مدلسازی زمان بندش هیدروژل پلی اکریل آمید سولفونه/استات کروم (III) بر پایه غربالگری پارامترهای موثر

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس

2 پژوهشگاه صنعت نفت

3 دانشگاه گیلان

چکیده

امروزه استفاده از سامانه‌های ژل‌های پلیمری برای جلوگیری از تولید آب اضافی از چاه‌های تولیدی نفت، به‌طور گسترده‌ای در جهان به‌کار گرفته می‌شود. کارآمدی این مواد در محیط متخلخل در گرو پارامترهای متعددی از جمله ترکیب مواد سازنده و شرایط محیطی ژل پلیمر است. از این رو بررسی جامع پارامترهای تاثیر گذار و شناسایی اثر متقابل آنها به منظور افزایش بهره‌وری سامانه ژل پلیمر، امری لازم الاجراست. لذا در این تحقیق از روش آماری و جامع فاکتوریل جزئی در دو سطح، به منظور بررسی پارامترهای مؤثر بر زمان بندش ژل پلیمری متشکل از پلی اکریل آمید سولفونه و عامل شبکه کننده استات کروم III استفاده شد تا علاوه بر انجام تعداد آزمایش‌های بهینه با کمترین هزینه و درکوتاهترین زمان، موثرترین عوامل از میان هشت پارامتر pH، غلظت کلرید کلسیم، نسبت عامل شبکه کننده به کوپلیمر، غلظت کلرید سدیم، غلظت کوپلیمر، سدیم لاکتیت، نانو رس و تیوریا، در کنترل زمان بندش ژل‌های پلیمری با انجام 32 آزمایش بطری، شناسایی شده و با مدلسازی فرآیند، شرایط بهینه در جهت بهبود فرآیند ایجاد گردد. مدل ارائه شده در این تحقیق با قابلیت پیش بینی زمان بندش ژل بر اساس پارامترهای مورد بررسی، دارای درجه اطمینان 99% است. نتایج نشان داد سدیم لاکتیت، غلظت کوپلیمر، نانو رس، تیوریا و نسبت غلظت عامل شبکه کننده به کوپلیمر به‌ترتیب پارامترهای اصلی تأثیرگذار بر زمان بندش ژل بوده و همچنین در میان تمامی اثرات متقابل بین پارامترها، اثر متقابل سدیم لاکتیت و نسبت غلظت عامل شبکه کننده به کوپلیمر بیشترین سهم را در کنترل زمان بندش ژل دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Modeling the gelation time of sulfonated polyacrylamide/chromium triacetate hydrogel based on screening of the effective parameters

نویسندگان [English]

  • Asefe Mousavi Moghadam 1
  • Mohsen Vafaie sefti 1
  • Mahsa Baghban Salehi 1
  • Hasan Naderi 2
  • Ahmad Dadvand Koohi 3
1
2
3
چکیده [English]

A system of Polymer gel is widely used in oil production wells in order to reduce unwanted water production. The efficiency of these systems in porous media depended on various parameters such as the composition concentration and the media condition of the polymer gels performance. So it is necessary to study the effective parameters and their interactions in order to increase the efficiency of systems of polymer gels. Therefore, in this research, two-level factorial design as a statistical method was used to study the effective parameters on the gelation time of polymer gel containing sulfonated polyacrylamide copolymer and chromium triacetate as crosslinker to not only reduce the number of experiments in the lowest time and cost, but also present the most effective parameters among the eight studied parameters (pH, CaCl2 concentration, crosslinker/co-polymer ratio, NaCl concentration, co-polymer concentration, sodium lactate, nanoclay and thiouria) on gelation time of polymer gels using 32 bottle testing experiment and finally by modeling the process, the optimum condition is presented. The presented model in 99% significant to predict the gelation time of the polymer gel based on the effective parameters. The results showed that sodium lactate, co-polymer concentration, nanoclay, thiouria and crosslinker/co-polymer ratio are the main effects respectively. Also, among the interactions between parameters, the interaction of sodium lactate and crosslinker/co-polymer ratio has the most effect on the gelation time of the hydrogel.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polymer gels
  • modeling
  • Gelation time
  • Two-level factorial design
  • Main effect
  • Interaction

