NO813343L - Hoeypolymeropploesninger med forhoeyet stroemningsmotstand og fremgangsmaater til deres fremstilling - Google Patents

Description

Det er kjent at væsker med et meget lite inn-

hold av høypolymere (ppm-området) har spesielle strømnings-egenskaper. Således opptrer eksempelvis overordentelige strømningsmotstandsøkninger når disse oppløsninger strømmer gjennom konvergerende eller divergerende strømningsfelt. Strømningsformer av denne type innstiller seg bl.a. ved inngangsstrømning av et større reservoar til et snevert rør, eller i en ringspalte, samt ved gjennomstrømning av en hullblende. Ytterligere typiske"eksempler er bore- og filter strømninger i det væsken strømmer gjennom en sand-pakning, et filter, eller et porøst stensjikt. Disse strøm-ningsformer betegnes også som strekkstrømninger (dehnstrømung-en), fordi en volumenhet strekkes i strømningens konvergerende., del.

Oppløses i en væske som strømmer gjennom et bestemt strekkstrømningsfelt mindre mengder (1 - 500 ppm)

av et høypolymert stoff, da iakttar man fra en bestemt strømning shastighet en drastiskøkning av strømningsmotstanden inntil 30 ganger.

Som høypolymere som vis.er slike effekter, ble

det bl.a. hittil for vandige strømninger anbefalt polyoksyetylen, guar-gummi, spesielle polysakkarider og fremfor alt polyacrylamider, såvidt disse har en^ meget stor molekylvekt (som regel større enn 100 000). For i enkelttilfelle å av-gjøre hvilke høypolymere i det krevede kon sentrasjonsområde på 1 - 500 ppm viser den drastiske motstandsøkning i strekk-strømninger, egner det seg godt den i DE-0S 29 04- 84-8 omtalte porestrømningsapparat og den der angitte målefremgangsmåte.

I teknikken påtreffes ofte strekkstrømninger i

form av filterstrekk og porestrømninger. Filtreringen er f. eks. et viktig fremgangsmåtetrinn ved tallrike industri-

elle prosesser, mens porestrømningen har fått teknisk betydning ved kontroll av utsivning svann i bygningsgruber,

diker og ved oljeuhell. Porestrømningen i porøse stener og sand har dessuten.i nyere tid fått en stor betydning fremfor alt ved tertiære jordoljebefordringsforholdsregler. Der

benyttes fremgangsmåter som ved innpressing av fortynnet"polymereoppløsninger i gjennombruddets oljeholdige stensjikt,. stopper flodvannet,også skal bevirke en vesentlig økning av avoljing også av fine porer ved en jevnere fremtregning av vannfronten (US-patent 3 724- 54-5). Herved kreves at polymeroppløsningen viser en høy strømningsmotstand.

Disse også under be,grepet polymerfolder kjente forholdsregler, har imidlertid hittil en rekke avgjørende mangler. Således avbygges mange polymere i porerommet mekanisk eller termisk. Det har også vist seg at spesielt med poly-elektrolyter som f. eks. delforsåpede polyacrylamider, lar det seg avsaltet vann eller drikkevann riktignok oppnå til--fredsstillende mot stand søkninger ved strekkstrømninger.'Så snart imidlertid flodvannetssalinitet øker til verdier slik de vanligvis er å påtreffe i j ordol j eholdige formasjoner, bryter effekten fullstendig sammen, og polymeroppløsningen viser også i strekke strømningene under praktiske betingelser'bare den for lille strømningsmotstand av rent vann. For å hindre dette, ble det sågar foreslått fremgangsmåter med hvis hjelp under store tekniske arbeider saltene i lager-stedene skal utvaskes ved fremstrømning med. ferskvann før kan begynnes med den egentlige polymerf lod.' Det er dmidlertid tydelig at en slik fremgangsmåte vanligvis ikke er økonomisk, og forbyr seg selv for kontroll av utsivnings.vann.

En ytterligere avgjørende mangel .ved anvendelse

av fortynnet polymerdppløsning ved strekkstrømninger, frem-går også av at under strømningsbetingel sene i praksis inn-trer meget ofte over hodet ingen motstandsøkning. Man.; ville da riktignok kunne forsøke og øke strømningshastigheten for derved å komme i området for motstandsøkning. Dette be-tinger imidlertid en overproporsjonalt trykkøkning som teknisk fører til store vanskeligheter eller også ikke mere er reali-serbart..

