روند استفاده پلی آکریل آمید برای شکستگی هیدرولیکی

پلی آکریل آمید (PAM) و مشتقات آن نقشی اساسی در جنبه های مختلف توسعه هیدروکربن ایفا می کنند. کاربرد و درمان مناسب PAM پتانسیل افزایش کارایی تولید هیدروکربن را دارد و در عین حال اثرات نامطلوب زیست محیطی را کاهش می دهد. این دیدگاه نگرانی‌های فزاینده پیرامون چالش‌های افزایش‌یافته مرتبط با درمان PAM را برجسته می‌کند، به ویژه ناشی از افزایش استفاده از PAM در طول انتقال در سایت‌های استخراج از مخازن معمولی به مخازن غیر متعارف. ما محدودیت‌های فعلی در مواد و فناوری‌های موجود برای درمان PAM را مشخص می‌کنیم و توصیه‌های کلیدی را به عنوان راه‌های حیاتی برای بهبود پیشنهاد می‌کنیم. این توصیه‌ها شامل بررسی جایگزین‌های پلیمری سبز و سیستم‌های سیال، انجام ارزیابی‌های اولیه انتخاب‌های شیمیایی، استفاده از فیلتراسیون غشایی پیشرفته و مواد و فناوری‌های تصفیه بیولوژیکی است. هدف اصلی این دیدگاه جلب توجه به مسائل جاری در استفاده و درمان PAM، ارائه راه‌حل‌های معاصر برای استخراج پایدارتر هیدروکربن است.

معرفی

پلیمرها در مراحل مختلف توسعه هیدروکربن 1 ، 2 ، از جمله حفاری 3 ، اصلاح مخزن 4 ، حفاظت 5 ، افزایش بازیافت نفت (EOR) 6 و بقیه فرآیندهای تولید 7 ، 8 نقش حیاتی ایفا می کنند . استفاده و درمان پلیمرها مورد توجه دانشگاه و صنعت بود. در عملیات استخراج معاصر، شکست هیدرولیک (HF) به عنوان یک فناوری کلیدی است. در این حوزه ، پلیمرها، از پلیمرهای طبیعی مانند صمغ گوار گرفته تا نمونه های مصنوعی مانند PAM، اهمیت حیاتی دارند . مطالعه‌ای که از سپتامبر 2008 تا آگوست 2014 روی 5071 حلقه چاه در منطقه شیل مارسلوس انجام شد، نشان داد که در بین آنها، پلیمرها 5452 بار استفاده شده‌اند که 1770 چاه از صمغ گوار استفاده می‌کنند در حالی که 644 چاه از PAM در HF 10 استفاده می‌کنند . بر اساس برآوردها، HF تنها در ایالات متحده تقریباً 75000 تن PAM در سال مصرف می کند . به عنوان یک نتیجه از نوسانات بازار، قابلیت اطمینان منبع صمغ گوار کاهش یافته است، و باعث علاقه فزاینده به فرمول‌های Slickwater شده است که در درجه اول از PAM به عنوان جزء اصلی استفاده می‌کنند . علاوه بر این، ویسکوزیته PAM و مشتقات آن می توانند در شرایط دمای بالا تا 240 درجه سانتیگراد مقاومت کنند، در حالی که ویسکوزیته صمغ گوار به طور قابل توجهی در دمای 100 درجه سانتیگراد 12 ، 13 ، 14 کاهش می یابد .

