مجله هندی فناوری شیمیایی
جلد. 4، مارس 1997، pp سنتز و ارزیابی پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده (PHPA) به عنوان ویسکوزیفایر در سیالات حفاری مبتنی بر آب A Borthakur، SR Dutra Choudhury'” P Sengupta’، KV Rao’ & MC Nihalani” “آزمایشگاه تحقیقات منطقه ای، جورهات، هند “Oil India Limited, Duliajan, Assam, India دریافت در 30 آوریل 1996؛ پذیرش در 16 سپتامبر 1996 پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده (PHPA) با وزن مولکولی بالا (106) تهیه شده است و کارایی آن به عنوان ویسکوزیفایر در حفاری بر پایه آب ارزیابی شده است. هنگامی که PHPA به سیستم گل بنتونیت اضافه می شود، باعث ایجاد قوز ویسکوزیته می شود که نشان دهنده اثر کپسوله سازی است.نقطه تجزیه قوز با غلظت گل جامد و همچنین با وزن مولکولی پلیمر متفاوت است. سیستم گل پلیمری غیر نیوتنی است.
در طبیعت گل پلیمری فرموله شده حاوی PHPA به عنوان ویسکوزیفایر، کربوکسی متیل سلولز (cmc) / سلولز پلی آنیونی (pac) به عنوان عامل کاهش اتلاف سیال، نمک سدیم آسفالتین سولفونه شده به عنوان تثبیت پوسته بنتونیت به عنوان سازنده و باریت به عنوان ماده با چگالی بالا در دمای اتاق و پس از پیری در C مورد ارزیابی قرار گرفتند. سیستم گل پلیمری را می توان در مخازن با دمای زیر 120 درجه سانتیگراد استفاده کرد. CMC. سیال حفاری که معمولاً به عنوان گل حفاری شناخته می شود در حفاری چاه های نفت و گاز استفاده می شود. هدف از سیال حفاری خنک کردن و روغن کاری مته، تعلیق قلمه های سازند و بلند کردن آنها به سطح است.
همچنین برای جلوگیری از اتلاف آب و سیالات حفاری در سازندی که از طریق آن سوراخ مته حفاری می شود استفاده می شود و ورود مایعات به داخل سوراخ سوراخ را از سازند که در حین حفاری l – 3 نفوذ می کنند را کنترل می کند. سیال حفاری طراحی شده است. تیکسوتروپیک بودن، یعنی داشتن ویسکوزیته بالا در شرایط برشی کم در حین حرکت به سمت بالا که مواد جامد معلق حامل چاه را حمل می کند و تحت شرایط برشی بالا در نزدیکی مته که حرکت سریع سیال برای خنک کردن مته لازم است، ویسکوزیته پایینی داشته باشد. در طراحی گل حفاری مناسب، اهمیت قابل توجهی در استفاده از فناوری گل پلیمری قابل قبول برای محیط زیست داده شده است. هم می توان از گل های مبتنی بر آب و هم از گل های روغنی استفاده کرد. اما گل‌های مبتنی بر آب دارای مزایایی نسبت به گل‌های مبتنی بر نفت هستند. یک گل حفاری معمولاً از یک ویسکوزیفایر، یک دفلوکولانت/رقیق کننده، یک عامل کاهش اتلاف فیلتر و یک تثبیت کننده شیل تشکیل شده است.
باریت به عنوان ماده با چگالی بالا در ارتباط حاضر، مطالعاتی در زمینه تهیه پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده
و کاربرد آن به عنوان ویسکوزیفایر با استفاده از بنتونیت به عنوان سازنده گزارش شده است. رفتار رئولوژیکی گل پلیمری و پایداری دمایی آن در دماهای مختلف بررسی شده است. این ویسکوزیفایر در حضور گل کاملا فرموله شده نیز مورد مطالعه قرار گرفته است edure پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده (PHPA) با پلیمریزاسیون آکریل آمید و به دنبال آن هیدرولیز جزئی تهیه شد. پلیمریزاسیون محلولی مونومر آکریل آمید با استفاده از آغازگرهای ردوکس در محیط آبی گزارش شده است:
“. مونومر آکریل آمید تبلور مجدد (0.28 متر) در آب مقطر بدون گاز حل شد. پرسولفات پتاسیم (0.074 متر مول) و متابی سولفیت سدیم (0.074 متر مول) در حین هم زدن محلول با یک همزن مکانیکی در دمای 35 درجه سانتیگراد به مدت 5 ساعت، اضافه شدند.
