CC BY
167
УДК 661.185-3
Я. В. Идогова (асп.)1, К. Ю. Прочухан (к.х.н., доц.)2, Ю. А. Прочухан (д.х.н., проф.)2
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ВОДЫ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРА
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра общей и аналитической химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, e-mail: yana312@mail.ru 2Башкирский государственный университет, кафедра высокомолекулярных соединений и общей химической технологии 450074, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32; тел. 8(917)4454555, e-mail: prochukhanky@list.ru
Ya. V. Idogova1, K. Yu. Prochukhan2, Yu. A. Prochukhan2
INFLUENCE WATER MINERALIZATION ON THE RHEOLOGICAL PROPERTIES POLYMER
1 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia, e-mail: yana312@mail.ru 2Bashkir State University 32, Zaki Validi Str., 450074, Ufa; ph. 8 (917) 4454555, e-mail: prochukhanky@list.ru
В ходе работы было выявлено влияние минерализации воды (12 мг/л и 20 г/л) на динамическую вязкость анионного полиакриламида. Испытания проводились на реометре HAAKE MARS III. Показано, что увеличение содержания солей в воде увеличивает динамическую вязкость полиакриламида с малой величиной анионного заряда (23.2%) и низкой молекулярной массой (12.7 млн). Также выявлено влияние пластовой температуры на реологические свойства анионного полимера акриламида. Показано влияние молекулярной массы полимера и величины его анионного заряда на динамическую вязкость полиакриламида.
Ключевые слова: величина заряда; динамическая вязкость; молекулярная масса полимера; полиакриламид.
The impact of salinity water (12 mg/l and 20 g/l) on the dynamic viscosity of the anionic polyacrylamide was revealed. Tests were conducted on the rheometer HAAKE MARS III. It is shown that the dynamic viscosity of polyacrylamide with a small quantity of anionic charge (23.2%) and low molecular weight (12.7 million) increased with growing up salt content in the water solution. It is revealed, that the oil well temperature has a great effect on the rheological properties of the anionic polymer of acrylamide. The influence of polymer molecular weight and value of its anionic charge on the dynamic viscosity of polyacrylamide was studied.
Key words: dynamic viscosity; polyacrylamide; the molecular weight of the polymer; value of the charge.
В настоящее время широко используются полимеры на основе акриламида (АА) (1), которые объединены общим названием «полиак-риламиды» (ПАА) (2) 1.
- [-ch2-ch-]n-
0=c—nh2
Полиакриламид
( 1)
Способность ПАА к химическим превращениям с образованием различных ионных производных, разветвленных и сшитых продуктов расширяет области применения данных
Дата поступления 26.09.14
полимеров. Полиакриламид используется для очистки воды, обработки бумаги, в медицине и в сельском хозяйстве, в строительстве 2'3. ПАА может быть использован при бурении в качестве стабилизаторов, регуляторов фильтруемости и реологических свойств буровых рас-творов, ускорителей проходки пород и структурообразова-телей почв для укрепления стенок скважин; при вторичной добыче нефти добавки ПАА могут уменьшать подвижность закачиваемой в пласт воды, что будет способствовать лучшему вытеснению нефти из пористых пород.
Целью данной работы явилось изучение влияния степени минерализации воды, а также молекулярной массы и плотности анионного заряда полиакриламида на динамическую вязкость его растворов при пластовой температуре.
Материалы и методы исследования
Вязкостные характеристики гелей определялись на реометре HAAKE MARS III. Наименования показателей качества полимера («SPECFLOC») и их фактическое значение были взяты из паспорта качества компании поставщика на данный вид продукции, который был приложен к сопроводительным документам.
Приготовление раствора полимера осуществлялось следующим образом: из навески порошкообразного образца готовился концентрированный раствор (0.5—1.0 % мас.), который впоследствии разбавлялся до необходимой рабочей концентрации (0.01—0.1 %) 4.
