СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ВОДНОГО РАСТВОРА ПОЛИАКРИЛАМИДА
METHOD TO STABILISE AQUEOUS SOLUTION OF POLYACRYLAMIDE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения нефтеотдачи пластов.
Вытеснение вязких нефтей водой сопровождается быстрым прорывом воды в продуктивные скважины при разработке даже сравнительно однородных пластов, результатом чего является их низкая нефтеотдача. Для повышения эффективности вытеснения нефти применяют способы, позволяющие искусственно снижать соотношение вязкости нефти к вязкости воды путем загущения воды химическими реагентами. Одним из таких реагентов является синтетический высокомолекулярный полимер полиакриламид.
При использовании полимеров в качестве загустителей воды для повышения коэффициента вытеснения нефти необходимо учитывать качество получаемых при этом растворов, которое зависит от стабильности реологических свойств полученных растворов, т.е. в значительной степени зависит от химических процессов, протекающих в растворах под влиянием различных воздействий.
Соединения, применяемые в качестве стабилизаторов, являются, как правило, замедлителями цепных реакций распада полимера. На практике в большинстве случаев используется метод подавления цепных реакций.
Известно много веществ, используемых в качестве стабилизаторов растворов. Стабилизаторы, применяемые для замедления окислительной деструкции, называются антиоксидантами. Особенно эффективна стабилизация полимеров смесями антиоксидантов, называемых синергическими смесями, когда их концентрация в полимере не превышает определенного значения, называемого критической концентрацией. Защита растворов от старения под действием озона достигается введением антиозонантов. Для повышения стойкости полимеров к радиоактивному излучению применяют вещества, называемые антирадами. При выборе стабилизатора учитывают его эффективность, технологичность применения, токсичность, стоимость и другие факторы.
Известен способ стабилизации водных растворов биополимеров и полимеров акриламида путем обработки этанолом (А.с. №1754741, C08L 33/26, опубл. 1991.08.15), в котором обработку полимеров ведут при массовом соотношении полимер акриламида: биополимер: этанол, равном (0,01-0,10):(0,001-0,02):(0,20-1,70), при перемешивании с последующим растворением образующейся дисперсии в воде. Данное изобретение позволяет повысить эффективность стабилизации полимеров. Однако, стабилизированный известным способом полимерный состав получается многокомпонентным, что является недостатком указанного способа.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является способ стабилизации раствора полимера (А.с. №1716861, E21B 43/22, опубл. 1995.08.20), в котором стабилизацию осуществляют путем введения в раствор полимера полигексаметиленгуанидина молекулярной массой 20-50 тыс. Концентрация полигексаметиленгуанидина в растворе полимера равна 10-100 мг/л. Недостатком известного способа является его низкая эффективность, обусловленная снижением вязкости полученного по способу раствора, а также наличием операции нагрева массы раствора.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа стабилизации водных растворов полиакриламида, используемых для повышения нефтеотдачи пластов.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является сокращение энергоемкости и времени приготовления раствора, сохранение реологических свойств водных растворов полиакриламида в течение длительного времени, а также повышение эффективности использования получаемого раствора за счет стабилизации его динамической вязкости.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе стабилизации водного раствора полиакриламида, который приготавливают с концентрацией полиакриламида в воде от 0,15 до 0,30 мас.%, полиакриламид в полученном водном растворе диспергируют путем перемешивания полученного водного раствора с угловой скоростью от 14000 об/мин до 17000 об/мин.
На фиг.1 представлена зависимость реологических свойств, в частности динамической вязкости, от массы приготавливаемого раствора.
На фиг.2 - изменение динамической вязкости водных растворов полиакриламида с массовой концентрацией полиакриламида 0,15%, 0,25% и 0,30%, приготовленных с угловой скоростью вращения ротора миксера 14000 об/мин, в зависимости от времени хранения растворов.
