بخشی از مقاله
خلاصه
ذرات از پیش تشکیل شدهی ژل به عنوان نسل جدید سوپرجاذبها، جایگاه ویژهای در صنعت نفت دارند. این ذرات شبکههای پلیمری آبدوستی هستند که مقادیر فوق العاده ای آب را جذب و توانایی نگهداری آن را به مدت طولانی دارند. یکی از مهمترین ویژگی این ذرات توانایی ایجاد خواص جدید یا بهبود خواص موجود با کنترل و تغییر نسبت واکنش دهنده ها می باشد. این ذرات با کنترل تولید آب در مخزن نفت به بهبود راندمان بازیابی نفت کمک می کنند.
در پژوهش حاضر با تکیه بر روش پلیمریزاسیون محلولی و با استفاده از مونومر اکریل آمید ذرات ژل از پیش تشکیل شده، تهیه شد و روش طراحی مرکب مرکزی برای تعیین غلظت بهینهی سازنده ها بکار رفت. همچنین خواص تورمی این ذرات در آب مقطر و آب سازند مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش دما سبب افزایش تورم تعادلی می شود، در حالی که شوری آب و افزایش درصد ترکیبات شبکه کننده در مواد سازنده ژل تورم تعادلی را کاهش می دهند.
.1 مقدمه
عدم کارائی عملیات جاروب نفت به عنوان یکی از مهمترین دلایل کاهش میزان بازیابی نفت در طی فرآیند سیلاب زنی با آب، شناخته می شود. سنگ های نفتی معمولا از لایه های زیادی با میزان نفوذپذیری متفاوت تشکیل شده اند. در طول فرآیند سیلاب زنی، لایه هایی با میزان نفوذپذیری بالاتر به صورت کانال هایی پرتراوا عمل می کنند و موجب انتقال بخش زیادی از سیال جابه جا شونده - که معمولا دارای ویسکوزیته پائین تری از نفت می باشد - می شوند، در نتیجه در لایه هایی با قابلیت نفوذپذیری کمتر به صورت کارآمد فرآیند جاروب انجام نمی شود، زیرا همواره مقداری نفت به دام افتاده در آنها باقی می ماند.
در چند دهه اخیر به کارگیری ژل های پلیمری به منظور بهبود راندمان فرآیند ازدیاد برداشت، مرسوم شده است. این فرآیند به عنوان یک روش جدید برای بهبود بازیابی فرآیند سیلاب زنی با آب به اثبات رسیده است که از نظر اقتصادی نیز به صرفه می باشد. فرآیندهای بهره برداری از ژل های پلیمری به صورت موفقیت آمیزی در بسیاری از میدان های قدیمی مورد استفاده قرار گرفته اند. برخی از این میدان ها عبارتند از: میدان نفتی Daqing در چین، میدان نفتی Minas در اندونزی و میدان نفتی خلیج سن جورج در آرژانتین.[1] ذرات ژل از پیش تشکیل شده - PPG - 1، نوع جدیدی از ذرات قابل تورم2 هستند که به صورت از پیش شبکه ای شده3 می باشند و مقاومت زیادی در برابر نمک و دما از خود نشان می دهند.
مقادیر کمی از این ژل ها می توانند به مناطق متخلخل که قابلیت تراوایی بالایی دارند تزریق شوند و آب را به مناطق دیگری از مخزن منحرف سازند و باعث کاهش قسمتی از نفت درجا مانده4 شوند. از مزایای برجسته استفاده از PPG می توان به نفوذ عمیق تر آن در مقایسه با ژل های درجا اشاره نمود. همچنین این روش دارای قابلیت کنترل خواص ذاتی ژل - از قبیل اندازه، استحکام و پایداری حرارتی - قبل از تزریق می باشد که آن را از سایر میکروژل ها متمایز کرده است. یکی از روش های سنتز این ذرات، پلیمریزاسیون محلولی است. بر اساس این روش مونومر اکریل آمید که یک مونومر محلول در آب است، در حضور سایر ترکیب شونده ها و در محیط آبی وارد واکنش پلیمریزاسیون شده که نتیجه کار تشکیل شبکه سه بعدی سوپرجاذب و تودهی ژل با پایهی اکریل آمید می باشد. به طورکلی استفاده از این روش دارای مزایا و معایب زیر است:[2]
.مزیت سهولت کنترل دما و ویسکوزیته .معایب احتمال انتقال زنجیر به حلال و محدود شدن وزن مولکولی محصول محدود شدن دمای پلیمریزاسیون به نقطه جوش حلال در این روش برای حذف مابقی مونومرهای موجود در ساختار هیدروژل، ذرات ژل با آب مقطر در طی چندین مرحله شسته شده و در نهایت خشک می گردند. ذرات خشک شده، توسط آسیاب گلوله ای خرد شده و پس از الک شدن در اندازه های مختلف دسته بندی می شوند. تمام مطالعات تجربی انجام شده بر این ذرات پس از طی مراحل بالا، صورت گرفته است.
