Полиакриламид 30 лет. Содержани общая информация об snf 2A. Общая информация
 Скачать 2.42 Mb.
|
|
Процессы полимеризации Существуют разные технологии производства полиакриламидов, в результате применения каждой из этих технологий получаются полимеры с разными характеристиками, включая количество содержания жесткого и мягкого геля. Ниже перечисляются наиболее часто применяемые технологии: Сополимеризация Осуществляется совместная полимеризация акриламида и акриловой кислоты. В результате получаются полимеры с узким распределением по анионности, с максимальной молекулярной массой около 20 миллионов Дальтон и с очень хорошей растворимостью. Согидролиз Акриламид подвергается гомополимеризации в присутствии основания, с тем чтобы в процессе реакции произошел его гидролиз. Получаемые в результате полимеры имеют широкий диапазон анионности, максимальную молекулярную массу 18 миллионов Дальтон, хорошую растворимость и очень крутое распределение по анионности. Постгидролиз Гомополимер акриламида, находящийся в состоянии геля, подвергается постгидролизу с использованием основания и затем высушивается. В результате может получиться полимер с молекулярной массой около 22 миллионов Дальтон, характеризующийся, однако, очень большим диапазоном анионности и проблемами с растворимостью в присутствии двухвалентных катионов. Зависимость полидисперсности от технологии полимеризации Анионная активность Сополимеризация Согидролиз Постгидролиз Нафта Пропан Пропилен Метилакрилат Акриловая кислота Акрилонитрил Adame Adame-Quat Акриламид Акриловая кислота Порошки Эмульсии Жидкости Катионный полиакриламид Порошки Эмульсии Жидкости Анионный полиакриламид Газ Нефть Чи сл о молеку л 10 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛИМЕРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ Полимеры SNF и их химический состав 3 При изготовлении полиакриламида существует вероятность образования одного из двух типов нерастворимых частиц геля. По уровню мягкости частиц различают мягкие или жесткие гели. Частицы мягкого геля могут под действием усилия сдвига в процессе закачивания деформироваться и дробиться, тогда как частицы жесткого геля не деформируются и могут вызывать закупоривание пор на вскрытой поверхности песчаного пласта и в коллекторе. В целом, чем выше молекулярная масса, тем больше может быть проблем с растворимостью и фильтрующей способностью. Так, полимеры, получаемые в результате использования технологии сополимеризации, содержат очень малое количество мягких гелей и почти не содержат жестких гелей, тогда как полимеры, получаемые путем постгидролиза, отличаются наибольшим количеством содержания частиц жесткого геля. Чем больше молекулярная масса, тем больше образуется жесткого геля. Для сравнения эффективности различных технологий необходимо проводить испытания промышленно выпускаемых полимеров в лаборатории, при промысловых условиях и с использованием методик, позволяющих учитывать сразу несколько различных параметров (механическая, химическая, термическая деструкция). Подробнее данный вопрос будет рассмотрен ниже. Количество нерастворимых веществ, образующихся в процессе изготовления полимеров, зависит от типа используемых катализаторов, агентов передачи цепи, стабилизаторов, а также от следующих факторов: z Качество мономеров и химреагентов, используемых в процессе производства z Производственное оборудование, особенно сушилки, и точность контроля температуры z Технологические процессы и процедуры z Молекулярная масса конечного продукта Ассортимент продукции, стабильность разных видов продукции За последние 10 лет качество полимеров для повышения нефтеотдачи пластов заметно улучшилось, существенно расширилась и сфера их применения. На сегодняшний день полимерное заводнение – это конкурентная технология, которая может применяться даже при самых неблагоприятных условиях в коллекторе; существуют реагенты, подходящие для использования при температуре до 120°C и при низкой проницаемости (10 мД), совместимые с солеными растворами. Компанией SNF разработан полный спектр полимеров для полимерного заводнения. Благодаря накопленным знаниям и опыту мы можем подбирать полимеры, наилучшим образом походящие для самых разных условий в коллекторе. Мы также разработали ноу-хау, позволяющие успешно внедрять полимерные технологии на промыслах, предотвращая деструкцию полимера. Химическая деструкция При типичном процессе полимерного заводнения полимер сначала растворяется в «воде для растворения», после чего разбавляется «водой для разбавления». Затем полученный разбавленный раствор закачивается в коллектор. Вода для