Preparation and Salt-Resistant Water Shutoff Performance of Cationic Hydrophobically Associating Polymer Gel PADL
एक नवीन धनायनिक हाइड्रोफोबिक रूप से जुड़ने वाले बहुलक जेल (PADL) का संश्लेषण और लक्षण वर्णन किया गया, जिसने अपने सघन 3D छिद्रपूर्ण नेटवर्क और सहक्रियात्मक इलेक्ट्रोस्टैटिक एवं हाइड्रोफोबिक अंतःक्रियाओं के कारण उच्च-लवणता वाले फ्रैक्चरयुक्त जलाशयों में उत्कृष्ट इंजेक्टेबिलिटी, तापीय स्थिरता और लवण-प्रतिरोधी वॉटर शटऑफ प्रदर्शन प्रदर्शित किया।
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दुनिया भर के तेल क्षेत्र अपने जीवन के एक कठिन चरण में पहुँच रहे हैं। वर्षों तक पंप करने के बाद, वे चट्टानी संरचनाएं जिन्होंने कभी भारी मात्रा में तेल धारण किया था, अब थक चुकी हैं और जटिल हो गई हैं। इनमें से कई परिपक्व क्षेत्रों में, पानी ने कब्जा करना शुरू कर दिया है। जैसे ही पानी भूमिगत चट्टानों के माध्यम से बहता है, वह सबसे आसान रास्तों को खोज लेता है, अक्सर प्राकृतिक दरारों और फ्रैक्चरों के माध्यम से तेजी से बह जाता है और अधिक सघन एवं जिद्दी चट्टानों में फंसे तेल को दरकिनार कर देता है। यह घटना, जिसे "चैनलिंग" (channeling) कहा जाता है, कुओं से तेल के बजाय ज्यादातर पानी का उत्पादन करती है, जिससे मूल्यवान संसाधन पीछे छूट जाते हैं। इसे ठीक करने के लिए, इंजीनियरों को चट्टान को नुकसान पहुँचाए बिना या तेल के रास्तों को अवरुद्ध किए बिना इन पानी से भरे दरारों को रोकने का एक तरीका चाहिए। चुनौती एक ऐसे पदार्थ को खोजने की है जो पानी को रोकने के लिए पर्याप्त मजबूत हो, सूक्ष्म अनियमित दरारों में फिट होने के लिए पर्याप्त लचीला हो, और जमीन के नीचे गहरे खारे वातावरण में जीवित रहने के लिए पर्याप्त कठोर हो।
साउथवेस्ट पेट्रोलियम यूनिवर्सिटी और झिंजियांग ऑयलफील्ड के शोधकर्ताओं ने इस समस्या का एक नया समाधान विकसित किया है: एक विशेष प्रकार का जेल जिसे इन जल चैनलों को बंद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्होंने PADL नामक एक पदार्थ बनाया, जो विभिन्न रासायनिक घटकों के मिश्रण से बना एक गाढ़ा, जेली जैसा पदार्थ है। लक्ष्य एक ऐसा जेल बनाना था जिसे तरल के रूप में जमीन में गहराई तक पंप किया जा सके, सही समय का इंतजार करते हुए ठोस बन सके, और बहते पानी के दबाव के खिलाफ मजबूती से टिका रहे, भले ही वह पानी अत्यधिक खारा हो।
टीम ने एक बीकर में कई सामग्रियों को मिलाकर शुरुआत की। मुख्य घटक एक सामान्य रसायन 'एक्रिलामाइड' (acrylamide) था, जो जेल की नरम, जल-प्रेमी रीढ़ बनाता है। इसमें उन्होंने एक विशेष नमक-प्रतिरोधी घटक मिलाया जिसमें धनात्मक विद्युत आवेश होता है, और एक अन्य घटक जिसमें लंबी, तैलीय श्रृंखलाएं हैं जो एक-दूसरे से चिपकना पसंद करती हैं। उन्होंने एक धातु-आधारित पदार्थ भी शामिल किया जो गोंद की तरह काम करता है, जो अणुओं को एक मजबूत नेटवर्क में जोड़ने के लिए उन्हें आपस में जोड़ता है। जब इन सामग्रियों को गर्म किया गया, तो वे एक जेल बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं जो दो से दस माइक्रोमीटर तक के सूक्ष्म छिद्रों वाले एक घने, त्रि-आयामी स्पंज की तरह दिखता है। यह संरचना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह जेल को लचीला और मजबूत दोनों होने की अनुमति देती है।