ph محلول با افزودن دیل در ph اسیدی 5 حفظ می شود. H 2 S0 4 در صورت نیاز. محلول نهایی کاملا شفاف و بسیار چسبناک بود. پلی آکریل آمید به دست آمده با رسوب در متانول جدا شد. در آون خلاء به مدت 6-5 ساعت در دمای 60 درجه سانتیگراد خشک شد. حدود 85-80 درصد پلیمر به دست آمد. سپس هیدرولیز قلیایی پلیمر با استفاده از 2% انجام شد.
2 84 هندی 1. شیمی. TECHNOL.، مارس 1997 جدول PHPA I-ویژگی های فیزیکی پلیمر PHPA درجه هیدرولیز، % I IT III 35.6 :n : = 6.8 x 10-4 Mfil 66 وزن مولکولی، Mnx جدول 2- توزیع وزن مولکولی پلی آکریلامید پلی آکری آمید پلی آکریل آمید n III IV Y، % MY، % MY، % MY، % MI II III Y = بازده، M = وزن مولکولی. ~… ~.. ~r , — 4 I Benlollill + 6 I BenlOnl. *’ 8 I Benlollill -G 101 IIInlollllll 30 20،…!o! j Q. در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 8-10 ساعت تا زمانی که تکامل گاز آمونیاک متوقف شود. مقدار محاسبه شده محلول NaOH استفاده شد. محصول هیدرولیز شده (PHPA) سپس با رسوب در متانول بازیابی شد و در آون خلاء به مدت 5 ساعت در دمای 60 درجه سانتیگراد خشک شد. وزن مولکولی پلی آکریل آمید با روش ویسکومتری تعیین شد. ویسکوزیته ذاتی:1]:
در نرخ های برشی بالا پس از رسیدن به رفتار نیوتنی تعیین شد.ویسکومتر بروکفیلد مدل LVlDII مجهز به آداپتور UL برای تعیین ویسکوزیته محلول استفاده شد.درجه هیدرولیز PHPA با تخمین مقدار نیتروژن تعیین شد. با استفاده از روش Kjeldahl مشخصات PHPA در جدول 1 ارائه شده است. توزیع وزن مولکولی پلی آکریل آمید به روش تفکیک بررسی شد.حدود 10 گرم پلی آکریل آمید در 500 میلی لیتر آب مقطر حل شد تا محلول 2 درصد به دست آید و سپس در یک محلول گرفته شد. فلاسک ته گرد سه گردن مجهز به همزن مکانیکی و یک واحد کنترل دما.دمای دستگاه در دمای 25 درجه سانتیگراد حفظ شد.متیل الکل به صورت قطره ای به شکل برت در p واحد واکنش در حالی که پلی آکریل آمید به طور مداوم با همزن مکانیکی هم زده می شد.
هنگامی که محلول کدر شد،
افزودن متانول متوقف می شود. دمای واحد افزایش یافت تا محلول شفاف شود. سپس تا دمای 25 درجه سانتیگراد خنک شد و اجازه داد 1/2 ساعت بماند. رسوب فیلتر شده، در یک کوره خلاء خشک شده و برای تعیین وزن مولکولی پردازش شد. محلول باقی مانده در فلاسک مجدداً با افزودن قطره‌ای متیل الکل تحت درمان قرار گرفت. در مجموع چهار بخش از هم جدا شدند.
