van Mastrigt, Frank

English

De energievraag neemt de komende jaren toe en hoewel het relatieve aandeel olie licht zal afnemen, neemt de absolute vraag met 24% toe tussen 2010 en 2030. Om in de vraag te voorzien, worden aanvullende maatregelen getroffen, zoals de injectie van materialen die van nature niet aanwezig zijn in olievelden, ook wel verbeterde oliewinning (EOR) genaamd. De injectie van waterige polymeeroplossingen is een belangrijke techniek. Hiervoor worden lineaire polymeren bestaande uit acrylamide (AM) gebruikt. Nadelen van dit soort commerciële polymeren zijn de gevoeligheid voor zouten, hardheid en afschuifspanningen.In de literatuur is de introductie van vertakkingen in de structuur van polymeren geïdentificeerd als manier om de tekortkomingen te overkomen. Hiervoor is het nodig om het polymerisatieproces te beheersen, wat kan worden bereikt door toepassing van een gecontroleerd radicaal polymerisatie (CRP) systeem. In dit werk is de CRP methode reversibele additie-fragmentatie ketenoverdracht (RAFT) polymerisatie onderzocht, waarbij een RAFT-agent wordt gebruikt om de polymerisatie te beheersen. Het beschreven werk legt de fundering voor de gecontroleerde polymerisatie van AM tot een hoog molecuulgewicht. Door vertakkingen te introduceren in de polymeren, werd een hogere oplossingsviscositeit behaald dan voor lineaire equivalenten, zelfs wanneer de vertakte polymeren een kleiner hydrodynamisch volume hadden.Om hogere molecuulgewichten te behalen werd een nieuwe tweestaps synthese ontwikkeld. Een vertakte kern werd in een tweede stap uitgebreid met armen van verschillende lengtes. Het effect van de mate van vertakking en ook de lengte van de armen was duidelijk zichtbaar, met name in de elasticiteit en de oliewinning uit een tweedimensionale stroom-cel. Dergelijke vertakte polymeren (SB-PAMs) werden vergeleken met lineaire PAMs en commerciële lineaire gehydrolyseerde polyacrylamides (HPAMs). De SB-PAMs lieten een hogere viscositeit van de oplossingen zien in vergelijking met de lineaire polymeren. Verder waren lagere polymeerconcentraties nodig voor de vertakte polymeren in de tweedimensionale stroom-cel experimenten, terwijl een hogere olieproductie werd bereikte. Deze SB-PAMs zijn bestand tegen zouten en afschuifspanningen van ten minste 1750 s-1. Uiteindelijke evaluaties van deze polymeren zijn uitgevoerd in oliewinning experimenten uit zandsteen kernen, waarbij de vertakte polymeren de hoogste mate van oliewinning lieten zien.Thermische viscositeit verhogende polymeren, als alternatief voor conventionele polymeren met een extreme hoog molecuulgewicht, werden geprepareerd met de CRP methode atoom transfer radicaal polymerisatie (ATRP). De kamvormige polymeren met gemiddeld 17 armen van N,N -dimethylacrylamide (DMA) en N -isopropylacrylamide (NIPAM) beschikten over een thermische verdikkingsfase (voornamelijk bij lage afschuifspanningen en afhankelijk van de samenstelling van de armen). Deze eigenschap maakt zulke polymeren relevant, aangezien de polymeren met lage energieconsumptie in een olieveld kunnen worden geïnjecteerd, terwijl ze een hoge viscositeit genereren in het olieveld.Energy demand is increasing and while the relative share of oil decreases slightly, absolute consumption rises with 24% between 2010 and 2030. In order to maintain production, additional measures are taken, such as the injection of materials that are not normally present into the oil reservoir (enhanced oil recovery: EOR). Among others, polymer flooding is an important technique. Hereby, linear polymers containing acrylamide (AM) are applied. Such commercial polymers suffer from certain drawbacks, such as sensitivity to salts, hardness, and shear forces.In literature, the introduction of branches is identified to overcome these shortcomings. To introduce branching, control over the polymerisation is required, which can be obtained by the application of a controlled radical polymerisation (CRP) process. The current work investigates the use of reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT), in which a RAFT agent is applied to control the polymerisation. The presented route paves the way for the polymerisation of AM up to a high molecular weight. By the introduction of branches, higher solution viscosities were obtained compared with linear equivalents, even at a lower hydrodynamic volume.To reach higher molecular weights, a new two-step synthesis was developed. A branched core was extended with arms of varying lengths in a second step. The effect of the degree of branching and the arm length was clearly illustrated, especially by the elasticity and oil recovery from a two-dimensional flow-cell. Such branched PAMs (SB-PAMs) were compared with linear PAMs and commercial hydrolysed polyacrylamides (HPAMs). The SB-PAMs displayed a higher solution viscosity, compared with linear analogues. Moreover, lower polymer concentrations were required while affording a higher oil recovery. These polymers are resistant to salts and shear forces (at least up to 1750 s-1). Final evaluations were performed in sandstone cores, from which the branched polymers managed to recover the highest amount of oil.Thermoresponsive polymers, as alternative to conventional polymers with an extremely high molecular weight, were prepared by the CRP method atom transfer radical polymerisation (ATRP). The comb-polymers with on average 17 arms consisting of N,N -dimethylacrylamide (DMA) and N -isopropylacrylamide (NIPAM), displayed thermothickening behaviour (mainly at low shear rates and depending on the arm composition). This property makes such polymers relevant, because the polymers can be injected into an oilfield with low energy consumption, whereas they generate a high viscosity in the actual oil field

Proceedings - University of Groningen

Synthesis of novel branched polymers for enhanced oil recovery

https://pure.rug.nl/ws/files/50536927/Chapter_3.pdf

Synthesis of novel branched polymers for enhanced oil recovery

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Proceedings - University of Groningen