CC BY
29
Раздел 05.17.04
Технология органических веществ
УДК 544.777: 675.043.42 DOI: 10.17122/bcj-2019-1-112-115
К. Ю. Прочухан (к.х.н., рук. сектора) 1, Ю. А. Прочухан (д.х.н., проф.) 2
ЭФФЕКТ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ИОННОЙ СИЛЫ РАСТВОРИТЕЛЯ И АНИОННОГО ПОВЕРХНОСТНО-
АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ВЯЗКОСТЬ ПОЛИМЕРА И ПОЛИМЕР-КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ В ПРОЦЕССАХ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ
1 ООО «Башкирский научно-исследовательский и проектный институт нефти», отдел развития скважинных технологий 450006, Уфа, ул. Ленина, д.86/1, e-mail: prochukhanky@list.ru 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра нефтехимии и химической технологии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов I, тел. (347) 2420857
K. Yu. Prochukhan 1, Yu. A. Prochukhan 2
THE EFFECT OF MUTUAL INFLUENCE OF THE IONIC STRENGTH OF THE SOLVENT AND ANIONIC SURFACTANT ON THE DYNAMIC VISCOSITY OF THE POLYMER AND POLYMER-COLLOID SYSTEMS
IN EOR PROCESSES
1 Bashkir scientific-research and design Institute of oil LLC 86/1, Lenina Str, 450006, Ufa, Russia, e-mail: prochukhanky@list.ru 2 Ufa State Petroleum Technological University I, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia, ph. (347) 2420857
В работе исследовано влияние минерализации The work investigated the effect of salinity of
пластовых вод на реологические свойства кол- formation water on the rheological properties of
лоидных систем, представленных водными ра- colloidal systems with aqueous solutions of the
створами полимера и разработанной системы polymer and the developed system of surfactant-
ПАВ-полимер при пластовых температурах. В polymer at formation temperatures. As objects of
качестве объектов исследования взяты полиак- research undertaken polyacrylamide (PAA),
риламид (ПАА), ПАВ-полимерная система «Р- surfactant-polymer system «R-30 m.B.» On the
30 м.Б.». На реометре HAAKE MARS III опре- rheometer HAAKE MARS III identifies the
делена динамическая вязкость растворов dynamic viscosity of the reagent solutions
реагентов, приготовленных на дистиллирован- prepared with distilled water and models
ной воде и модели пластовой воды «Западная produced water «Western Siberia». It is shown
Сибирь». Показано, что с ростом минерализа- that with increasing salinity formation water,
ции пластовой воды наблюдается увеличение there is an increase in the dynamic viscosity of the
динамической вязкости раствора. Раствор раз- solution. The solution of the developed colloidal
работанной коллоидной системы на основе ани- system based on an anionic surfactant (P-30) with
онного поверхностно-активного вещества (Р-30) polyacrylamide exhibits higher values of dynamic
с полиакриламидом проявляет более высокие viscosity than the original polymer in the range of
значения динамической вязкости, чем исходный studied temperatures. полимер в диапазоне изученных температур.
Key words: colloidal system; dynamic viscosity;
Ключевые слова: динамическая вязкость; ион- ionic strength; oil recovery; polyacrylamide;
ная сила; коллоидная система; модель пластовой reservoir water model; reservoir temperature;
воды; нефтеотдача; поверхностно-активное веще- surfactant. ство; полиакриламид; пластовая температура.
Дата поступления 21.12.18
Нефтедобычу на современном витке развития нельзя представить без применения химических методов повышения нефтеотдачи. В настоящее время с целью интенсификации процессов нефтедобычи широко применяется закачка в пласт водных растворов полимеров и поверхностно-активных веществ (ПАВ), водные растворы которых находят применение в изменении гидродинамики движения нагнетаемой воды как за счет регулирования подвижности вытесняющей воды и выравнивания неоднородности пористой среды, так и за счет вовлечение гидрофобных участков пласта при изменении смачивания поверхности. Наиболее распространенными и эффективными составами для повышения нефтеотдачи является растворы полиакриламида (ПАА), всевозможных ПАВ и их комбинаций. При использовании реагентов на основе полимеров такой показатель, как динамическая вязкость, является весьма важным, так как именно за счет изменения реологических свойств нагнетаемой воды возможно изменять охват заводнения нефтяной залежи 1 2.
