بررسی آزمایشگاهی استفاده از پلیمر سه گانه‌ی اسید آیتاکونیک-سدیم پی استایرن سولفونات-آکریل آمید به عنوان بازدارنده‌ی رسوب کربنات کلسیم در آب سازند

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

عبدالرضا دبیری ¹ , محمد افخمی کرایی ²

1 - گروه مهندسی نفت، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران
2 - گروه مهندسی نفت، واحد فیروزآباد، دانشگاه آزاد اسلامی، فیروزآباد، ایران

تاريخ الإرسال : 18 الأحد , جمادى الثانية, 1445 تاريخ التأكيد : 12 الأربعاء , رجب, 1445 تاريخ الإصدار : 01 الجمعة , شوال, 1444

الکلمات المفتاحية: سیلابزنی آب سازند, رسوب کربنات کلسیم, ضریب عملکرد بازدارندگی, کریستال کلسیت,

ملخص المقالة :

چکیده
مقدمه: سیلابزنی آب سازند یکی از روش­های ازدیاد برداشت نفت است که در آن آب سازند به درون مخزن نفتی تزریق می شود. رسوب کربنات کلسیم یکی از مشکلات در زمینه سیلابزنی آب سازند و تولید نفت است که بدلیل رسوب روی سنگ مخزن و مسیر حرکت نفت، باعث کاهش تولید نفت می­شود. استفاده از افزودنی­های شیمیایی، مخصوصا پلیمرهای آبدوست، برای جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم به طور گسترده­ای مورد مطالعه قرار گرفته است.
روش: در این تحقیق از یک پلیمر سه گانه‌ی اسید آیتاکونیک-سدیم پی استایرن سولفونات-آکریل آمید آبدوست برای بررسی میزان بازدارندگی رسوب کربنات کلسیم در آب سازند یکی از مخازن نفتی ایران استفاده شده است. غلظت بهینه این پلیمر با توجه به ضریب عملکرد بازدارندگی در آب سازند، براساس غلظت یون کلسیم، 800 میلی گرم بر لیتر تعیین شد و در ادامه برای انجام آزمایشات بعدی، این غلظت بهینه بکار برده شد. بررسی دمایی در میزان بازدارندگی این پلیمر نشان داد که در دمای مخزن (75 درجه سانتی گراد) 800 میلی گرم از این پلیمر سه گانه، عملکرد خوبی را از خود نشان می­دهد. همچنین برای مطالعه‌ی مکانیسم­های فیزیکی دخیل در جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم از میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز پراش اشعه X استفاده شد.
یافته ­ها: نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که بلورهای کربنات کلسیم، پایدارترین حالت کلسیت با ساختار منظم یکنواخت قبل از حضور بازدارنده بودند که پس از افزودن پلیمر، کریستال ­های کربنات کلسیم، از نظر اندازه ناهمگون و کوچک شدند و ساختار آن­ها به شدت بهم ریخت. از طرف دیگر، تجزیه و تحلیل پراش اشعه X نشان داد که افزودن این پلیمر سه گانه به طور قابل ملاحظه‌ای می­تواند از رشد کریستال­های کربنات کلسیم ممانعت و از تبدیل واتریت به کلسیت جلوگیری کند. از طرف دیگر کریستال­ های آراگونیت در آب پراکنده و توسط جریان آب شسته می­شوند.
نتیجه­ گیری: نتایج نشان دادند که پلیمر سه گانه‌ی اسید آیتاکونیک-سدیم پی استایرن سولفونات-آکریل آمید اثر قابل توجهی بر رشد و مورفولوژی کریستال کربنات کلسیم داشت و کربنات کلسیم را از کریستال کلسیت پایدار به واتریت ناپایدار تغییر می­دهد. 