باید به چالش‌های اساسی که در کاربرد و درمان PAM، به‌ویژه با پیشرفت فناوری استخراج و بدتر شدن شرایط زمین‌شناسی در طول زمان، به‌ویژه در نقاط استخراج غیرمتعارف، عمیق/فوق‌عمیق و فراساحلی به وجود آمده است، توجه شود . 15 . PAM باقیمانده، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، در شکل گیری کیک های فیلتر را تشکیل می دهد، که منجر به مسدود شدن منافذ و کاهش نفوذپذیری می شود، که به نوبه خود بر نرخ تولید تأثیر می گذارد 16 ، 17 ، نیاز به اسیدی کردن گران قیمت یا سایر روش های تمیز کردن 18 ، 19 ، 20 ، 21 . HF جریان برگشت قابل توجهی ایجاد می کند و آب تولید شده (FPW) حاوی PAM باقیمانده، با غلظت به نیمی از PAM باقیمانده در مایع تزریق شده می رسد . PAM به طور کلی نسبت به صمغ گوار طبیعی گیاهی سازگار با محیط زیست کمتری در نظر گرفته می شود و ممکن است به طور بالقوه منجر به آزادسازی مونومرهای آکریل آمید سرطان زا شود 22 ، 23 . غلظت آکریل آمید 0.06 میلی گرم در لیتر بلافاصله خطرناک است و غلظت 150-200 میلی گرم بر کیلوگرم می تواند کشنده باشد 24 . برای کاهش تهدیدات محیطی و بهداشتی ناشی از PAM، درمان PAM نامطلوب ضروری است. روش های رایج برای درمان PAM فیلتراسیون غشایی 25 ، تقطیر حرارتی 24 ، تیمار اکسیداسیون 26 و تیمارهای بیولوژیکی 27 است . با این حال، پرداختن به چالش ایجاد شده توسط PAM همچنان یک مسئله مبرم در صنعت است.

این دیدگاه در درجه اول به توضیح خواص فیزیکوشیمیایی ضروری PAM و کاربردهای آن در صنعت نفت و گاز می پردازد. همچنین مزایا و محدودیت‌های روش‌های درمانی فعلی را تحلیل می‌کند و بر ضرورت فناوری‌های درمانی پایدار و مقرون‌به‌صرفه تأکید می‌کند. علاوه بر این، جهت‌گیری‌های آتی برای توسعه پایدار پلیمری مورد تأکید قرار می‌گیرد. هدف نهایی این دیدگاه افزایش آگاهی در مورد مسائل زیست محیطی و تصفیه مربوط به PAM در توسعه مداوم هیدروکربن است.

افزایش استفاده از PAM در HF

PAM نقش مهمی را در صنعت نفت و گاز ایفا می کند. در میان طیف وسیعی از پلیمرها، PAM و مشتقات آن به طور گسترده در سیال HF استفاده می شوند (جدول 1 ). استفاده از PAM (5.6-4484 ppm) متفاوت است، و استفاده از صمغ گوار (0.01-169430 ppm) حتی بزرگتر است . مزیت PAM این است که اغلب نیاز به اتصال دهنده های متقاطع اضافی یا عوامل شکن اکسید کننده را به دلیل عملکرد همه کاره آن، از جمله قابلیت های ضخیم کننده و کاهش اصطکاک، حذف می کند 12 ، 14 . در مقایسه با گوارها، PAM خاصیت ارتجاعی بیشتری از خود نشان می‌دهد، که انتقال سیال HF را در ویسکوزیته‌های پایین‌تر امکان‌پذیر می‌سازد و نرخ سیال بالاتری را تا 60 بشکه در دقیقه در طول پمپاژ به دست می‌آورد، در نتیجه آسیب احتمالی به سازند را به حداقل می‌رساند . PAM به دلیل عملکرد عالی خود به طور گسترده در عملیات HF مورد استفاده قرار گرفت، به طوری که 98٪ از 750 چاه در شش ایالت ایالات متحده در سال 2017 مورد بررسی قرار گرفت و هر چاه به طور متوسط ​​0.2-6 تن PAM 11 مصرف می کرد . در مقایسه با نتایج تحقیقات چن و همکاران. از سال 2008 تا 2014، افزایش قابل توجهی در فراوانی استفاده از PAM وجود داشت. با این حال، باید به خطرات بالقوه محیطی و تولید مرتبط با PAM توجه شود.