مراجع

 
[1] Sparlin, D.D., Hagen, R.W. Jr. (1984) Controlling water in producing operations, Part 1- Where it comes from and the problems it causes, World Oil J..
[2] Moradi Araghi, A. (2005) A review of thermally stable gels for fluid diversion in petroleum production, J. of Petroleum Science and Engineering, Vol. 26, pp.1-10.
[3] Nasr-El-Din, H.A., Taylor, K.C. (2005) Evaluation of sodium silicate/urea gels used forwater shut-off treatments, Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 48, pp.141-160.
[4] Seright, R.S. (2001) A Strategy for attacking excess water production, SPE Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference, Midland, Texas, Paper SPE 70067.
[5] Nasr-El-Din, H.A., Bitar, G., Bou-Khamsin, F.I., Al-mulhim, A., Hsu, J. (2000) Field application of gelling polymers in Saudi Arabia, SPE/DOE Improved Oil Recovery Symposium, Tulsa,Oklahama, Paper SPE 39615.
[6] Stavland, A., Andersen, K.I., Sandøy, B. (2006) How to apply a blocking gel system for bullhead selective water shutoff: from laboratory to field, SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery, Tulsa, Oklahoma, Paper SPE 99729.
[7] Seright, R.S. (1997) Improved methods for Water Shutoff, Semiannual Report (DOE/PC/91008-1), Contract No. DE-AC22-94PC91008, U.S. DOE, 82-95.
[8] Willhite, G. P. and Pancake, R. E. (2004) Controlling water production using polymer gel system, SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery, Tulsa, Oklahoma, Paper SPE 89464.
[9] Simjoo, M., Vafaie-Seftie, M., Dadvand-Koohi, A., Hasheminasab, R., Sajjadian, V.A. (2007) Polyacrylamide polymer gel as water shut-off system: Preparation and investigation of physical and chemical properties in one of the Iranian oil reservoirs conditions, Iran J Chem and Chem Eng, Vol. 26, pp.99-108.
[10] Willhite, G.P., Pancake, R.E. (2008) Controlling water production using polymer gel system, SPE Res Eval & Eng, pp. 454-465.
[11] Eoff, L., Dalrymple, D., Everett, D., Vasquez, J. (2006) Worldwide field application of a polymeric gel system for conformance applications, SPE Prod & Oper, Vol. 22, pp. 231-235.
[12] Al-Muntasheri, G.A., Nasr-El-Din, H.A., Al-Noaimi, K.R., Zitha, P.L.J. (2007) A study of polyacrylamide-based gels crosslinked with polyethyleneimine, International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, Texas, Paper SPE 105925.
[13] Chauveteau, G., Tabary, R., Renard, M., Omari, A. (1999) Controlling in-situ gelation of polyacrylamides by zirconium for water shutoff, SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, Texas, Paper SPE 50752.
[14] Albonico, P., Burrafato, G., Lockhart, T.P. (1992) Polyacrylamide gels formed with Cr3+ ion and Cr(acetate)3: thermodynamically and kinetically controlled cross-linking reactions, J Pet Sci and Eng, Part A, Vol. 30, pp. 1071–1075.
[15] Broseta, D., Marquer, O., Blin, N., Zaitoun, N. (2000) Rheological screening of low-molecular-weight polyacrylamide/chromium (III) acetate water shutoff gels, SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery, Tulsa, Oklahoma, Paper SPE 59319.
[16] Romero-Zeron, L.B., Manalo, F., Kantzas, A. (2004) Characterization of cross-linked gel kinetics and gel strength using NMR, SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control, Lafayette, Louisiana, Paper SPE 86548.
[17] Aalaie, J., Vasheghani-Farahani, E., Semsarzadeh, M.A., Rahmatpour, A. (2008) Gelation and swelling behavior of semi-interpenetrating polymer network hydrogels based on polyacrylamide and poly(vinyl alcohol), J Macro Sci, Part B: Physics, Vol. 47, pp. 1017–1027.
[18] Aalaie, J., Vasheghani-Farahani, E., Rahmatpour, A., Semsarzadeh, M.A. (2008) Effect of Montmorillonite on Gelation and Swelling Behavior of Sulfonated Polyacrylamide Nanocomposite Hydrogels in Electrolyte Solutions, European Polymer Journal, Vol. 44, pp. 2024–2031.
[19] Gao, D., Heimann, R.B. (1993) Structure and Mechanical Properties of Super-absorbent Poly(acrylamide)-Montmorillonite Composite Hydrogles, Polym. Gels. Networks, Vol. 1, pp. 225-246.
[20] Al-Muntasheri, G.A., Nasr-El-Din, H.A., Hussein, I.A. (2007) A rheological investigation of a high temperature organic gel used for water shut-off treatments, Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 59, pp. 73-83.
[21] Sydansk, R. (1987) Conformance improvement in a subterranean hydrocarbon-bearing formation using a polymer gel, US Patent, No. 4683949.
[22] Zolfaghari, A., Katbab, A.A., Nabavizadeh, J., Yousefzadeh Tabasi, R., Hossein Nejad, M. (2006) Preparation and Characterization of Nanocomposite Hydrogels Based on Polyacrylamide for Enhanced Oil Recovery Applications, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 100, pp. 2096–2103.
[23] Engineering Statistics Handbook, (2003) National Institute of Standards and Technology and the International SEMATECH.
[24] Baghban Salehi, M., Vafaie Sefti, M., Mousavi Moghadam, A., Dadvand Koohi, A. (2012) Study of Salinity and pH Effect on Gelation Time of Polymer Gel Using in Water Shut-off with Central Composite Design Method, Journal of Macromolecular Science, Part B: Physics, Vol. 51(3), pp. 438-451, 2012.
 
مدل سازی در مهندسی
دوره 13، شماره 41
شهریور 1394
صفحه 159-172

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 بهمن 1395
  • تاریخ بازنگری: 27 شهریور 1396
  • تاریخ پذیرش: 09 بهمن 1395

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار