가수분해된 폴리아크릴아미드(HPAM)의 온도 및 염분 저항성을 향상시키는 것은 증진된 석유 회수(EOR)에서의 효과적인 적용을 위해 매우 중요합니다. 나노셀룰로오스의 풍부함, 나노 규모, 높은 유수-수계 계면 흡착 효율성 덕분에 EOR 응용 분야에서 상당한 주목을 받고 있습니다. 본 연구에서는 설폰화 및 알킬화 수정에 의해 새로운 종류의 표면 기능화된 양친매성 튜니케이트 셀룰로오스 나노결정(TCNCs-M2)을 성공적으로 제조하였으며, 이는 HPAM과 시너지 효과를 내어 하이브리드 플러딩 시스템(0.2 wt% HPAM + 0.1 wt% TCNCs-M2)을 조성하는 데 사용되었습니다. TCNCs-M2의 구조 덕분에 하이브리드 시스템은 HPAM 용액에 비해 두께 증가 능력(염수에서 65 °C에서 점도 48.94 % 증가), 온도 저항성(25–90 °C), 염분 내성(염도 8044 mg.L−1), 점탄성 및 노화 안정성이 더 강한 성능을 보였습니다. 이러한 향상은 하이브리드 시스템에서의 소수성 결합 외에도 강한 수소 결합 및 정전기적 반발력에 기인합니다. 더욱이, 하이브리드 시스템은 HPAM 용액(16.4 %)보다 더 높은 석유 회수 계수(22.8 %)를 나타냈습니다. 이러한 결과는 새롭게 조성된 양친매성 나노셀룰로오스/HPAM 하이브리드 시스템이 가혹한 조건의 저수지에서 효과적인 석유 대체제가 될 수 있음을 나타냅니다.

최근 몇 년 동안, 석유 자원 추출 증가와 생산 감소에 대응하여 유전 개발 기술의 연구 및 혁신에 대한 강조가 커지고 있습니다. 화학적 플러딩(폴리머, 계면활성제, 알카리 및 이들의 조합)과 같은 향상된 석유 회수(EOR) 처리, 가스 주입, 열 방법 등은 지속적인 실용적 탐사를 통해 상당한 개선이 이루어졌으며 유전에서 널리 적용되고 있습니다. 단순하고 저렴한 비용 덕분에 폴리머 플러딩은 현재까지 특히 중국의 유전에서 가장 널리 사용되는 EOR 방법입니다. 그러나 가장 널리 사용되는 폴리머인 부분 가수분해 폴리아크릴아마이드(HPAM)는 가혹한 저수지 조건에 매우 취약하여 EOR 효율성에 심각한 영향을 미치며, 특히 고온 및 염분이 높은 형성에서 그러합니다. HPAM의 유도체(소수성 폴리아크릴아마이드 등)는 아크릴아마이드와 기타 기능성 단량체의 공중합을 통해 HPAM의 온도 및 염 저항성을 개선할 수 있지만, 이러한 공중합체에는 긴 용해 시간, 낮은 분자량 및 복잡한 준비와 같은 몇 가지 단점이 있어 유전에서의 적용을 저해합니다. 최근에는 폴리머와 나노입자의 결합 플러딩 시스템이 새로운 EOR 방법으로 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다. 나노입자 현탁액은 저투과성 저수지에서 주입 압력을 줄이고 EOR 성능을 개선하는 능력을 가지고 있습니다. 나노 크기, 큰 표면적 및 높은 열 전달 능력 덕분에 원유와 암석 표면 사이에 쐐기 필름을 형성하여 암석의 습윤성을 변화시킬 수 있습니다. 나노입자가 폴리머 용액에 도입되면, 폴리머 분자와 나노입자 간의 수소 결합을 통한 교차 결합으로 EOR 성능이 더욱 향상될 수 있으며, 이는 분자 네트워크 구조를 강화하고 폴리머 용액의 유변학적 특성을 향상시킵니다. 또한, 나노입자와 폴리머 분자는 양이온을 끌어당기기 위해 경쟁하므로, 고온의 염수에서 폴리머 분자의 분해가 어느 정도 방지됩니다. SiO2, CaCO3, TiO2 입자와 같은 기존의 비구형 나노입자 외에도, 나노시트, 나노피브릴 및 나노로드와 같은 비등방성 나노입자도 우수한 EOR 성능을 나타내며, 이들은 긴 축이 인터페이스와 평행하게 오일-워터 인터페이스에 배치되어 다층 나노입자로 이루어진 네트워크를 생성합니다.