شرایط عملیاتی شدید، مانند کل جامدات محلول بالا (TDS) و شوری بالا، مشتقات مشتقات PAM متمایز را ترویج می‌کنند. پلی آکریل آمید هیدرولیز شده (HPAM)، یک مشتق حاصل از هیدرولیز PAM، قابلیت ضخیم شدن قابل توجهی را در آب شیرین و در دماهای نسبتاً پایین تر (<75 درجه سانتی گراد) نشان می دهد که دلیل آن دافعه قوی الکترواستاتیک درون زنجیره ای و بین زنجیره ای گروه های کربوکسیلات است 14 . پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده (PHPA)، متشکل از گروه های آکریل آمید خنثی و آکریلات آنیونی، برای استفاده در آب با کمتر از 25000 میلی گرم در لیتر TDS 12 ، 15 مناسب است . پلی آکریل آمید کاتیونی (C-PAM)، کوپلیمریزه شده از آکریل آمید و بخش های آکریلات یا آکریل آمید جایگزین شده، جایگزینی برای PHPA ارائه می دهد و در شرایط TDS بالا پایداری بالایی از خود نشان می دهد . با این وجود ، به دلیل اثر غربالگری بار کاتیون‌های معدنی بر روی گروه‌های کربوکسیلات، شوری بالا می‌تواند باعث فروپاشی زنجیره پلیمری، کاهش ویسکوزیته HPAM و اختلال در اثرات اتصال عرضی PHPA شود .

تغییر نقاط بهره برداری ممکن است چالش های درمان پلی آکریل آمید را تشدید کند
انتظار می رود تغییرات در نقاط استخراج، کاربرد PAM را افزایش دهد. با توجه به کاهش سوخت های فسیلی، یک تغییر مداوم در اکتشاف و بهره برداری هیدروکربن از منابع معمولی به منابع غیر متعارف، و از خشکی به منابع دریایی و آب های عمیق وجود دارد . از سال 2013 تا 2022، کل تولید میادین نفت و گاز متعارف از سال 2018 روند کاهشی را نشان داده است (شکل 2 الف ) 33 . ایالات متحده به عنوان تولیدکننده پیشرو جهانی نفت و گاز، وارد مراحل بعدی توسعه میدان گازی متعارف شده است که منجر به کاهش محسوس تولید شده است. برعکس، تولید میدان نفت و گاز غیرمتعارف به طور پیوسته افزایش یافته است و تا سال 2022 از 2 × 109 تن فراتر رفته است ( شکل 2b ) 33 . در چین، تخمین زده می شود که تولید گاز طبیعی غیر متعارف می تواند تا سال 2030 از 50 درصد کل تولید فراتر رود . مخازن غیر متعارف اغلب با شرایط محیطی شدیدتری تعبیه شده اند و استخراج نفت و گاز از این مخازن ممکن است نیاز به اصلاح مخازن و میزان کل استفاده های شیمیایی داشته باشد.

برای توسعه هیدروکربن های غیر متعارف، استفاده از HF با حجم بالا، همراه با تزریق آب برای بازیابی بیشتر، منجر به مصرف مقدار قابل توجهی از پلیمرها می شود 34 . قابل توجه، حجم عظیم HF در مقیاس بزرگ، معروف به «ده هزار متر مکعب سیال، هزار متر مکعب پیش‌پرداخت»، با حداکثر حجم تزریق به 88059 متر مکعب ، 35 و 88،059 متر مکعب به یکی از مشخصه‌های اصلاح مخزن گاز شیل در چین تبدیل شده است. . حجم FPW با مواد شیمیایی باقیمانده HF قابل توجه است، که چالش های قابل توجهی را در درمان ایجاد می کند .

خواص فیزیکوشیمیایی مطلوب PAM ممکن است چالش‌های مخازن غیر متعارف با شرایط عملیاتی شدیدتر را برطرف کند. مقاومت دمایی PAM از 140 تا 240 درجه سانتیگراد است که بالاتر از پلیمرهای طبیعی معمولی با محدوده 140 تا 150 درجه سانتیگراد است . مخازن با دمای زیرزمینی بالا در بهره برداری فعلی هیدروکربن غیر معمول نیستند. به عنوان مثال، در حوضه تاریم چین، جایی که مخازن نفت و گاز معمولاً دارای عمق بین 5000 تا 8300 متر، دمای بالا بین 120 تا 190 درجه سانتیگراد و ضرایب فشار بالا 1.5-2.1 هستند . علاوه بر این، با افزایش تعداد چاه های فوق عمیق که به اعماق بین 8000 تا 9000 متر می رسند، شرایط زمین شناسی مخازن به تدریج پیچیده می شود و نیازهای بیشتری را برای خواص پلیمر ایجاد می کند .

