И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора
жүктеу/скачать 51,43 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Жоғары тұтқырлы Қазақстан мұнай кенорындарында химиялық су айдау әдісімен мұнай бергіштікті Түйіндеме.
- Негізгі сөздер
- EOR by chemical flooding for high viscous oil reservoirs of Kazakhstan Republic Summary.
- Key words
- ТЕРМИЧЕСКИЙ ОТЖИГ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ CAF 2 , ОБЛУЧЕННЫХ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫМИ ИОНАМИ ИЛИ РЕНТГЕНОВСКИМИ
- ЛУЧАМИ Аннотация.
- Ключевые слова
Рис. 2. Механизм процесса вытеснения нефти при применении ASP заводнения
С целью определения эффективности предлагаемого метода, на установке для исследования кернов УИК-С(2) (Россия) (рис.3) была проведена серия экспериментов, с применением различной концентрации CROHDA-MAA. ● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 293
Рис. 3. Установка для исследования кернов УИК-С(2) Через каждую насыпную модель было прокачено 4 поровых объема раствора CROHDA-MAA. Результаты показывают, что коэффициент вытеснения нефти после моделирования ASP заводнения с применением разных концентрации CROHDA-MAA растворённого в растворе KOH позволил вытес- нить от 31% до 37% дополнительной нефти. (Смотрите таб. 1)
Таблица 1. Основные результаты фильтрационных экспериментов
0,5
46,745 5,8
0,7557 0,2442
0,37 0,25
40,42 6,47
0,6872 0,3127
0,33 0,125
48,42 6,2
0,7749 0,2250
0,31
Эксперименты показали, что вытесняющая способность CROHDA-MAA при моделировании АСП заводнения характеризуется положительным трендом роста в начале эксперимента и после про- качки 1 порового объема стабилизируется. Это говорит о хороших нефтевытесняющих способностях нового полимерного-ПАВ. Во всех экспериментах было замечено, что после прокачки половины по- рового объема обводненность снижалась до 50%. Таким образом применение нового полимерного- ПАВ CROHDA-MAA ускоряет процесс извлечения нефти и значительно снижает обводненность.
В лабораторных условиях была проведена серия экспериментов по вытеснению высоковязкой нефти новым полимерным ПАВ-ом CROHDA-MAA, с целью определения его вытесняющий способ- ность. Установлено, что при закачке в насыпную модель растворов CROHDA-MAA с разными кон- центрациями было вытеснено от 31 до 37% остаточной нефти после заводнения. Учитывая мировой спрос и цены на нефть и газ, новый полимерный ПАВ CROHDA-MAA может конкурировать с дру- гими методами повышения нефтеотдачи. Кроме того данная технология имеет большой потенциал стать альтернативой тепловым методам увеличения нефтеотдачи при добыче высоковязкой нефти. ЛИТЕРАТУРА [1] Александр.Г. Дидух, Раушан Б.Койжайганова, Лариса А. Бимендина, Саркыт.Е. Кудайбергенов. Синтез и характеристика новых гидрофобно модифицированные Полибетаенов для снижения температура застывания нефти // Журнал Прикладная Полимерная Наука , вып 92, 2004, стр. 1042-1048] [2] Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов, Сургучев М.Л., 1985, 313 стр. [3] http://expertonline.kz/a11891/ [4] Заводнение высоковязких нефтяных резервуаров, Денис Беливиау, Индия, Doi http://dx.doi.org/10.2118/113132-pa, Document ID Spe-113132-pa
● Технические науки
294 №2 2016 Вестник КазНИТУ
REFERENCES [1] Alexander G. Didukh, Raushan B. Koizhaiganova, Larisa A. Bimendina, Sarkyt E. Kudaibergenov Synthe- sis and Characterization of Novel Hydrophobically Modified Polybetaines as Pour Point Depressants // Journal of Ap- plied Polymer Science, Vol 92, 2004, P. 1042-1048 [2] Secondary and tertiary methods of enhanced oil recovery, Surgushev M.L. 1985, 313 p. [3] http://expertonline.kz/a11891/ [4] Waterflooding Viscous Oil Reservoirs, Authors Dennis Beliveau (Cairn India limited), Doi http://dx.doi.org/10.2118/113132-pa, Document ID Spe-113132-pa С.Е. Кудайбергенов, Ахмеджанов Т.К., Жаппасбаев Б.Ж., Гусенов И.Ш., Шахворостов А.В. Жоғары тұтқырлы Қазақстан мұнай кенорындарында химиялық су айдау әдісімен мұнай бергіштікті Түйіндеме. Бұл мақалада жоғары тұтқырлы мұнай кен орындарында ASP су айдау әдісімен мұнай бер- гіштікті арттырудың зертханалық зерттеу нәтижелері қарастырылады Негізгі сөздер: ASP су айдау, жоғары тұтқырлы мұнай, БӘЗ, сілті, полимер.