Velger man f. eks. de vanlig strømriingsbetingelser i en borkjerrie fra et jordoljelagersted med 0,5 m/dag, da kan: man med den i DE-OS 29 04 848 omtalte apparatur, lett:.etter- prøve at innpre sning strykket for selve polymeroppl ø sn ing e-n i gunstigste tilfeller må føre de til 15-ganger høyere før området for den overordentelige motstandsøkning rundt 3-

til 30-ganger over hodet oppnåes. Bet kan da i praksis føre til forhold som sågar bevirker til en ikke ønsket oppbrytning av stensjikt. Dessuten oppnås ved strekkstrømningen over større avstander hurtige trykkområder på flere hundre bar,

som knapt er å realisere teknisk.

Generelt kan man under de forskjelligste strekk strømningsbetingel ser fastslå at i praksis opptrer ikke den overordentelige motstandsøkning ved tilsetning av små mengder av høypolymere.

Overraskende ble det nå funnet at den krevede motstandsøkning■av ,fortynnede høypolymere oppløsninger under praktiske strekkstrømningsbetingelser da innstiller seg på

den ønskede måte når man til høypolymere oppi øsninger i. tillegg til blander en hurtig og fullstendig oppløselig kompo-nent med fortykkende virkning. Ved høypolymere oppløsninger som inneholder slike tilsetninger som virker fortykkende må det nødvendige trykk over hodet ikkeøkes, eller bareøkes litt rundt inntil to ganger for å oppnå en optimal motstands-økning.

Oppfinnelsens gjenstand er således høypolymer-oppløsninger i korisentrasj onsområdet 1 - 500 ppm- med en drastisk øket strømningsmotstand, idet polymeroppløsningen erkarakterisert vedat høypolymeroppløsningene dessuten inneholder en eller flere fullstendige oppiøseligheter eller blandbare "forbindelser som har en molekylvekt < 500 000, og som øker høypolymeroppløsningens viskositet til en verdi inntil 10<5>Pa* s.

Som slike forbindelser som tilsettes til høypolymere oppløsninger, kommer det på tale alle forbindelser som har en molekylvekt < 500 000, fortrinnsvis < 100 000, spesielt < 60 000, oe som øker høypolymeroppløsningens viskositet på en verdi inntil 10 5Pa*s, som eksempelvis vannoppløselig cellul o seder ivater, lavere- til middelmol e.kylære polyglykoler og polysakkarider av plante eller dyriske opprinnelser, samt • generelt'alle hurtig og lett oppløselige, ikke fornettede polymere under'den angitte molekylvekt.

Som vannoppløselig cellulosederivater er eksempelvis å nevne ikke-nettdannende forbindelser som hydroksyetylcellulose, metylhydroksyetylcellulose, karboksymetylcelluldse og metyl cellulo se . Som poly sakkarider kommer det -på> tale

.forbindelser som dextraner og pululaner. Likeledes egner

det seg også syntetiske polymere som f. eks. polyvinylalkohol, polyvinylpyrrolidon, polyetylen- resp. polypropylenglykoler, forsåpede og delforsåpede polyacrylam.ider, poly acryl syre-estere, polyfosfater, polyvinylsulfonater eller polyacylamido-2-metyl-propansulfonsyre. Det er å understreke at ved siden av disse spesielt oppførte produkter kommer det også alle ■ •-andre polymere på tale for.nevnte formål, når de oppfyller overnevnte betingelser, d.v.s. har en molekylvekt <C 500 000, er lett, fullstedig og hurtigoppløselig i høypolymeroppløs - ningen, eller blandbar dermed, og bevirker en viskositets-økning av høypolymeroppløsningen. Konsentrasjonen av disse, til setningsforbindelser i høypolymeroppløsningen velges således at det innstiller seg den krevede viskositet på inntil

J\ 0 Pa' s. Fortrinnsvis innstiller man viskositeten også

på 200 mPa<*>s inntil 1 Pa" s, spesielt på 50 til 50.0 mPa's,

og helt spesielt foretrukket på 5 til 200 mPa's. Vanligvis krever man for å komme til denne viskositet., maksimalt ca. 20 vekt%, fortrinnsvis inntil 5 vekt%, spesielt til 1 vekt% av disse til setning.sf orbindelser, referert til samlet opp-løsning.