المصادر:

1. Li J, Zhou Y, Yao Q, Wang T, Zhang A, Chen Y, Wu W, Sun W. Preparation and evaluation of a polyether-based polycarboxylate as a kind of inhibitor for water systems. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2017 Mar 15;56(10):2624-33. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b04427


2. Liu X, Jungang L, Qianya Z, Jinlai F, Yingli L, Jingxin S. The analysis and prediction of scale accumulation for water-injection pipelines in the Daqing Oilfield. Journal of petroleum Science and Engineering. 2009 Jun 1;66(3-4):161-4. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2009.02.007


3. Olajire AA. A review of oilfield scale management technology for oil and gas production. Journal of petroleum science and engineering. 2015 Nov 1;135:723-37. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2015.09.011


4. Wang H, Zhou Y, Yao Q, Ma S, Wu W, Sun W. Synthesis of fluorescent-tagged scale inhibitor and evaluation of its calcium carbonate precipitation performance. Desalination. 2014 May 1;340:1-0. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.02.015


5. György Pátzay, F.H. Kármán, György Póta. Preliminary investigations of scaling and corrosion in high enthalpy geothermal wells in Hungary. Geothermics. 2003 Aug 1;32(4-6):627–38. https://doi.org/10.1016/S0375-6505(03)00068-3


6. Amiri M, Moghadasi J, Jamialahmadi M, Shahri MP. The Study of Calcium Sulfate Scale Formation during Water Injection in Iranian Oil Fields at Different Pressures. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. 2013 Apr;35(7):648–58. https://doi.org/10.1080/15567036.2010.509092


7. Khan H, Malook K, Shah M. Synthesis, characterization, and electrical properties of polypyrrole–bimetallic oxide composites. Journal of Applied Polymer Science. 2019 Mar 22;137(2):47680. https://doi.org/10.1002/app.47680


8. Liu F, Lu X, Yang W, Lu J, Zhong H, Chang X, Zhao C. Optimizations of inhibitors compounding and applied conditions in simulated circulating cooling water system. Desalination. 2013 Mar 15;313:18-27. https://doi.org/10.1016/j.desal.2012.11.028


9. Senthilmurugan B, Ghosh B, Sanker S. High performance maleic acid based oil well scale inhibitors—Development and comparative evaluation. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2011 May 25;17(3):415-20. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2010.10.032


10. Khormali A, Petrakov DG. Laboratory investigation of a new scale inhibitor for preventing calcium carbonate precipitation in oil reservoirs and production equipment. Petroleum Science. 2016 May;13:320-7. https://doi.org/10.1007/s12182-016-0085-6


11. Chaussemier M, Pourmohtasham E, Gelus D, Pécoul N, Perrot H, Lédion J, Cheap-Charpentier H, Horner O. State of art of natural inhibitors of calcium carbonate scaling. A review article. Desalination. 2015 Jan 15;356:47-55. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.10.014


12. Rehman AU, Humayun M, Khan A, Zada A, Jing L. Effect of biocides on the precipitation of calcium fluoride in the presence of anionic copolymeric inhibitors. Toxicological & Environmental Chemistry. 2016 Aug 8;98(7):748-58. https://doi.org/10.1080/02772248.2015.1124107


13. Yang L, Yang W, Xu B, Yin X, Chen Y, Liu Y, Ji Y, Huan Y. Synthesis and scale inhibition performance of a novel environmental friendly and hydrophilic terpolymer inhibitor. Desalination. 2017 Aug 15;416:166-74. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.05.010


14. Liu Y, Zhou Y, Yao Q, Wang H, Wu Z, Chen Y, Liu L, Yang C, Wu W, Sun W. Preparation of a multifunctional terpolymer inhibitor for CaCO3 and BaSO4 in oil fields. Tenside Surfactants Detergents. 2016 Mar 16;53(2):148-56. https://doi.org/10.3139/113.110420


