KFUPM ePrints

A Study of rheology and interfacial activity of amphiphilic block copolymers for enhanced oil recovery.

Al-Hakimi, Najib Mohammad (1996) A Study of rheology and interfacial activity of amphiphilic block copolymers for enhanced oil recovery. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
10Mb

Arabic Abstract

تم في هذا البـحـث تـصنيع ، أو تعديل ثم توصيف صنفين من البوليمرات المشتركة القالبية Block Copolymers ثنائية الخواص Amphiphilic ، وذلك بهدف تقديم دراسة لسلوك البوليمرات المشتركة من جهة سلوكها الانسيابي (اللزوجة مثلاُ) والنشاط السطحي ، والبين سطحي لغرض استخدامها في عمليات استخراج البترول بالطريقة المعززة . إن استخراج البترول بالطريقة المعززة يفضي إلى إنتاج كميات كبيرة من البترول تصل إلى الثلثين التي يتبقى بعد العمليات الأولية والثنائية إذا استخدمت مواد فعالة في التصميم . لقد درس - على وجه الخصوص - نظامين من البوليمرات في هذا البحث بنوع من التعمق : بوليمرات مشتركة للأكريل أمايد Acrylamide والآستايرين Astyrene ، والنظام الآخر اختص بالبوليمرات المشتركة لآكريل أمايد Acrylamide والدديسين I-Dodecene . أيضاً درست أنظمة أخرى لبوليمرات الميثيل ميثا أكريلايت Methylmethacrylane وبوليمرات أحادية وبوليمرات عشوائية لآغراض المقارنة والمفاصلة . وقد تم عمل تحليل مائي Hydrolysis لبوليمرات الميثيل ميثا أكريلايت تم توصيفها بالطرق المعتادة ، حيث أن عينات HD8 , HD6 , HD2 هي بوليمرات اليكتروليتية . لقد تم دراسة السلوك اللزوجي للبوليمرات مع النشاط السطحي والبين طحي ، وذلك مع تغيير تركيز البوليمر ، ودرجة التأين salinity ، ومعدل الشد ، ودرجة الحرارة ، وزمن التخزين ، والوزن الجزيئي للبوليمر ن وأيضاً إضافة السرفاكتنت surfactant . ولقد أظهرت البوليمرات التي حللت مائياً لزوجة معتدلة ونشاط سطحي وبين سطحي معتدل . إلا أن العينة HD2 أبدت لزوجة عالية (1000 سنتي بويز) عند معدل شد 0.8 . ولقد أظهرت العينة sodium poly (methacrylate-block-vinylemadazol HD8 أعلى نشاط سطحي وبين سطحي موضحاً بالقيم المنخفضة للشد السطحي والبين سطحي (801 و 1087 ملم نيوتن/ملم بالتتالي) عند تركيز بوليمري 105 وزن مئوي ، أو 15.000 جزء من المليون . وكذلك وجد أن العينات E3 أو poly (AM-B-C12) و P12 أو poly (AM-b-ST) لبوليمرات الاكريل أمايد عرضت نشاطات سطحية وبين سطحية عالية مقارنة بالبوليمرات المتعددة الاشتراك المدروسة في هذا البحث . ولقد لوحظ أن العينة E3 أظهرت شد سطحي مع الماء يصل إلى 0.5 ملم نيوتن.ملم عند تركز ملحي 10% بين جميع البوليمرات المتعددة الاشتراك P12 له أعلى لزوجة (10.110 سنتي بويز) عند ملوحة منخفين (43.1 و 1،01 ملم بااتتالي) عند تركيز ملحي 10% وتركيز بوليمري 1.5 وزن مئوي . وهكذا يتبين أن البوليمر P12 هو المرشح الأكثر للاستخدام في عمليات الانتاج البترولي بالطريقة المعززة . وبشكل عام ، جميع أنظمة البوليمرات المدروسة تسلك شد ترقيقي نموذجي عند معدلات شد منخفضة ، ووجد أن علاقة اللزوجة معادر الشد هي ذات لزوجة ثابتة عند معلات شد عالية . وأيضاً وجد أنه بزيادة تركيز البوليمر ، تكون هناك زيادة في لزوجة المحلول وزيادة في النشاطية السحطي ولابين سطحية (قيم منخفضة للشد لاسطحي) ، كذلك تبين أن جميع البوليمرات تسلك انخفاض طفيف في اللزوجة عند درجات حرارة عالية وزمن تخزين طويل . من هذه الدراسة ، يستنتج أنه بالتحكم بتوزيع المجموعات المتتالية للهايدروفوب hydrophobe على طول سلسلة البوليمر ، ولابتحكم بطبيعة ونوعية ومستوى التوزيع ، وبالتغيير التناوبي في تصميم ظوف التفاعل ، وبتغيير نوعية التفاعل المستخدمة ، وبالتنوع في بنية البوليمر ، وأيضاً بالتغيير في التركيز الخلوي micellar ، كل ذلك أثبت أن وجود مجموعات متتالية هيدروفوبية Hydrophobie sequences يعطي درجات عالية من التفاعلات البين جزئية أثناء التفاعل وهذا بدوره يقود إلى درجات لزوجة أعلى لمحاليل البوليمرات المشتركة ثنائية الخواص Amphiphilic block copolymer . لكل هذه الأسباب ، يتبين من الدراسة أنه بالإمكان تصميم بوليمرات لها مقدرة توفير لزوجة عالية وبنفس الوقت شد بين سطحي عالي الانخفاض لغرض الاستخدام في عمليات الاستخراج البترولي بطريقة التعزيز ، وذلك يهدف إنتاج بترولي بكميات غير عادية .

