Cải thiện khả năng chịu nhiệt và muối của polyacrylamide thủy phân (HPAM) là rất quan trọng cho việc ứng dụng hiệu quả trong việc thu hồi dầu tăng cường (EOR). Do sự phong phú, quy mô nano, và hiệu quả hấp thụ bề mặt dầu-nước cao của nanocellulose, nó đã thu hút được sự chú ý đáng kể trong các ứng dụng EOR. Trong nghiên cứu này, một loại tinh thể nanocellulose amphiphilic chức năng bề mặt mới (TCNCs-M2) đã được chuẩn bị thành công thông qua việc sửa đổi sulfonate và alkyl hóa, được sử dụng kết hợp với HPAM để tạo ra một hệ thống bơm hybrid (0.2 wt% HPAM + 0.1 wt% TCNCs-M2). Nhờ vào cấu trúc của TCNCs-M2, hệ thống hybrid thể hiện khả năng làm đặc mạnh mẽ hơn (độ nhớt tăng 48.94 % ở 65 °C trong nước muối với độ mặn 8044 mg.L−1), khả năng chịu nhiệt (25–90 °C), khả năng chịu muối (độ mặn 8044 mg.L−1), độ nhớt đàn hồi và độ ổn định lão hóa so với dung dịch HPAM. Những cải tiến này được cho là do sự liên kết kỵ nước bên cạnh liên kết hydro mạnh và lực đẩy tĩnh điện trong hệ thống hybrid. Hơn nữa, hệ thống hybrid thể hiện hệ số thu hồi dầu cao hơn (22.8 %) so với dung dịch HPAM (16.4 %). Những kết quả này chỉ ra rằng hệ thống hybrid nanocellulose/HPAM amphiphilic mới được hình thành có thể là một tác nhân thay thế dầu hiệu quả cho các bể chứa trong điều kiện khắc nghiệt.

Trong những năm gần đây, đã có sự nhấn mạnh ngày càng tăng vào nghiên cứu và đổi mới trong công nghệ khai thác dầu mỏ nhằm đáp ứng nhu cầu khai thác tài nguyên dầu mỏ ngày càng tăng và sự suy giảm sản lượng. Các phương pháp thu hồi dầu nâng cao (EOR), chẳng hạn như bơm hóa chất (polymer, chất hoạt động bề mặt, kiềm và sự kết hợp của các phương pháp trên), tiêm khí, phương pháp nhiệt, v.v., đã trải qua những cải tiến đáng kể và được áp dụng rộng rãi trong các mỏ dầu sau quá trình khám phá thực tiễn liên tục. Do tính đơn giản và chi phí thấp, bơm polymer là phương pháp EOR được sử dụng rộng rãi nhất cho đến nay trong các mỏ dầu, đặc biệt là ở Trung Quốc. Tuy nhiên, polyacrylamide hydrolyzed một phần (HPAM), polymer được sử dụng rộng rãi nhất, rất nhạy cảm với các điều kiện trong bể chứa khắc nghiệt, điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả EOR của nó, đặc biệt là trong các bể chứa có nhiệt độ và độ mặn cao. Mặc dù các dẫn xuất của HPAM (polyacrylamide kỵ nước, v.v.) có thể cải thiện khả năng chống nhiệt độ và muối của HPAM thông qua sự đồng polymer hóa của acrylamide và các monomer chức năng khác, vẫn còn một số nhược điểm của các copolymer này, chẳng hạn như thời gian hòa tan dài, trọng lượng phân tử thấp và quy trình chuẩn bị phức tạp, điều này cản trở việc ứng dụng của chúng trong ngành dầu khí. Gần đây, hệ thống bơm kết hợp giữa polymer và nanoparticle đã thu hút ngày càng nhiều sự chú ý như một phương pháp EOR mới. Các huyền phù nanoparticle có khả năng giảm áp suất tiêm và cải thiện hiệu suất EOR trong các bể chứa có độ thấm thấp. Chúng có thể thay đổi tính ướt của bề mặt đá bằng cách hình thành một lớp phim giữa dầu thô và bề mặt đá, nhờ vào kích thước nano, diện tích bề mặt lớn và khả năng truyền nhiệt cao. Khi nanoparticle được đưa vào dung dịch polymer, sự tương tác giữa polymer và nanoparticle có thể cải thiện thêm hiệu suất EOR thông qua sự liên kết chéo giữa các phân tử polymer và nanoparticle thông qua các liên kết hydro, điều này củng cố cấu trúc mạng phân tử và nâng cao các tính chất lưu biến của dung dịch polymer. Hơn nữa, các phân tử nanoparticle và polymer cạnh tranh để thu hút các cation, do đó việc phân hủy các phân tử polymer được tránh ở một mức độ nhất định trong dung dịch muối ở nhiệt độ cao. Ngoài các nanoparticle hình cầu thông thường như SiO2, CaCO3, TiO2, các nanoparticle dị hướng như nanosheets, nanofibrils và nanorods cũng thể hiện hiệu suất EOR xuất sắc, có thể được định hướng tại giao diện dầu-nước với trục dài của chúng song song với giao diện, tạo ra các mạng lưới trong pha liên tục với nhiều lớp nanoparticle trên giao diện giọt.