растворения и вода для разбавления содержат способные вступать в реакции химические продукты двух типов: окислители и восстановители. z Основные окислители: растворенный кислород, перекиси в составе соединений окисленных углеводородов и пр. z К восстановителям относятся H 2 S, поглотитель растворенного в воде кислорода (бисульфит аммония), Fe 2+ , которое может являться и окислителем, и восстановителем, в зависимости от того, какие еще химикаты присутствуют в воде, сульфатовосстанавливающие бактерии или аммиак. Обзор процесса деструкции полимера Продукты с высокой молекулярной массой характеризуются чувствительностью к различным механизмам деструкции, которые накладываются один на другой на протяжении цикла закачки, осуществляемого на нефтяном месторождении: z Химическая деструкция, провоцируемая свободными радикалами, z Термическая деструкция, усиливаемая составом раствора, z Механическая деструкция вследствие сдвига, z Абсорбция и осаждение, z Биологическое разложение, в случае с полиакриламидами интенсивность этого процесса низкая. Ниже дается более подробное описание всех перечисленных механизмов деструкции. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛИМЕРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ 11 Полимеры SNF и их химический состав 3 В солевом растворе в результате взаимодействия окислителя и восстановителя образуются свободные радикалы, которые, взаимодействуя с молекулами полиакриламида, разрушают их. Эта реакция является цепной, т.е. один свободный радикал может разрушить много молекул. Помимо подбора оптимальной молекулярной массы полимера с целью уменьшения его чувствительности к химической деструкции, существуют различные специальные методики уменьшения количества свободных радикалов. Акцепторы свободных радикалов Использование поглотителей кислорода (например, бисульфита аммония) позволяет снизить содержание кислорода в подлежащей закачиванию воде до 0-20 частей на миллиард. Однако само по себе взаимодействие между кислородом и поглотителем кислорода способно приводить к образованию свободных радикалов, негативно воздействующих на полимер. Частично эта проблема может быть разрешена путем использования акцептора свободных радикалов. Во всех полимерах SNF, предназначающихся для повышения нефтеотдачи пласта, предусмотрен минимальный набор защитных свойств. По требованию заказчика SNF также может предоставить полностью защищенные полимеры, в которых предусмотрен улучшенный набор защитных свойств. Эти свойства придаются полимеру на стадии изготовления. В результате получается порошок, работа с которым более безопасна. Удаление кислорода Для эффективного решения обозначенной выше проблемы и сведения к минимуму интенсивности реакций, приводящих к образованию свободных радикалов, важно, чтобы приготовленный солевой раствор для закачивания характеризовался очень небольшим количеством содержания кислорода и ограниченным количеством необходимых поглотителей кислорода. Таким образом, необходим обескислороженный солевой раствор, который должен быть защищен от попадания кислорода посредством азотной защиты всего оборудования, используемого для приготовления полимерного раствора для закачивания. Использовать для защиты сложных систем подачи попутный газ не рекомендуется. В отсутствие окислителей H 2 S деструкцию полимера не провоцирует. Термическая деструкция Выбор полимера По достижении определенного значения температуры начинают происходить реакции осаждения между гидролизованным полиакриламидом и двухвалентными ионами (Ca 2+ , Mg 2+ ), что приводит к значительной потере вязкости. Сополимеры акриламида и акриловой кислоты теряют стабильность при температуре свыше 80°C. В случае если температура превышает 80°C, необходимо использовать сополимеры акриламида и акриламидо- третбутиловой сульфокислоты, которые сохраняют стабильность вплоть до 90-100°C, в зависимости от состава солевого раствора и количества акриламидо-третбутиловой сульфокислоты. Гидролиз полимеров При некоторых значениях pH солевого раствора даже при низких температурах (50°C) может происходить гидролиз полимера, приводящий к повышению анионности полимера. Для определенных степеней гидролиза (свыше 35-45%) характерно осаждение полимера солями кальция и магния, что сопровождается повышением абсорбции, особенно в карбонатных коллекторах. Испытания азотной защиты Перчаточные боксы 12 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛИМЕРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ Полимеры SNF и их химический состав 3 В тех случаях, когда температура возрастает, важно выбирать продукт низкой анионности (15-25%), с пониженной кажущейся вязкостью. Под действием упомянутого выше механизма в результате дальнейшего гидролиза полимера будет происходить увеличение вязкости, и при условии правильного выбора полимера дальнейшего осаждения не будет. Механическая деструкция Полиакриламиды отличаются чувствительностью к сдвигу. В результате сдвига происходит расщепление полимера на отдельные части с образованием свободных радикалов, которые производят дальнейшее разрушение молекулы полимера в ходе цепной реакции. Чем больше молекулярная масса, тем выше будет степень деструкции при том же значении сдвига. Скорость потока жидкости в оборудовании или трубах не должна превышать 5 мс -1 . При условии, что установки растворения и закачивания спроектированы надлежащим образом, основной сдвиг происходит в нагнетательной линии – вследствие сужения внутреннего диаметра или затора. Сдвиг также может происходить в результате совместного действия различных факторов, в том числе: z Наземное оборудование (дроссели, трубы, клапаны, насосы, оборудование для растворения). z Исполнение скважины (горизонтальное/вертикальное бурение, перфорирование, глубина скважины, плотность перфорирования, насадки и пр.), проницаемость пласта и т.п. z Тип полимера (средняя молекулярная масса и полидисперсность) Абсорбция - осаждение Осаждение двухвалентных металлов Двухвалентные металлы осаждаются с повышением pH растворов карбонатов или гидроксидов. При ASP-заводнении, pH повышается вследствие добавления гидроксида или карбоната натрия. В таких случаях для предотвращения осаждения двухвалентного металла необходимо производить умягчение воды для закачки путем осаждения, ионообмена или мембранной очистки. Осаждение затем происходит в коллекторе, в точке нагнетания, а также в добывающих скважинах, что может вести к механическим неисправностям оборудования и уменьшению скорости потока. Другие осаждающиеся вещества В нагнетательных линиях находится много разных веществ. Некоторые из них склонны переходить в первую фазу коллектора: продукты коррозии, песок, глина, сульфат железа, сера, карбонат кальция, гидроксид магния, сульфаты бария и стронция, плесень и пр. При осуществлении ASP-проектов гидроксид натрия растворяет кремний, который склонен осаждаться на объектах эксплуатационного комплекса, ухудшая характеристики оборудования, такого как насосы. Совместимость с другими химреагентами Важно проверять различные добавки на совместимость с полимером. Это в особенности касается биоцидных присадок и противокоррозийных средств, многие из которых являются катионными и могут осаждаться на поверхности анионных полимеров. Проблема совместимости также может проявляться в том, что катионные деэмульгаторы, коагулянты для отделения нефти и флокулянты для флотации осаждаются и нейтрализуют друг друга. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛИМЕРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ 13 Полимеры SNF и их химический состав 3 Биоразложение Полиакриламиды характеризуются очень низкой чувствительностью к действию бактерий. Тем не менее, в некоторых случаях возможно, к примеру, образование сульфатовосстанавливающими бактериями H 2 S низкого уровня pH, в результате чего происходят коррозия и ОВР, ведущие к разрушению полимера. К счастью, эти реакции охватывают лишь очень ограниченные участки и потому не оказывают значительного влияния на показатель средней вязкости полимера. В данном разделе приведены основные технические сведения о предлагаемой SNF линейке полимеров для повышения нефтеотдачи пластов химическими способами. Компания SNF, регулируя химический состав и молекулярную массу, производит самые разные полимеры - от простейших сополимеров до термически стабильных полимеров серии на основе акриламидо-третбутиловой сульфокислоты, солеустойчивых полимеров серии SUPERPUSHER или полимеров с очень высокой молекулярной массой серии Flopaam 60. Компания постоянно разрабатывает новые виды продукции, предназначающиеся для более сложных вариантов применения. Ниже приводится полный перечень продукции SNF для повышения нефтеотдачи пластов, рассчитанной на такие характеристики пласта, как температура, минерализация и пр. Стандартные полимеры Сополимеры акриламида и акрилата подходят для применения в пластах с температурой до 70°C (158°F), с общим содержанием растворенных твердых веществ до 35 000 ч./млн. и количеством двухвалентных ионов до 1000 ч./млн. Анионность Молекулярная масса Flopaam 1430 S Низкая Низкая Flopaam 1530 S Низкая Средняя Flopaam 1630 S Низкая Высокая Flopaam 2430 S Низкая Низкая Flopaam 2530 S Низкая Средняя Flopaam 2630 S Низкая