CC BY
183
УДК 661.185-3
Я. В. Идогова (асп.)1, А. В. Ващенко (магистрант)2, К. Ю. Прочухан (к.х.н., доц.)2,
Ю. А. Прочухан (д.х.н., проф.)2
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ВЯЗКОСТЬ СИСТЕМЫ
ПАВ - ПОЛИМЕР
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра общей и аналитической химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, тел. (347)2420854; e-mail: [email protected] 2Башкирский государственный университет, кафедра высокомолекулярных соединений и общей химической технологии 450074, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32; тел. 8(917)4454555, e-mail: [email protected]
Ya. V. Idogova1, A. V. Vashchenko2, K. Yu. Prochukhan2, Yu. A. Prochukhan2
INFLUENCE OF SURFACE-ACTIVE SUBSTANCES ON THE DYNAMIC VISCOSITY OF THE SYSTEM SURFACTANT - POLYMER
1 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia, ph. (347)2420854; e-mail: [email protected]
2Bashkir State University 32, Zaki Validi Str., 450074, Ufa, Russia; ph. 8 (917) 4454555, e-mail: [email protected]
Эффективность извлечения нефти из нефтеносных пластов зависит от многих факторов, один из них — вязкость закачиваемого в нагнетательную скважину реагента. Задачей настоящей работы явилось определение влияния величины заряда и молекулярной массы анионного поли-акриламида на динамическую вязкость смеси полимера с поверхностно-активным веществом при пластовых температурах. В качестве объекта исследования были взяты анионное поверхностно-активное вещество и 3 образца полиак-риламида с разной молекулярной массой и величиной заряда. Испытания проводились на реометре HAAKE MARS III. Установлено влияние величины заряда и молекулярной массы по-лиакриламида на динамическую вязкость смеси данного полимера с поверхностно-активным веществом при пластовых температурах.
Ключевые слова: величина заряда полимера; динамическая вязкость; молекулярная масса полимера; нефтедобывающая промышленность; пластовая температура; поверхностно-активное вещество; полиакриламид.
Efficiency of recovery of oil from reservoirs depends on many factors, one of them are the viscosity of the injected reagent in the injection well. The purpose of this study was to determine the influence of the magnitude of the charge and molecular weight anionic polyacrylamide on the dynamic viscosity of the polymer mixture with a surfactant at reservoir temperatures. As the object of the study were taken anionic surfactant and 3 samples of polyacrylamide with different molecular weight and charge magnitude. Tests were conducted on a rheometer HAAKE MARS III. It is found the effect of the amount of charge and molecular weight polyacrylamide in mixture with a surfactant on the dynamic viscosity at the oil well temperatures.
Key words: amount of charge of the polymer; dynamic viscosity; molecular mass of the polymer; the oil industry; reservoir temperature; a surfactant; polyacrylamide.
Известно, что коэффициент извлечения нефти (КИН) при заводнении нагнетательной скважины составляет всего лишь 35—45 % (совместно с первичным методом нефтедобычи, КИН которого составляет 5—15 %) 1. В связи с
Дата поступления 01.10.14
этим актуальным является использование методов увеличения нефтеотдачи (МУН) пласта.
Применение методов повышения нефтеотдачи пластов (ПНП) способствует более полной разработке нефтяной залежи, а также поддержанию и стабилизации объемов добычи нефти на месторождениях. Для обоснованного
применения тех или иных композиции реагентов в технологиях нефтедобычи целесообразным является использование комплексных подходов, повышающих эффективность геолого-технических мероприятии (ГТМ) 2. Одним из таких подходов является химическии метод, основанныи на заводнении нагнетательных скважин поверхностно-активными веществами (ПАВ) и полимерами 3.
Применение растворов поверхностно-активных веществ совместно с низкоконцентрированными растворами полимера дает возможность одновременно снизить межфазное натяжение на границе раздела фаз, увеличить подвижность нефти и улучшить вытеснение ее водои, повысить вязкость водного раствора вытесняющего агента, снизить его подвижность и за счет этого выровнять профиль приемистости скважин и повысить охват нефтеносных пластов заводнением 4.
В настоящеи работе использовалось поверхностно-активное вещество, синтезированное из смеси жирных кислот растительного происхождения С14-С18, с лабораторным названием Р-30 (1) 5
Ri-CH=CH-R2-C=O
где
R1> R2 = Cg—Cg.
I
ONa
(1)
Для решения задачи по увеличению коэффициента извлечения нефти (КИН) из сильно истощенных, заводненных нефтеносных пластов с рассеяннои, нерегулярнои нефтенасы-щенностью, необходимым является подбор со-вместимои смеси полимера и ПАВ для заводнения скважины с оптимальнои вязкостью состава. Разнообразие используемых полимеров достаточно велико, в частности, может применяться полиакриламид (ПАА) (2) 6.
—KH2—HC I
C=O I
NH2
(2)
Целью данноИ работы явилось определение влияния величины заряда ПАА различной молекулярнои массы на вязкостные характеристики смеси полимера с поверхностно-активным веществом при разных пластовых температурах.
