CC BY
96
Section 4. Materials Science
Список литературы
1. Манасян Н. К., Минасян З. А. Новый метод оценки теплозащитных свойств одежды//ГИУА (Политехник) Вестник, Сборник научных статей, часть II, Ереван, 2012, стр. 619-623.
2. Патент РА № 2745 A Система испытания теплозащитных свойств одежды/З. Минасян, Н. Манасян. - Ереван, 2013.
3. Цветков, Ф. Ф. Тепломассообмен: учеб. пособие/Ф. Ф. Цветков, Б. А. Григорьев - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2005. - 550 с.
4. Кедров Л. В. Теплозащитные свойства обуви. -М.: Легкая индустрия, 1979. - 168 с.
Shamilov Valeh Mammad, SOCAR Department of " Nanotechnology ” E-mail: valeh.shamilov@socar.az
The prospects of application of Al and Cu nanostructured sodium carboxymethylcellulose for oil production
Abstract: The article deals with the issue of significant changing of rheological characteristics of sodium carboxymethylcellulose (Na-CMC) aqueous solution according to modified metal nanoparticles’ nature and concentration and these are taken into accont during the implementation in oil recovery. For this purpose, it was obtained nanostructured Na-CMC polymer by means of application the metal nanoparticles and investigated the creating mechanism of its molecular structure using modern analytical techniques. It has been recorded that results of analytical studies with qreat importance are interesting and perspective.
Keywords: sodium carboxymethylcellulose (Na-CMC), nanoparticles, IR spectroscopy, reology.
Валех Мамед оглы Шамилов Государственная Нефтяная Компания Азербайджанской Республики E-mail: valeh.shamilov@socar.az
Перспективы применения в нефтегазодобыче натрийкарбоксиметилцеллюлозы с наноструктурными Al и Cu
Аннотация: В статье приводятся результаты исследований по влиянию природы наночастиц Al и Cu и их концентраций на ИК-спектроскопические свойства и реологические показатели модифицированных водных растворов (Na-КМЦ). С использованием металлических наночастиц получены наноструктурные Na-КМЦ полимеры и проанализированы соответствующие изменения в молекулярной структуре растворов.
Ключевые слова: натрийкарбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ), наночастицы, ИК-спектроскопия, реология.
В нефтегазодобыче, особенно, при эксплуатации продуктивных пластов с низкой пластовой температурой и высокоминерализованной пластовой водой для доизвлечения остаточной нефти, для предотвращения солеотложений и пескопроявлений широко пользуются технологиями на основе водных растворов карбоксилметилцеллюлозы. Результаты использования КМЦ в России указывают на довольно значительную их эффективность [1].
В департаменте «Нанотехнологии» ГНКАР проводились исследования по устранению песчаной пробки с использованием модифицированного Cu
(50-70 нм) наночастицами 1%-го водного раствора Na-КМЦ [2].
Промысловоиспытательные работы разработанной технологии были проведены на добывающих скважинах № 1361-горизонт II КС и № 1373-горизонт V КС месторождения Бузовны НГДУ “Г. З. Та-гиева” ГНКАР.
В период проведения указанных испытательных работ за счет псевдонабухания на забое скважин создались благоприятные условия для выноса поступивших частиц песка на поверхность. При движении жидкости в лифтовых трубах межфазное поверхностное натяже-
38
The prospects of application of Al and Cu nanostructured sodium carboxymethylcellulose for oil production
ние уменьшилось, скорость скольжения увеличилась, урегулировалась скорость поступления жидкости в скважину из пласта и ликвидировано образование песчаной пробки на забое. Уменьшилось забойное давление, увеличилось затрубное давление. Увеличение скорости движения жидкости в трубах ограничивает осаждение песка. Таким образом создались условия для выноса песка жидкостью на поверхность. В результате на обеих скважинах наблюдалось увеличение межремонтного периода более чем в 2 раза.
Если в скважине № 1361 до мероприятия в течении 52 дней производилось 67 воздействий жидкостью, то после снизилось до 20. В скважине № 1373 количество механических примесей в добываемой продукции резко упало и, как результат, количество воздействий жидкостью уменьшилось с 71 до 36, в то же время расход газа уменьшился с 12000 м 3 до 8000 м 3.
Кроме того нами разработаны новые технологии по доизвлечению остаточной нефти и предотвращению солеотложений на основе водного раствора Na-КМЦ и металлических наночастиц, которые внедрены на нефтегазодобывающих объектах ПО “Азнефть”.