От средней до высокой Flopaam 3130 S От средней до высокой Крайне низкая Flopaam 3230 S От средней до высокой Очень низкая Flopaam 3330 S От средней до высокой Низкая Flopaam 3430 S От средней до высокой Средняя Flopaam 3530 S От средней до высокой От средней до высокой Flopaam 3635 S От средней до высокой Высокая Flopaam 3630 S От средней до высокой Высокая Flopaam 6030 S Высокая Очень высокая Flopaam 6040 D Высокая Очень высокая 14 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛИМЕРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ Полимеры SNF и их химический состав 3 Сополимеры акриламидо-третбутиловой сульфокислоты и акриламида Полимеры на основе акриламидо-третбутиловой сульфокислоты менее чувствительны к температуре и уровню минерализации. Их рекомендуется использовать при пластовой температуре до 95°C (203°F). Анионность Молекулярная масса Flopaam AN 105 Очень низкая Низкая Flopaam AN 105 SH Очень низкая Высокая Flopaam AN 105 VHM Очень низкая Очень высокая Flopaam AN 110 Низкая Низкая Flopaam AN 110 SH Низкая Высокая Flopaam AN 110 VHM Низкая Очень высокая Flopaam AN 113 Низкая Низкая Flopaam AN 113 SH Низкая Высокая Flopaam AN 113 VHM Низкая Очень высокая Flopaam AN 118 Средняя Низкая Flopaam AN 118 SH Средняя Высокая Flopaam AN 118 VHM Средняя Очень высокая Flopaam AN 125 VLM Средняя Очень низкая Flopaam AN 125 Средняя Низкая Flopaam AN 125 SH Средняя Высокая Flopaam AN 125 VHM Средняя Очень высокая Flopaam AN 132 Высокая Низкая Flopaam AN 132 SH Высокая Высокая Flopaam AN 132 VHM Высокая Очень высокая Полимеры акриламида/акриламидо-третбутиловой сульфокислоты/акриловой кислоты Анионность Молекулярная масса Flopaam 5205 Средняя Средняя Flopaam 5205 SH Средняя Высокая Flopaam 5115 VLM Средняя Очень низкая Flopaam 5115 BPM Средняя Низкая Flopaam 5115 MPM Средняя Средняя Flopaam 5115 Средняя Средняя Flopaam 5115 SH Средняя Высокая Flopaam 5115 VHM Средняя Очень высокая Flopaam 5220 Высокая Средняя Flopaam 5220 SH Высокая Высокая Flopaam 5220 VHM Высокая Очень высокая На начальной стадии механическая деструкция имеет место в течение нескольких секунд или минут. Степень деструкции зависит от следующих факторов: z Расход полимерного раствора, z Доступная площадь нагнетания, которая со временем изменяется из-за закупоривания осаждающимися веществами, z Проницаемость коллектора. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛИМЕРНОГО ЗАВОДНЕНИЯ 15 Полимеры SNF и их химический состав 3 Терполимеры акриламида, акриламидо-третбутиловой сульфокислоты и N-винилпирролидона Данные полимеры состоят из акриламида, акриламидо- третбутиловой сульфокислоты и N-винилпирролидона. Подходят для применения в пластах с температурой до 120°C, при высокой степени минерализации. Анионность Молекулярная масса Superpusher SAV 225 Средняя Низкая Superpusher SAV 226 Средняя Низкая Superpusher SAV 333 Средняя Низкая Superpusher SAV 441 Высокая Низкая Superpusher SAV 442 Высокая Низкая Superpusher SAV 522 Средняя Низкая Ассоциированные полимеры Ассоциированные полимеры содержат одновременно и гидрофобные и гидрофильные компоненты. Способны выдерживать высокий уровень минерализации и умеренные температуры, дают очень большой коэффициент сопротивления. Анионность Молекулярная масса Superpusher B192 Низкая Низкая Superpusher S255 Средняя Низкая Superpusher S265 Средняя Низкая Superpusher C319 Высокая Высокая Superpusher P329 Высокая Высокая Superpusher D118 Высокая Высокая Superpusher C1205 Средняя Высокая Как уже отмечалось выше, выбор полимера определяется промысловыми условиями (температура, минерализация, целевое значение вязкости). При этом многое также зависит от типа закачивания, от того, какие добавки будут применяться при закачивании, от используемых наземных объектов. На сегодняшний день компания SNF имеет знания и опыт в области производства абсолютно всех видов работ, необходимых для успешного осуществления полимерного заводнения: от лабораторных исследований, направленных на подбор подходящего полимера, до проектирования и строительства объектов, необходимых для осуществления закачивания. Кальций-толерантные полимеры Компанией SNF разработан полный ассортимент кальций- толерантных полимеров, предназначающихся специально для очень жестких и соленых растворов. Ниже представлены сведения о серии FloComb. Анионность Молекулярная масса FloComb C3025 Средняя Высокая FloComb C3125 Средняя Высокая FloComb C3225 Средняя Высокая FloComb C3525 Средняя Высокая FloComb C6025 Средняя Очень высокая FloComb C6125 Средняя Очень высокая FloComb C6225 Средняя Очень высокая FloComb C6525 Средняя Очень высокая |