Методика и методы исследования
Испытания проводились 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.
Раствор полимера готовили 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 % мас.) 7.
Объектами исследования стали образец анионного поверхностно-активного вещества с концентрацией действующего вещества (ДВ) 1.0% мас. и 3 образца анионного геля ПАА, которые отличались как молекулярной массой (ММ), так и относительной величиной заряда: образец № 1 — молекулярная масса 16.5 млн, величина заряда 25%; образец № 2 — молекулярная масса 12.7 млн, величина заряда 23.2%; образец № 3 — молекулярная масса 12.3 млн, величина заряда 44.7%.
На реометре HAAKE MARS III были проверены вязкостные характеристики полиак-риламида и смеси полиакриламида с анионным поверхностно-активным веществом с лабораторным названием Р-30 с концентрацией действующего вещества 1.0% мас.
Обсуждение результатов
На рис. 1 представлен график зависимости динамической вязкости от плотности заряда анионного полиакриламида при концентрации ПАА 0.05% мас. и при концентрации ПАВ 1.0% мас. Использовались образцы с ММ 12.7 и 12.3 млн.
0,02 с °-018
С 0,016 5 0,014
S 0,012
а °-01 | 0,008
| 0,006
§ 0,004
0,002
0
20 25 30 35 40 45
Плотность заряда, %
Рис. 1. Влияние плотности заряда ПАА на динамическую вязкость растворов (концентрация ПАА 0.05% мас. и концентрация ПАВ 1.0% мас.):
1 - ПАА при 30 0С; 2 - ПАА при 90 0С; 3 - ПАВ+ +ПАА при 30 0С; 4 - ПАВ+ПАА при 90 0С.
n
Из рис. 1 видно, что динамическая вязкость раствора чистого полиакриламида с ростом плотности заряда при изученных температурах падает. При введении поверхностно-активного вещества в раствор ПАА наблюдается существенное увеличение динамической вязкости с ростом относительной величины заряда полимера.
На рис. 2 представлен график зависимости динамической вязкости от плотности заряда анионного полиакриламида при концентрации ПАА 0.09% мас. и при концентрации ПАВ 1.0% мас. Использовались образцы с ММ 12.7 и 12.3 млн.
0,07
а о,об с
н' 0,05
8 0,04
| 0,03
1 °'02 ч: 0,01
о
с 0,035
£ 0,03
0
* 0,025
К
со
к 0,02 та
3 0,015
1 0,01
I 0,005
* 0
12 13 14 15 16
Молекулярная масса, млн.
17
20 25 30 35 40 45
Плотность заряда, %
Рис. 2. Влияние величины заряда ПАА на динамическую вязкость растворов (концентрация ПАА 0.09% мас. и концентрация ПАВ 1.0% мас.):
1 - ПАА при 30 оС; 2 - ПАА при 90 оС; 3 - ПАВ+ +ПАА при 30 оС; 4 - ПАВ+ПАА при 90 оС.
Из рис. 2 видно, что при повышении концентрации ПАА до 0.09% мас. в диапазоне изучаемых температур динамическая вязкость чистого полиакриламида увеличивается с ростом плотности его заряда. Введение ПАВ в раствор полимера увеличивает динамическую вязкость образца ПАА с плотностью заряда 23.2% и способствует снижению вязкостных характеристик у образца ПАА с плотностью заряда 44.7%.
На рис. 3 представлен график зависимости динамической вязкости от молекулярной массы полиакриламида при концентрации ПАА 0.05% мас. и при концентрации ПАВ 1.0% мас. Использовались образцы с плотностью заряда 25 и 23.2%.
Показано, что введение ПАВ в раствор ПАА у образца полимера с молекулярной массой 12.7 млн снижает динамическую вязкость системы. У образца полимера акриламида с молекулярной массой 16.5 млн при введении ПАВ наблюдается увеличение динамической вязкости системы типа ПАВ—полимер.
Рис. 3. Влияние молекулярной массы ПАА на динамическую вязкость образцов (концентрация ПАА 0.05% мас. и концентрация ПАВ 1.0% мас.):
1 - ПАА при 30 оС; 2 - ПАА при 90 оС; 3 - ПАВ+ +ПАА при 30 оС; 4 - ПАВ+ПАА при 90 оС
На рис. 4 представлен график зависимости динамической вязкости от молекулярной массы полиакриламида при концентрации ПАА 0.09% мас. и при концентрации ПАВ 1.0% мас. Использовались образцы с плотностью заряда 25 и 23.2%.
0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01
12 13 14 15 16
Молекулярная масса, млн.
17
Рис. 4. Влияние молекулярной массы ПАА на динамическую вязкость образцов (концентрация ПАА 0.09% мас. и концентрация ПАВ 1.0% мас.):
1 - ПАА при 30 0С; 2 - ПАА при 90 0С; 3 - ПАВ+ +ПАА при 30 0С; 4 - ПАВ+ПАА при 90 0С.
