بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي اثر تزريق ژل پليمرهاي آکريل آميد در کاهش توليد شن
چکيده
بطور کلي توليد شن از مخازن نفتي در حين فرايند استخراج، از چالشهاي فرآيند برداشت نفت محسوب مي - شود. به همين دليل همواره سعي ميشود تا با به کارگيري تکنيک هاي مختلف ، از ميزان توليد شن کاسته شود. در اين تحقيق به منظور کنترل توليد شن ، از روش شيميايي تزريق ژل پليمر براي استحکام سازند استفاده شده است . ژلهاي پليمري حاصل از واکنش پلي اکريل آميد و استات کروم (III) به عنوان عامل شبکه ساز، با قابليت تزريق پذيري مناسب ، توجيه پذيري اقتصادي و محيط زيستي براي تحکيم ذرات شن استفاده شد. به منظور انتخاب ترکيب درصد مناسب از پليمر و عامل شبکه ساز با هدف زمان بندش و استحکام ژل مناسب از آزمايش بطري استفاده شد. در نهايت ژلهاي منتخب در دماي ٩٠ درجه سانتي گراد براي ارزيابي کارايي ژل در کاهش توليد شن در بستر شني تزريق شد. نتايج آزمايش ها حاکي از آن بود که پس از تزريق pv٠ژل در غلظت هاي مختلف از کوپليمر و عامل شبکه ساز به بستر شني ساخته شده تحت فشار ٤بار، توليد شن به ميزان ٩٠% کاهش يافت . به بيان ديگر قبل از تزريق ژل g٤٧٧ شن توليد شد که بعد از تزريق ژل پليمر اين مقدار به ٠/٤٥کاهش يافت .
کلمات کليدي
ژل پليمر، توليد شن ، استحکام ژل، زمان بندش.، سيلابزني مغزه
نکات برجسته پژوهش
• ژل پليمر پلي اکريل آميد و استات کروم (III) به عنوان ماده شيميايي براي کنترل توليد شن استفاده شد.
•کارايي ژل پليمر در افزايش مقاومت بستر شني تحت جريان سيال بررسي شد.
• تمامي بسترهاي شني تحت فشار ٤بار با استفاده از دستگاه پرس ساخته شدند.
١- مقدمه
توليد شن يکي از قديمي ترين مشکلات ميدانهاي نفتي است که معمولاً در سازندهاي کم عمق و در طول دوره توليد نفت يا گاز از مخزن، رخ مي دهد. ساختار مخزن بر اثر مواد شيميايي يا اثرات مکانيکي به تدريج گسيخته مي شود. گسيختگي حاصل از اثرات مکانيکي عبارت است از گسيختگي برشي ١، گسيختگي کششي ٢ و گسيختگي چسبندگي ٣[٢-١] . گسيختگي برشي ناشي از اعمال تنش برشي مازاد بر مقدار بحراني آن، بر سنگ است . اگر فشار به گونه اي تغيير کند که از استحکام کششي ساختار بيشتر شود، توليد شن و ماسه آغاز مي شود. اين نوع گسيختگي ، گسيختگي کششي نام دارد. گسيختگي چسبندگي هنگامي اتفاق مي افتد که نيروي اصطکاک ناشي از سرعت سيال، از استحکام چسبندگي ساختار بيشتر شود. در اين صورت نيز شن و ماسه توليد مي شود.[٢]. غلبه تنش هاي برشي وارده به سازند به نيروهاي چسبندگي بين دانه هاي ماسه ، باعث حرکت دانه ها و توليد ماسه مي شود. توليد ماسه در طول مدت توليد از مخزن باعث بروز مشکلاتي از قبيل آسيب به تاسيسات درون چاهي و برون چاهي ، کاهش نرخ توليد، از بين رفتن ديواره چاه، و در حالت هاي شديد و کنترل نشده باعث از دست رفتن چاه مي شود. به طور کلي سه روش کنترل ماسه وجود دارد [١و٣]: کاهش نيروي کششي ، روشهاي مکانيکي و روشهاي شيميايي( افزايش استحکام سازند). در روش کاهش نيروي کششي، با کم نمودن نرخ توليد يا افزايش سطح مقطع جريان، اصطکاک حرکت سيال درون روزنه هاي سازند کاهش يافته و از توليد ماسه جلوگيري مي شود. در روشهاي مکانيکي از يک غشا متصل به ديواره چاه، براي مهار توليد ماسه استفاده مي شود[٤]. روشهاي مکانيکي اغلب زمانبر بوده و در نتيجه منجر به بالا رفتن هزينه هاي عملياتي مي شوند. در روشهاي شيميايي با استفاده از تزريق مواد به سازند، تحکيم سازند در اطراف دهانه چاه تضمين مي شود. اين مواد همانند چسب عمل کرده و از حرکت دانه هاي ماسه جلوگيري به عمل مي کنند.