나노셀룰로오스는 재생 가능하고 친환경적인 나노물질로, 막대 모양과 높은 종횡비 덕분에 에멀젼 안정화 및 EOR에서 상당한 주목을 받고 있으며, 이는 더 높은 흡착 에너지에 기여합니다. 나노셀룰로오스 분산체의 물리화학적 특성(유변학, 안정성, 오일/염수/암석 계면 거동 등)은 Wei et al.에 의해 철저히 조사되었습니다. 실험 결과, 나노셀룰로오스 유체의 안정성과 EOR 관련 특성(염 및 온도 저항성)은 과도한 음전하와 입체 장애를 도입하기 위한 표면 수정으로 크게 향상될 수 있음을 보여주었습니다. 주목할 점은, 피낭류의 외투에서 분리된 튜니케이트 셀룰로오스 나노결정(TCNCs)은 더 안정적인 셀룰로오스 Iβ 형태로 구성되어 있으며, 다른 생물 자원에서 유래한 셀룰로오스 나노결정에 비해 더 높은 종횡비, 영률 및 더 많은 하이드록실 기능 그룹을 나타냅니다. 이러한 특성은 폴리머 분자와의 안정적인 교차 연결 네트워크 형성을 촉진하고, 표면 수정을 위한 훌륭한 기초를 제공하여 오일 필드 응용에서의 잠재적 유용성을 향상시킵니다. 그러나 TCNCs는 폴리머와의 호환성이 좋지 않습니다. 하이브리드는 약한 반발력으로 인해 전해질에서 응집되는 경향이 있어, 이 조합이 주입 및 다공성 매체에서의 깊은 이동에서 문제를 일으킬 수 있습니다. 이전 연구에서 우리는 음이온 계면활성제인 황산나트륨 도데실(SDS)을 폴리머와 TCNCs의 하이브리드 시스템에 추가하면 SDS, 폴리머 및 TCNCs의 시너지 효과로 인해 시스템의 안정성과 EOR 성능이 명확히 향상될 수 있음을 발견했습니다. SDS는 소수성 그룹과 폴리머 백본 간의 소수성 상호작용을 통해 폴리머 분자와 상호작용할 수 있으며, 이는 TCNCs와 폴리머 사슬로 형성된 3차원 네트워크의 강도를 강화합니다. SDS는 또한 우수한 에멀젼 성능으로 인해 오일과 하이브리드 시스템 간의 이동 비율을 줄일 수 있습니다 [26]. 이러한 모든 장점을 고려하여, 우리는 친수성 음전하 그룹과 소수성 그룹을 모두 가진 새로운 표면 수정 TCNCs를 합성하기로 결정하였고, 이를 고온, 고염수 저수지의 HPAM 플러딩 시스템에 도입하였습니다. 우리가 아는 한, 이 작업은 이전에 수행된 적이 없습니다.

이 연구에서는 3-클로로-2-하이드록시프로필 설폰산염 (CHPS-Na)과 도데실 트리메톡시실란 (WD-10)을 사용하여 친수성 TCNCs (TCNCs-M2)를 준비하기 위해 두 단계 수정 과정을 사용했습니다. TCNCs-M2의 구조는 각각 FT-IR, TG, XRD, XPS, TEM 및 AFM을 사용하여 특성화되었습니다. 그런 다음 TCNCs-M2를 HPAM과 혼합하여 균일한 하이브리드 시스템 (HPAM/TCNCs-M2)을 얻었습니다. HPAM과 TCNCs-M2 간의 상호작용 메커니즘이 분석되었습니다. 이후 HPAM/TCNCs-M2의 분산 안정성, 온도 저항, 염분 내성, 전단 저항 및 점탄성 모듈러스와 같은 유변학적 특성이 평가되었으며, 이는 모의 유전 환경에서 우수한 증점 능력, 온도 저항, 염분 내성, 전단 저항 및 점탄성 특성을 보여주었습니다. 마지막으로, 코어 플러딩 테스트가 수행되었고, 얻어진 데이터는 HPAM/TCNCs-M2 하이브리드 시스템의 유류 회수 비율이 22.8%로, HPAM 용액 (16.4%)보다 높아 HPAM/TCNCs-M2 하이브리드 시스템이 실용적인 응용 전망을 가지고 있음을 확인했습니다.