين الرواسب المعدنية في معدات المعالجة وخطوط الأنابيب.

إن استخدام البوليمرات الطبيعية في معالجة المياه المنتجة لا يؤدي فقط إلى تحسين جودة المياه لإعادة استخدامها أو التخلص منها، بل يساعد أيضًا شركات النفط والغاز على تلبية اللوائح البيئية الصارمة وأهداف الاستدامة.

صياغة سوائل الحفر باستخدام المواد المشتقة بيولوجيا

في عمليات حقول النفط، يلعب سائل الحفر دورًا حيويًا، إلا أن هذا "الطين" (كما نسميه غالبًا في الموقع) يمثل تحديًا - فالمواد الكيميائية اللازمة لطين الحفر الفعال غالبًا ما تشكل مخاطر بيئية.

الآن، سوائل الحفر معقدة، وهناك الكثير مما يدخل فيها؛ فهي ليست مخصصة فقط لتشحيم وتبريد لقمة الحفر، بل أيضًا لإزالة القطع من الآبار، والحفاظ على التحكم في الضغط، وتثبيت ثقب البئر.

لسنوات عديدة استخدمنا مجموعة من المواد الكيميائية الاصطناعية للقيام بكل هذا، الأمر الذي أصبح مكلفًا.

ما هي أكبر مشكلة رأيتها بالرغم من ذلك؟ عندما يكون لديك مشروع في منطقة بيئية حساسة، فإن استخدام تلك السوائل التقليدية ليس ممكنًا.

الحل؟ فئة من سوائل الحفر ذات الأساس المائي تسمى الطين ذو الأساس المائي (أنظمة بناء الثقة). في حين أن البعض لا يزال يستخدم إضافات مثل بولي أكريلاميد المتحلل جزئيًا، فإن البوليمرات الطبيعية توفر خيارًا أفضل في هذه الحالات، وهو ما سأتناوله في القسم التالي.

الحفر المتوازن مقابل الحفر غير المتوازن

أحد العوامل المهمة التي يجب التفكير فيها عند اختيار سوائل الحفر هو تقنية الحفر المحددة المستخدمة: الحفر المفرط (OBD) مقابل الحفر غير المتوازن (UBD).

يعني الحفر المفرط في التوازن أنك تقوم بالحفر بضغط أكبر مما يصدره الخزان. ويعتبر الخيار الأكثر أمانًا فيما يتعلق باستقرار البئر وإدارة الضغط.

ومع ذلك، مع الحفر غير المتوازن، يكون للسائل الموجود في البئر ضغط أقل مما يدفعه التكوين للخارج.

يمكن أن تساعد هذه التقنية حقًا في تحسين معدلات الإنتاج من الآبار حيث تحصل على انسداد أقل في البئر بسبب أشياء مثل سوائل الحفر.

ومع ذلك، فإن الحفر غير المتوازن يتطلب تحكمًا دقيقًا للغاية، ومن الصعب القيام بذلك بشكل صحيح. لقد عملت في مشاريع اختارت UBD نظرًا لظروف الخزان الحساسة.

ما رأيته هو أن اختيار السوائل الصحيحة، والذي يعتمد غالبًا على موقع البئر واللوائح البيئية المحددة، يؤدي إلى فشل مشروع الحفر أو فشله.

أمثلة على البوليمرات الطبيعية لصياغة سوائل الحفر

تشير العديد من الدراسات إلى تطبيقات مختلفة حيث توفر البوليمرات الموجودة طبيعيًا حلولاً قابلة للتطبيق، بما في ذلك ما يلي:

• بروتين الصويا:

يمكن معالجة هذا البروتين الوفير وتحويله إلى بروتين الصويا المعزول (SPI) ويضاف بشكل فعال إلى سائل الحفر.

ما هو الفريد في هذا؟ بتركيز منخفض، يشكل بروتين الصويا في سائل الحفر طبقة سميكة مسامية تسمى كعكة المرشح وهي مثالية في الحالات التي يكون فيها الحفاظ على ضغط مستقر أمرًا حيويًا.

على الرغم من أن هذا قد يبدو مشكلة، إلا أنه في عمليات الحفر غير المتوازنة، حيث تكون هناك حاجة إلى نفاذية عالية وتدفق أسرع، يأتي بروتين الصويا في مكانه.

على الرغم من ذلك، فإن التركيزات الأعلى ستنتج كعكة مرشح أرق وأقل مسامية، مما يجعلها مثالية عندما يكون التحكم المشدد وفقدان أقل للسوائل أمرًا مهمًا.

• قشر الأرز:

هذه المادة المدهشة مفيدة أيضًا. قشر الأرز فريد من نوعه لأنه يحتوي على بوليمرات طبيعية تقاوم الماء، ومن الصعب جدًا أن تتحلل.

وهذا يترجم إلى مكون صديق للبيئة لتحسين استقرار وفعالية سوائل الحفر لديك.

• نوى التمر:

يعد هذا المنتج الثانوي لمعالجة التاريخ بمثابة نجم كبير.

التركيب الكيميائي لنواة التمر يجعلها مفيدة بشكل استثنائي.

فكر في التحكم في اللزوجة، وإدارة كثافة السوائل، وحتى تحسين الخصائص الحرارية.

لقد أتيحت لي الفرصة لاستخدام نواة التمر كمادة مضافة، والمذهل هو أنه يمكنك ضبط خصائص سائل الحفر حرفيًا عن طريق تغيير حجم وتركيز جزيئات نواة التمر.

يمكن أن تؤدي خبرتنا في مجال التركيز إلى أداء رائع لعمليات النفط/الغاز لديك.

• بذور النخيل المطحونة:

لقد رأيت مواقف على منصات النفط حيث تواجه فراغات وفجوات غير متوقعة في التكوين أثناء الحفر، وهذا ما يسمى فقدان الدورة الدموية.

يؤدي هذا إلى انخفاض مفاجئ في ضغط السائل ويمكن أن يلحق الضرر بالمشروع.

لكن بذور نخيل التمر المطحونة تعمل بشكل جيد للغاية لسد تلك الفتحات المزعجة والتأكد من إمكانية مواصلة الحفر بسلاسة.

هذه البذور قوية بشكل لا يصدق ويمكن استخدامها حتى في درجات حرارة أعلى.

• نشا الكسافا:

إن اختيار صنف الكسافا له تأثير عميق. على وجه التحديد، الكسافا التي تحتوي على مستويات عالية من الأميلوز تخلق سائلًا عالي اللزوجة وتوفر التحكم في فقدان السوائل الذي تشتد الحاجة إليه.

أتذكر موقفًا كان فيه أحد عملائنا يتصارع مع طين التكوين المزعج الذي ظل يرغب في الانتفاخ وانسداد حفرة البئر.

يجب عليك التأكد من تدفق السائل للحفاظ على سير عملية الحفر بسلاسة، ولكن مع وجود الكثير من المخففات الكيميائية القاسية، يمكن أن يكون الوضع صعبًا.

لكن مساحيق نشا الكسافا المحددة قامت بالمهمة.

• كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)، صمغ الغوار، والنشا:

يوفر مزيج كربوكسي ميثيل السليلوز وصمغ الغوار والنشويات المحددة حلاً ممتازًا ومتعدد الجوانب يتحقق من جميع الصناديق الخاصة بأداء طين حفر النفط/الغاز.

البوليمرات الطبيعية للاستخلاص الكيميائي المعزز للنفط (cEOR)

عندما نتحدث عن إنتاج النفط هناك طرق الاسترداد الأولية والثانوية والثالثية.

ولكن الأمر الذي سنركز عليه هنا هو الاستخلاص الكيميائي المعزز للنفط (cEOR)، والذي غالبًا ما يتم اختصاره إلى EOR فقط.

بمجرد استغلال التدفق الأولي للخزان، فإنك تحتاج إلى استراتيجيات إضافية، حيث يتم استخدام هذه التقنية الثلاثية.

إحدى تقنيات الاستخلاص المعزز للنفط الكيميائي هي غمر البوليمر، والذي أصبح يستخدم على نطاق واسع من قبل عمالقة الصناعة مثل أرامكو السعودية وإكسونموبيل في السنوات الأخيرة.

وهي تنطوي بشكل أساسي على حقن سوائل خاصة في البئر للحصول على ما تبقى من النفط الخام الذي لم تتمكن طرق الاستخلاص الأولية من الحصول عليه، كما هو موضح أدناه:

التحديات في مجال الاستخلاص المعزز للنفط والبدائل المستدامة

وفي حين أن المبدأ واضح ومباشر بما فيه الكفاية، إلا أن الاستخلاص المعزز للنفط الكيميائي يمثل عقبات عملية.

أكبر واحد؟ يكلف. إنها كثيفة الاستخدام للموارد. بالإضافة إلى ذلك، تشهد أسعار النفط تقلبات شديدة، وفي بعض الأحيان تكون تلك البوليمرات التقليدية خارج الميزانية.