English Abstract

In this study two types of amphiphilic block copolymers -diblocks and multiblocks are synthesized, modified, and characterized with the objective of proposing new amphiphilic block copolymers and studying the rheological behavior and surface and interfacial activiteis for use in enhanced oil recovery operations. Enhanced (tertiary) oil recovery method can recover - if properly designed - a significant part of residual oil that reaches to two thirds after both primary and secondary recoveries. Two systems of polymers mainly heavily studied in this investigation namely poly (acrylamide-block-styrene) and poly (acrylamied-block-dodecene). Other systems which are copolymers of methylmethacrylates are studied along with homopolymers and random copolymers for comparison purposes. Methylmethacrylate copolymers are then hydrolyzed and characterized, samples HD2, HD6, and HD8. The rheological behavior and surface/interfacial activities of both systems are thoroughly studied with respect to polymer concentration, salinity, shear rate, temperature, storage time, polymer molecular weight and addition of surfactants. The viscosity of di-polyelectrolytes (HD2, HD6, and HD8) exhibit modrate thickening ability and surface and interfacial activity. However, HD2 exhibits a viscosity of 1000 cps at 0.8 shear rate. Also sample HD8 (sodium poly methacrylaate-block-vinylemadazol) exhibits the highest surface and interfacial activity demonstrated by low values of surface and interfacial tensions (8.1 and 1.87 mN/m respectively) at 1.5 wt% as polymer concentration or 15,000 ppm. Moreover, this copolymer exhibits salt tolerancy beyond 10 wt% NaC1. For other block copolymers it was found that samples E3 or poly (AM-b-C12) and P12 or poly (AM-b-ST) exhibit higehr surface and interfacial activities compared to other multi-block copolymers studied. E3 showed low water-polymer interfacial tension of 0.5 mN/m at 10 wt% NaC1. Multi-block copolymer P12 was found to exhibit the highest thickening ability (10, 110 cps.) at high salinity (10 wt%) among other copolymers investigated as well as high surface and interfacial activity (43.1 and 1.01 mN/m respectively) at 10 wt% NaC1 and polymer concentration of 1.5 wt%. Therefore p12 considered to be a good candidate for enhanced oil recovery operations. Generally, all systems of block copolymers exhibit typical shear thinning behavior at low shear rates and constant viscosity at high shear rates. Moreover, increasing polymer concentartion give rise to an increase in the polymer solution viscosity and an increase in surface and interfacial activities. Also all polymers exhibit smaller decrease in solution viscosity at high temperatures and storage time. It is concluded from this study that by controlling the distribution of the hydrophobe sequences along the polymer backbone, and its nature/type/level used, and by varying the experimental design conditions, the polymerization route, the polymer architecture, and the micellar concentration, it was found that longer hydrophobic sequences (blocks) give rise to higher degree of intermolecular hydrophobic interactions/associations and therefore to a greater thickening efficiencies to amphiphilic block copolymer solutions. So it is possible to design polymers that have the ability to simultaneously provide high thickening ability and ultra-row interfacial tensions for requirements in applications of oil recovery operations and for producing high oil quantities.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:December 1996
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Al-Hakimi, Najib Mohammad
Committee Advisor:Al-Naafa, Mohammad A.
Committee Members:Ali, Shaikh Asrof and Hamad, Esam Z.
ID Code:9949
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:52
Last Modified:25 Apr 2011 09:38

Repository Staff Only: item control page