Consequences of degradation forces on molecular weight distribution of high- weight hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) solutions

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Wässrige hydratisierte Polyacrylamid- Lösungen (HPAM) zeigen starke viskositätserhöhende Wirkung und führen zur Verbesserung der Ausbeute bei der Ölgewinnung. Die komplexe Rheologie von HPAM- Lösungen spiegelt sich im pseudoplastisches Verhalten in der Kegel- Platte- Rheometrie und im viskoelastischem Verhalten bei Kernflutversuchen wider. Das Fließverhalten in porösen Medien ist beeinflusst durch Scher- und Elongationskräften auf die Makromoleküle. Letzeres kann quantifiziert werden durch die Anwendung der dimensionslosen Deborah- Zahl. Die genannten Kräfte führen zu einer Veränderung der Molekularmassenverteilung (MMV) und fortfolgend zur einer Verminderung der Viskosität der Polymerlösung. Die gemessen scheinbare Viskosität, µapp, bei einem Kernflutversuch fällt von 170 mPa∙s auf 10 mPa∙s bei einer Darcy- Geschwindigkeit von 16,9 m/Tag bzw. bei einer Viskositätsmessung, µ, in einem Kegel- Platte- Rheometer bei einer Scherrate von 10 s-1 von 12,5 mPa∙s auf 8 mPa∙s. Die einwirkende Kräfte während einer Polymerflutung wurde mit Hilfe eines Kernflutversuches (Nordhorn, Φ= 22 % und k= 2 D, bei Fließgeschwindigkeiten zwischen 1 und 63 m/Tag) simuliert. Weiters wurden die Auswirkungen auf die MMV durch das Fließen einer Polymerlösung durch in Serie geschalteten Kapillaren (r= 0.286 mm, l= 18 m) analysiert. Die MMVen (z.B.: MMModal= 20 MDa, MM zwischen 2 und 100 MDa auf halber Höhe des MMV) der Proben aus den durchgeführten Experimenten wurden mit Hilfe einer wässrigen Größenausschlusschromatographie, auch Size Exclusion Chromatography (SEC) genannt, analysiert (Kalibrationsbereich zwischen 1- 20 MDa, projizierte Ausschlussgrenze bei 500 MDa). Ausgeprägte Veränderungen bei den Experimenten mit nominell 20 MDa HPAM- Standardlösungen und schwache Veränderungen der MMVen bei nominell 10 MDa HPAM- Standardlösung wurden festgestellt. Der Kapillarversuch führte zu einer Degradation im Molekularmassenbereich zwischen 60 und 80 MDa und einer Reduktion des Modalwertes der MMV auf bis zu 7,5 MDa. Das Degradationsverhalten im Kapillarversuch ist im Vergleich zum Kernflutversuch wesentlich gleichmäßiger ausgeprägt. Eine abermalige Belastung der degradierten Polymerlösung durch einen zweiten Kapillarversuch zeigte eine nur geringe Veränderung der MMVen. Das Ergebnis der MMV- Analyse der Kernflutversuche mit einer nominell 20 MDa HPAM- Standardlösung zeigte eine Reduktion der Modalwerte der MMVen bei niedrigen Darcy- Geschwindigkeiten (bis zu MMModal= 15 MDa zwischen vDarcy= 1,1- 4 m/Tag) und einer Erhöhung der Modalwerte der MMVen bei hohen Darcy- Geschwindigkeiten (bis zu MMModal= 19,5 MDa zwischen vDarcy=4- 33 m/Tag). Die Erhöhung ist eine Konsequenz der Degradation von höher molekularen HPAM- Molekülen (von 70 auf 120 MDa) mit steigender Darcy- Geschwindigkeit. Weiters wurde das Abbauverhalten in drei Phasen unterteilt. Um das Fließverhalten in der Lagerstätte wiederzugeben wurde der Kernflutversuch mit einer Polymerlösung, die bei einer Darcy- Geschwindigkeit von 33 m/Tag degradiert wurde, wiederholt. Das Ergebnis der MMV- Analyse zeigte eine Erweiterung der vorhandenen Degradation, welche zu einer Reduktion des Modalwertes auf bis zu 7,5 MDa führte.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss von Kräften mit degradierender Wirkung auf die Molekularmassenverteilung von hochmolekularen hydrolisierten Polyacrylamidlösungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung26 Juni 2015
StatusVeröffentlicht - 2015