في حين أن هذه البوليمرات الاصطناعية التقليدية لها نقاط قوتها، فإنها تواجه صعوبة عندما تحصل على خزانات مالحة أو ساخنة.

تلك البيئات الصعبة فقط تكسرها.

هنا يصبح الأمر مثيرًا للاهتمام، فقد أنفقت الشركات على مدى عقود مليارات الدولارات لتحسين كيمياء البوليمر والمواد الخافضة للتوتر السطحي - لكن العلماء الآن يحفرون عميقًا في المواد التي تحدث بشكل طبيعي.

مزاياها؟

المستدامة، التي لا تمثل عبئًا بيئيًا، غالبًا ما تعمل بشكل جميل في تلك الظروف الصعبة.

وغالبا ما تكون أرخص بكثير. يبدو مجنونا أليس كذلك؟

هذا التحول بدأ للتو. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية إجراء البحث:

• علكة القطن:

إنه لأمر مدهش بالنسبة لي أن الدراسات التي تتم في أماكن مثل الشرق الأوسط، حيث المناخ والظروف متطلبة بشكل لا يصدق، هي رائدة في أساليب جديدة مع الموارد الطبيعية المتاحة بسهولة.

صمغ القطن من النبات عشبة Gossypium الموجودة في أماكن مثل باكستان وأماكن أخرى تقدم مزايا مشابهة للبوليمرات السليلوزية الأخرى. ومع ذلك، فهي تتمتع أيضًا بصفات فريدة إضافية إلى جانب كونها أكثر مقاومة لتلك الخزانات المالحة.

• مكسرات الصابون:

المكسرات من شجرة جوز الصابون تعطينا الصابونين الطبيعي الذي يمكن أن يعمل كمواد خافضة للتوتر السطحي.

تظهر الأبحاث أن هذا المستخلص النباتي المتوفر بسهولة مع صمغ الغوار يمكن أن يعزز عملية استخلاص الزيت.

تحصل على قدر أقل من النفايات التي يمكنك إدارتها، وتأثير بيئي أقل، وربما أقل خطر إتلاف الخزان مقارنة بالبدائل الاصطناعية.

• نوى التمر:

لا تعد حفرة التمر رائعة في تكوين سائل الحفر فحسب، بل إنها تتألق أيضًا باعتبارها "عاملًا للتحكم في الحركة".

لها خاصية فريدة تتمثل في تكثيف الماء المستخدم في عملية الاستخراج.

هل تعرف ما أحبه في ذلك؟

كل ما عليك فعله هو طحن نواة التمر، وخلطها مع هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) في الماء، وبذلك يكون لديك حل منخفض التكلفة يمكنه تحسين عملية استخلاص الزيت عن طريق تقليل ميل المياه المحقونة إلى تجاوز المناطق الغنية بالرواسب النفطية.

• المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية من التمر:

نحن لا نقتصر على الحفرة عندما يتعلق الأمر بالتمر.

ماذا لو أخبرتك أنه يمكننا إنشاء "مركبات خافضة للتوتر السطحي الحيوية باستخدام نفايات دبس السكر؟"

يمكن لعالم الكائنات الحية الدقيقة المذهل أن يحول مجاري النفايات الشائعة، التي اعتقدنا أنها لا قيمة لها على الإطلاق، إلى منتجات قيمة مثل "المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية".

تعمل هذه المواد بشكل مشابه جدًا للمواد الكيميائية التقليدية الخافضة للتوتر السطحي، حيث تخفض التوتر السطحي في الخزان، مما يجعل خروج النفط أكثر كفاءة.

أجد الأبحاث الحديثة التي يتم إجراؤها على "Bacillus subtilis"، وهي نوع من البكتيريا غير الضارة، رائعة بشكل لا يصدق لأنها توفر معدلات استرداد عالية جدًا بتكلفة مثالية.

وهذا شيء يجب أن نوليه اهتمامًا وثيقًا. وهذا يؤكد حقًا مدى ترابط الأشياء.

أنت لا تنظر إلى هذه التفاعلات الكيميائية كأشياء منفصلة تمامًا.

مراقبة المطابقة في النفط والغاز باستخدام البوليمرات الطبيعية

لقد بذلت الكثير من العمل في البئر، لتكتشف أنك تحصل على كمية كبيرة من المياه.

إنه أكثر من مجرد تحدي إنتاجي. إن المعالجة الكيميائية للمياه الزائدة ليست دائمًا قابلة للتطبيق أو فعالة من حيث التكلفة، وذلك عندما نستخدم التحكم في المطابقة.

ما هو أسوأ من ذلك؟

المياه الزائدة يمكن أن تخلق كابوسًا من مشاكل التآكل. يمكن أن يؤدي هذا إلى تدمير البنية التحتية الخاصة بك - خطوط الأنابيب، والأغلفة، سمها ما شئت - ناهيك عن أنه يخلق مشاكل في تكوين الحجم الذي يمكن أن يشل معدلات الإنتاج.

في الماضي، كانت الشركات تستسلم لبناء محطات كبيرة لمعالجة المياه والتي يمكن أن تكون مكلفة.

ولكن إليك ما تم التوصل إليه من سنوات من البحث الأكاديمي: يمكن للمواد المشتقة طبيعيًا تحسين إجراءات مراقبة المطابقة لدينا لمعالجة هذه المشكلات وتحسين استدامة صناعة البترول، دعونا نلقي نظرة فاحصة:

• المواد الهلامية البوليمرية:

إحدى الطرق الرئيسية المستخدمة لإيقاف المياه والغاز تتضمن استخدام "هلام" خاص.

فكر فيها كمادة مسدودة نحقنها بشكل استراتيجي.

تملأ هذه المواد الهلامية تلك الفراغات والمسارات غير المرغوب فيها لمنع الماء أو الغاز من العودة إلى حفرة البئر، مما يجبرها على السفر عبر مسار الإنتاج المطلوب في خزانك.

• الهلاميات المائية المحسنة لبذور التمر:

إذا أخبرتك أنه بإمكاننا الحصول على حفر التاريخ "لضبط" كيفية ضبط مادة التوصيل لدينا، فماذا ستقول؟

اتضح أن مزج مسحوق نواة التمر الطبيعي مع البوليمرات شائعة الاستخدام (غالبًا على شكل هيدروجيل) يؤدي إلى تحسين الأداء بشكل كبير.

إغلاق الغاز:

ومن المثير أن هذا البحث لا يقتصر على المياه، بل إن بعض الباحثين يتخذون نهجًا جديدًا لمعالجة الغاز الزائد في الإنتاج.

كيف لنا أن نفعل ذلك؟ يمكن لمشغلي النفط/الغاز استخدام مركبات نواة التمر/البولي سلفون للتحكم في تدفق الغاز. ومن المعروف أن مادة Polysulfone تصنع مرشحات ممتازة – قوية ومتينة وجيدة في درجات الحرارة والضغوط القصوى.

إن مزج مسحوق نواة التمر المطحون جيدًا مع البولي سلفون لا يمنحنا مرشحًا مستدامًا لحجب الغاز فحسب، بل إنه يحسن كفاءته بشكل كبير مقارنة بالمواد القياسية.

فهو يساعدنا على أن نكون مشرفين أفضل على البيئة من خلال تقليل اعتمادنا على المواد الكيميائية الاصطناعية.

وهذا ما لفت انتباهي حقًا، هناك إمكانات هائلة لصناعة النفط والغاز التي يمكنها تحسين عملياتها بأكثر الطرق استدامة من خلال الطبيعة.

وفي الختام

الأمر المذهل هو أن البوليمرات الطبيعية لتطبيقات صناعة النفط والغاز بدت لسنوات وكأنها نهج "بديل".

باعتباري شخصًا رأى سلبيات الطرق التقليدية التقليدية في نطاق واسع من ظروف التشغيل، أعتقد أنها أصبحت أكثر من مجرد شيء جميل.

وسوف تصبح حيوية لنجاح واستدامة صناعة النفط على المدى الطويل.

لماذا أشعر بالثقة في هذا التوقع؟

ببساطة، لا يتعلق الأمر فقط بإنقاذ البيئة وتحقيق المزيد من الاستدامة - فهذه المواد البوليمرية الطبيعية غالبًا ما تتفوق على الخيارات الاصطناعية القياسية في كثير من الحالات.

هل تريد معرفة المزيد حول كيف يمكن للبوليمرات الحيوية مثل Zeoturb أن تساعد في تحسين عمليات النفط/الغاز لديك؟

اتصل بخبراء معالجة المياه ومياه الصرف الصحي في Genesis Water Technologies، Inc. على 1-321-280-2742 أو تواصل معنا عبر البريد الإلكتروني على customersupport@genesiswatertech.com لمناقشة الطلب الخاص بك محددةأيون.