На фиг.3 - зависимость коэффициента вытеснения вязкой нефти различными агентами (вода, водный раствор полиакриламида) от прокачанного объема пор.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Взвешенную на аналитических весах навеску поликриламида помещают в стакан из нержавеющей стали и заливают расчетной порцией дистиллированной воды для получения водного раствора полиакриламида с массовой концентрацией от 0,15% до 0,30%. Затем стакан вставляют в миксер и смесь перемешивают в течение 15 мин с угловой скоростью вращения ротора миксера от 14000 об/мин до 17000 об/мин. Полученные водные растворы полиакриламида при комнатной температуре и атмосферном давлении в плотно закрытых стеклянных сосудах выдерживают в течение суток в темном месте.
Таким же образом приготавливают составы для лабораторных исследований с массой водного раствора полиакриламида 200 г, 300 г и 400 г.
По данным, полученным экспериментальным путем, строится график зависимости динамической вязкости от массы приготавливаемого водного раствора полиакриламида.
Стабильность реологических свойств водных растворов полиакриламида в зависимости от времени хранения раствора оценивают по изменению динамической вязкости через 1, 10, 35, 77, 96, 111, 195, 294 и 369 суток с момента приготовления растворов.
Кинематическую вязкость определяют с помощью стеклянного капиллярного вискозиметра Оствальда по известной методике (ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94) Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости). Плотность раствора определяют посредством плотномера ANTON PAAR DMA - 58. Динамическую вязкость растворов определяют расчетным путем (умножением кинематической вязкости на плотность раствора).
Анализ результатов проведенных экспериментов показывает, что изменения значений динамической вязкости водных растворов полиакриламида массовой концентрации от 0,15% до 0,30%, приготовленных с угловыми скоростями вращения ротора 14000 об/мин и 17000 об/мин, за весь период наблюдений составили 3,2% и 3,3% соответственно. В интервале угловых скоростей вращения ротора от 14000 об/мин до 17000 об/мин наблюдается стабилизация реологических свойств исследуемых водных растворов полиакриламида практически с момента приготовления и в течение всего периода наблюдений. Незначительные отклонения значений вязкости от исходных величин связаны с наличием примесей в полиакриламиде, которые способны играть роль инициаторов процесса распада полимера, а также с колебаниями температуры и с погрешностью измерения кинематической вязкости.
Оценку эффективности вытеснения вязкой нефти различными агентами производят методом физического моделирования с использованием модели пласта длиной 1 м. Пористая среда модели и термобарические параметры близки к натурным пластовым условиям нефтегазоконденсатного месторождения (с учетом неоднородности натурного пласта). В качестве вытесняющих агентов разной вязкости используют воду и стабилизированный водный раствор полиакриламида. Полный коэффициент вытеснения нефти стабилизированным водным раствором полиакриламида составил 79%, а водой - 28%.
Таким образом, для получения водных растворов с различной концентрацией полиакриламида, обладающих стабильными реологическими свойствами, экспериментальным путем устанавливают оптимальную массу приготавливаемого раствора, угловую скорость вращения ротора миксера и время перемешивания. Исходя из особенности строения полимера (в данном случае полиакриламида), состоящего из звеньев цепи и самой цепи, которые значительно отличаются друг от друга своими размерами, а следовательно, и подвижностью, т.к. звенья химически связаны в очень длинные цепи и их подвижность сильно ограничена, можно предположить, что регулирование угловой скорости вращения ротора миксера есть не что иное, как регулирование скорости сдвига структурных элементов молекулы и сокращение времени перегруппировок (релаксации).
Оптимальная масса приготавливаемого водного раствора полиакриламида выбирается в зависимости от необходимой для разработки пласта динамической вязкости данного раствора с помощью графика, построенного по данным, полученным экспериментальным путем (фиг.1).
На нефтяных месторождениях водные растворы полиакриламида необходимых концентраций можно готовить заранее в требуемых количествах и хранить длительное время.
Реализация предлагаемого изобретения повышает эффективность использования получаемого водного раствора полиакриламида в нефтегазодобывающей промышленности для повышения нефтеотдачи пластов.