PAM در مقایسه با پلیمرهای طبیعی عملکرد کاهش درگ برتری از خود نشان می دهد و آن را برای توسعه نفت و گاز در میادین غیر متعارف مناسب تر می کند. در توسعه غیر متعارف هیدروکربن با حجم تزریق قابل توجهی سیال HF، پمپ ممکن است در هنگام عبور از خطوط لوله سطحی و زیرسطحی تحت اصطکاک شدید قرار گیرد و بنابراین کاهنده‌های اصطکاک مانند PAM اغلب برای جلوگیری از فشار بیش از حد سر چاه ناشی از اصطکاک بالا اضافه می‌شوند . به دلیل تخلخل و نفوذپذیری کمتر در میادین نفت و گاز غیر متعارف، پلیمرهای طبیعی سنتی مانند صمغ گوار که در میادین معمولی رایج است، نرخ کاهش اصطکاک محدودی را نشان می‌دهند .

با توجه به تغییر میدان های نفت و گاز معمولی به میادین غیر متعارف، درمان FPW با چالش های مهم تری مواجه است. علاوه بر این، سهم جهانی تولید هیدروکربن از فراساحل، از جمله آب های کم عمق و مخازن آب های عمیق، 40 افزایش یافته است . در سال 2022، کل تولید نفت و گاز معمولی فراساحلی به 2.24 × 109 تن رسید که 28.30 درصد از کل تولید جهانی را به خود اختصاص داد. این افزایش 0.23 × 108 تن ، با نرخ رشد 1.04 درصد نسبت به سال 2021 (شکل 2c ) 33 را نشان داد . افزایش مداوم سالانه در تولید چاه های فوق عمیق از سال 2013 نشان می دهد که تصفیه FPW آینده به استانداردهای بالاتر و پیشرفته تری برای برآورده کردن نیازهای عملیات چاه فوق عمیق نیاز دارد . FPW به عنوان یک منبع بالقوه آلودگی دریایی برای اکوسیستم های دریایی، تهدیدی قابل توجه است 40 ، 41 . FPW در حال حاضر بزرگترین محصول جانبی در اکثر توسعه هیدروکربن های دریایی است، با کاهش آب جهانی در تولید میدان نفتی فراساحلی معمولاً بین 75 تا 80 درصد است و در برخی از چاه ها در مراحل پایانی بازیافت نفت، کاهش آب ممکن است از 98 فراتر رود. % 42 . خطرات با افزایش پذیرش عملیات HF فراساحلی تشدید شده است. به دلیل استانداردهای تخلیه بالا و فضای سکوی محدود که نیاز به فناوری‌های تصفیه قوی‌تری دارد ، چالش‌های تصفیه را می‌توان به طور قابل ملاحظه‌ای در عملیات دریایی افزایش داد .

مواد و فناوری های درمانی

اولویت بندی تصفیه PAM در مدیریت آب در صنعت نفت و گاز ضروری است. تصفیه مناسب PAM در فاضلاب توسعه هیدروکربنی به ترکیبی از فن‌آوری‌های تصفیه نیاز دارد (شکل 3 را برای تصفیه فاضلاب HF در محل ببینید) و استانداردهای تصفیه به سیالات منبع (مانند سیالات حفاری، FPW)، مقررات محلی، و استراتژی‌های دفع بستگی دارد. (به عنوان مثال، استفاده مجدد، تخلیه سطحی، و تزریق چاه عمیق). استفاده مجدد، تخلیه سطحی و تزریق چاه عمیق نیازمند فرآیندهای تصفیه قوی تری برای جلوگیری از اثرات نامطلوب بر تزریق HF/آب بعدی یا زمین و محیط زیرزمینی است .

پلی آکریل آمیدها معمولاً از طریق روش های مختلف تصفیه، از جمله فیلتراسیون غشایی، تقطیر حرارتی، عملیات اکسیداسیون و حذف بیولوژیکی مورد بررسی قرار می گیرند (جدول 2 ). به طور کلی، فیلتراسیون غشایی و تخریب بیولوژیکی بیشتر با اهداف پایدار همسو هستند.