Применение полимерного заводнения для повышения нефтеотдачи наряду с явными преимуществами имеет и ряд недостатков. Одним из них является неконтролируемость вязкостных и вязкоупругих свойств водных растворов ПАА, вызванная тем, что в условиях полимерного заводнения макромолекулы подвергаются совместному воздействию температуры, давления, сдвиговых напряжений, растворенных в воде солей, кислорода, сероводорода. Результатом этих воздействий является, как правило, изменение динамической вязкости растворов ПАА, и, как следствие, ухудшение их эксплуатационных свойств, недостаточная эффективность полимерного заводнения 3-5.
Технологии повышения нефтедобычи, основанные на использовании растворов ПАА, достаточно хорошо распространены в России 6. Помимо полимерного заводнения, где полиак-риламид широко используется в качестве геле-вых систем, в ряде случаев макромолекулы полимера принудительно сшивают ионами поливалентных металлов, чаще всего хрома или алюминия. При этом с ростом температуры пласта процесс структурирования полимерных растворов с помощью искусственно введенных растворов поливалентных солей резко интенсифицируется. Немалую роль в процессе сшивки молекул линейного полимера играют также растворенные соли металлов, которыми изобилуют пластовые воды. Наличие растворенных солей усиливает электростатическое отталкивание макромолекул полимеров. В свя-
зи с этим оценка влияния температуры и минерализации пластовой воды на динамическую вязкость полимера и разработанной ПАВ-по-лимерной системы (Р-30 м.Б) представляет практический интерес.
Материалы и методы исследования
В качестве объектов исследования были использованы следующие вещества:
1. Водорастворимый полимер — полиак-риламид (ПАА) с молекулярной массой 16.5 млн и величиной заряда 25% марки БРЕСРЬОС А7950-20 с концентрациями 1.0, 0.75 и 0.5 % мас. 7.
2. Реагент «Р-30 м.Б.» — композиция, состоящая из натриевых солей карбоновых кислот, полиглицеринов и полиакриламида БРЕСРЬОС А7950-20 с концентрацией по действующему веществу 1.0, 0.75 и 0.5 % мас. 8:
^-сн^н—я2-с=о
о№ , к2 = С6-С
у2
9-
3. Модель — минерализованная пластовая вода «Западная Сибирь» с химическим составом, представленным в табл. 1.
Таблица 1
Свойства пластовой воды «Западная Сибирь»
Химический состав мг-экв/1 00 г
Na+ + К+ 6758.2
Ca+2 760.4
Mg+2 187.886
а - 11904.4
НСОз- 818.8
СОз-2 6.0
БОд-2 41.8
NH4 + 32
Вг - 138.06
Общая минерализация, г/л 20.68
Водородный показатель, рН 7.66
Химический тип воды Хлорид но-кальциевая
В ходе лабораторных экспериментов была изучена динамическая вязкость водных растворов полимера, приготовленных на дистиллированной и пластовой воде, а также динамическая вязкость растворов разработанной ПАВ-полимерной композиции.
Результаты и их обсуждение
Хорошо известно, что, если мономерные звенья полимерной цепочки содержат, как в нашем случае, ионогенные боковые группы, макромолекулы полимеров в водных растворах различной минерализации приобретают ряд характерных электрических, конфигурационных и гидродинамических свойств.
Благодаря ионизации карбоксильных групп, в водных растворах полиакрил амидов между мономерными звеньями возникают силы электростатического отталкивания. Очевидно, они будут тем сильнее, чем выше степень ионизации, зависящая от рН среды. Однако в щелочной области, которая создается как по-лиакрилатом натрия, так и растворенными в пластовой воде солями металлов, появление множества одноименно заряженных групп в молекуле полимера и соответствующих сил электростатического отталкивания приводит к развертыванию полимерных молекулярных цепей и к сильному увеличению размеров клубков. При этом возникают концентрационные эффекты, проявляющиеся в изменениях реологических и оптических свойств коллоидной системы.
