بخشی از مقاله
خلاصه
از جمله رویکردهای منطقی برای اطمینان از موفقیت آمیز بودن عملیات میدانی هیدروژلهای پلیمری در کاهش و انسداد آب، تحلیل حساسیت زمان تشکیل و استحکام هیدروژل نسبت به پارامترهای عملیاتی و نوع آب مورد استفاده در ساختار آن است. در این تحقیق، شدت واکنش تشکیل هیدروژل پلیمری متشکل از کوپلیمر پلی اکریل آمید سولفونه و استات کروم III و استحکام آن در چهار محیط متفاوت آب مقطر - DW - ، آب شیر - TW - ، آب سازند - FW - و آب دریا - SW - مورد بررسی قرار گرفته و پارامترهای واکنش محاسبه شد.
علاوه بر آن به منظور بررسی تاثیر یون سدیم به عنوان بیشترین یون موجود در آب مخازن ایران، زمان تشکیل هیدروژل در آب حاوی نمک کلرید سدیم نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. درجه واکنش در رابطه Avrami برای 2/3 :DW، 2/1 :TW، 1/7 :FW،1/5 :SW و در آب حاوی 10000 ppm از نمک کلرید سدیم برابر 1/6 بدست آمد.
نتایج نشان داده است که هیدروژل تشکیل شده در هر 5 محیط آبی دارای زمان تشکیل و استحکام متفاوتی است. در حضور یونهای تک - آب حاوی نمک کلرید سدیم - و یا دو ظرفیتی - آب سازند - موجود، زمان تشکیل هیدروژل کاهش مییابد.
همچنین بر اساس معادله آرنیوس میزان انرژی اکتیواسیون ژل پلیمر حاضر در محیط DW در حدود 85/17 kj/mol بدست آمد. نتایج حاکی از آن است که استحکام هیدروژل تهیه شده در محیط TW نسبت به سایر محیطها بیشتر است، بنابراین استفاده از TW در مناطق عملیاتی به عنوان جایگزین مناسب DW برای ساخت هیدروژل در محل قابل اجرا بوده و توصیه می شود.
.1 مقدمه
به طور کلی وجود آب و کاهش فشار مخازن نفتی در هنگام فرایند استخراج، از چالشهای فرآیند برداشت نفت محسوب میشود.
مطالعات آماری نشان میدهد که به طور متوس 75 حجم سیالات برداشت شده از کل میزان برداشت از چاههای نفتی، آب و تقریبا 25 آن شامل گاز و نفت است .
واضح است که تولید حجم بالای آب در مقایسه با نفت و مواد هیدروکربنی مقرون به صرفه نبوده و به همین علت همواره تلاش میشود تا با استفاده از روشهای مختلف، از میزان تولید آب ناخواسته کاسته و به میزان نفت تولیدی افزوده شود. در یک نگاه کلی روشهای حل این مشکل به دو دسته روشهای شیمیایی و مکانیکی تقسیم میشوند. روشهای مکانیکی عموما شامل حفاری افقی، حفر چاه-های انحرافی1 و استفاده از وسایل جداسازی سر چاهی مانند هیدروسیکلونها است.
روشهای شیمیایی بر اساس نوع ماده مورد استفاده به انواع مختلفی تقسیم بندی میشوند. تزریق موادی نظیر سیمان، ژل، رزین، فوم، پلیمرها و ... از جمله روشهای مرسوم در فرایند ازدیاد برداشت نفت است.>4@ از بین این مواد، ژلهای پلیمری به خصوص در مخازن گسل دار - یا مخازنی که در اثر شکاف، آب به درون حوزه هیدروکربنی وارد میشود - از دهه 1970 تاکنون کاربرد روز افزونی یافته است
ژلهای پلیمری توانایی کاهش تراوایی آب را دارند بدون اینکه تأثیر چندانی بر تراوایی نفت بگذارند که به این خصوصیت اصطلاحا کاهش نامتجانس تراوایی2 یا بهبود دهنده تراوایی نسبی3گفته میشو
با توجه به مزایای هیدروژلها از جهت تنوع بهکارگیری انواع متفاوت[1]، بررسی انحراف و یا انسداد مسیرهای تولید آب در مخازن و بهکارگیری این فرایند برای چاههای با سابقه بهرهبرداری [9] و کاربرد آنها در جاههای تولیدی و تزریقی ، در این پژوهش به بررسی این مواد برای کنترل و کاهش تولید آب در مخازن نفت پرداخته میشود. سامانههای ژل پلیمری معمولا شامل یک محلول پلیمری و یک عامل شبکهساز محلول در آب هستند. عامل شبکه ساز زنجیرههای پلیمری را به یکدیگر متصل میکند .