Virksomme innen oppfinnelsens ramme er også opp-. løsninger som inneholdt en såkalt bimodal fordelt polymer, til svarende ■ kj emi sk sammensetning, d.v.s. oppløsninger som eksempelvis inneholder et høypolymert polyacrylamid (molekylvekt >10 er) og som til setningsforbindelser likeledes et polyacrylamid med en molekylvekt <^ 500 000. For slike bimadale systemer egner det seg spesielt de allerede ovenfor nevnte polyetylenglykoler, delforsåpede eller uforsåpede polyacryl amider, polysakkarider, polyacrylsyreestere, polyfosfat, polyvinylsulfonater eller polyacrylamido-2-metylpropansulfon-syre, idet hver av disse polymere kan anvendes i den lav-molekulære form, sammen med en annen polymer i den høymole-kulære form. Det kommer også på tale copolymere, f. eks.

av acrylamid, med acrylamido-2-metyl-propansulfonsyre, vinyl-sulfonsyre, vinylpyrrolidon og vinylmetylacetamid, idet,den polymere inneholder minst 4-0 mol% acrylsyreamid.

Anvendelsen av en av disse høypolymere alene

i høyere konsentrasjoner, d.v.s. tydelig over 500 ppm forbyr seg fordi slike oppløsninger bare kan fremstilles under stort teknisk arbeide, tenderer til gelpartikkeldannelse, og ikke er helt homogene. Derved tilstoppes, deretter strekk-strømningskanalene, spesielt ved porestrømninger. En kontrollert strømning er deretter ikke mere mulig. Avbygger man de høy-polymere i slike oppløsninger ved sterke . skjærekreftér, slik dette omtales i DE-OS 27 33 852, for å komme til homogene ikke tilstoppende oppløsninger, er høypolymerene ødelagt, og virker ikke mere innen oppfinnelsens ramme.

Til viskositétsøkning egner det seg dessuten også ikke-polymere forbindelser som natriumacrylat, magne siuma.ce tat og nikotin, samt med vann blandbare væsker- som f. eks. glycerol eller etylenglykol. For med disse forbindelser å få viskositeter av høy polymeroppløsningene på > .4- mPa" s, må det velges høyere konsentrasjoner på inntil 90 vekt% av disse forbindelser.

Det er klart at tilleggsforbindelsene til sammen velges således at i oppløsningen ikke kommer til noen ut-felling.

Hvilke konsentrasjoner og sammensetninger som hver gang i enkelttilfelle er best egnet, kan bestemmes med forskjellige i litteraturen omtalte laboratoriemålanordninger .(A. Ouibrahim et al. in J. Non. Newtonian Fluid Mechanics 7 (1 980.) s, 315, D.F. James et al. i J. Fluid Me.ch. 97 (4-).(1 980) s. 655).

Med begrepet "høypolymere" i høypolymeroppløsningen

er det å forstå slike polymere som har en molekylvekt over

100 000. Disse høypolymere er inneholdt i oppløsningen i mengder på ca, 1 til 500 ..ppm.

Spesielt enkelt og hurtig lar effekten seg måle ved den i DE-0S 29 04- 84-8 omtalte pore str ømningsappar atur.

Man kan med en slik måleanordning lett finne ut med hvilke'polymerkonsenstrasjoner det lar seg oppnå en optimal strømnings-motstandsøkning for en gitt innpresningshastighet. Man innstiller f. eks. ved tertiære jordoljebefordringer motstands-økninger hensiktsmessig på en slik verdi at olje har den samme eller en mindre strømningsmotstand som flodmediet.