Показано, что при повышении концентрации полиакриламида до 0.09% мас. введение ПАВ в раствор полимера с молекулярной массой 12.7 млн значительно увеличивает динамическую вязкость системы ПАВ—полимер. Введение поверхностно-активного вещества в раствор полиакриламида с молекулярной массой 16.5 млн, напротив, снижает динамическую вязкость смеси ПАВ+ПАА.
Таким образом, изучено влияние поверхностно-активного вещества на динамическую вязкость системы типа ПАВ—полимер. Выявлено, что с введением ПАВ в раствор полимера динамическая вязкость системы меняется.
0
Влияет не только температура пласта, но и концентрация, молекулярная масса полиакрил-амида и плотность его анионного заряда, а именно, при концентрации ПАА 0.05% мас. у образца чистого полимера с плотностью заряда 44.7% при введении ПАВ наблюдалось резкое увеличение динамической вязкости; у образца ПАА с плотностью заряда 23.2%, напротив, введение поверхностно-активного вещества привело к снижению динамической вязкости. При той же концентрации ПАА (0.05% мас.) у образца полимера акриламида с молекулярной массой 12.7 млн динамическая вязкость оказалась выше, чем у смеси ПАВ+ПАА; введение
ПАВ в раствор полимера с молекулярной массой 16.5 млн увеличило динамическую вязкость системы ПАВ—полимер. При концентрации ПАА 0.09% мас. введение ПАВ к полимеру с низкой плотностью заряда (23.2%) и к полимеру с относительно маленькой молекулярной массой (12.7 млн) значительно увеличивало динамическую вязкость. При температуре 90 оС у всех образцов смеси ПАВ+ПАА наблюдалось увеличение динамической вязкости, в то время как у образцов раствора чистого полимера динамическая вязкость уменьшалась с ростом температуры.
Литература
1. Сургучев М. Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи.— М.: Недра, 1985. — 308 с.
2. Мурзакаев Ф. Г., Максимов Г. Г. Химизация нефтедобывающей промышленности и охрана окружающей среды.— Уфа: Башкирское книжное издательство, 1989.— 154 с.
3. Мартос В. Н. Применение полимеров в нефтедобывающей промышленности. (обзор зарубежной литературы). Серия: Добыча.— М.: ВНИИ-ОЭНГ, 1974.- 96 с.
4. Усманова Л. Р., Прочухан К. Ю., Прочухан Ю. А. Поверхностно-активные вещества для интенсификации процессов нефтедобычи / Fundamental science and technology — promising developments II. Vol. 1.— М.: Научно-издательский центр «Академический», 2013.— С. 196.
5. Прочухан К. Ю., Прочухан Ю. А., Пташко О. А., Глущенко В. Н., Кузьмичева Е. О., Дашкина Э. Ф. Разработка экологически безопасных ПАВ и адаптация их к условиям нефтедобывающей промышленности / Развитие науки на современном этапе.— Киев: Центр наукових публжацш, 2012. — С.20.
6. Савицкая М. Н., Холодова Ю. Д. Полиакрил-амид.— Киев: Техника, 1969.— С.188.
7. Кожинов В. Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты.— М.: ООО «БА-СТЕТ», 2008.— 304 с.
References
1. Surguchev M. L. Vtorichnye i tretichnye metody uvelicheniya nefteotdachi [Secondary and tertiary enhanced oil recovery methods]. Moscow, Nedra Publ., 1985, 308 p.
2. Murzakaev F. G., Maksimov G. G. Khimizatsiya neftedobyvayushchei promyshlennosti i okhrana okruzhayushchei sredy [Chemisation oil industry and the environment]. Ufa, Bashkirskoe knizhnoe izdatel'stvo Publ., 1989, 154 p.
3. Martos V. N. Primenenie polimerov v neftedobyvayushchei promyshlennosti. (Obzor zarubezh-noi literatury). Seriya: Dobycha [Application of the polymers in the oil industry (Review]. Moscow, VNIIOENG Publ., 1974, 96 p.
4. Usmanova L. R., Prochukhan K. Yu., Prochukhan Yu. A. Poverkhnostno-aktivnye veshchestva dlya intensifikatsii protsessov neftedobychi [Surfactants for intensification of oil production process]. Fundamental science and technology — promising developments II. Vol. 1. Moscow, 2013, pp. 196-200.
5. Prochukhan K.Yu., Prochukhan Yu.A., Ptashko O.A., Glushchenko V.N., Kuz'micheva E.O., Dashkina E.F. Razrabotka ekologicheski bezopasnykh PAV i adaptatsiya ikh k usloviyam neftedobyvayushchei promyshlennosti [Development of environmentally friendly surfactants and their adaptation to the conditions of the oil industry]. Razvitie nauki na sovremennom etape [The development of science at the present stage]. Kiev, Tsentr naukovykh publikatsii Publ., 2012, pp. 20-25.
6. Savitskaya M. N., Kholodova Yu.D. Poliakrilamid [Polyacrylamide]. Kiev, Tekhnika Publ., 1969, 18 p.
7. Kozhinov V. F. Ochistka pit'evoi i tekhniches-koi vody. Primery i raschety [Potable and process water. Examples and calculations]. Moscow, LLC «BASTET» Publ., 2008, 304 p.