به طورکلي اين روش به دو صورت اکسيداسيون نفت خام [٣] و تزريق مواد پليمري و غير پليمري به داخل سازند، قابل انجام است [٥-٨]. تاکنون رزين ها بيشترين کاربرد را در زمينه کنترل توليد شن داشته اند. رزين ها پليمرهاي مايع با قابليت تغيير فاز به حالت جامد هستند. با وجود استفاده فراوان از رزين ها به عنوان سيال استحکام دهنده در روش شيميايي ، تمايل اين مواد به کاهش قابل توجه تراوايي سازند، استفاده از اين روش را در هاله ايي از ابهام قرار داده است . به علاوه از ديدگاه محيط زيستي
[٩] و هزينه ، رزين ها مطلوب نبوده و از نظر عملياتي، جاگذاري درست و مناسب آنها به داخل سازند بسيار مشکل است [١٠]. تزريق محلول رزين با گرانروي بالا به داخل سازند با توجه به محدوديت زمان پمپاژ، منجر به ناکارآمدي عمليات در سازندهايي با تراوايي کمتر از ٥٠ ميلي دارسي مي شود[١١]. در ميان روشهاي کنترل توليد شن با توجه به معايب ذکر شده براي رزين ها، استفاده از يک ماده با خاصيت استحکام دهنده و دوستدار محيط زيست و توجيه پذيري اقتصادي ، امري ضروري است . سامانه هاي ژل پليمر معمولاً شامل يک محلول پليمري و يک عامل شبکه ساز محلول در آب هستند. عامل شبکه ساز زنجيرههاي پليمري را به يکديگر متصل کرده که به محلول به دست آمده از آب، پليمر و عامل شبکه ساز در اصطلاح ژلانت اطلاق ميگردد، با گذشت زمان معيني به نام زمان انعقاد ژل، ساختار سه بعدي ژل به صورت شيميايي تشکيل ميشود. بطور کلي محلول ژلانت به داخل چاه (محل مورد نظر) تزريق و بعد از رسيدن به زمان انعقاد، به جسم نيمه جامدي تبديل ميشود.
مهمترين پارامترهايي که در طراحي سيستم هاي ژلي به منظور تزريق به محيط متخلخل و در نتيجه افزايش چسبندگي ذرات شن ، در نظر گرفته ميشود زمان انعقاد ژل و پايداري (مکانيکي و دمايي) ژل تشکيل شده، است [١٣-١٢]. زمان انعقاد ميتواند در يک بازه زماني از يک ساعت تا چندين هفته به طول بيانجامد [١٤].
در اين تحقيق با توجه به دماي مخازن ايران (محدوده دمايي ٩٠ درجه سانتي گراد) از استات کرم به عنوان عامل شبکه ساز براي پيوند با کوپليمر اکريل آميد استفاده شده است . در صورتيکه بتوان بنحو مطلوب از فن آوري مربوط به ژلهاي پليمري به منظور افزايش چسبندگي ذرات شن و در نتيجه کاهش توليد آن به همراه نفت ، استفاده نمود، ميتوان ميزان سقف توليد شن را به ميزان قابل ملاحظه اي کاهش داد، بنابراين تحقيق در اين زمينه و بررسي چگونگي کارکرد اين مواد از اهميت ويژه اي برخوردار است . در اين مقاله ابتدا به ساخت ژل پليمر مناسب از نقطه نظر زمان بندش و استحکام، پرداخته شده و سپس به منظور بررسي کارايي سامانه ژل پليمر مناسب در محيط متخلخل ، بستر شني با قابليت توليد شن با کنترل دو پارامتر توزيع اندازه ذرات و فشار اعمالي دستگاه پرس، ساخته و براي انجام آزمايش هاي سيلابزني مغزه به منظور بررسي توليد شن در دو حالت حضور و عدم حضور ژل پليمر، استفاده شده است .
٢-آزمايش ها
٢-١-مواد مورد استفاده
در اين تحقيق از کوپليمر پلي اکريل آميد سولفونه آب کافت شده ( کوپليمر اکريل آميد و نمک سديم Acrylamido
Propyl Sulfunated Acid محصول شرکت فرانسوي SNF با نام تجاري AN١٢٥ و ميزان آب کافت ٢٥% و وزن مولکولي
٨.٠٠٠.٠٠٠ استفاده شده است . از استات کروم (III)(٣(Cr)CHCoo٣) محصول شرکت Carlo Erba به عنوان عامل شبکه
ساز استفاده شده است . براي تهيه ژلها آب دو بار تقطير(Distilled Water) به عنوان حلال استفاده و به منظور ساخت آب
سازند از يونهاي NaCl،CaClHO ٢٢٢،MgClHO ٢٢٢، NHCl NaHCO٤٣(محصول شرکت Merckآلمان)، استفاده شد.
٢-٢-تهيه ژل پليمر
در ابتدا پودر پليمر با آب مقطر تا غلظت مشخصي محلول شده و در نهايت يک محلول همگن حاصل مي شود. در ادامه عامل شبکه ساز استات کرم سه ظرفيتي با غلظت معين به محلول اضافه و توسط مگنت هم زده مي شود. محلول در لوله هاي آزمايش با حجم ml ٧٠ ريخته شده و در آون تحت دماي ٩٠ درجه سانتي گراد نگهداري مي شود. زمان بندش و استحکام نمونه ها توسط روش کدبندي سيدانسک [١٩] (جدول ١)، تعيين ميشود.