15. Cui C, Zhang S. Synthesis, characterization and performance evaluation of an environmentally benign scale inhibitor IA/AMPS co-polymer. New Journal of Chemistry. 2019;43(24):9472-82. DOI                https://doi.org/10.1039/C9NJ01355E


16. Yan J, Tan X, Qi S. High-Temperature-Resistant Scale Inhibitor Polyaspartic Acid-Prolineamide for Inhibiting CaCO3 Scale in Geothermal Water and Speculation of Scale Inhibition Mechanism. Water. 2023 Apr 8;15(8):1457–7. https://doi.org/10.3390/w15081457


17. Liu G, Wang H, Tang L, Xue M, Zhang C, Liu Q, et al. Scale Inhibition by a Carboxylate-Terminated Double-Hydrophilic Block Copolymer in Industrial Recycling Water. Journal of Water Chemistry and Technology. 2019 Mar 1;41(2):73–80. https://doi.org/10.3103/S1063455X19020024


18. Bu Y, Zhou Y, Yao Q, Chen Y, Sun W, Wu W. Inhibition of calcium carbonate and sulfate scales by a non-phosphorus terpolymer AA-APEY-AMPS. Desalination and Water Treatment. 2014 Nov 5;57(5):1977–87. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.979443


19. Huang J, Liu G, Zhou Y, Yao Q, Yang Y, Ling L, et al. Acrylic acid–allylpolyethoxy carboxylate copolymer as an environmentally friendly calcium carbonate and iron(III) scale inhibitor. Clean Technologies and Environmental Policy. 2012 Oct 30;15(4):677–85. https://doi.org/10.1007/s10098-012-0540-z


20. Zhou M, Gu Y, Yi R, Han H. Synthesis and property study of ter-copolymer P(MA-AMPS-HPA) scale inhibitor. Journal of Polymer Research. 2020 Sep 4;27(10). https://doi.org/10.1007/s10965-020-02270-7


21. Kamali S, Reza Arefinia. Effect of PAAT as an Environmentally Friendly Terpolymer on the Scale Inhibition of CaCO3 in Artificial Seawater: Chemical and Electrochemical Study. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2019 Dec 27;59(2):627–35. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b05943


22. Chen Y, Zhou Y, Yao Q, Nan Q, Zhang M, Sun W. Performance on calcium scales inhibition in the presence of a novel double-hydrophilic block terpolymer. DESALINATION AND WATER TREATMENT. 2019 Jan 1;161:66–75.DOI: 10.5004/dwt.2019.24188


23. Ma W, Zhang Y, Li H. Synthesis and performance evaluation of carboxyl‐rich low phosphorus copolymer scale inhibitor. Journal of Applied Polymer Science. 2022 Nov 5;140(3). https://doi.org/10.1002/app.53333


24. Ma X, Zhou Z, Mu Y, Huang Q. Synthesis and evaluation of a new polymeric scale inhibitor with multiple scale inhibition properties. Journal of Dispersion Science and Technology. 2023 Feb 27;1–10. https://doi.org/10.1080/01932691.2023.2181182


25. Ma W, Yang L, Wu Y, Zhang Y, Liu C, Ma J, Sun B. Synthesis, characterization and properties of a novel environmentally friendly ternary hydrophilic copolymer. RSC advances. 2023;13(17):11685-96. https://doi.org/10.1039/D3RA00811H


26. Yang L, Yang W, Xu B, Yin X, Chen Y, Liu Y, Ji Y, Huan Y. Synthesis and scale inhibition performance of a novel environmental friendly and hydrophilic terpolymer inhibitor. Desalination. 2017 Aug 15;416:166-74. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.05.010


27. Shen Z, Li J, Xu K, Ding L, Ren H. The effect of synthesized hydrolyzed polymaleic anhydride (HPMA) on the crystal of calcium carbonate. Desalination. 2012 Jan 4;284:238-44. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.09.005