Технология “Извлечение остаточной нефти применением наносистем” осуществлялось через нагнетательные скважины и позволила значительно увеличить эффективность воздействия на пласт. В результате снижения межфазного поверхностного натяжения, увеличения угла смачивания и существенного улучшения термодинамических свойств нефти по скважинам, охваченным воздействием, дебит нефти увеличился на 15-20%, а количество попутно добываемой воды уменьшилось на 15-18%.
Технология “Наносистема против солеотложения” была использована в лифтовых трубах, выкидных линиях и коллекторах, продемонстрировав
высокую эффективность. Результаты внедрения сказались в ограничении солеотложений, сократились как потери времени на устранение отклонений так и дополнительные затраты финансов и труда рабочих. В результате образования на поверхностях труб нанопокрытий, также достигнута защита и от коррозии [3].
В развитие решений указанных проблем нефтедобычи, безусловно, будет целесообразно использование и глубокое исследование модифицированных полимеров. Изменения в молекулярном строении, разработанного нами с использованием металлических наночастиц наноструктурного полимера на-трийкарбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ), были исследованы современными аналитическими методами. Опытные образцы исследовались методом ИК спектроскопии. ИК спектроскопия позволяет выявить закономерности структурных изменений в водном растворе полимера в зависимости от добавления наночастиц. ИК спектры поглощения исследованных образцов были сняты на спектрометре Furye Varian 640 IR в интервале частот 4000-400 см-1.Для получения спектра поглощения образцов они были помещены в виде тонкой прослойки между двумя KBr (калий бромидными) экранами.
Варьированием количества наночастиц Al и Cu на 0.01^2%-ые водные растворы Na-КМЦ были получены нанополимеры, обладающие новыми свойствами. Добавлением наночастиц Al (5070 нм) и Cu (50-70 нм) различных концентраций (0,0001;0,0005;0,001;0,005; 0,01; 0,05; 0,1; 0,5;1,0%) к 0.01^2% водным растворам Na-КМЦ исследовались соответствующие изменения в составе и строении. Наблюдающиеся резкие изменения в ИК спектрах поглощения этих образцов показаны на рис. 1-4.
Рис. 1. ИК спектры наносистемы 0,01% -го Na-КМЦ +Al (50-70 нм): 1-0,002 Al +0,01%-ый Na-КМЦ; 2-0,01%-ый Na-КМЦ; 3-0,1% Al +0,01%-ый Na-КМЦ; 4-0,01%Al +0,01%-ый Na-КМЦ; 5-0,005% Al +0,01%-ый Na-КМЦ;6 -0,001% Al +0,01%-ый Na-КМЦ.
39
Section 4. Materials Science
Рис. 2. ИК спектры наносистем: a) 0,01%-ый Ыа-КМЦ+
Cu (50-70 нм) и b) 0,01%-ый №-КМЦ+ Fe (50-70 нм): а) 1-0,01% Na-КМЦ; 2-0,002%Cu+ 0,01% Na-КМЦ; 3-0.001%Cu+0,01% Na- КМЦ b)1-Na- КМЦ; 2-0,002%Fe+ 0,01% Na-КМЦ; 3-0,001%Fe + 0,01%Na-КМЦ
Как видно из рис. 1, при концентрации наночастиц Al 0.001% частоты не меняются, то есть в веществе без расщепления образовалась новая структура. В диапазоне частот 925-1225 см-1 в спектре наблюдается интенсивная полоса поглощения, которая характерна для С-О-С простой эфирной связи, свойственной натрийкарбоксиметилцеллюлозе. Как видно, новые пики не наблюдаются, изменения касаются только интенсивностей. Таким образом, добавление к 0.01%-му раствору Na-КМЦ 0.001% Al наночастиц приводит к образованию раствора с новой структурой. При концентрации наночастиц Al 0.002% водный раствор Na-КМЦ подвергается деструкции. В этом случае явления наноструктурирования не наблюдается. Дальнейшее увеличение концентрации наночастиц Al сопровождается
тем же явлением, то есть деструкцией водного раствора полимера.
На рис. 2 представлены ИК спектры при воздействии наночастицами Cu (50-70 нм) и Fe (50-70 нм) на раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы. При концентрациях наночастиц Cu и Fe 0.001-0.002% характерная для натрийкарбоксиметиллюлозы С-О-С простая эфирная связь не видна, то есть наблюдается деструкция раствора полимера.
Анализ ИК спектров показывает отличие влияния одинакового размера (50-70 нм) и концентрации наночастиц Al и Cu на 0.01%-ый раствор Na-КМЦ. Эксперименты по снятию ИК спектров были продолжены и для более высоких концентраций раствора полимера с наночастицами. На рис. 3-4 представлены существенно различающиеся результаты.
