Поліолефіни

Полімери, котрі отримують реакцією полімеризації переважно ети­ленових (алкенових) вуглеводнів (стара назва олефіни) або їх похідних, відносять до полімеризаційних смол.

Поліолефіни - це продукти гомо- і кополімеризації олефінів; термо­пластичні матеріали (термопласти). Серед них мамо наступні полімери.

Поліетилен [-СН₂-СН₂-]„ - кристалічний термопласт, який утворю­ється при полімеризації етилену С₂Н₄; насичений вуглеводень з молеку­лярною масою 10⁴-410⁵; Г_зб = -60-269°С, густина 913-934 кг/м³ (поліети­лен високого тиску - ПЕВТ) і 919 - 973 кг/м³ (поліетилен низького тиску -ПЕНТ), розчиняється за температури, вищої 70-80°С, в ароматичних вуг­леводнях і їх галогенопохідних, температура самоспалахування 400°С, температура плавлення 102-105°С (високого тиску) і 125-137°С (низького тиску), модуль пружності відповідно 100-200 і 400-1250 МПа, відносне ви­довження 100-800 і 100-1200% (за ГОСТ 16338-85). Поліетилен не розчи­няється у воді і водяній парі, спирті і ацетоні. За звичайної температури не змінюється під дією мінеральних кислот (НС1, HS0₄, HF), розчинів лу­гів, а також багатьох розчинників. Не стійкий у сильних окислювачах (кипляча азотна кислота, олеум, хлорсульфонова кислота, галоїди і інш.), деякі викликають його руйнування. Не стійкий до гасу, бензину, бензолу, хлороформу і чотирихлористого вуглецю (за кімнатної температури набу­хає, а за температур вищих 100-120°С розчиняється). При температурі понад 80°С розчиняється у вуглеводнях і галогенопохідних. Якщо поліме­ризація відбувається при стисненні етилену до 150-250 МПа і температурі 150-250°С, то отримується поліетилен високого тиску (ПЕВТ), при тиску до 10 МПа в присутності каталізаторів - поліетилен середнього тиску (ПЕСТ), при атмосферному тиску - поліетилен низького тиску (ПЕНТ). Випускається ПЕВТ у вигляді гранул білого або інших кольорів з насипною густиною 500-600 кг/м³, поліетилен низького тиску - у вигляді гранул з насипною густиною 500-600 кг/м³ або у вигляді білого порошку з насипною густиною 200-250 кг/м³. Поліетилен хлорсульфований (хайпа-лон) має густину 1120-1260 кг/м³ (табл. 2.138).

У воді спливає вся маса поліетилену (пояснюється меншою густиною порівняно з водою і гідрофобністю поверхні).

Для ізоляції припливів пластової води використовуються поліетилен низького тиску (ПЕНТ) і відходи виробництва поліетилену - полімер промрозчинного потоку (ППП), полімер бензинового потоку (ПБП), а також відходи товарного продукту [165].

Таблиця 2.138- Характеристика поліетиленів

Поліетилен низького тиску (ПЕНТ) за ГОСТ 16333-77 являє собою високомолекулярний продукт полімеризації етилену - термопластичний полімер із групи поліолефінів, має високий ступінь кристалічності, густина його дорівнює 948-959 кг/м³. Виробляється у вигляді порошку чи гранул (2-3 мм). Температура плавлення поліетилену рівна 120-125°С. ПЕНТ хімічно стійкий до діяння різних реагентів, за температури 20-25°С він руйнується тільки в середовищі чотирихлористого вуглецю. Органічні розчинники за кімнатної температури не розчиняють ПЕНТ, за підвішеної температури ПЕНТ набухає і частково розчиняється; повністю розчи­няється в органічних розчинниках за температури вище точки плавлення. Молекулярна маса ПЕНТ коливається в межах (8-10)-10⁴. Поліетилен низького тиску випускають без домішок (базові марки) і у вигляді композицій зі стабілізаторами, барвниками та іншими домішками. У за­лежності від властивостей і призначення встановлено марки поліетилену, котрі зазначено в ГОСТ 16338-85. Позначення базової марки поліетилену складається з назви матеріалу „поліетилен", восьми цифр, що характе­ризують конкретну марку і позначення стандарта. Приклад позначення: „Поліетилен 21008-075 ГОСТ 16338-85". При замовленні поліетилену після позначення марки зазначають сорт.

Відходи виробництва ПЕНТ за зовнішнім виглядом дещо відрізня­ються від нього.

Поліетилен промрозчинного потоку (ППП) як відходи виробництва поліетилену низького тиску випускається у вигляді високопористих мо-чалоподібних кусків різного розміру (не регламентується технічними умовами), а поліетилен бензинового потоку (ПБП) - у вигляді воско-подібної маси. Перед використанням ці полімери подрібнюють дробаркою до частинок 0, 5-20 мм. Полімер промрозчинного потоку і полімер бензи­нового потоку мають густину 900-920 кг/м³, їх молекулярна маса стано­вить (8-20)-10³ і (3-5)-10³. Температура плавлення ППП рівна 115-120°С, а ПБП не має чітко вираженої точки плавлення, переходить у розплав за температури приблизно 100°С.

Усі ці полімери відносяться до класу термопластичних полімерів.