وزن مولکولی هر بخش و بازده آنها (%) در جدول 2 نشان داده شده است. ویسکوزیته ظاهری (AV)، ویسکوزیته پلاستیک (PV) و مقدار تسلیم (YV) سیستم گل بنتونیت – PHPA با استفاده از ویسکومتر Fann نوع 35.SA ارزیابی شد. . پایداری حرارتی محلول PHPA در یک راکتور فشار Parr در دمای مناسب ارزیابی شد. گل های کاملا فرموله شده با استفاده از PHPA سنتز شده به عنوان ویسکوزیفایر، سلولز پلی آنیونی (PAC) یا کربوکسی متیل سلولز (CMC) به عنوان عامل کنترل اتلاف سیال و نمک سدیم آسفالتین سولفونه به عنوان تثبیت کننده شیل تهیه شدند.
برای افزایش وزن مخصوص گل ها از باریت استفاده شد. خاک رس بنتونیت با گرید گل حفاری مطابق با مشخصات موسسه نفت آمریکا، پس از هیدراته شدن کامل به عنوان مصالح ساختمانی گل پایه استفاده شد. گل تهیه شده حاوی حدود 4% بنتونیت، 0.2% PHPA، 1.5% آسفالتین سولفونه و مقدار کافی باریت برای ایجاد وزن مخصوص گل 1.2 بود. غلظت PAC/CMC برای ارزیابی اثربخشی آن به عنوان عامل کنترل کننده اتلاف مایع متفاوت بود. ویژگی‌های اتلاف سیال گل‌ها در فشار دیفرانسیل psi 100 با استفاده از دستگاه کاهش سیال API (NL Baroid مدل 44000) تعیین شد. ویژگی های رئولوژیکی، خاصیت از دست دادن سیال و آزادسازی آب آزاد
3 BORTIlAKUR و همکاران: پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده 85 16r ~ نتایج و بحث وابستگی غلظت پلیمر PHPA به ویسکوزیته پلاستیکی سیستم گل در شکل 1 نشان داده شده است. ویسکوزیته به سرعت با افزایش مقدار ماده داک افزایش یافت و سپس غلظت پلیمر به حداکثر رسید. قوز، با این حال، افزایش بعدی در ویسکوزیته با افزایش غلظت آهسته بود.
قوز ویسکوزیته با نقطه شکست در گل‌های جامد کم مطالعه شده تا غلظت 10 درصد بنتونیت مشاهده شد. مشاهده شد که نقطه شکست با غلظت جامد (شکل 1) و همچنین با وزن مولکولی PHPA (شکل 2) تغییر می کند. با افزایش غلظت گل جامد، نقطه شکست به غلظت بالاتر PHPA منتقل شد. اثر مشابهی با افزایش وزن مولکولی پلیمر PHPA مشاهده شد.
به خوبی ثابت شده است که ذرات بنتونیت موجود در سیستم گل پلیمری بسیار ناهمبعد هستند.
به دلیل برهم کنش بین نیروهای سطحی جذاب و دافعه بین لایه دوگانه الکتریکی، می تواند ساختاری با غلظت جامد بسیار کم بسازد. با توجه به این پدیده پلیمر PHPA می تواند 00r , 80 _60-4 1II1IIII1II BllllIIIIIIII * 8 1 بنتونی را محصور کند. -& 101 Blnllllll ~-!! PHA\( +- PHPAII…. PHPAlIi o~~–~–~~–~–~~–~ pt9 CcIIICetltntloll,lIdL شکل 2-وابستگی غلظت به ویسکوزیته پلاستیک PHPA با مول متفاوت. وزنی، در گل بنتونیتی در دمای 30 درجه سانتیگراد، زمان گل تهیه شده در دمای اتاق و پس از پیری در دمای بالا در شرایط نورد در آون غلتکی تعیین شد.
–~–~–~ o ~~~~~ u ~~ u ptr CIIIt ti شکل 3-وابستگی غلظت به نقطه تسلیم PHPA I در گل بنتونیت در دمای 30 درجه سانتیگراد باعث لغزش تولید بنتونیت در سازند حفاری شده شد. به نظر می رسد که این اثر نشانه واضحی از توزیع یکنواخت پلیمر در گل بنتونیت باشد. همانطور که انتظار می رفت، قوز مشابهی نیز در نمودارهای نقطه تسلیم (YP) در مقابل غلظت پلیمر (شکل 3) و برای ویسکوزیته ظاهری (شکل 3) مشاهده شد. غلظت بنتونیت یکی از معیارهای اصلی برای تهیه گل پلیمری است. افزایش یافت. خاک رس بنتونیت از ذرات تخت و صفحه مانند با دو سطح مختلف تشکیل شده است.