Fremstillingen av høypolymeroppløsningen iføl-ge oppfinnelsen, foregår hensiktsmessig idet man i første rekke oppløser den høypolymere i vann, og tilsetter tilleggsforbindelsen enten i stoff eller i form av en høyere kon-sentrert stamoppløsning. For dette formål egnede oppløs-' ning- og innmatningsfremgangsmåte. er tilstrekkelig kjent i den fremgangsmåtetekniske litteratur. Såvidt tilleggsforbindelsene er flytende som ved glycerol eller etylenglykol, kan man også gå frem således at man oppløser den høypolymere direkte i tillegg sforbindel sen i mengder på -1 til 500 ppm. Høypolymeroppløsningen kan i dette tilfellet da være sterkt vannfrltt.

Fordelen av høypolymeroppløsningen ifølge oppfinnelsen ligger deri at man med tilleggsforbindelsen riktignok oppnår en økning av viskositeten, polymeroppløsningen er imidlertid allikevel fullstendig homogen. Ved denne viskosi-tetsøkning oppnår man under rettet innstilling av' det uvanlige mot standsforhold av disse polymeroppløsninger ved. strekkstrømninger, f. eks. ved porestrømninger, idet det her for oppnåelse av denne spesielle motstandseffekt bare krever relativ liten økning av trykket. Ved polymeroppløs - ninger uten tilsetning derimot, krever man for innstilling av motstandsøkningen i strékkstrømningene et uforholdsmessig høyere'trykk som hindrer en utnyttelse av denne effekt av fortynnede høypolymere oppløsninger i praksis.

Den rettede innstilling av motstandsforholdet

ved høypolymeroppløsningen ifølge oppfinnelsen bevirker at fronten av polymeroppløsningen glider foran jevnt i strekk-strømninger (f. eks. i porer), og således f. eks. ved tertiær- jordoljebefordring hindrer den fryktede "fingerring"

eller hvis den allerede er opptrådt igjen stopper. Likeledes kan man med høypolymeroppløsninger ifølge oppfinnelsen, ned-sette lekkasjetap.

Eksempel 1

Et ifølge DE-OS 28 07 709, eksempel 1, polymer I fremstillet 30 %- ig delforsåpet polyacrylamid ble undersøkt i den i DE-OS 29 OA 818 omtalte porestrømningsapparatur, ble en glasskulelagring på 392 m midlere kulediameter i en konsentrasjon på -50 ppm. Oppløst i avsaltet vann viste denne høy-polymere oppløsning en midlere strømningshastighet på 0,6 m/time. en motstandsøkning m overfor rent vann rundt 3»5

ganger. uøypolymeroppløsningehs. fly-temotstand

jjj<=>

Oppi øsning smi.ddelets f ly temotstand

Setter man til denne høypolymere oppløsning 0,1 vekt% kalsiumklorid oppløser det derpå, da viser en ny måling under overnevnte betingélser ingen motstandsøkninger, og flyteforholdet tilsvarer rent vann.

Oppløser man nå i denne saltholdige høypolymere oppløsning i tillegg 0,6 vekt% av en metylhydroksyetylcellulose, således at oppløsningen har en viskositet på 17 mPa* s,

da får man under samme str ømning s beting, eiser som ovenfor en motstandsøkning rundt 10 ganger. Derved må trykket bare-,økes litt rundt 20 %. Den anvendte metylhydroksyetylcellulose har en viskositet på. /+000 mPa* s, målt som 2 %~\ g vandig oppløsning i et Hdippler-kulef all-visko simeter.

Eksempel 2

Forsøket utføres som i eksempel 1, nå oppløses bare i stedenfor kalsiumklorid 6 % natriumklorid. Motstands-økningens verdier i forhold til vann gir seg nå som følger:

t Eksempel 3

I steden for glasskuler i porestrømningsappara-turen, anvendes en bredt fordelt sandlagring med en midlere korndiameter på likeledes 382 um. Forøvrig gjennomføres forsøket som i eksempel 2. Det fåes samme resultater som de i eksempel 2 angitte resultater..

Eksempel 4-'

Et polyetylenoksyd med en molekylvekt på 4-- 10^ ble undersøkt i den i DE-OS 29 04. 84-8 omtalte pore strømnings-apparatur med en glasskul el agring' av 392 um av midlere kulediameter i en konsentrasjon på 50 ppm med 2 % kalsiumklorid i vannet. Begynnelsen av den overordentelige motstands-økning med 10-ganger innstrådte ved en midlere hastighet på 1,4 • 10 -2 m/s. Ved en hastighet på 10 - 3 m/s kunne det ikke

iakttas noen effekt. For å o komme fra 10 ~ 3 m/s med 1,4- m/s, og dermed inn i området for motstandsøkning må trykket

økes 14- ganger.