Рис. 3. ИК спектры наносистемы 1%-го Na-КМЦ+А! (50-70 нм): 1-1% Na-КМЦ; 2-1% Na- КМЦ + 0.001%
Al (50-70 нм); 3-1% -ый Na-КМЦ + 0.005% А! (50
Сравнение спектров на рис. 3 показывает, что для
0.001%-ой концентрации наночастиц Al наблюдается относительное изменение интенсивностей при неиз-
■70 нм); 4-1%-ый Na-^^0.05% А! (50-70 нм). менных частотах, то есть получена новая структура. Относительное изменение интенсивностей указывает, что воздействие наночастиц Al (50-70 нм) на 1%-
40
The prospects of application of Al and Cu nanostructured sodium carboxymethylcellulose for oil production
ый раствор Na-КМЦ вызывает в образце образование наноструктуры. В то же время для концентраций наночастиц А10.05% раствор Na-КМЦ подвергается
деструкции. Дальнейшее увеличение концентрации Al также сопровождается разрушением структуры полимера.
Рис. 4. ИК спектры наносистемы 1%-ый Мэ-КМЦ+Cu (50-70 нм): 1-1%
Na- КМЦ+0.005% Cu (50-70 нм); 2-1% Ыэ-КМЦ+0.01% Cu (50-70 нм)
блюдается относительное изменение интенсивностей. Для указанных концентраций частиц Cu образуются наноструктуры, в то время как для концентраций 0.01% частиц Си в растворе Na-КМЦ идет процесс деструкции.
На рис. 4 представлены ИК спектры наносистемы 1% Na-КМЦ и наночастиц Cu. Как видно из рисунка, для концентраций частиц Cu 0.001-0.005% наряду с участием в образцах простых эфирных связей в спектрах на
Рис. 5. Зависимости модулей упругости и вязкости от скорости деформации образцов Na-КМЦ+наноА! Результаты исследований показывают, что наноси- деформации обладает на порядок большим значени-стема КМЦ+Вода+Al (50-70 нм) по сравнению с дис- ем модуля упругости (рис. 5). Этот факт указывает
тиллированной водой при малых значениях скорости на возможность наносистемы аккумулировать в себе
41
Section 4. Materials Science
энергию, а затем передать ее в преобразованном виде. Свойства предлагаемой системы стабильны. При больших скоростях деформации разлиия снимаются.
Таким образом, добавлением Al наночастиц в свойствах 1%-го раствора Na-КМЦ наблюдаются значительные изменения. После нановоздействия увеличились время деструкции и температура полимерного раствора. Это может быть объяснено образованием наноструктуры, нашедшей отражение в ИК спектрах.
Выводы:
1. Методом ИК спектроскопии установлено, что в зависимости от количества наночастиц Al (5070 нм), воздействующих на раствор Na-КМЦ, происходят явления образования наноструктуры или же деструкции. В случае реагирования с 1%-ым раствором Na-КМЦ наночастиц Al концентрации 0.001% образуется наноструктура, а при концентрации частиц 0.05%- деструкция.
2. Методом ИК спектроскопии установлено, что для концентраций наночастиц Cu (50-70 нм) 0.001-
0.005%, взаимодействующих с 1%-ым раствором Na-КМЦ образуется наноструктура, а с 0.01% происходит процесс деструкции.
3. Методом ИК спектроскопии установлено, что для концентраций наночастиц Fe (50-70 нм) 0.001-
0.002%, взаимодействующих с 0.01% раствором Na-КМЦ происходит процесс деструкции.
4. Модифицированные металлическими наночастицами растворы Na-КМЦ нашли применение и показали высокую эффективность в нижеуказанных направлениях нефтегазовой отрасли Азербайджана:
— извлечение остаточной нефти;
— ограничение поступлений пластовых и сторонних вод;
— ограничение пескопроявлений;
— ликвидации песчаных пробок в лифтовых трубах;
— предотвращение солеотложений в лифтовых трубах, выкидных линиях и коллекторах.
Список литературы:
1. Федорова А. Ф., Портнягин А. С., Шиц Е. Ю. Нефтевытесняющие свойства растворов полимеров в пластовых условиях месторождений Юго-Западной Якутии//Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2012. № 2. С. 189-193.
2. Patent (Азербайджанской республики) 1 2013 0024. Способ ликвидации песчаной пробки/Е. Г. Шахбазов,
В. М. Шамилов, Алиев Й. М. и др.
3. Шамилов В. М., Гаджиев Е. Г., Атаев М. К.и др., Результаты использования наносистем против солеотложений в нефтепромысловых коллекторах.//Азербайджанское Нефтяное Хозяйство, 2013. № 11, C. 23-27.
42