С.Е. Кудайбергенов, T.K. Akhmedzhanov, B.Zh. Zhappasbaev, I.Sh. Gussenov, A.B. Shakhvorostov EOR by chemical flooding for high viscous oil reservoirs of Kazakhstan Republic Summary. This article deals with the results of laboratory experiments conducted to test application of ASP flooding for EOR from high viscous oil reservoirs. Key words: ASP flooding, high viscous oil, surfactant, alkali, polymer.
УДК 583.94 Р.Н. Асылбаев (Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Астана, Республика Казахстан, ruslanassylbay@yandex.ru)
2 , ОБЛУЧЕННЫХ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫМИ ИОНАМИ ИЛИ РЕНТГЕНОВСКИМИ ЛУЧАМИ Аннотация. Благодаря прозрачности в широком оптическом диапазоне кристаллы CaF 2 применяются в качестве оптических материалов. В данной работе методами абсорбционной и термоактивационной спектро- скопии исследовано дефектообразование в кристаллах CaF 2 при облучении ионами Xe 132 или рентгеновскими лучами при комнатной температуре. Проведен термический отжиг оптического поглощения радиационных де- фектов в интервале температур от 380 до 1023 К после обоих типов облучения. Измерены также кривые термо- стимулированной люминесценции при линейном нагреве предварительно облученных образцов. Сопоставлены основные стадии отжига оптического поглощения радиационных дефектов с главными пиками термостимули- рованной люминесценции.
2 , ионное облучение, радиационные дефекты, X-облучение, коллоиды, термиче- ский отжиг.
Кристаллы CaF 2 являются широко применяемыми оптическими материалами, они демонстри- руют высокую прозрачность в широком диапазоне спектра и являются устойчивыми к воздействию большинства кислот и щелочей, что и позволяет использовать данный материал в качестве основных элементов оптических приборов [1]. Данный материал применяется также в радиационных детекто- рах, является элементом навигационных приборов. Исследование радиационно-стимулированного создания дефектов и их накопления в легированных CaF 2 кристаллах вызвано перспективой их при- менения в качестве активных сред для оптических квантовых генераторов, материалов для оптиче- ской памяти, термолюминесцентной дозиметрии и твердотельных электрических батарей. Дефектообразование в CaF 2 напрямую зависит от присутствующих примесей. Окрашенные кристаллы CaF 2 демонстрируют фотохромный эффект. Впервые фотохромные центры в кристаллах CaF 2 были описаны Смакулой [2], который получил при облучении кристалла CaF 2 рентгеновскими лучами четырехполосный спектр поглощения, названный позднее в его честь. Изначально, исследо- ванные Смакулой кристаллы CaF 2 считались беспримесными, но в последующем было доказано, что ● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 295
названные выше полосы связаны с примесью иттрия [3]. Формирование центров, включающих при- месные ионы и анионные вакансии, происходит при температурах, превышающих температуру нача- ла миграции анионных вакансий, диапазон температур формирования данных центров довольно ши- рок и составляет от 200 К до комнатной температуры и выше [4]. Формирование данных центров объясняется конфигурационной нестабильностью вблизи редкоземельных ионов или иона иттрия, когда электроны захватываются на возбужденных состояниях примесного иона [5]. Облучение высокоэнергетичными ионами кристаллов CaF 2 ведет к некоторым особенностям в радиационном дефектообразовании, что обусловлено высокой плотностью облучения. Большая часть энергии (энергетические потери до 20 кэВ/нм) иона Xe 132 с энергией 1.75 МэВ/нуклон тратится на ионизационные потери, обеспечивая высокую плотность электронных возбуждений (ЭВ) в цилин- дрическом ионном треке [6], [7]. Имеется не так много публикаций, связанных с ионным облучением CaF 2
Настоящая статья посвящена сравнительному изучению радиационного дефектообразования в кристаллах CaF 2 , вызванного двумя типами облучения: облучение ионами Хе 132 и рентгеновское об- лучение.