فشرده‌سازی مجدد بخار مکانیکی (MVR) تقطیر حرارتی در تیمار FPW به کار گرفته شده است در حالی که کاربرد تکنیک‌های تقطیر چند مرحله‌ای (MSF)، تقطیر چندگانه (MSD) و تبخیر فشرده‌سازی بخار (VCE) محدود است . فرآیندهای تقطیر حرارتی که معمولاً در حدود 100 درجه سانتیگراد کار می کنند، ممکن است به طور مؤثر پلیمرهایی مانند PAM را حذف نکنند که پایداری حرارتی را حتی در دماهای بالاتر تا 200 درجه سانتیگراد نشان می دهد . علاوه بر این ، تقطیر حرارتی تقاضای بالایی را بر تجهیزات و فضای در دسترس تحمیل می‌کند و هزینه عملیاتی و مصرف انرژی می‌تواند چندین برابر بیشتر از فیلتراسیون غشایی و سایر روش‌ها باشد .

روش اکسیداسیون شیمیایی معمولاً با معرفی ژل‌شکن‌ها مانند پرسولفات‌ها یا پراکسیدها برای کاهش پلیمرهای مقاوم مانند PAM و سایر آلاینده‌های آلی به دست می‌آید. پرسولفات آمونیوم، پرسولفات پتاسیم و پرسولفات سدیم اکسیدان های رایج هستند . تولید رادیکال‌های آزاد، که برای تخریب PAM و پلیمرهای مشابه حیاتی است، بر تجزیه حرارتی پرسولفات‌ها متکی است . واکنش در دماهای کمتر از 51 درجه سانتیگراد آهسته است، در حالی که در دماهای بالا، اکسیدان ها ممکن است خیلی سریع تجزیه شوند، که منجر به اثرات ژل شکستن کمتر از حد مطلوب برای PAM 26 می شود . علاوه بر این، قوانین و آگاهی‌های زیست‌محیطی رو به رشد نگرانی‌هایی را در مورد تولید بالقوه آلودگی ثانویه با افزودن مواد شیمیایی تصفیه، از جمله خود مواد شیمیایی اضافه شده و محصولات ثانویه PAM ایجاد کرده‌اند. واکنش فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)، از جمله کلر، پرمنگنات پتاسیم و معرف فنتون با PAM در FPW ممکن است منجر به تشکیل محصولات اکسیداسیون با اثرات نامطلوب بالقوه بر سلامت انسان شود، از جمله آکریل آمید به عنوان سم عصبی و سرطان‌زای بالقوه 11 ، 46 .

فیلترهای غشایی اغلب در تصفیه آب برای طیف وسیعی از آلاینده ها استفاده می شوند. غشاهای رایج مورد استفاده برای درمان غشایی FPW در شکل 4 نشان داده شده است . از جمله غشاهای تحت فشار مناسب برای شرایط TDS بالا و غشاهای کم فشار که در کاربردهای موبایل و در محل با فضای محدود مورد استفاده قرار می گیرند 47 ، 48 ، 49 . با این حال، PAM در FPW ممکن است باعث رسوب غشاء شود و وجود هیدروکربن‌های مرطوب چالش‌های درمان را برای اکثر انواع غشاها تشدید می‌کند . پیش فیلتراسیون با غشاهایی با اندازه منافذ مناسب می تواند به طور موثر شاخص رسوب PAM را کاهش دهد. با استفاده از تقریباً 0.1 لیتر آب رفلاکس مصنوعی، تولید شده با انکوبه کردن 1.5٪ PAM با 0.0001 گرم در لیتر (0.0004 میلی مولار) پرسولفات آمونیوم بدون شیل در دمای 80 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت، پیش فیلتراسیون از طریق غشاهای مختلف پلی کربنات با خط اچ یکنواخت انجام شد. منافذ با اندازه های مختلف 25 . غشای 0.2 میکرومتر شاخص رسوب را به 43 m -1 کاهش داد و غشای 0.1 میکرومتر شاخص رسوب را به 13 m -1 کاهش داد در حالی که منحنی های کاهش شار برای غشاهای 0.4 میکرومتر و 0.8 میکرومتر بسیار شبیه به محلول های فیلتر نشده با غشاء بود. شاخص هایی از 90 تا 110 متر -1 25 . با این حال، کنترل رسوب گیری از طریق پیش تصفیه با این نوع غشاء چالش برانگیز است زیرا حذف بیشتر پلیمرها ممکن است از طریق غشاهای پلی کربنات با رسوب شدید رخ دهد، نه لزوماً با کاهش وزن مولکولی PAM.

