Изследване на процеса на отделяне на водата по време на обработката на алумосиликати със смес от полиакриламид и
През последните години производството на нефт се увеличи не толкова чрез откриването на нови находища, а чрез въвеждането на технологии, които позволяват увеличаване на добива на нефт от съществуващи кладенци. Сред голям брой такива методи водещо място заема полимерното стимулиране на резервоара, т.е. полимерно наводняване. Допълнителното производство на нефт от използването на водоразтворими полимери е повече от 90% от общото производство на нефт. Основният полимер, използван за тези цели, е полиакриламид (PAA).
Целта на тази работа е да се изследва ефектът на HOCA, PAA и техните смеси върху водопропускливостта на естествени порести структури. Изследванията са проведени върху моделни дисперсни системи на базата на чист силициев диоксид и алумосиликати. Хидроизолационният ефект е изследван чрез определяне на скоростта на изтичане на дестилирана вода през моделния насипен слой преди и след обработката му с разтвори GOHA и PAA.
Експериментите за определяне на скоростта на изтичане на течност бяха проведени върху инсталация, която представлява стъклена тръба с вътрешно напречно сечение 3,2 cm 2 и височина 36 см. Във всички случаи слой от силициев диоксид или алумосиликати беше излят в тръбата до височина 3 cm (наричана по-нататък запълване). Обемът на дестилирана вода или разтвор, преминал през този слой, е 100 ml. Времето на изтичане на течността се измерва при постоянно налягане, поддържайки нивото на течността над твърдата фаза на 12 cm, което съответства на 1177 Pa. Времето на протичане на 100 ml дестилирана вода през необработения с реагенти филтърен слой („празен опит“) е 137 секунди.
Като реагенти са използвани разтвори на PAA с молекулно тегло 5×10 6 и плътност 1,27 g/cm 3 . Съдържанието на PAA в разтвора е 1.22 g/cm 3 . GOHA беше разтвор с вискозитет 40 Pa × s при температура 18 0 C,плътност 1,336 g/cm 3 , концентрация на алуминий 11,5 тегл.%, сухо вещество 48 тегл.%.
Един от тестваните материали беше калциниран и безкиселинен реактивен кварцов пясък. Размерът на пясъчните частици е 0,16-0,35 mm със средна специфична повърхност 0,9-1,9 m 2 /g. Ако приемем в първото приближение, че пясъчните частици са сферични, тогава при определяне на плътността на опаковане на силициевия диоксид може да се разглежда като глобуларен модел или модел на кухи цилиндри (капилярни модели). В първия случай порестата структура на среза е представена като подреждане на топки с еднакъв размер, в които самите дисперсионни частици служат като модел на елементарни частици на скелета, а празнината между тях е поресто пространство [1].
Цялата конструкция на глобуларния модел се определя от основния му параметър - размера на частиците и тяхната плътност на опаковката, характеризираща се с координационното число. Очевидно, колкото по-голям е размерът на частиците, толкова по-малък е радиусът на опаковъчните пори, което означава, че такава система има незначителна специфична повърхност и влиянието на факторите, свързани с фазовата граница, е минимално. Калцинираният кварцов пясък няма вътрешна пореста структура, следователно, имайки малка специфична повърхност, ефектът му върху процеса на желиране по време на взаимодействието на PAA и HOCA е незначителен.
За изследване на ефекта на HOCA, PAA и техните смеси върху процеса на разделяне на водата бяха приготвени работни разтвори на PAA с концентрация 0,12% и HOCA 12,3% по отношение на сухото вещество, което съответства на 2,3% за алуминия.
Първоначално през засипката се пропуска разтвор на PAA, след което се определя времето за изтичане на 100 ml вода. Беше 140 s, което почти съвпада с времето на "опит на празен ход", т.е. PAA в чиста форма не влияе на процеса на отделяне на водата.
Извършена е нова насипка от дисперсия от кварцов пясък и е обработена с работен разтвор на GOHA. Времето на изтичане на 100 ml вода е 166 s, т.е. чистата GOHA, подобно на чистата PAA, не влияе на процеса на разделяне на водата.
След това беше проведен експеримент върху комбинирания ефект на тези два реагента върху структурата на твърдата фаза, като същевременно се промени редът на обработка с пясък с разтвори на HOCA и PAA.
