ВКР. Диплом_ВКР_Тудегешев. Анализ технологии полимерного заводнения в различных геологических условиях месторождений западной сибири

• Название: Анализ технологии полимерного заводнения в различных геологических условиях месторождений западной сибири
• Дата: 29.05.2022
• Размер: 4.9 Mb.
• Имя файла: Диплом_ВКР_Тудегешев.docx
• Тип: Документы; #554954
• страница: 6 из 19

1.4 Физико-химические процессы полимеров

Полимерные растворы, закачиваемые в пласт, испытывают температурные нагрузки, давление и т.д. Очень важно, чтобы полимеры имели устойчивую способность к физическим и химическим нагрузкам. Зачастую растворы должны удовлетворять следующим параметрам:

Высокомолекулярные полимеры, закачанные в пласт, подвергаются нагрузкам (высокая температура, давление, скорость, бактерии), что в свою очередь может привести к разрушению молекулярной цепочки – деструкции.

В результате деструкции понижается нефтеотдача, ухудшается процесс заводнения.

Различают несколько видов деструкции:

• 
  Механическая – разрушение полимера при наличии высокого сдвигового напряжения;
  
• 
  Химическая – образование свободных радикалов;
  
• 
  Термическая – разрушение вследствие температурных нагрузок;
  
• 
  Биологическая – разрушение под воздействием бактерий.
  

Ключевым фактором, влияющим на наличие механического разрушения – это сдвиг. В результате высокого сдвига происходит разрушение цепочки полимера на отдельные части с последующим образованием свободных радикалов, которые в свою очередь приводят к химической деструкции.

Высокие сдвиговые нагрузки наблюдаются в нагнетательной линии, где и происходит основной сдвиг. Связано это в первую очередь с уменьшением внутреннего диаметра (дроссели или клапаны). Также наблюдается сдвиг во время движения жидкости через насосы или в призабойной зоне пласта. В целом на сдвиг влияют несколько факторов:

• 
  Тип полимера – молекулярная масса полимера;
  
• 
  Свойства скважины – перфорирование, глубина скважины;
  
• 
  Проницаемость пласта;
  
• 
  Наземное оборудование – насосы, оборудование для растворения, дроссели.
  

Получается, что механическая деструкция возникает при высокой скорости жидкости, поэтому скорость потока полимерного раствора в трубах рекомендуется не более 5м/с.

При одинаковом значении сдвига, деструкция будет увеличиваться с ростом молекулярной массы полимера.

Химическая деструкция происходит в результате взаимодействия полимера с молекулами кислорода. Вода, которая используется для растворения полимеров, может содержать в себе растворенный азот, катионы железа и сероводород. Данные элементы способы за счет окислительно-восстановительных реакций образовывать свободные радикалы. Образовавшиеся радикалы вступают в реакцию с полиакриламидом разрушая его, причем один и тот же радикал способен разрушить множество молекул полимера, поэтому реакция является цепной.

Существует несколько методов по уменьшению химической деструкции. Первым и наиболее простым методом является подбор нужной молекулярной массы. Другой же метод основан на использовании поглотителей кислорода (акцепторы). Часто в качестве акцептора является бисульфит аммония , который снижает концентрацию кислорода практически до нуля. Также существует метод по удалению кислорода из воды.

Таким образом, раствор для полимеров при ПЗ не должен содержать кислорода, следует не допускать его попадания в жидкость. Для этого используется азотная защита оборудования при приготовлении раствора.

Термическая деструкция наступает при наличии высокой температурной нагрузки на полимер в пласте, в результате чего начинаются реакции осаждения между катионами (кальция и магния) с гидролизованным полиакриламидом, что в свою очередь приводит к уменьшению вязкости раствора. При понижении вязкости есть риск не достигнуть оптимальное отношение подвижности (меньше 1).

Если пластовая температура не более 80 градусов, то полимеры остаются стабильными. Однако более высокие температуры приводят к потере стабильности. Для того чтобы не наступала термическая деструкция при температурах выше 80 градусов, используются стабилизаторы (сульфотированные мономеры ATBS).

Гидролиз возможен даже при температуре около 50 градусах, что является нормой. Однако происходит это за счет определенного значения pH системы. Это приводит к осаждению кальция и магния на полимере из-за повышенной анионности. Обычно это происходит в карбонатных коллекторах. Поэтому при высоких температурах следует выбирать полимер с низкой анионностью или с низкой кажущейся вязкостью. Если полимер верно подобран для конкретного полимерного заводнения, то в процессе гидролиза на полимере не будут осаждаться соли магния и кальция.

Итак, данный вид деструкции наблюдается при высоких температурных нагрузках. Вязкость раствора будет понижаться, если он содержит катионы двухвалентных металлов, так как происходит осаждение полимера. В этом случае добавляется стабилизатор, способный предостеречь не полимер не только от высокой температуры, но и от осаждения его из раствора.

ПАА менее чувствителен к биологическому воздействию. Однако встречаются случаи, когда происходит биологическая деструкция под воздействием аэробных бактерий. При закачке их с водой происходит окисление нефти в результате чего образуются бактерии. Также в результате образования сероводорода H2S сульфатвосстанавливающими бактериями (СВБ) получается низкое значение уровня pH. В результате возможна коррозия оборудования или окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой будет наблюдаться разрушение полимера. Тем не менее данные процессы встречаются редко и на ограниченных участках, поэтому данный вид деструкции не особо влияет на вязкость полимера [7].

Итак, для того чтобы полимер не разрушился нужно:

1. 
   Использовать бескислородную среду, в которой будет растворяться полимер;
   
2. 
   Не допускать движение жидкости со скоростью более чем 5 м/с;
   
3. 
   Использовать полимер низкой анионности;
   
4. 
   Использовать полимер с низкой чувствительностью к воздействию солей;
   
5. 
   Использовать полимер, который будет устойчив к разрушению, путем добавления к нему стабилизаторов.