В ходе работы была проверена совместимость полиакриламида с моделью пластовой воды (МПВ) «Западная Сибирь». Модель данной пластовой воды общей минерализацией 20 г солей на литр воды содержала следующие компоненты: NaCl, MgCl2-6H2O, CaCl2, NaHCO3, H2O.
В качестве объектов исследования были взяты 3 образца анионного геля ПАА, отличающиеся как молекулярной массой (ММ), так и плотностью заряда (ПЗ), приготовленные как на деминерализованной, так и на пластовой воде:
- образец № 1 - ПАА с ММ 16.5 млн, ВЗ 25% + деминерализованная вода (с содержанием солей 12 мг/л);
- образец № 1' - ПАА с ММ 16.5 млн, ВЗ 25% + МПВ «Западная Сибирь»;
- образец № 2 - ПАА с ММ 12.7 млн, ВЗ 23.2% + деминерализованная вода;
- образец № 2' - ПАА с ММ 12.7 млн, ВЗ 23.2% + МПВ «Западная Сибирь»;
- образец № 3 - ПАА с ММ 12.3 млн, ВЗ 44.7% + деминерализованная вода;
- образец № 3' - ПАА с ММ 12.3 млн, ВЗ 44.7% + МПВ «Западная Сибирь».
Обсуждение результатов
На рис. 1 представлен график зависимости динамической вязкости растворов ПАА с концентрацией 0.05% мас., приготовленных на деминерализованной воде и на модели пластовой воды с повышенным содержанием солей, от плотности его анионного заряда. Использовались образцы ПАА с ММ 12.7 и 12.3 млн.
Показано, что большее содержание солей повышает динамическую вязкость геля на основе полиакриламида при прочих равных условиях. Во всех случаях с ростом плотности
заряда образцов ПАА снижалась динамическая вязкость их растворов.
я 0 035 С
я 0,02
g 0,015
fD
| 0,01 1 0,005
Плотность заряда, % Рис. 1. Влияние величины заряда ПАА на динамическую вязкость его растворов (концентрация ПАА 0.05% мас.): 1 — ПАА на деминерализованной воде (при 30 0С); 2 — ПАА на деминерализованной воде (при 90 0С); 3 — ПАА на МПВ «Западная Сибирь» (при 30 0С); 4 — ПАА на МПВ «Западная Сибирь» (при 90 0С).
На рис. 2 представлен график зависимости динамической вязкости от плотности анионного заряда более концентрированных (0.09% мас.) растворов полиакриламида, приготовленных на деминерализованной воде и на модели пластовой воды с повышенным содержанием солей. Использовались образцы ПАА с ММ 12.7 и 12.3 млн.
п 0,06
и
СП
« 0,04 ш
1 0,03
и
о
S °'02
| 0,01
20 25 30 35 40 45
Плотность заряда, %
Рис. 2. Влияние величины заряда ПАА на динамическую вязкость растворов (концентрация ПАА 0.09% мас.): 1 — ПАА при 30 оС (на деминерализованной воде); 2 — ПАА при 90 оС (на деминерализованной воде); 3 — ПАА при 30 оС (на МПВ «Западная Сибирь»); 4 — ПАА при 90 оС (на МПВ «Западная Сибирь»).
При концентрации ПАА 0.09% мас. с повышением плотности заряда наблюдается снижение динамической вязкости растворов с более высоким содержанием солей. У растворов полимера с низким содержанием солей наблюдается прямо пропорциональная зависимость динамической вязкости от величины анионного заряда. В диапазоне изученных температур
раствор образца ПАА с ПЗ 23.2% и минерализацией 20 г/л показал более высокие значения динамической вязкости, чем раствор с минерализацией 12 мг/л, в то время как образец ПАА с ПЗ 44.7%, напротив, обладал большей вязкостью при минерализации 12 мг/л.
На рис. 3 представлен график зависимости динамической вязкости растворов, приготовленных на деминерализованной воде и на модели пластовой воды с повышенным содержанием солей, от молекулярной массы полиакриламида при его концентрации 0.05% мас. Использовались образцы ПАА с ПЗ 25.0 и 23.2%.