В работе были исследованы кристаллы CaF 2 с небольшим содержанием Y 3+ (менее 0.01 моль %), выращенные из расплава в графитовом тигле по методу Бриджмана-Стокбаргера в Гос- ударственном оптическом институте им. Вавилова. Концентрация примесей иттрия была приблизи- тельно оценена по смещению края фундаментального оптического поглощения [11]. Образцы были выколоты вдоль плоскости (111) в виде пластинок с размерами примерно 5×5 мм и толщиной 0.8– 1 мм. Кристаллы CaF 2 были облучены на циклотроне DC-60 (Астана, Казахстан), на эксперименталь- ном канале, предназначенном для проведения работ в области физики твердого тела. Образцы крепи- лись с использованием токопроводящего углеродного скотча к мишенному держателю, который охлаждался водой. Параметры облучения были следующими: ион Xe 132
с энергией 1.75 МэВ/нуклон, что соответствует общей энергии иона 231 МэВ, зарядом 22+ и плотностью тока облучения 10 нА/см 2
12 – 1×10
14 ион/см
2 . При облучении образцов рентгеновскими лучами использовались следующие параметры: 50 кВ, 15 мА, вольфрамовый антикатод. Дальнейшие исследования образцов проводились в лаборатории физики ионных кристаллов института физики Тартуского университета (г. Тарту, Эстония). Оптическое поглощение в ультрафи- олетовой, видимой и ближней инфракрасной областях было измерено с помощью оптического двух- лучевого спектрофотометра Jasco V-660. Данный спектрофотометр позволяет регистрировать спек- тры в диапазоне длин волн от 190 до 900 нм и оптическую плотность до 4. Источниками света служат две лампы: дейтериевая лампа в интервале 190–350 нм и вольфрамовая галогенная лампа в интервале 330–900 нм. Эксперименты по термоактивационной спектроскопии проводились на установке HARSHAW Model 3500 TLD Reader. Данный прибор позволяет нагревать образец в диапазоне температур от 300 до 873 К с постоянной скоростью 2 К/с в атмосфере газообразного азота. Ступенчатый отжиг образ- цов проводился на основе выделенных из интегральной кривой термостимулированной люминесцен- ции (ТСЛ) температурных точек с последующим измерением спектра оптического поглощения после каждого прогрева. 3. Результаты и обсуждение На рис. 1 и 2 представлены спектры индуцированного оптического поглощения кристаллов CaF 2
облученных рентгеновскими лучами или высокоэнергетическими ионами, измеренные при 300 К непосредственно после облучения и после промежуточных нагревов до соответствующих тем- ператур (от 380 до 1023 К). Спектры поглощения рентгенизованных CaF 2 демонстрируют общеиз- вестный четырехполосный спектр при 5.5, 3.73, 3.1 и 2.15 эВ, связанный с фотохромными центрами (ФЦ). Слабо заметное поглощение ФЦ также можно наблюдать в спектре Хе-облученных кристаллов. Облучение ионами Хе 132
создает в видимой области спектра широкую полосу поглощения с макси- мумом при 2.2 эВ. Данная полоса имеет сложную структуру и демонстрирует нестабильность как к световому, так и к тепловому воздействию [7].
