تهیه هیدروژلهای شبکه ای درهم رونده (ipn) نانوکامپوزیتی بر پایه پلی اکریل آمید و مطالعه رفتار تورمی و کاربرد آنها برای ازدیاد برداشت نفت

هیدروژلهای پلی اکریل آمید و کوپلیمرهای آن در دماهای زیاد (حدود oc70 ) آبکافت شده و در حضور کاتیونهای چند ظرفیتی با تشکیل اتصالات عرضی اضافی، ظرفیت جذب آب آنها کاهش یافته و کارآیی خود را در کاربردهایی مانند بستن منافذ تولید آب ناخواسته مخازن نفتی از دست می دهند. در این پژوهش تهیه هیدروژلهای مقاوم به نمک برای کاهش تاثیر نامطلوب این پدیده، هدف قرار گرفت. بدین منظور با وارد ساختن نانو ذرات مونت موری لونیت و لاپونیت و پلیمرهای حاوی گروههای آبدوست غیر یونی و یونی در ساختار ژلهای پلی اکریل آمید، شبکه های پلیمری درهم تنیده، نانوکامپوزیتی و درهم تنیده نانوکامپوزیتی تهیه گردید و رفتار تورمی آنها در محیطهای الکترولیتی مطالعه شد. با مطالعه خواص کشسانی هیدروژلهای نانوکامپوزیتی چنین فرضیه ای برقرار شد که بخشی از عامل شبکه ای کننده cr3+ بر روی سطوح آنیونی خاک رس جذب شده و این پدیده باعث به دام افتادن زنجیره های پلیمری در بین صفحات خاک رس و تقویت شبکه پلیمری می گردد و در غلظتهای زیاد (حدود ppm 2000) خاک رس، مدول کشسان نهایی هیدروژلها را افزایش می دهد. برخلاف هیدروژلهای معمولی که افزایش غلظت عامل شبکه ای کننده موجب افزایش استحکام و کاهش اتلاف (tan) آنها می شود، خواص اتلاف هیدروژلهای نانوکامپوزیتی نشان داد که افزایش غلظت نانوذرات خاک رس موجب افزایش همزمان میزان استحکام و اتلاف آنها می شود. نتایج آزمونهای xrd دلالت بر تشکیل ساختار از هم گسیخته در ژلهای نانوکامپوزیتی داشت. مطالعه رفتار ژل شدن هیدروژلهای درهم تنیده پلی اکریل آمید نشان داد که رفتار ژل شدن این نوع هیدروژلها بستگی به ماهیت یونی و میزان گره خوردگیهای مولکولی پلیمر افزوده شده دارد. بر اساس نتایج آزمونهای تورم تعادلی، حضور نانوذرات خاک رس هرچند که موجب کاهش میزان تورم تعادلی هیدروژلهای نانوکامپوزیتی در آب شیر شد، اما حساسیت به نمک این دسته از هیدروژلها را در محلولهای الکترولیتی کاهش داد. مطالعه ترمودینامیک تورم تعادلی هیدروژلهای نانوکامپوزیتی نشان داد که در محلولهای رقیق سدیم کلراید و کلسیم کلراید تطابق خوبی بین نتایج آزمایشگاهی و پیش بینی مدل واشقانی فراهانی و همکاران وجود دارد. با مطالعه رفتار تورم هیدروژلهای درهم تنیده پلی اکریل آمید آبکافت شده و ساکاروز، پلی وینیل الکل ، اسکلروگلوکان، کربوکسی متیل سلولز، زانتان و پلیمر طبیعی b-16 ، در محلولهای الکترولیتی مشخص شد که این نوع هیدروژلها با توجه به تعداد گروههای یونی و غیر یونی پلیمر افزوده شده، رفتار تورم متفاوتی از خود نشان می دهند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که میزان تورم تعادلی هیدروژلهای درهم تنیده پلی اکریل آمید آبکافت شده/ پلیمر طبیعی b-16 در محلولهای الکترولیتی بیشتر از سایر هیدروژلهای مورد اشاره بود. رفتار مشابهی برای هیدروژلهای درهم تنیده پلی اکریل آمید سولفونه مشاهده شد. با این وجود هیدروژلهای درهم تنیده بر پایه پلی اکریل آمید آبکافت شده به علت قیمت کمتر جذابیت بیشتری داشته، در ادامه مطالعات مورد استفاده قرار گرفتند. ارزیابی رفتار چروکیدگی هیدروژلها در دمای oc75 نشان داد که هیدروژل درهم تنیده پلی اکریل آمید آبکافت شده/ بیوپلیمر b-16 پس از گذشت 4 ماه مقاومت به چروگیدگی بسیار عالی در آب سازند مخازن نفتی دارد. مقاومت به چروکیدگی هیدروژلهای درهم تنیده پلی اکریل آمید آبکافت شده/ساکاروز، پلی اکریل آمید آبکافت شده/اسکلروگلوکان، پلی اکریل آمید آبکافت شده/پلیمر طبیعی b-16 و همچنین هیدروژل درهم تنیده نانوکامپوزیتی پلی اکریل آمید آبکافت شده/ پلیمر طبیعی b-16 در آب سازند مخازن نفتی در دمای oc 75 ، به ترتیب حدود 1/2 ، 2/7، 13/6 و 2/7 برابر بیشتر از مقدار مربوط به پلی اکریل آمید آبکافت شده بود. تزریق نمونه های منتخب به محیط متخلخل (ماسه فشرده) نشان داد که میزان عامل مقاومت باقیمانده،rrf ، برای هیدروژلهای درهم تنیده پلی اکریل آمید/ اسکلروگلوکان و پلی اکریل آمید/ پلیمر طبیعی b-16 و هیدروژل درهم تنیده نانوکامپوزیتی پلی اکریل آمید/ پلیمر طبیعی b-16 / لاپونیت به ترتیب حدود 62 ، 66 و 71 درصد بیشتر از مقدار مربوط به ژل معمولی پلی اکریل آمید است. وارد ساختن نانوذرات لاپونیت در ساختار هیدروژلهای درهم تنیده پلی اکریل آمید/ پلیمر طبیعی b-16 خواص مطلوبی مانند کاهش 17 درصدی حساسیت به نمکهای آب سازند و افزایش 5 درصدی میزان مقاومت محیط متخلخل نسبت به حرکت آب را برای این هیدروژل درهم تنیده نانوکامپوزیتی به همراه داشت. بر اساس نتایج آزمونهای مختلف، هیدروژلهای درهم تنیده پلی اکریل آمید/ اسکلروگلوکان و پلی اکریل آمید/ پلیمر طبیعی b-16 و هیدروژل درهم تنیده نانوکامپوزیتی پلی اکریل آمید/ پلیمر طبیعی b-16 / لاپونیت، دارای پتانسیل زیاد برای استفاده در ازدیاد برداشت نفت هستند. با این وجود، هیدروژل درهم تنیده پلی اکریل آمید/ پلیمر طبیعی b-16 با توجه به خواص مطلوب به عنوان نمونه برتر معرفی می شود.