0,04 С 0,035
н 0,03 §
Й 0,025 к
СИ
к 0,02
а
| 0,015
I 0,01
§ 0,005
На рис. 4 представлен график зависимости динамической вязкости раствора ПАА с концентрацией 0.09% мас., приготовленного на деминерализованной воде и на модели пластовой воды с повышенным содержанием солей, от молекулярной массы растворяемого по-лиакриламида. Использовались образцы ПАА с с близкими значениями ПЗ 25.0 и 23.2 %.
12 13 14 15 16 17
Молекулярная масса, млн.
Рис. 3. Влияние молекулярной массы ПАА на динамическую вязкость растворов (концентрация ПАА 0.05% мас.): 1 — ПАА при 30 0С (на деминерализованной воде); 2 — ПАА при 90 0С (на деминерализованной воде); 3 — ПАА при 30 0С (на МПВ «Западная Сибирь»); 4 — ПАА при 90 0С (на МПВ «Западная Сибирь»).
Показано, что при концентрации ПАА
0.05. мас. с ростом температуры динамическая вязкость его растворов снижается. У растворов с повышенным содержанием солей с увеличением молекулярной массы ПАА наблюдается снижение динамической вязкости; у образцов с низким содержанием солей при росте молекулярной массы растворяемых полимеров увеличивается и динамическая вязкость. Так, у раствора ПАА с ММ 12.7 млн , содержащего 20 г/л солей, вязкость выше, чем у раствора того же образца полимера с содержанием солей 12 мг/л.
Литература
1. Николаев А. Ф., Охрименко Г. И. Водорастворимые полимеры.— Л.: Химия, 1979.— 61 с.
2. Куренкова В. Ф. Полиакриламид.— М.: Химия, 1992.- 192 с.
3. Савицкая М. Н., Холодова Ю. Д. Полиакриламид.- Киев: Техника, 1969.- 188 с.
4. Кожинов В. Ф., Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты.- М.: ООО «БА-СТЕТ», 2008.- 304 с.
Рис. 4. Влияние молекулярной массы образцов ПАА на динамическую вязкость их растворов (концентрация ПАА 0.09% мас.): 1 — раствор ПАА на деминерализованной воде (при 30 0С); 2 — раствор ПАА на деминерализованной воде (при 90 0С); 3 — раствор ПАА на МПВ «Западная Сибирь» (при 30 0С); 4 — раствор ПАА на МПВ «Западная Сибирь» (при 90 0С).
Из графика видно, что с ростом температуры динамическая вязкость образцов снижается. У раствора ПАА с ММ 12.7 млн вязкость выше у образцов с повышенным содержанием солей. В условиях высокой минерализации молекулярная масса ПАА не влияет на динамическую вязкость, тогда как вязкость раствора полимера с общей минерализацией 12 мг/л возрастает с ростом ММ.
Таким образом, выявлено влияние минерализации воды на динамическую вязкость растворов полиакриламида. Повышенное содержание солей увеличивает динамическую вязкость ПАА с малой плотностью анионного заряда (23.2%) и низкой молекулярной массой (12.7 млн).
References
1. Nikolaev A. F., Ohrimenko G. I. Vodorastvorimye polimery [Water-soluble polymers]. Leningrad, Khimiya Publ., 1979, 61 p.
2. Kurenkova V. F. Poliakrilamid [Polyacrylamide]. Moscow, Khimiya Publ., 1992, 192 p.
3. Savickaja M. N., Holodova Yu. D. Poliakrilamid [Polyacrylamide]. Kiev, Tekhnika Publ., 1969, 188 p.
4. Kozhinov V. F. Ochistka pit'evoi i tekhnicheskoi vody. Primery i raschety [Potable and process water. Examples and calculations]. Moscow, LLC «BASTET» Publ., 2008, 304 p.
