Исследование понизителей фильтрации буровых растворов на основе карбоксиметильных эфиров крахмала и целлюлозы

Объекты исследования – современные системы полимер-глинистых, минерализованных полимер-глинистых и биополимерных буровых растворов, содержащих понизители фильтрации на основе карбоксиметилированной целлюлозы и крахмала. Целью магистерской диссертации является исследование возможности применения карбоксиметилкрахмала (КМК) в современных рецептурах буровых растворов в качестве понизителя фильтрации и альтернативы реагентов на основе низковязкой полианионной целлюлозы (ПАЦ НВ) и оценка устойчивости буровых растворов с использованием данных реагентов к воздействию солей, температур и биологической деструкции. Актуальность исследований – необходимость снижения стоимости используемых полисахаридных реагентов, исследование позволит определить области применения реагентов на основе КМК.

Введение ………………………………………………………………………………………………… 15
1 Литературный обзор ……………………………………………………………………………. 17
1.1 Модифицированные природные полимеры ……………………………………. 18

1.1.1 Карбоксиметилцеллюлоза и полианионная целлюлоза …………….. 19

1.1.2 Карбоксиметилкрахмал …………………………………………………………… 22

1.2 Фильтрационные свойства буровых растворов ………………………………. 24

1.2.1 Теория фильтрации …………………………………………………………………. 25

1.2.2 Влияние различных факторов на фильтрационные свойства
буровых растворов на водной основе, содержащих КМК и ПАЦ ……… 27

1.3 Вывод по литературному обзору ………………………………………………… 32

2 Методы исследований …………………………………………………………………………. 35
2.1 Методика проведения исследований……………………………………………….35
2.1.1 Определение фильтрационных свойств…………………………………….35
2.1.2 Определение реологических свойств………………………………………..35
2.1.3 Исследование бактерицидной стойкости
понизителей фильтрации………………………………………………………………….35
2.2 Оборудование для приготовления моделей буровых растворов ……… 38

2.3 Определение реологических свойств буровых растворов ……………….. 39

2.3.1 Определение условной вязкости с помощью
вискозиметра ВБР-2 ………………………………………………………………………… 39

2.3.2 Измерение реологических свойств вискозиметром
OFITE-900 ………………………………………………………………………………………. 40

2.4 Определение фильтрационных свойств буровых растворов ……………. 42

2.4.1 Определение фильтрационных свойств с помощью
фильтр-пресса низкого давления и температуры OFITE …………………… 42
2.4.2 Определение фильтрационных свойств буровых растворов в
условиях приближенных к пластовым……………………………………………… 43

3 Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение……………47
3.1 Результаты исследования фильтрационных
свойств буровых растворов………………………………………………………………….47
3.2 Результаты исследования реологических свойств
буровых растворов………………………………………………………………………………51
3.3 Результаты исследования бактерицидной стойкости
буровых растворов ……………………………………………………………………………… 54
3.4 Выводы из проведенных исследований…….. …………………………………… 55
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение . 57
4.1 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………… 57

4.2 Планирование научно-исследовательских работ…………………………….. 63

4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………… 63

4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………… 64

4.2.3 Разработка графика проведения научного исследования ………….. 65

4.2.4 Расчет материальных затрат
научно-исследовательского проекта ………………………………………………… 68

4.2.5 Расчет затрат на специальные оборудования и компоненты для
проведения научных исследования и экспериментальных работ ………. 69

4.2.6 Затраты по основной заработной плате ……………………………………. 69

4.2.7 Отчисления в государственные внебюджетные фонды …………….. 72

4.2.8 Накладные расходы…………………………………………………………………. 73

4.2.9 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта ….. 73

5 Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 75
5.1 Анализ вредных и опасных факторов, создаваемых объектом
исследования………………………………………………………………………………………. 76
5.2 Производственная безопасность ……………………………………………………. 76

5.2.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению ………………………………………………………. 77

5.2.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению ………………………………………………………. 81

5.3 Экологическая безопасность………………………………………………………….. 83

5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду … 83

5.3.2 Анализ влияния процесса исследования на
окружающую среду …………………………………………………………………………. 85

5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ………. 86

5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 87

5.4.1 Анализ вероятных ЧС, инициируемых объектом исследования .. 87

5.4.2 Анализ вероятных ЧС, возникающих в лаборатории при
проведении исследований и обоснование мероприятий по их
предотвращению …………………………………………………………………………….. 87

5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 90

5.5.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства,
характерные для рабочей зоны исследователя …………………………………. 90

5.5.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя …………………………………………………………………………………. 93

Заключение……………………………………………………………………………………………..95
Список литературы ………………………………………………………………………………… 97
Приложение А………………………………………………………………………………………103