Първо пълнежът се третира с работен разтвор на PAA, а след това с GOHA и се поддържа за 20 минути в контакт с твърдата фаза. Филтрацията рязко намаля и достигна 6000 s. Тези. скоростта на филтриране намалява с 42,9 пъти.
След това променихме реда на подаване на реагентите и при същите условия въведохме първо GOHA, а след това PAA. Филтрирането на водата практически спря и възлиза на 6500 s, т.е. скоростта на филтриране намалява с 47,4 пъти.
По този начин беше установено, че само съвместният реагент, образуван от PAA и HOCA, влияе върху разделянето на водата и третирането първо с разтвор на HOCA и след това с PAA е за предпочитане, тъй като отделянето на вода в този случай е много по-малко.
Трябва да се отбележи, че при разтоварване на засипката, обработена първо с разтвор на PAA, а след това с GOHA, се наблюдава разхлабване на кварцов пясък. При промяна на реда на обработка на пясъчния слой с реагенти (първо GOHA, а след това PAA) беше забелязано, че пясъчните частици са в свързано състояние. Такова увеличаване на контакта между пясъчните частици може да бъде причинено от образуването на комплекс между HOCA и PAA [2].
Тъй като GOHA е силен електролит, той може да действа като неактивно вещество, което води до увеличаване на повърхностното напрежение на границата между частица кварцов пясък и разтвор на GOHA. Излишната свободна енергия води до по-интензивно взаимодействие между пясъчните частици и молекулите на комплекса,образуван от добавянето на PAA. Това намалява повърхностното напрежение, което допринася за образуването на гел в каналите с плътно опаковане на частиците от дисперсната фаза.
Така, когато кварцовият пясък се третира първо с разтвор на PAA и след това с GOCA, в порите на опаковката от дисперсионни частици се образува комплекс PAA-GOCA с гелообразна структура. Това, очевидно, води до блокиране на междуконтактните обеми в плътна опаковка от частици кварцов пясък.
По време на експериментите беше забелязано, че скоростта на образуване на комплекса зависи от температурата и концентрацията на разтворите на HOCA и PAA, следователно в следващата серия от експерименти концентрацията на PAA беше удвоена (0,24%), а концентрацията на HOCA беше оставена същата. Пълнежът от кварцов пясък беше заменен с нов и температурата беше настроена на 16 0 С. Времето за изтичане на 100 ml вода беше 150 s. Пясъкът се третира с разтвор на GOHA и след това с 0,24% PAA. След 20 минути контакт, времето за филтриране се увеличава до 200 s. Въпреки че увеличението с течение на времето е незначително, то все още е по-високо, отколкото в случай на използване на 0,12% PAA.
До известна степен ускореното филтриране на водата в този случай може да се дължи на факта, че не всички PAA се свързват с комплекса под формата на гел. Очевидно излишъкът от PAA насърчава отделянето на водата, както всяко повърхностно активно вещество.
Беше отбелязано също, че скоростта на филтриране също зависи от времето за контакт на GOHA и PAA с кварцов пясък. Следователно сместа от тези реагенти се оставя в контакт с кварцов пясък за 48 часа, след което се определя времето за филтриране. Беше 5040 s, което е значително по-малко от времето на предишния експеримент при концентрация на PAA от 0,12% и температура от 18 0 C.
Тъй като кварцовият пясък няма пореста структура, контактът между PAA и HOCA разтворите се определя само от плътносттаопаковане на дисперсионни частици. Стените на кладенците, състоящи се от алумосиликатни скали, имат значително по-голяма специфична повърхност. Предполага се, че увеличаването на специфичната повърхност на засипката трябва да доведе до увеличаване на хидроизолационния ефект. За да се потвърди това, беше проведена серия от експерименти, в които алумосиликатната марка POROKHROM-111 с размер на частиците 0,4-1,0 mm и специфична повърхност 300-400 m 2 /g (TU 8P 525-71) беше избран като модел. Концентрацията на използваните реактиви остава същата – 0,24% PAA и 12,3% GOHA в сухо вещество. Височината на засипката е увеличена до 4,0 cm. скоростта на водния поток през необработения алумосиликат се оказа 3,7 пъти по-малка, отколкото при засипването с кварцов пясък, който има малка специфична повърхност. Ускоряването на отделянето на водата по време на филтриране може да се дължи на факта, че капилярите на алумосиликатите съдържат въздух, което води до намаляване на площта на контакт на водата с повърхността на твърдата фаза поради намаляване на омокряемостта на стените на капилярите.