-2 آزمایش ها
1-2 مواد و روش تهیه:
در این پژوهش از Sodium peroxidisulfate، Acrylamide monomer، Ammonium Chloride، N,N'- Methylenebisacrylamide و یک محلول سیلیکاتی به عنوان مواد اولیه استفاده شده است. تمامی مواد محصول شرکت Merck آلمان هستند. برای ساخت نمونه، مونومر اکریل آمید به همراه عامل شبکه ای کننده و عامل بافری و محلول سیلیکاتی در مقدار مشخصی آب با دمای 60 C حل شده و در آخر با اضافه کردن آغازگر، واکنش پلیمریزاسیون شروع میشد. سپس بالک تشکیل شدهی ژل، در اندازه مناسب خرد شده و تکههای ژل در آون و در دمای 70 C به مدت 36 ساعت خشک شدند. پس از آن ذرات ژل خشک، طی چند مرحله شسته شده و پس از خشک شدن، خرد شده و با استفاده از الک های استاندارد دانه بندی شدند.
2-2 آزمایش های تورمی
برای اندازه گیری تورم در آب مقدار حدود یک گرم از نمونههای ژل تهیه شده در کیسه هایی که از کاغذ سلولزی تهیه شده بودند قرار داده شده و با توجه به نوع آزمایش، در محلول الکترولیتی - آب سازند با غلظت - 100000ppm یا آب مقطر در دماهای 25°C و 70°C غوطه ور شدند. پس از طی مدت زمان لازم برای رسیدن به تعادل و ثابت شدن وزن نمونه، وزن نهایی آن اندازه گیری و ثبت شد. در تحلیل نتایج آزمون های تورمی، عبارت نسبت تورم تعادلی - ESR - تعریف بسیار مهمی است.
[3] این عبارت بیان می کند که نمونه پس از جذب آب و رسیدن به حد اشباع، چند برابر وزن اولیهی خود آب جذب کرده است که هرچه این مقدار بیشتر باشد، نشان دهندهی قابلیت بالاتر شبکه پلیمری در جذب محلول می باشد. در رابطه - 1 - نسبت تورم تعادلی تعریف شده است. در رابطه بالا W0 مربوط به وزن خشک نمونهها، We مربوط به وزن نمونه ها پس از رسیدن به حد اشباع و ESR بیانگر نسبت تورم تعادلی است.
3-2 تعیین ترکیب درصد بهینه:
پس از اینکه پاسخ تورمی نمونه ها در آب سازند و در دمای 70°C، بر اساس روش طراحی مرکب مرکزی1 مدل سازی شد، بهترین ترکیب درصد بر اساس شرایط و وضعیت چاه تعیین گردید. داده های مربوط به جدول طراحی آزمایش و حدود متغیرها و همچنین نتایج تورم نمونههای ژل در مقاله قبلی گزارش شده [4] و بر اساس نتایج حاصل از بهینهسازی پاسخ ها، ترکیب درصد بهینه تعیین شد. داده های مربوط به ترکیب درصد بهینه در جدول - 1 - آمده است. در جدول بالا ترکیب سیلیکاتی با نماد S ، N,Nʼ-methylenebisacrylamide با نماد C.L و به عنوان عامل شبکه ساز ، آمونیوم کلراید با نماد NHC و به عنوان عامل بافری و sodium peroxydisulfate با نماد Initiator و به عنوان آغازگر واکنش مشخص شده اند.
4-2 بررسی تأثیر عامل سیلیکاتی بر خواص شبکه پلیمری
برای این منظور از روی ترکیب درصد بهینهی ذکر شده، دو نمونه ساخته شد. نمونه اول همان نمونه با ترکیب درصد بهینه منهای عامل سیلیکاتی است که نمونه شاهد نامیده شده است و نمونه دوم، نمونه اصلی است که با ترکیب درصد بهینه تهیه شده است . برای بررسی اثر سیلیکات اضافه شده، تست های تورمی در دو دمای 25°C و 70°C و آب سازند و آب مقطر بر روی این دو نمونه انجام شد.