سطح صورت یا مسطح بار منفی دارد و سطح لبه بار مثبت دارد. همچنین دارای کاتیونی است که مولکول های رس را احاطه کرده است. اما سطح مسطح تری در معرض دید و در نتیجه بارهای منفی بیشتری دارد. بنابراین میدان الکتریکی احاطه کننده مولکول های رس است. عمدتا منفی است که یک اثر خالص دفع کننده ذرات ایجاد می کند. PHPA در آب یونیزه می شود و بارهای منفی که توسط عملکردهای آکریلات مولکول های PHPA حمل می شوند یکدیگر را دفع می کنند. بنابراین، یک اثر دافعه قوی بین عملکرد آکریلات پلیمرها و سطح یا سطح مسطح گل بنتونیت وجود دارد. در نتیجه یک شکل گسترده از زنجیره پلیمری در گل بنتونیت وجود دارد که حداکثر حجم هیدرودینامیکی تولید می کند و بنابراین 4 86 INDIAN J. CHEM. TECHNOL.، مارس 1997 جدول 3- پارامترهای رئولوژیکی محلول PHPA II در بنتونیت 4% (دمای آزمایش = 30 درجه سانتیگراد) PHPAI AV,cP PV,cP YP, Gel 0, Gel 10, conc., g/dl Ib/100ft 2 Ib/100ft 2 Ib/l00ft S ویسکوزیته. این اثر با افزایش غلظت بنتونیت تا یک نقطه اشباع، یعنی غلظت بحرانی بنتونیت که فراتر از آن افزایش ویسکوزیته ناچیز است، افزایش خواهد یافت. از شکل 1 به نظر می رسد که 8 درصد بنتونیت غلظت بحرانی PHPA I است. بالاتر از این غلظت، افزایش ویسکوزیته به دلیل افزایش بنتونیت آزاد است. توزیع وزن مولکولی PHPA نقش مهمی در ایجاد گل پلیمری ویسکوز دارد. مشاهده شده است (شکل 2) که تغییر ویسکوزیته برای PHPA I به PHPA II بیشتر از PHPA II به PHPA III است.
این به دلیل وجود مقدار زیادی پلیمر با وزن مولکولی کم «10 6» است.
داده های جدول 2 نشان می دهد که PHPA I حاوی 63٪ پلیمر با وزن مولکولی کم است، اما این مقدار برای PHPA II به 50٪ کاهش می یابد و 30٪ متعلق به PHPA III است. بنابراین حدود نیمی از پلیمر دارای وزن مولکولی بالا (> 106) برای PHPA II است. این دلیلی برای چنین تفاوتی در ویسکوزیته برای PHPA II و PHPA I است. پس از به دست آوردن 50٪ پلیمر با وزن مولکولی بالا، افزایش ویسکوزیته با 70٪ پلیمر موجود در PHPA III چندان قابل توجه نیست.
از آنجایی که PHPA باید وزن مولکولی بالایی داشته باشد (= 3 X 10 6 ) برای کارایی بهتر به عنوان افزودنی گل حفاری II. گل پلیمری PHPA رفتار تیکسوتروپی از خود نشان داد. چندین نویسنده رفتار رئولوژیکی گل پلیمری را با نسبت YP/PV I2،13 مشخص کردند. PV پایین و YP بالا برای تمیز کردن سوراخ بهتر بدون از دست دادن اصطکاک بیش از حد در رشته مته و فرسایش سیال حلقوی سوراخ چاه مطلوب است. سیستم گل ایده آل باید YP/PV> 1 داشته باشد. پارامترهای رئولوژیکی مانند YP، PV، AV، قدرت اولیه ژل (ژل 0) و استحکام ژل پس از 10 دقیقه (ژل 10) در جدول 3 به عنوان تابعی از غلظت ارائه شده است. پلیمر اگرچه استحکام اولیه ژل کم است، اما استحکام ژل پیشرونده بعد از 10 دقیقه، به عنوان مثال، ژل 10 به اندازه ای بالا است که گل جامد را به حالت تعلیق درآورد و قلمه های مته را در شرایط ایستا معلق کند. از جدول 3 به نظر می رسد که در غلظت پایین نسبت YP/AV را می توان نزدیک به یک نگه داشت، به خصوص در غلظت قوز یا در غلظت بالاتر حدود درصد پلیمر.