● Технические науки
296 №2 2016 Вестник КазНИТУ
6 5 4 3 2 0.0 0.1 10 9 8 7 6 5 4 3 2 O pt ic al de ns it y Photon energy (eV) 1 6 5 4 3 2 0.0
0.5 1.0
8 7 6 5 4 3 2 O pt ic al de ns it y Photon energy (eV) 1 4 3 2 0.1 0.2 O D h (eV)
Рис. 1. Спектры индуцированного оптического по- глощения облученного при комнатной температуре рентгеновскими лучами кристалла CaF 2 , измеренные непосредственно после облучения (1) и после проме- жуточных нагревов до температур: 380 K (2), 410 K (3), 450 K (4), 490 K (5), 520 K (6), 570 K (7), 660 K (8), 823 K (9), 1023 K (10). Измерения оптического погло- щения проводились при комнатной температуре.
глощения облученного при комнатной температуре ионами Xe 132 с флюенсом 110 14 ион/см
2 кристалла CaF 2
(1) и после промежуточных нагревов до температур: 410 K (2), 440 K (3), 470 K (4), 500 K (5), 520 K (6), 540 K (7), 560–773 K (8). Измерения оптического по- глощения проводились при комнатной температуре.
радиации сильно зависит от температуры облучения. И под ионным, и под X-облучением при ком- натной температуре мы не наблюдали создания F-центров (анионная вакансия, захватившая элек- трон). Как известно, F-центры практически полностью отжигаются до 250 К [12]. В [13] отмечено, что концентрация F 2 -центров (два соседних F-центра, расположенных вдоль направления <100>) при комнатной температуре в кристаллах CaF 2 очень низкая и составляет не более 5% от концентрации F 2A -центров (околопримесный F 2 -центр). Таким образом, при комнатной температуре стабильными остаются крупные агрегатные центры или центры, входящие в комплекс с примесными ионами. В кристаллах CaF 2 , допированных Y 3+ , при радиационном окрашивании создаются ФЦ, кото- рые являются термически стабильными при комнатной температуре. ФЦ представляет собой ком- плекс с трехвалентным ионом иттрия, анионной вакансией и локализованными в ней одним или дву- мя электронами. Фотохромический эффект сопровождается трансформацией нейтральных ФЦ цен- тров в ионизованные ФЦ + . Изначально кристаллы CaF 2 были допированы примесью иттрия в трехва- лентном состоянии, что обусловливает прозрачность кристалла. При воздействии на кристалл уль- трафиолетовым светом происходит ионизация ФЦ, электрон захватывается изолированным ионом Y 3+
2+ , а сам центр преобразуется в ФЦ + . Обратный процесс происходит при воздействии видимым светом или при нагреве кристалла [14]. Сравнивая два типа облучения следует отметить, что Х-облучение перезаряжает уже суще- ствующие дефекты, тогда как облучение ионами создает новые структурные дефекты. Совместное действие ударного (вызывающего ударные волны) и неударного (распад и рекомбинация ЭВ) меха- низмов считается ответственным за создание структурных дефектов под Xe 132
облучением. Кроме того, аналогично случаю рентгеновского облучения, в процессе ионного облучения также происхо- дит перезарядка электронных и дырочных радиационных дефектов или примесей в CaF 2 . На рис. 3 и 4 показана зависимость величины оптической плотности для различных спектраль- ных областей от температуры для рентгенизованных или облученных ионами образцов, соответ- ственно. Основная стадия отжига для ионно-облученных CaF 2 наступает в интервале температур 470–580 К. Для рентгенизованных CaF 2 мы наблюдаем стадии отжига от комнатной температуры до 400 К и более пологий спад в интервале температур 400–580К. При обоих типах облучения основной отжиг дефектов происходит до 580 К.