درمان‌های بیولوژیکی اغلب برای حذف ترکیبات آلی اجرا می‌شوند و 86.64 درصد از PAM توسط میکروارگانیسم‌های دخیل در هیدرولیز بیولوژیکی حذف PAM در سیستم‌های تخمیر لجن فعال شده با زباله تحت شرایط بهینه تجزیه شده است . با این حال، شیمی پیچیده مانند نمک و بیوسیدها در فاضلاب توسعه نفت و گاز ممکن است از تخریب PAM جلوگیری کند. در درجه اول، افزایش غلظت نمک منجر به کاهش نرخ تخریب کربن آلی محلول (DOC) می شود که نشان دهنده کاهش راندمان کلی تجزیه زیستی است . علاوه بر این، بروز محصولات جانبی نامطلوب ناشی از میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌های کاهنده سولفات (SRB) که یون‌های استات و آمونیوم را از تجزیه بیولوژیکی HPAM هیدرولیز شده تولید می‌کنند و باعث انحلال آندی فولاد می‌شوند و منجر به افزایش نرخ خوردگی و موضعی می‌شوند. سوراخ کردن خطوط لوله فولادی کربن 52 ، 53 .

چشم انداز جهت گیری های آینده

گنجاندن ملاحظات پایداری در استفاده و مدیریت PAM می تواند بهره وری را افزایش داده و خطرات را کاهش دهد. ما یک چرخه مفهومی ارائه کرده ایم که توسعه پایدار سیال HF را مشخص می کند (شکل 5 ). اولاً، بهبود مستمر عملکرد کلی PAM و سیستم‌های سیال آن و کاهش باقی‌مانده‌های آنها بسیار مهم است. یک ژل کامپوزیتی به نام NAF با ترکیب پلی آکریل آمید اصلاح‌شده هیدروفوبیک (HMPAM) خود سنتز شده با بتا سیکلودکسترین و یک سورفکتانت ویسکوالاستیک (VES) ایجاد شد (شکل 6a ) 19 . NAF نسبت به HMPAM یا VES ویسکوزیته و ویسکوالاستیسیته ظاهری را به طور قابل توجهی افزایش داده است و مهمتر از همه، ژل می تواند کاملاً تجزیه شود . معرفی مولکول‌های زنجیره بلند آبگریز برای اصلاح پلیمرها، گسترش آن‌ها را در محلول‌های آبی افزایش می‌دهد و مقاومت آنها را در برابر دما و نمک افزایش می‌دهد .

مفهوم توسعه پایدار سیال شکست هیدرولیکی

ثانیاً، معرفی پلیمرهای جایگزین در تهیه سیالات HF و سایر سیالات عامل تولید نیز ممکن است فرآیندهای تصفیه آب را ساده کند. علیرغم چالش های مرتبط با درمان PAM، این ماده همچنان به عنوان یک ماده رایج مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل اصلی این امر این است که مواد طبیعی نمی توانند به عنوان یک جایگزین ثابت برای PAM عمل کنند. مقاومت حرارتی یک مانع بزرگ برای آدامس های طبیعی برای جایگزینی PAM است. تا به امروز، بالاترین مقاومت دمایی صمغ طبیعی 150 درجه سانتیگراد گزارش شده است . توسعه و اصلاح سیستم مواد طبیعی و سیال امیدوارکننده است، از جمله اصلاح انواع صمغ، نشاسته و محصولات زیرکونیوم آلی 54 ، 55 ، 56 ، 57 . این مواد و سیستم های سیال یا سازگارتر با محیط زیست هستند یا به راحتی پلیمریزه می شوند.