با این حال، در غلظت کم (200 پی پی ام) شکستن نقطه تشکیل قوز آغاز می شود. بنابراین بهتر است در گل بنتونیت 4 درصد از غلظت پلیمر بالاتر 0.3 یا 0.4 درصد استفاده شود. مولکول پلیمر PHPA می تواند بر روی ذرات رس در معرض پل ها چسبیده یا جذب شود. با افزایش درجه هیدرولیز، پل زدن نیز افزایش می یابد و در نتیجه ویسکوزیته گل افزایش می یابد.
اما پل های پلیمری بین ذرات رس تا درجه خاصی از هیدرولیز PHPA افزایش می یابد.
جذب PHPA بر روی سطوح رسی افزایش می یابد و باعث تولید سنگدانه های اشباع می شود. مشخص شد که درجه هیدرولیز بهینه برای PHPA 30 درصد است. در کار حاضر، PHPA با درصد هیدرولیز نیز مورد بررسی قرار گرفت، اما مشاهده شد که تفاوت در مقدار رئولوژیکی با PHPA 60 درصد و 30 به دست آمد. درصد PHPA ناچیز است پایداری حرارتی گل PHPA با نگهداری محلول در دمای آزمایش به مدت 16 ساعت در سلول بررسی شد.
همانطور که در جدول 4 در دمای 100 و 120 درجه سانتیگراد ارائه شده است پارامترهای رئولوژیکی مانند AV، PV، YP به اندازه کافی پایدار هستند. فقط تغییرات جزئی.اما در دمای 140 درجه سانتیگراد AV، PV و YP کمتر هستند که نشان دهنده تجزیه پلیمر است.تغییر اتلاف سیال برای این سیستم تنها با افزایش دما ناچیز است.این مطالعات نشان می دهد که پلیمر PHPA را می توان به عنوان ویسکوزیفایر در گل حفاری در دمای 120 درجه سانتیگراد و کمتر از آن. اما مقدار بالای تلفات سیال نشان می دهد که پلیمر PHPA برای کاربرد موفقیت آمیز نیاز به افزودنی از دست دادن سیال دارد.
همانطور که در بالا گفته شد PHPA تنها جزء مورد استفاده در سیستم های گل پلیمری نیست. تثبیت کننده های شیل، عامل کاهش اتلاف سیال، تینرها، باریت و بنتونیت علاوه بر ویسکوزیفایر. از این رو ویژگی های رئولوژیکی گل پلیمری به شدت تحت تأثیر گنجاندن این مواد قرار می گیرد. همانطور که در جدول 5 ارائه شده است، کارایی PAC به عنوان افزودنی از دست دادن مایع بهتر از CMC در سیستم های گل فرموله شده است. به نظر می رسد که 0.2٪ PAC برای ایجاد رفتار رئولوژیکی ایده آل در گل پلیمری تیمار شده با PHPA I و PHPA II هم در دمای اتاق و هم پس از پیری در دمای 80 درجه سانتیگراد کافی است. اما پارامترهای رئولوژیکی در دمای 120 درجه سانتیگراد بدتر می شوند. در واقع یک گل پلیمری حاوی 0.2 است. درصد PHPA IIPHPA II، 0.2 درصد PAC، 1.5 درصد آسفالتین سولفونه و 4 درصد بنتونیت، با مقدار مورد نیاز باریت منجر به YP/PV > 1 شد.