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 297
400 600 800
1000 0.00
0.05 0.10
0.15 O pt ic al de ns it y Temperature (K) T L i nt ens it y
300 400
500 600
700 800
0.0 0.5
1.0 O pt ic al de ns it y Temperature (K) T L i nt ens it y
Рис. 3. Зависимость радиационно-индуцированного оптического поглощения от температуры промежу- точных нагревов для соответствующих спектральных областей: 2.13 эВ (□□), 3.12 эВ (●●), 3.73 эВ (∆∆) и 5.5 эВ (▼▼) и кривая ТСЛ (правая шкала) для Х- облученного при комнатной температуре кристалла CaF 2
ной температуре.
оптического поглощения от температуры промежу- точных нагревов для полосы при 2.21 эВ (●●) и кривая ТСЛ (правая шкала) для облученного при комнатной температуре ионами Xe 132 с флюенсом 1×10 14 ион/см
2
кристалла CaF 2 . Оптическое поглощение измерено при комнатной температуре.
На данных рисунках приведены также интегральные кривые ТСЛ для соответствующих типов облучения. При обоих типах облучения мы имеем интенсивную ТСЛ. Рентгенизованный кристалл демонстрирует ТСЛ в области 300–600 К, тогда как ионно-облученный кристалл светит в более ши- рокой области температур от 350 до 750 К. Как мы можем видеть, основные стадии отжига сопро- вождаются самыми интенсивными пиками ТСЛ. Как известно, ТСЛ чувствительна к концентрации и составу примесей. Наличие в кристалле, хоть и в малой концентрации, примесей редкоземельных ионов, выступающих в качестве центров свечения, обеспечивает световыход выделяемой энергии при разрушении дефектов. Это наглядно проявляется в рентгенизованных образцах, где облучение в основном вызывает перезарядку дефектов, связанных с примесными центрами, в то же время нагрев кристалла освобождает электроны и дырки из соответствующих ловушек, а их последующая реком- бинация сопровождается люминесценцией. Таким образом, ТСЛ рентгенизованных CaF 2 напрямую зависит от того какими примесями допирован кристалл, и образцы с разным примесным составом могут демонстрировать кардинально разные кривые ТСЛ. Что касается ионного облучение, которое создает структурные дефекты в кристалле, нагрев кристалла приводит к разрушению этих дефектов, а освобождаемые при этом носители заряда, двигаясь по кристаллу, могут излучательно рекомбини- ровать около примесных центров. В данном случае, состав и концентрация примесей может влиять на интенсивность ТСЛ. В ионно-облученных CaF 2 ТСЛ ниже 600 К, где расположены основные дози- метрические пики электрон-дырочного происхождения, были тщательно изучены многими авторами (например [15]). Под ионным облучением при комнатной температуре, в отличие от Х-облучения, создаются в основном структурные дефекты, такие как агрегатные F-центры и коллоиды Са. Формированию в CaF 2
облучения электронами высокой дозы и нейтронами посвящено достаточно много работ (см. напри- мер [16], [17]). Полоса поглощения коллоидных центров в CaF 2 лежит в интервале 550-600 нм [17]. Коллоидные центры имеют следующие свойства [16]: они не высвечиваются при комнатной темпера- туре видимым и ближним ультрафиолетовым светом; полоса оптического поглощения, ассоциируе- мая с этими центрами не меняет позицию и полуширину в зависимости от измерения при температу- ре кипения жидкого азота или жидкого гелия. При более длительном нагреве имеет место смещение максимума полосы поглощения в сторону длинных волн. Это смещение связано с увеличением кол- лоидных частиц в размере. Смещение максимума в сторону коротких волн имеет место при умень- шении в размере кальциевых коллоидов [16]. На рис. 4 можно заметить небольшое смещение полосы при 2.2 эВ в длинноволновую сторону спектра с увеличением температуры. Это, вероятно, объясня- ется агрегатизацией менее крупных коллоидных частиц или F-агрегатных центров в более крупные.
|