محلول حاصل از ترکیب آب، پلیمر و عامل شبکهساز اصطلاحا ژلانت4 نامیده میشود. در یک بازه زمانی مشخص - زمان تشکیل - ژل با ساختار سه بعدی بر اثر کنش و واکنشهای شیمیایی تشکیل میشود. به طور کلی محلول ژلانت به داخل چاه تزریق و پس از پایان یافتن زمان تشکیل، به ماده نیمه جامد تبدیل میشود. اما نکته مهم این است که ساختار سه بعدی ژل میبایست پس از نفوذ ژل به منطقه مورد نظر تشکیل شود که این امر به شدت به ساختار و ترکیب ژل وابسته خواهد بود. به طور کلی سامانههای ژل پلیمری از دو ماده اصلی پلیمر - سنتزی یا طبیعی - و عامل شبکهساز5 تشکیل میشوند. به این ترتیب که عامل شبکهساز از طریق ایجاد پیوند با مولکولهای پلیمر - یونی یا کووالانسی - ، زنجیرههای پلیمری را به یکدیگر متصل نموده و در نتیجه ساختار سه بعدی ایجاد میشود که توانایی بستن مسیر حرکت آب را دارا است.
همچنین بستن مسیرهای عبور آب و جلوگیری از همراه شدن آن با نفت از جمله مزایای استفاده از ژلها محسوب می-شود. چندیدن پارامتر کلیدی نقش عمدهای در ضمانت اجرایی تزریق این مواد به داخل مخازن نفتی دارند از آن جمله میتوان به زمان تشکیل هیدروژل، استحکام آن در مقابل یونهای تک و دو ظرفیتی موجود در آب سازند و حفظ استحکام در مقابل تنش و برش اعمال شده در حین تزریق و جایگیری در مخزن اشاره کرد. البته لازم است که تأثیر پارامترهای مخزن نظیر دما، pH، و همچنین پارامترهای عملیاتی مانند دبی تزریق بر زمان تشکیل ژل قبل از انجام عملیات میدانی بررسی شود، زیرا افزون بر نوع و مقدار مواد تشکیل دهنده ژل، عوامل یاد شده نیز بر زمان تشکیل ژل تأثیر به سزایی دارند. بنابراین انتظار میرود انتخاب ترکیب مناسب از پلیمر و عامل شبکهساز برای تهیه ژل با کمترین تابعیت از عوامل محیطی، در موفقیت عملیات نقش عمدهای دارد. یکی از عناصر تشکیل دهنده شبکه هیدروژل آب است. به طور کلی 90 این سامانه را آب تشکیل میدهد
بنابراین با توجه به حجم تزریق ژلانت در عملیات میدانی و از نقطه نظر اقتصادی نوع آب مورد استفاده میبایست مورد بررسی و توجه قرار گیرد لذا در پژوهش حاضر سامانه هیدروژل با پنج نوع آب متفاوت آب مقطر - Distilled Water - ، آب شیر - Tap Water - ، آب دریا - Sea Water - و آب سازند - Formation Water - و علاوه بر آن با آب حاوی ppm10000 نمک کلرید سدیم، به عنوان بیشترین یون در ساختار آب مخازن ایران، تهیه و زمان تشکیل و استحکام آن با تاکید بر رفتار رئولوژی هیدروژل مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش پارامترهای واکنش ژل شدن برای محلول ppm9500 از پلی اکریل آمید هیدرولیز شده و ppm1900 از استات کروم با استفاده از داده های گرانروی محلول در shear ثابت و به کمک رابطه Avrami تعیین و سپس تغییرات مدول الاستیک شبکه هیدروژل در محدودهی کرنش 1 تا %1000 ارزیابی شده است.
.2 مواد
در این تحقیق از کوپلیمر پلی اکریل آمید سولفونه هیدرولیز شده و نمک سدیم با نام تجاری AN125 محصول شرکت SNF فرانسه استفاده شده است. میزان هیدرولیز این کوپلیمر %25 و وزن مولکولی آن 8 میلیون است. در این نوع پلیمر گروه سولفون جایگزین گروه عاملی آمید - NH2 - شده است و این موضوع باعث افزایش مقاومت این نوع پلیمرها در مقابل دما و یونهای دو ظرفیتی می شود. ساختار این کوپلیمر را در شکل 1 نشان داده شده است. در این پژوهش در ساخت ژل از عامل شبکه کننده استات کروم - Cr - CH3Coo - 3 - - III - ، محصول شرکت Carlo Erba ، استفاده شده است. استات به عنوان لیگاند این کمپلکس شناخته می شود. آب دو بار تقطیر - Distilled Water - ، نمک NaCl - شرکت - Merck و آب سازند یکی از مخازن جنوب ایران به عنوان حلال در ساخت هیدروژل مورد بررسی قرار گرفت. مشخصات آب سازند در جدول 1 آورده شده است.