5 BORTHAKUR et al.: PARTIALLY HYDROLYSED POLYACRYLAMIDE 87 جدول 4-پایداری حرارتی محلول PHPA در بنتونیت 4 درصد (دمای آزمایش = 30 درجه سانتیگراد) اولیه پس از پیری PHPA AV,cP PV,cP YP,lbll00,cPL Test 2 PV,cP YP,lb/100ft 2 FL,ml conc. % temp.x’ 1/ II/O جدول 5-رئولوژی گل PHPA فرموله شده. (دمای آزمایش = 30 درجه سانتیگراد) PHPA، PAC، CMC، Ag.temp.، AV، rv، YP، FL، ژل 0، ژل 15، % 0/0 0/0 C cp cp Ib/100ft 2 ml Ib/100ft 2 Ib/100ft 2 PHPAI، PHPAII PHPAI PHPAII I9 PHPAIII در دمای اتاق و همچنین پس از پیری در 80 درجه سانتیگراد. ژل 0 و ژل 10 به اندازه کافی بالا هستند با از دست دادن مایع قابل تحمل 6.0-S.SmL.
با PHPA پلیمر CMC به عنوان از دست دادن سیال ارزش رئولوژیکی ایده آل تولید می کند، اما نمی تواند اتلاف سیال را محدود کند. سیستم گل نیز لخته شد و ناسازگاری CMC را به عنوان افزودنی از دست دادن سیال نشان داد. نتیجه گیری با وزن مولکولی بالا (106) PHPA را می توان به عنوان ویسکوزیفایر در گل حفاری مبتنی بر آب تا دمای مخزن زیر 120 درجه استفاده کرد. هنگامی که PHPA به گل بنتونیت اضافه می شود، یک قوز ویسکوزیته ایجاد می کند که نشان دهنده اثر کپسوله سازی است.
اثر کپسولاسیون تحت تأثیر غلظت بنتونیت
و وزن مولکولی PHPA است. در گل فرموله شده PAC با سیستم گل PHPA سازگارتر از CMC به عنوان عامل کاهش اتلاف سیال است. قدردانی نویسندگان از دکتر Anil C Ghosh، مدیر RRL، Jorhat برای ارائه تسهیلات قدردانی می کنند. منابع 1 Lundie PR, Drilling Fluids: A Chachist to the chhemist in Chemicals in the Oil Industry, ویرایش شده توسط Ogden PH (Proc 3rd Int Symp, Royal Society of Chemistry, Special Publication No 67, Burlington House, UK), Irvin HB, Stahl GA & Clark E, US Pat, 4604, 216, (به Phillips Petroleum Company, USA), 5 اوت 1988.
6 88 INDIAN J. CHEM. TECHNOL.، MARCH Gray GR & Darley HCH، ترکیب و خواص سیالات حفاری چاه نفت، (Gulf Publishing Company، هاوستون، تگزاس)، 1981، 1. 4 Bleier R, Leuterman AJJ & Stark C, 1 Pet Technol; 45 (1993)6. 5 Parker RC, The Market for Chemicals in Oil Industry in Chemicals in the Oil Industry, ویرایش شده توسط Ogden PH, (انجمن سلطنتی شیمی. انتشارات ویژه شماره 45. Burlington House, UK), Chadwick CE, Oil Gas 1,79 (1981) Kulicke WM & Hoerl HH, Colloid Pol Sci, 263 (1985) SchroederD EJr, ChemAbstr, 111 (1984) Login RH & Anchor MJ, Chem Abstr, 102 (1985) Shawki SM & Hamiele; 23 (1979) Clark RK، Scheuerman RF، Rath H & van Laar HG، 1 Pet Technol; 28 (1976) Singh PK, Pandey A & Sarrnah VP, Res Inti, 37 (1992) Hemphill T, Campos W & Pilehvari AF, Oil Gas 1, 91 (1993) Sheu JJ & Perricone AC, مقاله ارائه شده در کنفرانس فنی سالانه 63 و “نمایشگاه، (انجمن مهندسان نفت) که در هوستون، تگزاس، اکتبر 1988 برگزار شد.