Fremstiller man nå i første rekke en blanding av 35 % vann og 45 % glycerol med 2 % kalsiumkloridoppløsning og 50 ppm polymer I, og gjennommåler denne blanding som tidé-o - 3 •

ligere, finner man nå allerede ve d 10"^ m/s samme drastiske motstandsøkning med 10 ganger, og må derved øke innpresnings-trykket bare rundt 30 %.

Samme resultater oppnår man når man i. steden for

glycerol anvender følgende produkter:

0,5 %■ dextran, 1 % poly vinyl al kohol (MG 80 000), 0, 3 % polyvinylpyrrolidon (MG 110 000), 0,1 % polyacrylamido-2-metylpropansulfonsyre(MG 150 000).

Eksempel 5

Når i et jordol j elager sted med en porositet på 0,4- og en midlere porediameter på 5 um de aktuelle flytebetingelser.1igger ved denne midlere hastighet på 0,5 m/dag, da innstiller det seg under disse flytebetingelser ved nærvær av små saltmengder i flodvanriet ingen overordentelig flytemotstandsøkning når f. eks. polymer I tilsettes med en konsentrasjon på 100 ppm. Det ville først skje ved en, hastighet på 5 m/dag. Ved denne hastiget måtte innpresnings-trykket tidobles, og fjellet ville stedvis brytes opp, og lagerstedet ødelegges. Setter man til flodvannet før høypolymer tilsetningen en hydroksyetylcellulose med et visko sitetstrinn på 10 00.0 i en. konsentrasjon på 0,3

vekt%, opptrer 10-ganger motstandsøkning allerede ved 0,5 m/dag aktuelt flytehastighet i fjellet, idet trykket .bare må økes rundt 2 0 %.

Eksempel 6

Flyter en vandig oppløsning av et polyoksyetylen med en molekylvekt på 4-. 10 i en konsentrasjon på 50 ppm gjennom en hullblende strømning med et kontraks j on sf orhold 0, 234-, da opptrer en motstandsøkning rundt 5 ganger ved en strømningshastighet på 7.10 ^m/s. For å få samme effekt allerde ved 7.10 - ^ 3 m// s, ble en oppløsning fremstillet av-

85 % vann og 15 % polyetylenglykol. med. en molekylvekt på

15 000 med 50 .ppm av overnevnte høypolymer. Derved måtte trykket bare økes rundt. 30 %.

Claims (7)

1. Høypolymeroppiøsninger med en overordentelig øket flyte mot stand,karakterisert vedat høypolymeroppiøsningene dessuten inneholder en eller flere fullstendig oppløselige blandbare forbindelser som har. molekylvekt 500 000, og som øker høypolymeroppl øsningens i<5> viskositet i en verdi inntil 10 Pa's.

2.. Høypolymer oppi øsninger ifølge krav 1,karakterisert vedat de inneholder forbindelser som har en molekylvekt <T 1 00 000.

3. Høypolymeroppiøsninger ifølge krav 1,.karakterisert vedat de inneholder forbindelser somøker viskositeten med 200 mPa's til 1 Pa's. i.

Høypolymer oppi øsninger if.ølge krav 1,karakterisert vedat de .inneholder forbindelser som øker viskositeten med 50 til 500 mPa<*>s.

5. Høypolymeroppløsninger ifølge krav 1,karakterisert vedat de inneholder forbindelser somøker viskositeten med 5 til 200 mP's.

6. Fremgangsmåte til fremstilling av høypolymere oppløsninger ifølge krav 1,karakterisert vedat en va.ndig oppløsning av en høypolymer blandes med én forbindelse til denne forbindelse.oppi øses i den vandige oppløsning av høypolymeren i denne forbindelse har en molekylvekt <C 500 000, og øker viskositeten av høypolymeroppløs-ningen inntil 10 5 Pa's.

7. Anvendelse av høypolymeroppløsninger ifølge krav 1 ved tertiær'befordring av jordolje.