На рис. 1 приведена зависимость динамической вязкости водных растворов (дист. вода) полиакриламида с концентрациями 1.00, 0.75, 0.50 ".. мае. от температуры.
0,02
£ 0,015 □
л б
и 0р1
т*
-
■
1 0,005
сп _
Ч
Ж-
Рис. 2. Зависимость динамической вязкости раствора ПАА на модели пластовой воды (минерализация 20 г/л) от температуры.
Можно предположить, что для смеси ПАВ-полимер, в которой в качестве ПАВ выступают натриевые соли карбоновых кислот, ионная сила раствора будет оказывать еще большее влияние на динамическую вязкость реагента.
На рис. 3 и 4 приведены данные по динамической вязкости растворов разработанной ПАВ-полимерной системы.
Темпер31Тур л, '
Рис. 1. Зависимость динамической вязкости водного раствора (дист. вода) ПАА от температуры.
Из рис. 1 видно, что для разбавленных растворов полимеров, исследованных в ходе эксперимента, график носит практически прямолинейный снижающийся характер, т.е. с ростом температуры динамическая вязкость растворов ПАА закономерно уменьшается. Факт влияния ионизации карбоксильных групп на динамическую вязкость находит подтверждение в данных эксперимента (рис. 2).
Из рис. 2 видно, что с повышением минерализации растворителя динамическая вязкость раствора возрастает. Разница средних значений динамической вязкости для 1.0%-ных растворов полимера, приготовленных на модели пластовой воды и дистиллированной воде, составляет +27.9%. При этом нужно отметить, что при температурах выше 80 °С для полимеров данного типа интенсифицируется процесс сшивки макромолекул полимера через поливалентные металлы солей, растворенных в пластовых водах.
Рис. 3. Зависимость динамической вязкости раствора ПАВ-полимерной смеси (дист. вода) от температуры.
Рис. 4. Зависимость динамической вязкости раствора ПАВ-полимерной смеси, приготовленной на модели пластовой воды, от температуры.
По полученным значениям, а также характеру графических зависимостей видно, что дополнительное введение в водный раствор ПАА натриевых солей полимерных карбоно-
вых кислот усиливает ионизацию функциональных групп полимера, что приводит к еще большему увеличению динамической вязкости всей системы. Среднее значение динамической вязкости растворов разработанной смеси ПАВ-полимер, приготовленных на минерализованной воде, выше, чем значение динамической вязкости образцов, растворенных в дистиллированной воде.
Таким образом, катионы металлов, растворенных в модели пластовой воды «Западная Сибирь», оказывают влияние на реологию водного раствора реагента, увеличивая в интервале температур от 20 до 100 оС значения динамической вязкости.
Растворы ПАА с концентрациями 0.5—1.0 % мас., приготовленные на модели пластовой воды «Западная Сибирь» с заданной минера-
Литература
лизацией (табл.1), имеют большую динамическую вязкость, чем аналогичные растворы полимера на дистиллированной воде. Среднее значение динамической вязкости растворов полимеров концентрацией 1.0% приготовленных на пластовой воде выше на 27.9% в сравнении с вязкостью растворов полимера в деминерализованной воде.
В ходе проведения экспериментов по определению реологических свойств выявлено, что растворы реагента «Р-30 м.Б» (смесь анионного поверхностно-активного вещества и ПАА) с концентрацией 0.5—1.0 % мас., приготовленные на модели пластовой воды, проявляют более высокие значения динамической вязкости по сравнению с вязкостью растворов реагента, приготовленным на деминерализованной воде (в среднем в 2.5 раза).
References
Savitskaya M.N., Kholodova Yu.D. Poliakrilamid [Polyacrylamides]. Kiev, Tekhnika Publ., 1969, 188 p.
