К.И. Омарова

Казахский национальный университет им.аль-Фараби (Казахстан)

Полиакриламид в процессах пропитки капиллярно-пористых систем и вытеснения неполярных жидкостей из них

Полиакриламид - самый востребованный реагент в нефтедобывающей промышленности, несмотря на его подверженность деструкции под действием различных факторов и снижению при этом вязкоупругих свойств растворов ПАА. Темпы роста производства ПАА продолжают возрастать. Крупные фирмы Японии, США, ряда стран Европы поставляют полимер на мировой рынок, а Россия, Китай производят ПАА и другие полимеры для внутреннего потребления. Исследования в области разработки новых и совершенствования существующих методов химической модификации ПАА, а также расширения области применения продолжаются. Создана научная основа для синтеза полимеров с заданными свойствами и соответствующими условиями их практического применения.

Исследования влияния полиакриламида на поверхностные свойства границ раздела различных фаз позволяют расширить класс химических агентов, в частности полимеров, а также разработать композиционные смеси на их основе для применения в технологии вторичной добычи нефти, пропитки пожароопасных твердых продуктов с целью улучшения их смачиваемости водой.

Поверхностное натяжение (s) водных растворов полиакриламида (производства фирм Японии с молекулярной массой 10⁶) различной концентрации практически не отличается от таковой воды и лишь в области относительно больших концентраций (0,1-0,25%) наблюдается слабое понижение s (от 72,3 до 65,0 мН/м), что свидетельствует о некотором дебалансе гидрофильных и липофильных свойств дифильных молекул ПАА в пользу полярной части. В результате преобладающей гидрофильности макромолекул ПАА выход неполярных радикалов из воды на границу раздела фаз затруднен.

При увеличении концентрации раствора на два порядка (%) изменение углов смачивания поверхности кварца и тефлона составляет 10-12⁰ (кварц – от 0 до 10⁰; тефлон – снижение от 108⁰ до 96⁰), что также свидетельствует о незначительной адсорбции полиакриламида на границах раздела твердое / жидкость и жидкость / газ.

Значения поверхностного натяжения (s), углов смачивания () и вязкости () растворов ПАВ, водорастворимых полимеров определяют эффективность процессов пропитки капиллярно-пористых систем, а также вытеснения из последних одних жидкостей другими (в частности неполярных жидкостей водными растворами).

Изучены закономерности впитывания растворов ПАА в гидрофобные пористые системы, сформированные из частиц полистирола. Выбор полистирола основан на результатах исследований, проведенных на большом числе образцов пластов многих нефтяных регионов, показавших, что гидрофобные участки в пластах составляют 66-84%.

Кинетика впитывания водных растворов полиакриламида различной концентрации в пористую систему из полистирола представлена на рисунке 1. Самопроизвольного впитывания водных растворов ПАА в систему из частиц только полистирола не наблюдается. Однако его высокая гидрофильность вызывает впитывание его растворов даже при малых добавках частиц кварца в систему из полистирола. Скорость пропитки возрастает с увеличением количества кварца в смеси (рисунок 2). Значительные вязкоупругие свойства, возрастающие с повышением концентрации ПАА в растворе, вызывают резкое уменьшение константы капиллярной пропитки. Наибольшая скорость пропитки проявляется при малых концентрациях (0,00195, 0,0039%).

Отсюда можно предположить, что механизм пропитки растворов ПАА при низких концентрациях соответствует диффузионной кинетике. В области высоких концентраций превалирует сила вязкого сопротивления движению жидкости, сопровождаемое резким снижением константы капиллярной пропитки.

Х^.10³, м

С_ПАА, %: 1-0,00195; 2-0,0039; 3-0,0078; 4-0,0156;

5-0,0315; 6-0,0625; 7-0,125; 8-0,25

Рисунок 1 – Кинетика пропитки диафрагмы из полистирола, содержащей

10% кварца, растворами полиакриламида

1

3

2

Полистирол (1), полистирол +10% кварца (2), полистирол +20% кварца (3)

Рисунок 2 – Константа капиллярного впитывания растворов

полиакриламида

Проявление указанных факторов, каждое в определенной области концентраций полимеров, может быть успешно использовано в практических условиях. Достаточно высокая скорость пропитки пористых систем разбавленными растворами важно для улучшения смачиваемости гидрофобных систем при тушении пожаров. На вязких свойствах относительно концентрированных растворов полимеров основаны процессы вытеснения неполярных жидкостей из пористых систем.

С ростом концентрации растворов ПАА наблюдается резкое снижение скорости вытеснения и при концентрациях выше 0,06% самопроизвольного вытеснения не наблюдается (рисунок 3). Полученные результаты для полиакриламида связаны только с увеличением силы вязкого трения (М_ПАА=2^.10⁶). Однако в реальных условиях, когда закачка растворов ПАА производится под большим давлением, высокая вязкость дает реализовать как бы поршневой механизм вытеснения, обеспечивающий более полный охват пласта и увеличение коэффициента нефтеизвлечения.

1 – стеклянный; 2 – гидрофобизированный

Рисунок 3 – Скорость вытеснения нефти из капилляров различной

природы растворами ПАА

Основным результатом для возможной практической рекомендации поликомплексов синтетических полиэлектролитов и неионных ПАВ для использования в технологии увеличения нефтеотдачи является коэффициент извлечения нефти К (%).

Коэффициент извлечения (%) представляет количество вытесняющей нефти по отношению к объему нефти, содержащемуся в пористой системе. Величина коэффициента вытеснения возрастает с увеличением концентрации раствора. Наибольший коэффициент извлечения (60-62%) достигается в области концентраций 0,01%, мало изменяется с дальнейшим увеличением концентрации и превышает коэффициент извлечения водой на 18-20 %. Вытеснение нефти из капиллярно-пористой системы поводили под давлением – с ростом давления величина К возрастает до 70%.