След това алумосиликатът се третира с разтвор на GOHA, задържан за 20 минути, след което се въвежда разтвор на PAA. Отделянето на водата спря веднага, т.е. много по-бързо отколкото с кварцов пясък. Увеличаването на времето за контакт до 22 часа не доведе до видима промяна, тъй като нивото на водата в устройството остана на първоначалното си ниво.
Може да се предположи, че GOHA, като неактивно вещество, лесно прониква в капилярите, омокря ги и следователно увеличава повърхностното напрежение на границата твърдо-течно. Тези. Молекулите GOHA изглежда създават матрица и въведената тогава PAA бързо образува комплекс с нея. Това е възможно благодарение на значително по-високатаконцентрация на HOCA молекули на фазовата граница, отколкото когато те влизат в контакт с PAA в обема поради бавната дифузия на последния. В резултат на това тесните пори на адсорбента (което се указва от голяма специфична повърхност) се запълват с гел, което допринася за блокиране на капилярите и следователно за намаляване на отделянето на вода.
За да се потвърди ефектът на порьозността на почвата върху водопропускливостта, бяха проведени експерименти с алумосиликат, който има малък размер на частиците и голяма специфична повърхност. За такъв модел е избран носителят за газова хроматография CYEZASORB-AW на чехословашката фирма CHEMAPOL. Размерът на частиците на този алумосиликат (0,25-0,36 mm) е същият като този на кварцовия пясък, но с много по-голяма специфична повърхност (650 m 2 /g), която е 1,6-2,2 пъти по-голяма от тази на POROCHROMA-111.
Експериментът беше проведен както в предишния случай при температура 16 0 С с височина на филтърния слой 4 см. Времето на „празния експеримент“ беше 69 s, което може да се дължи на лоша омокряемост на праха поради наличието на адсорбиран въздух в порите. По същата причина е възможно разхлабване на засипката, т.к. голямо количество въздух допринася за намаляване на привидната плътност на дисперсията, което също се показва от факта, че част от дисперсията плава. Това доведе до необходимостта от увеличаване на времето за контакт на дисперсията с HOCA и PAA разтвори.
Работните разтвори на GOHA и PAA бяха взети в същата концентрация, както при експериментите с ХРОМ НА ПРАС. Първо, дисперсията се третира с разтвор на GOHA в продължение на 30 минути, както в случая с ХРОМА НА ПРАХ. Времето за изтичане на 100 ml вода намалява и възлиза на 54 s. Запълването отново се третира с разтвор на GOHA за 30 минути и след това с разтвор на PAA. След 10 min контакт времето за филтриране на 100 ml вода се оказва 495 s, т.е. има тенденция за образуване на гел в порите на запълването.
Заменя натоварването с CYEZASORB-AW прах, обработен в посочения по-горе режим и оставен за 22 часа. Филтрацията практически спря и след 92 часа беше само около 100 ml вода.
По този начин, в сравнение с кварцовия пясък, който има малка специфична повърхност, скоростта на отделяне на водата намалява с 65,7 пъти. Следователно, увеличаването на специфичната повърхност, а оттам и на порьозността на праховата дисперсия, допринася за по-добро образуване на гел по време на взаимодействието на HOCA и PAA. Както показахме по-рано [3], алумосиликатите и неорганичните соли също допринасят за прехода на HOCA в твърдо състояние.
1. Kheifits L.I., Neimark A.V. Многофазни процеси в порести тела. - М., Химия, 1982. - С. 320.
2. Радченко С.С. Синтез на композитни реагенти на базата на акриламид и алуминиев хидроксохлорид и изследване на техните флокулиращи свойства / Радченко S.S., Bykadorov N.U., Novakov I.A. // сб. „Химия и технология на елементоорганични мономери и полимерни материали”. - Волгоград: РПК, 2001. - С. 172-176.
3. Новаков И.А., Быкадоров Н.У., Радченко С.С. и др.. Метод за получаване на твърд хлорсъдържащ коагулант // Патент България № 2210539. 2003. Бул. № 23.