Abramzon A.A.Poverkhnostno-aktivnye veshchestva. Svoistva i primenenie [Surfactants. Properties and application]. Leningrad, Khimiya Publ., 1981, 304 p.
Grigorashchenko G.I., Zaitsev Yu.V., Kukin V.V. Primenenie polimerov v dobyche nefti [The use of polymers in oil production]. Moscow, Nedra Publ., 1978, 213 p.
Pletnev M.Yu. Poverkhnostno-aktivnye veshchestva i kompozitsii [Surface-active substances and compositions]. Moscow, Klavel Publ., 2002, 768 p. Arslanova I.M., Prochukhan K.Yu., Prosochkina T.R., Nikitina P.P., Prochukhan Yu.A., Belenkova N.G., Arslanova D.I.. Izuchenie fiziko-khimiches-kikh osobennostei PAV-polimernoi sistemy dlya povysheniya nefteotdachi [The study of physical-chemical characteristics of a surfactant-polymer system to enhance oil recovery]. Neftepromyslovoe delo [Oil Field Business], 2017, no.11, pp.36-39. Berlin A.V. Fiziko-khimicheskie metody povyshe-niya nefteotdachi. Polimernoe vozdeistvie. Chast' II. Izuchenie effektivnosti polimernogo vozdeist-viya [Physico-chemical methods of enhanced oil recovery. Polymer Impact. Part II. Study of the effectiveness of the polymer impact] Nauchno-tekhnicheskii vestnik OAO «NK «Rosneft» [Scientific and Technical Gazette of OJSC NK Rosneft], 2011, no.11, pp.20-22. Idogova Ya.V., Vashchenko A.V., Prochukhan K.Yu., Prochukhan Yu.A. Vliyanie PAV na dinamicheskuiu vyazkost' sistemy PAV—Polimer [Influence of surface-active substances on the dynamic viscosity of the system surfactant—polymer]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2014, vol.21, no.4, pp.48-51.
Idogova Ya.V., Prochukhan K.Yu., Prochukhan Yu.A. Vliyanie mineralizatsii vody na reologicheskie svoistva polimera [Influence water mineralization on the rheological properties polymer]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2014, vol.21, no.4, pp.80-82.
1. Савицкая М.Н., Холодова Ю.Д. Полиакрила- 1. мид.— Киев: Техника, 1969.— 188 с.
2. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные веще- 2. ства. Свойства и применение.— Л.: Химия, 1981.- 304 с.
3. Григоращенко Г.И., Зайцев Ю.В., Кукин В.В., 3. и др. Применение полимеров в добыче нефти.-
М.: Недра, 1978.- 213 с.
4. Плетнев М.Ю. Поверхностно-активные вещества и композиции.- М.: ООО «Фирма Кла- 4. вель», 2002.- 768 с.
5. Арсланова И.М., Прочухан К.Ю., Просочкина Т.Р., Никитина П.П., Прочухан Ю.А., Белен- 5. кова Н.Г., Арсланова Д.И.. Изучение физико-химических особенностей ПАВ-полимерной системы для повышения нефтеотдачи // Нефтепромысловое дело.- 2017.- №11.- С.36-39.
6. Берлин А.В. Физико-химические методы повышения нефтеотдачи. Полимерное воздействие. Часть II. Изучение эффективности полимерного воздействия // Научно-технический вестник 6. ОАО «НК «Роснефть».- 2011.- №11.- С.20-22.
7. Идогова Я.В., Ващенко A.B., Прочухан К.Ю., Прочухан Ю.А. Влияние ПАВ на динамическую вязкость системы ПАВ-полимер // Баш. хим. ж.- 2014.- Т.21, №4.- С.48-51.
8. Идогова Я.В., Прочухан К.Ю., Прочухан Ю.А. Влияние минерализации воды на реологические свойства полимера. // Баш. хим. ж.- 2014.— Т.21, №4.- С.80-82. 7.
8