Nanocellulose, như một vật liệu nano tái tạo, xanh và thân thiện với môi trường, đã thu hút sự chú ý đáng kể trong việc ổn định nhũ tương và EOR, nhờ vào hình dạng giống như que và tỷ lệ khía cạnh cao, điều này góp phần vào năng lượng hấp thụ cao hơn. Các tính chất lý hóa của các phân tán nanocellulose bao gồm độ nhớt, độ ổn định và hành vi bề mặt giữa dầu/nước muối/đá đã được Wei et al. nghiên cứu kỹ lưỡng trước đó. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng độ ổn định và các tính chất liên quan đến EOR (khả năng chịu muối và nhiệt độ) của các chất lỏng nanocellulose có thể được cải thiện đáng kể thông qua việc sửa đổi bề mặt để giới thiệu các điện tích âm dư thừa và cản trở steric. Đáng chú ý rằng các tinh thể nanocellulose từ tunicate (TCNCs), được tách ra từ lớp áo của tunicates, bao gồm dạng cellulose Iβ ổn định hơn, và thể hiện tỷ lệ khía cạnh cao hơn, mô đun Young và nhiều nhóm hydroxyl chức năng hơn so với các tinh thể nanocellulose từ các nguồn sinh học khác. Những đặc điểm này tạo điều kiện cho việc hình thành các mạng lưới liên kết chéo ổn định với các phân tử polymer và cung cấp một nền tảng tuyệt vời cho việc sửa đổi bề mặt, do đó nâng cao khả năng ứng dụng của chúng trong các ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí. Tuy nhiên, TCNCs thể hiện sự tương thích kém với các polymer. Hợp chất này có xu hướng kết tụ trong dung dịch điện giải do lực đẩy yếu, điều này có thể khiến sự kết hợp này gặp vấn đề trong việc bơm và di chuyển sâu trong môi trường xốp. Trong công trình trước đây của chúng tôi, chúng tôi đã phát hiện rằng việc thêm chất hoạt động bề mặt anion natri dodecyl sulfate (SDS) vào hệ thống hybrid của polymer và TCNCs có thể cải thiện rõ rệt độ ổn định và hiệu suất EOR của hệ thống nhờ vào hiệu ứng hiệp đồng của SDS, polymer và TCNCs. SDS có thể tương tác với các phân tử polymer thông qua các tương tác kỵ nước giữa các nhóm kỵ nước và xương polymer, điều này đã tăng cường sức mạnh của mạng lưới ba chiều được hình thành bởi TCNCs và chuỗi polymer. SDS cũng có thể giảm tỷ lệ di động giữa dầu và hệ thống hybrid nhờ vào hiệu suất nhũ tương xuất sắc của nó. Với tất cả những lợi thế này, chúng tôi đã quyết định tổng hợp một TCNCs sửa đổi bề mặt mới, có cả các nhóm âm tính ưa nước và các nhóm kỵ nước, và giới thiệu TCNCs amphiphilic này vào hệ thống bơm HPAM cho các mỏ dầu có nhiệt độ cao và độ mặn cao. Theo như chúng tôi biết, công việc này chưa được thực hiện trước đây.

Trong nghiên cứu này, một quy trình sửa đổi hai bước đã được sử dụng để chuẩn bị TCNCs amphiphilic (TCNCs-M2) bằng cách sử dụng 3-chloro-2-hydroxypropyl sulfonate (CHPS-Na) và dodecyl trimethoxysilane (WD-10). Cấu trúc của TCNCs-M2 đã được đặc trưng bằng FT-IR, TG, XRD, XPS, TEM và AFM, tương ứng. Sau đó, TCNCs-M2 được trộn với HPAM để thu được một hệ hybrid đồng nhất (HPAM/TCNCs-M2). Cơ chế tương tác giữa HPAM và TCNCs-M2 đã được phân tích. Tiếp theo, độ ổn định phân tán, các tính chất lưu biến như khả năng chịu nhiệt, khả năng chịu muối, khả năng chống cắt và mô đun nhớt đàn hồi của HPAM/TCNCs-M2 đã được đánh giá, cho thấy khả năng làm đặc xuất sắc, khả năng chịu nhiệt, khả năng chịu muối, khả năng chống cắt cũng như tính chất nhớt đàn hồi trong điều kiện mô phỏng bể dầu. Cuối cùng, một thử nghiệm bơm lõi đã được thực hiện và dữ liệu thu được cho thấy tỷ lệ thu hồi dầu của hệ hybrid HPAM/TCNCs-M2 là 22.8%, cao hơn so với dung dịch HPAM (16.4%), xác nhận rằng hệ hybrid HPAM/TCNCs-M2 có triển vọng ứng dụng thực tiễn.