Розчинення термопластичних полімерів у низькомолекулярній вугле­водневій рідині проходить за два етапи. Спочатку полімер набухає, тобто відбувається проникання низькомолекулярного розчинника в середину

полімеру з порушенням поперечних міжмолекулярних зв'язків та роз­суванням полімерних ланцюгів. У процесі подальшого набухання відбу­вається відривання окремих ланцюгів і дифузія їх в об'ємі розчинника. Швидкість розчинення залежить в основному від хімічного складу і структури полімеру, природи розчинника, температури, а також від питомої кількості розчинника і його відносної швидкості руху. При збіль­шенні відносної швидкості руху розчинника тривалість часу повного розчинення полімеру значно скорочується. Лабораторними досліджен­нями встановлено, що ці полімери добре розчиняються в різних нафтах, наприклад родовищ Північного Кавказу. Швидкість розчинення за інших рівних умов визначається фракційним складом нафти.

Розплави даних полімерів є неньютонівськими псевдопластичними рідинами, для яких характерне зменшення в'язкості з ростом швидкості зсуву. У пластових умовах в'язкість розплавів цих полімерів значно (на кілька порядків) перевищує в'язкість пластової рідини. Звідси випливає, що за певних умов розплави цих полімерів можуть використовуватись як ефективний тимчасово ізолювальний матеріал.

За технологією інституту СевКавНИПИнефть застосовують поліети­лен низького тиску ПЕНТ (за ГОСТ 16333-77) і відхід його виробництва -полімер промрозчинного потоку ППП разом із напівводним сірчанокислим кальцієм (за ГОСТ 125-79 і Ст СЭВ 826-77) для селективного обмеження водопришшвів із колекторів тріщинного і тріщинувато-пористого типів при температурі 80-120°С. Сірчанокислий кальцій CaS0₄ - тонкодисперсний порошок, густиною 2200 кг/м³, який у пластовій воді дає гіпс. Суміш полі­мер + сірчанокислий кальцій беруть у співвідношенні 1: 2 -1: 3 по 20-50 кг на 1 м розкритої товщини пласта. Запомповування проводять на в'язкій нафті густиною 850-900 кг/м³ при концентрації 100-400 кг/м³, а при розділь­ному подаванні концентрацію полімеру беруть 100-300 кг/м³, сірчанокис­лого кальцію - 200-500 кг/м³. Після запомповування витримують 48-72 год.

ПЕНТ і ППП не токсичні, спалахують при 300-400°С, постачаються в паперових або поліетиленових мішках по 20 чи 25 кг. Гарантійний термін зберігання - 2 роки.

Для тимчасового закупорювання пористих пластів з метою поперед­ження надходження в них технологічної рідини пропонується запомпо-вувати суміш, що складається з твердих частинок діаметром від 1 мкм до 10 мм гомогенної суміші: поліетилену із кополімером етиленвінілацетату, поліаміду з точкою плавлення 204-238°С, пом'якшувального агента -аліфатичного діаміну з точкою плавлення 176°С. Суміш ефективна в пластах з температурою до 176°С [5].

Поліпропілен [-СН(СН)₃-СН₂-] п (хостален, данлай, моплен, ново-лен, олеформ, поліпро, пропатен, профакс і інш.) - термопластичний,

кристалічний, ізотактичний полімер (полімер пропілену С₃Н₆); поліме­ри заційна смола; густина 905₉₁₀-920 кг/м³, Т_пл = 160₁₆₄-176₁₇₀°С. Стійкий у воді і агресивних неорганічних середовищах (окрім сильних окис­лювачів), нижче 80°С - в органічних розчинниках (вище цієї температури набухає). Руйнівна напруга згину становить 70-80 МПа. Випускається у вигляді порошку або гранул (не більше 5 мм).

Поліпропіленгліколь - рідина, має густину 1002-1025 кг/м³, розчиня­ється у багатьох органічних розчинниках, а до молекулярної маси 1500 — також і у воді.

Поліізобутилен [-С(СН₃)₂-СН₂-]„ (опанол, динатен, вістанекс і інш.) - каучукоподібний полімер (полімер ізобутилену С₄Н₈), який криста­лізується під час розтягу, густина 910-930 кг/м³, Т_рош= 100°С, розчи­няється у вуглеводнях і хлорвуглеводнях, стійкий у воді до 100°С, розчинах лугів, кислотах, нестійкий у маслах. Низькомолекулярний поліізобутилен (молекулярна маса 10-20 тис.) - рідина густиною 830-910 кг/м³.

Етилен-пропіленові каучуки - кополімери етилену з пропіленом, густина 850-870 кг/м³, розчиняються в багатьох вуглеводнях і їх хлор­похідних. Випускаються у вигляді порошку білого кольору або гранул. Насипна маса гранул 400-450 кг/м³ за густини 925-950 кг/м³.

Полі-4-метилпентен-І - кристалізуючий термопласт, густина 830 кг/м³, Т_пл = 230 -235°С, стійкий у воді, хімічно стійкий.

Полі-З-метилбутен-1 - термопласт, Т_пл= 260-310 °С, густина 900 кг/м³, близький до поліпропілену і поліетилену, ступінь кристалізації 60-90 %, за температури 300°С починається термічна деструкція, а за 100°С - термо-окислювальна.

Полібутен-1 - ізотактичний, термопластичний полімер, ступінь кри­сталізації до 95 %, густина 910-920 кг/м³, Т_пл = 130-135°С, хімічно стійкий.