صمغ گوار، به عنوان یک ماده طبیعی، دارای خواص ضخیم شدن، ژل شدن، و اتصال، و همچنین پتانسیل زیست تخریب پذیری بالایی است 58 ، 59 . لجن فعال ممکن است بیش از 90 درصد از اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) FPW را که حاوی صمغ گوار، یک ماده اصلی است، در عرض 10 ساعت تحت شرایط معمولی جریان برگشتی تجزیه کند 60 . اصلاحات گروه عملکردی به صمغ گوار برای تغییر رئولوژی و مقاومت حرارتی و نمکی آن ارائه شده است . به عنوان مثال، صمغ گوار هیدروکسی پروپیل (HPG) و صمغ گوار کربوکسی متیل هیدروکسی پروپیل (CMHPG) در توسعه هیدروکربن های معمولی استفاده می شود 12 ، 61 . علاوه بر تکنیک‌های اصلاحی به‌خوبی تثبیت‌شده برای صمغ گوار، مانند روش‌هایی که برای مواد طبیعی اعمال می‌شود، روش‌های اصلاح جدیدی نیز برای صمغ زانتان مورد بررسی قرار گرفته‌اند. تحت کاتالیز NaOH، صمغ welan را می توان با 1-bromohexadecane اصلاح کرد و در نتیجه صمغ Welan (HWG) اصلاح شده آبگریز شد (شکل 6b ) 54 . در مقایسه با صمغ گوار، HWG تشکیل شبکه افزایش یافته و گسترش زنجیره مولکولی پایدار در شرایط نمک مخلوط (85000 میلی گرم در لیتر) و ویسکوزیته محلول بالاتر (225.58 mPa·s) نسبت به صمغ گوار (110.34 mPa·s) نشان داد . با این وجود، هزینه‌های بالا، محدودیت‌های حمل و نقل و چالش‌های شدید در تخریب زیستی ممکن است کاربرد میدانی را مختل کند.

ثالثاً، ترکیب مواد تکمیلی در سیستم سیال مفید است، به ویژه برای افزایش خواص پلیمرهای طبیعی و سازگار با محیط زیست. یک سیستم ژل پلیمری (کربوکسی متیل هیدروکسی پروپیل گوار صمغ – CMHPG) به طور ابتکاری با یک مایع ویسکوالاستیک مبتنی بر سورفکتانت (سورفکتانت اولئات سدیم-آنیونی) برای ایجاد یک ژل میکروامولسیون تک فاز جدید (SPME) ترکیب شده است (شکل 6c ) 62 . این ژل مخلوط با برهمکنش‌های فشرده بین خوشه‌های پلیمر و سورفکتانت ، خواص رئولوژیکی و پایداری حرارتی بهبود یافته‌ای را تا ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد نشان داد و باقیمانده‌ای ناچیز در غلظت‌های کم پلیمر باقی گذاشت . به طور مشابه، پایداری و ویژگی رئولوژیکی HPG را می توان با افزودن اسید سیتریک و نانو ZrO2 به ترتیب کاهش داد ( شکل 6d ) 56 ، 63 .

چهارم، استفاده از توالی یابی با توان عملیاتی بالا برای کمک به انتخاب پلیمر. کاوش و پیش بینی تغییرات سیستماتیک در جوامع میکروبی تحت مواجهه با پلیمرهای مختلف، بنابراین نوآوری در استفاده از پلیمر سبز را تسهیل می کند . توالی با توان بالا و omics چندگانه ، درک عمیقی از ساختار، عملکرد، و تعاملات درون و برون جوامع میکروبی را ممکن می‌سازد . پاسخ‌های جامعه میکروبی شاخص‌های مهمی برای اثرات زیست‌محیطی هستند و بنابراین ارزیابی بیولوژیکی استفاده‌های شیمیایی با هدف به حداقل رساندن خطرات زیست‌محیطی در وهله اول انجام می‌شود .

با این وجود، اصلاحات پیچیده و فزاینده پلیمرها و/یا سیستم های سیال اغلب با افزایش هزینه برای اپراتورها همراه است. تاثیر زیست محیطی این مواد اصلاح شده در مقایسه با محصولات اصلی هنوز قابل درک نیست. پرداختن به این مسائل مستلزم همکاری بیشتر بین تنظیم کننده ها، بخش های تولید و محیط زیست است.

با توجه به تصفیه آب، اپراتورها فناوری هایی را که مقرون به صرفه و فضاساز هستند (موبایل) اولویت بندی می کنند. در مناطق خاص تولید چین مانند حوضه سیچوان و دریای بوهای، سیستم های تصفیه یکپارچه اتخاذ شده است. افزایش آگاهی زیست محیطی و فشارهای خنثی کربن منجر به افزایش توجه به مواد و فناوری های تصفیه تجدیدپذیر مانند تصفیه بیولوژیکی، جذب سطحی و فیلتراسیون با استفاده از مواد سبز و قابل بازیافت شده است.

عملیات غشایی PAM در FPW منجر به رسوب‌گیری سریع می‌شود و آزمایش‌های معمول کیفیت آب نمی‌توانند پتانسیل رسوب PAM را پیش‌بینی کنند، زیرا همبستگی بین غلظت PAM و کل کربن آلی (TOC)، کل جامدات معلق (TSS) و کدورت وجود ندارد. با توجه به ترکیب پیچیده FPW 25 , 67 . استفاده از روش‌های خاص، مانند روش یدید نشاسته-کادمیم، برای نظارت بر محتوای PAM در FPW، و استفاده از روش‌های پیش تصفیه خارج از فیلتراسیون غشایی، مانند لجن فعال، رسوب و انعقاد بر اساس نوع رسوب، می‌تواند به طور موثر رسوب غشایی را کاهش دهد. فرآیندها، در حالی که پروتکل های تمیز کردن کارآمد و برنامه های تعمیر و نگهداری منظم را برای جلوگیری از تجمع رسوب و اطمینان از عملکرد کارآمد طولانی مدت سیستم غشایی ایجاد می کند . 25 ، 67 ، 68

برای تصفیه بیولوژیکی، شوری بالا مانع از تخریب زیستی میکروبی ترکیبات آلی می شود و رقیق شدن با آب حاصل از سطح زیرسطحی با شوری تا میلیون ها پی پی ام به منابع آب شیرین غیر قابل چشم پوشی نیاز دارد . سازگاری میکروارگانیسم‌های جدا شده در سازگاری با محیط شور و افزایش کارایی تجزیه زیستی امکان‌پذیر است، و یک راه‌حل جایگزین، استخراج ژنوم میکروب‌های تحمل‌پذیر با پتانسیل تخریب PAM کافی و سنتز آنزیم‌ها و سایر محصولات طبیعی برای تجزیه هدفمند PAM در مایع شور است. علاوه بر این، چندین فناوری omics درک ارگانیسم‌های درگیر و روابط متقابل آنها را برای تقویت فعالیت‌های میکروبی در محیط‌های شدیدتر تسهیل می‌کنند .

نتیجه گیری

انتقال از توسعه هیدروکربنی معمولی به غیر متعارف، همراه با تغییر از توسعه هیدروکربنی خشکی به ساحلی، پیچیدگی‌های بیشتری را برای تصفیه آب پلیمرهایی مانند PAM معرفی می‌کند. در راستای تعهد فزاینده به شیوه‌های پایدار و آگاهی زیست‌محیطی، تاکید زیادی بر پیش‌ ارزیابی و پیش‌بینی اثرات زیست‌محیطی استفاده‌های شیمیایی، و تحقیق در مورد پلیمرهای سبز نوآورانه وجود دارد. علاوه بر این، توجه تشدید شده به سمت پیشرفت فناوری های غشایی و تصفیه بیولوژیکی معطوف شده است.

مراحل مهم آینده شامل تحقیق در مورد محصولات به عنوان جایگزین PAM با کاهش ردپای محیطی است. این شامل توسعه پلیمرها و سیستم های سیال جدید و اصلاح پلیمرهای طبیعی موجود است. علاوه بر این، اکتشاف میکروب‌های مقاوم به نمک با قابلیت‌های تجزیه زیستی قوی با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته (مانند استخراج ژنوم)، و توسعه غشاهای ضد رسوب در حالی که استراتژی‌های تمیز کردن غشا را بهینه می‌کنند، وجود دارد. این ابتکارات بر تلاش‌های معاصر برای کشف جایگزین‌های پایدار، با هدف مدیریت موثر پلیمرها در مراحل مختلف توسعه هیدروکربن تأکید می‌کند.