जेल के लिए तेल क्षेत्रों में सबसे बड़ी बाधाओं में से एक नमक है। जमीन के नीचे, पानी अक्सर कैल्शियम और मैग्नीशियम जैसे घुले हुए खनिजों से भरा होता है, जो साधारण जेलों को सिकोड़ सकता है, ढहा सकता है या उनकी ताकत कम कर सकता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि उनका नया जेल अलग तरह से व्यवहार करता है। खारे पानी में सिकुड़ने के बजाय, जेल वास्तव में और मजबूत हो गया। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि जेल के धनात्मक आवेश वाले हिस्से एक-दूसरे को बस इतना धक्का देते हैं कि संरचना खुली रहे, जबकि खारा पानी जेल के तैलीय हिस्सों को और भी कसकर एक साथ सिमटने के लिए मजबूर करता है, जिससे एक अधिक मजबूत नेटवर्क बनता है। उन्हें सब कुछ जोड़ने वाला धातु का "गोंद" भी नमक आयनों द्वारा अलग किए जाने के प्रति प्रतिरोधी है। परिणामस्वरूप, जेल ने 84,739 मिलीग्राम प्रति लीटर की उच्च लवणता वाले पानी में भी अपनी मजबूती और लचीलापन बनाए रखा, जो समुद्र की लवणता से दोगुने से भी अधिक है।
यह देखने के लिए कि यह जेल वास्तविक परिस्थितियों में कितनी अच्छी तरह काम करता है, टीम ने इसे बहुत पतली दरारों से लेकर चौड़े अंतराल तक की विभिन्न आकारों की दरारों वाले चट्टानी नमूनों में डाला। जेल के सख्त होने से पहले, यह सबसे छोटी दरारों में भी आसानी से प्रवाहित हुआ, जिससे पता चला कि यह जलाशय में गहराई तक पहुँच सकता है। एक बार सेट होने के बाद, जेल ने एक ठोस प्लग बनाया जो अत्यधिक दबाव झेल सकता था। संकीर्ण दरारों में, जेल ने 3.2 मेगापास्कल तक के दबाव के साथ पानी को रोका, जो प्रवाह को पूरी तरह से रोकने के लिए पर्याप्त बल है। शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि जेल ने यह चुनने की स्मार्ट क्षमता दिखाई कि उसे कहाँ प्लग करना है। उच्च-पारगम्यता (high-permeability) और निम्न-पारगम्यता (low-permeability) वाले क्षेत्रों वाली चट्टान में परीक्षण के दौरान, यह प्राथमिकता से उच्च-पारगम्यता वाले जल चैनलों में प्रवाहित हुआ और उन्हें अवरुद्ध कर दिया, जबकि तेल-समृद्ध, निम्न-पारगम्यता वाले क्षेत्रों को लगभग अछूता छोड़ दिया। इसने तेल को अवरुद्ध करने की बहुत कम प्रवृत्ति भी दिखाई, जिसका अर्थ है कि यह तेल उत्पादन को नुकसान पहुँचाए बिना पानी को रोक सकता है।
जेल समय के साथ स्थिर भी रहा। लक्षित तेल क्षेत्र के तापमान पर छह महीने तक रखने पर, यह दृढ़ बना रहा और टूटा नहीं। गुणों का यह संयोजन—आसान इंजेक्शन, सेट होने के बाद मजबूती, नमक के प्रति प्रतिरोध, और चयन करने की क्षमता—यह सुझाव देता है कि यह नया पदार्थ तेल उत्पादकों के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हो सकता है। यह कठिन, खारे, खंडित जलाशयों में अवांछित पानी को बंद करने का एक तरीका प्रदान करता है, जिससे संभावित रूप से उन क्षेत्रों से अधिक तेल निकाला जा सकता है जिन्हें पहले कुशलतापूर्वक उत्पादन के लिए बहुत समस्याग्रस्त माना जाता था। शोधकर्ता इसे परिपक्व तेल क्षेत्रों में पानी के बेहतर प्रबंधन की दिशा में एक आशाजनक कदम बताते हैं, जो एक ऐसा पदार्थ प्रदान करता है जो कठिन भूमिगत वातावरण के विरुद्ध लड़ने के बजाय उसके अनुकूल ढल जाता है।
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