Effects of Mechanical Degradation on the Molecular Weight Distribution of High Molecular Weight Polymers

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Hydratisierte Polyacrylamide werden bevorzugt für den Einsatz in EOR Behandlungen herangezogen, so auch im Matzen Feld im Zuge eines Polymerprojekts der OMV. Die hier vorliegende Masterarbeit charakterisiert ein Lagerstättenanalogon, das sich aus 356 - 443 mD Berea Sandsteinen und 10 MDa 250ppm FLOPAAM 3330 wässriger Polymerlösung zusammensetzt. Die zwei angewandten Analysemethoden fußen auf Kernflutversuchen von unterschiedlicher Typologie zur Untersuchung der zugehörigen Viskositätsprofile und Größenausschlusschromatographie um resultierende Molekularmassenverteilungen dahingegend prüfen zu können. Niedrige Flussraten von 1 bis 20 m/d, äquivalent zu jenen tief in der Lagerstätte, weisen signifikantes scherverdickendes Verhalten auf mit Spitzenwerten von 35 mPas. Eine kritische Flussrate wurde festgestellt, unter welcher keine mechanische Degradation festgestellt werden konnte. Dieser Inversionspunkt liegt in etwa bei 60 m/d und zieht eine flachere Viskositätskurve und einen Übergang zu scherverdünnendem Verhalten bei höheren bohrlochnahen Raten nach sich. Mechanische Degradation vollzieht sich nachgewiesenerweise nur in diesem Bereich. Abermaliges Injizieren von bereits degradiertem Polymer in einen anderen Kern resultiert in ein ähnliches Viskositätsprofil mit niedrigeren Werten und höheren Flussraten. Der gemittelte absolute Viskositätsverlust auf Grund von mechanischer Degradation beträgt 58.1% mit Extremwerten von 84%. Der mittlere Modalwert der Molekulargewichtsverteilung einer 10 MDa HPAM Lösung reduziert sich auf 8.4 MDa während des ersten Versuchs und weiters auf ein Minimum von 7.7 MDa während des zweiten Durchgangs. Ausgedrückt in Prozentzahlen entspricht das einem 16.4%igen Massenverlust im ersten Durchlauf und einem weitern Verlust von 6.5% während des zweiten Experiments. Die Lösung erfährt einen Gesamtverlust von insgesamt 22.7%. Eine Kombination aus elaborierteren Flutversuchen wurde erstellt um Zeit- und Temperatureffekte auf die degradatierte Lösung besser untersuchen zu können. Eine größere Menge an Polymerlösung wurde dem ersten Experiment entnommen und unter vier unterschiedlichen Temperaturbedinungen von 8, 22, 50 und 80°C für zwei Monate ausgelagert. Das niedrigste Temperaturszenario ergab eine Viskositätskurve, die nahezu identisch einem regulären Reinjektionsexperiment ausfiel. Das bei 80°C ausgelagerte Polymer wies ganz massiv verschlechtertes Viskositätsverhalten auf, was auf umfangreiche thermische Degradation rückschließen lässt. Die beiden Versuche mit mittleren und erhöhten Temperaturen erbrachten einen merklichen Heilungseffekt was Viskosität betrifft. 15.8% der verlorenen Viskosität konnte wiedergewonnen werden, was den Totalverlust von 58.1% auf 48.7% abmildern konnte. Derselbe Trend, nur weniger stark ausgeprägt, konnte während der Untersuchungen der Molekulargewichtsverteilungen festgestellt werden. 1-3% der gemessenen Molekulargrößen konnten wiedergewonnen werden. Die Conclusio, die man aus beiden Beobachtungen ziehen kann, ist, dass eine kleine Erholung an Molekulargewicht für eine verhältnismäßig große Zunahme an wiedergewonnener Viskosität verantwortlich ist. Permanente Schädigung wird größtenteils Polymerkettenbrüchen zugeschrieben, temporäre Effekte hingegen der Entfaltung von vorher deformierten Molekularkettenknäueln.

Details

Titel in ÜbersetzungEinflüsse mechanischer Degradation auf die Molekulargewichtsverteilung von Polymeren mit hoher molarer Masse
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung30 Okt. 2015
StatusVeröffentlicht - 2015