28. Du K, Zhou Y, Wang L, Wang Y. Fluorescent‐tagged no phosphate and nitrogen free calcium phosphate scale inhibitor for cooling water systems. Journal of applied polymer science. 2009 Aug 5;113(3):1966-74. https://doi.org/10.1002/app.30213


29. Senthilmurugan B, Ghosh B, Kundu SS, Haroun M, Kameshwari B. Maleic acid based scale inhibitors for calcium sulfate scale inhibition in high temperature application. journal of Petroleum Science and Engineering. 2010 Dec 1;75(1-2):189-95. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2010.11.002


30. Amjad Z, Koutsoukos PG. Evaluation of maleic acid based polymers as scale inhibitors and dispersants for industrial water applications. Desalination. 2014 Feb 17;335(1):55-63. https://doi.org/10.1016/j.desal.2013.12.012


31. Khormali A, Petrakov DG, Moein MJ. Experimental analysis of calcium carbonate scale formation and inhibition in waterflooding of carbonate reservoirs. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2016 Nov 1;147:843-50. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2016.09.048


32. Liu Y, Zhou Y, Yao Q, Wang H, Wu Z, Chen Y, et al. Preparation of a Multifunctional Terpolymer Inhibitor for CaCO3 and BaSO4 in Oil Fields. Tenside Surfactants Detergents. 2016 Mar 16;53(2):148–56. https://doi.org/10.3139/113.110420


33. Zhang W, Li G, Jin F, Huo Y, Sun T, Li C. Synthesis and characterization of an ionic liquid–carboxylic acid copolymer scale inhibitor and its scale inhibition performance. Water Science & Technology: Water Supply. 2019 Jan 22;19(5):1463–72. https://doi.org/10.2166/ws.2019.011


34. Demadis KD, Katarachia SD. METAL-PHOSPHONATE CHEMISTRY: SYNTHESIS, CRYSTAL STRUCTURE OF CALCIUM-AMINOTRIS-(METHYLENE PHOSPHONATE) AND INHIBITION OF CACO3CRYSTAL GROWTH. Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements. 2004 Mar 1;179(3):627–48. https://doi.org/10.1080/10426500490441514


35. Wang H, Zhou Y, Yao Q, Ma S, Wu W, Sun W. Synthesis of fluorescent-tagged scale inhibitor and evaluation of its calcium carbonate precipitation performance. Desalination. 2014 May 1;340:1–10. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.02.015


36. Li H, Hsieh MK, Chien SH, Monnell JD, Dzombak DA, Vidic RD. Control of mineral scale deposition in cooling systems using secondary-treated municipal wastewater. Water research. 2011 Jan 1;45(2):748-60. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.08.052


37. Tang Y, Yang W, Yin X, Liu Y, Yin P, Wang J. Investigation of CaCO3 scale inhibition by PAA, ATMP and PAPEMP. Desalination. 2008 Aug 15;228(1-3):55-60. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.08.006


38. Liu Y, Zhou Y, Yao Q, Huang J, Liu G, Wang H, Cao K, Chen Y, Bu Y, Wu W, Sun W. Double‐hydrophilic polyether antiscalant used as a crystal growth modifier of calcium scales in cooling‐water systems. Journal of Applied Polymer Science. 2014 Jan 15;131(2). https://doi.org/10.1002/app.39792


39. Yang L, Yang W, Xu B, Yin X, Chen Y, Liu Y, Ji Y, Huan Y. Synthesis and scale inhibition performance of a novel environmental friendly and hydrophilic terpolymer inhibitor. Desalination. 2017 Aug 15;416:166-74. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.05.010


40. Dietzsch M, Barz M, Schüler T, Klassen S, Schreiber M, Susewind M, Loges N, Lang M, Hellmann N, Fritz M, Fischer K. PAA-PAMPS copolymers as an efficient tool to control CaCO3 scale formation. Langmuir. 2013 Mar 5;29(9):3080-8. https://doi.org/10.1021/la4000044.