В настоящее время значимую часть применяемых буровых растворов
составляют полимер-глинистые и биополимерные растворы, где для
регулирования фильтрационных свойств применяются полисахаридные
модифицированные реагенты на основе крахмала и целлюлозы. Свойства
реагентов КМК и ПАЦ (солестойкость и термостойкость, стойкость к
биодеструкции, растворимость) зависят от качества исходного сырья,
степени и равномерности замещения, применения специальных добавок при
их изготовлении и чистоты конечного продукта. Чем большую
проницаемость имеет фильтрационная корка, тем выше фильтрация и ее
толщина. Необходимо поддерживать фильтрацию и проницаемость корки
на как можно более низком уровне, для избежания загрязнения пластов,
аварий и осложнений в процессе строительства скважин. Снижение
водоотдачи при применении понизителей фильтрации достигается за счет
перекрывания отверстия в фильтрационной корке увеличенными
деформируемыми инкапсулироваными твердыми частицами и частицами
полимера; загущением жидкой фазы бурового раствора. На их
эффективность в растворах влияет концентрация полимера, уровень pH,
содержание солей, микроорганизмов, температура.

Из-за научной новизны информация в разделе не полная

1.Овчинников В.П., Аксенова Н.А., Каменский Л.А., Федоровская
В.А. Полимерные буровые растворы. Эволюция «из грязи в князи». //
Бурение и нефть. – 2014. – № 12. – C. 24-29.
2.Fink J.K. Petroleum Engineer’s Guide to Oil Field Chemicals and
Fluids. – Gulf Professional Publ., 2011. – 808 p.
3.Минибаев В.В., Ильин И.А., Пестерев С.В. Эффективность
полисахаридных реагентов в буровых растворах различной степени
минерализации среды. // Бурение и нефть. – 2009. – № 10. – С. 48-50.
4.Alsabagh A.M., Abdou M.I., Khalil A.A., Ahmed H.E., Aboulrous
A.A. Investigation of some locally water-soluble natural polymers as circulation
loss control agents during oil fields drilling. // Egyptian Journal of Petroleum. –
2014. – V. 23. – Iss. 1. – P. 27-34.
5.Mahto V., Sharma V.P. Rheological study of a water based oil well
drilling fluid. // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2004. – V. 45. –
Iss. 1-2. – P. 123-128.
6.Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. – Оренбург:
«Летопись», 2005. – 664 с.
7.Caenn R., Darley HCH, Gray G. Composition and Properties of
Drilling and Completion Fluids. – Gulf Professional Publ., 2017. – 729 p.
8.Смирнов С.И., Гальцева О.В., Кряжев В.Н., Карлович С.В.,
Крюков С.В. Эффективность реагентов КМЦ и ПАЦ в буровых растворах
различной степени минерализации. // Нефть. Газ. Новации. – 2016. – № 9. –
С. 33-37.
9.Кряжев В.Н., Гальцева О.В., Смирнов С.И. КМЦ И ПАЦ –
традиционные стабилизаторы буровых растворов. // Нефть. Газ. Новации. –
2016. – № 6., – С. 28-33.
10. Кряжев В.Н., Карлович С.В.Исследование солестойкости
реагентов на основе карбоксиметилцеллюлозы и полианионной целлюлозы.
// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2012. –
№ 11. – C. 42-44.
11. Гальцева О.В., Кряжев В.Н. Влияние исходной целлюлозы на
свойства КМЦ. // Нефть. Газ. Новации. – 2016. – № 9. – С. 24-28.
12. Смирнов С.И., Гальцева О.В., Кряжев В.Н., Карлович С.В.,
Крюков С.В. Эффективность реагентов КМЦ и ПАЦ в буровых растворах
различной степени минерализации. // Нефть. Газ. Новации. – 2016. – № 9. –
С. 33-37.
13. Ильин М.И., Смирнов С.И., Мячина Н.Е., Крюков С.В.
Разработкатехнологииполученияфизическимодифицированных
крахмальных реагентов и их свойства. // Нефть. Газ. Новации. – 2015. – № 9.
– С. 23-27.
14. Лодина И.В., Анисимов А.В. Сравнение свойств крахмальных
реагентов в системе минерализованного бурового раствора. // Нефть. Газ.
Новации. – 2014. – № 9 (188). – С. 43-47.
15. Кряжев В.Н., Виноградова Г.В., Смирнов С.И. Реологические
свойства композиций эфиров целлюлозы для буровых растворов. // Нефть.
Газ. Новации. – 2014. – № 9 (188). – С. 48-51.
16. Мячина Н.Е., Смирнов С.И. Крахмальные реагенты ЗАО
«Полицелл». // Нефть. Газ. Новации. – 2016. – № 9. – С. 51-55.
17. Паскару К.Г., Литвяк В.В., Москва В.В., Андреев Н.Р., Костенко
В.Г., Оспанкулова Г.Х. Модифицированные крахмалосодержащие продукты
для бурения. // Достижения науки и техники АПК. – 2013. – № 12. – С. 82-
84.
18. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые
промывочные и тампонажные растворы: Учеб. пособие для вузов. – М.:
ОАО «Издательство «Недра», 1999. – 424 с.: ил.
19. Минибаев В.В., Ильин И.А., Пестерев С.В. Методика оценки
эффективности бактерицидных реагентов для буровых растворов. //
Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2010. – №
11. – С. 26-29.
20. ОбрезковаМ.В.,БудаеваВ.В.,СаковичГ.В.
Карбоксиметилцеллюлоза из нетрадиционного сырья. // Строительство
нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2010. – № 11. – C. 29-32.
21. Тесленко В.Н., Тимохин И.М., Русаев А.А., Колесникова Т.И.
Механизм деструкции водорастворимых эфиров целлюлозы и пути ее
замедления ингибиторами. // Геология, геофизика и разработка нефтяных и
газовых месторождений. – 2000. – № 12. – С. 44-49.
22. МохаммедФ.Х.Влияниетемпературынареологиюи
фильтроотдачу буровых растворов на водной основе. // Строительство
нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2008. – № 7. – С. 38-41.
23. Кряжев В.Н. Химическая модификация крахмала (краткий
обзор). // Нефть. Газ. Новации. – 2017. – № 6. – С. 70-72.
24. Зайнуллина А.Ш., Песириди Я.Ю., Исмукашева М. Оценка
реологических параметров модифицированного крахмала в буровых
растворах. // Вестник Алматинского технологического университета. – 2017.
– № 2. – С. 92-96.
25. БарахнинаВ.Б.,ЯгафароваГ.Г.,ХисматуллинаД.Д.
Биостойкость отработанных целлюлозосодержащих реагентов буровых
растворов. // Вестник Южно-Уральского государственного университета.
Серия: Химия. – 2009. – № 23 (1560). – С. 21-25.
26. Исламов Х.М. Регулирование свойств буровых растворов на
основе полимерного крахмального реагента. // Геология, география и
глобальная энергия. – 2008. – № 2. – С. 162-166.
27. Денисова М.Н., Будаева В.В., Минаев К.М. Физико-химические
свойства полисахаридных реагентов, основным компонентом которых
является натрий карбоксиметилцеллюлоза. // В сборнике: Технологии и
оборудованиехимической,биотехнологическойипищевой
промышленности Материалы IX Всероссийской научно-практической
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным
участием. – 2016. – С. 457-464.
28. БеленкоЕ.В.Изучениебиодиструкционныхпроцессов
полисахаридных полимеров // Защита окружающей среды в нефтегазовом
комплексе. – 2007. – № 8 – С. 32–36.
29. Сагитов Р.Р., Минаев К.М., Захаров А.С., Королев А.С.,
Минаева Д.О. Исследование понизителей фильтрации буровых растворов на
основе карбоксиметильных эфиров крахмала и целлюлозы. // Нефтяное
хозяйство. – 2017. – № 11. – С. 102-105.
30. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ «Опасные и вредные факторы
производства»
31. ГН 2.2.5.686-98 Предельно допустимые концентрации (ПДК)
вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы
32.СанПиН2.2.1/2.1.1.1278-03Гигиеническиетребованияк
естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и
общественных зданий
33. Воздействие тока на организм человека / АО Энергетик
(электронныйресурс).Режимдоступа:свободный.URL:
http://www.energetik-ltd.ru (дата обращения: 06.04.2018)
34. ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартов безопасности труда
(ССБТ).Электробезопасность.Предельнодопустимыезначения
напряжений прикосновения и токов (с Изменением N 1)
35. ГОСТ 12.4.011-89 Система стандартов безопасности труда
(ССБТ).Средствазащитыработающих.Общиетребованияи
классификация.
36. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды
(техносферная безопасность): учебник для бакалавров / С.В. Белов. – 4-е
изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт; ИД Юрайт, 2013. – 682 с.
37. ГН 2.1.7.2041-06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) и
ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в
почве
38. НПБ 105-03 Определение категорий помещений, зданий и
наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности
39. Инструкция о мерах пожарной безопасности в научно-
инновационной лаборатории «Буровые промывочные и тампонажные
растворы»
40. Типовая инструкция по охране труда для лаборанта химического
анализа / Охрана труда в России (электронный ресурс). Режим доступа:
свободный.URL:https://ohranatruda.ru/ot_biblio/norma/392170/(дата
обращения: 06.04.2018)
41. Инструкция № 13-107 по охране труда для работающих с
химическими веществами. Научно-инновационная лаборатория «Буровые
промывочные и тампонажные растворы»
42. ГОСТ Р 12.1.019-2009 ССБТ. Электробезопасность. Общие
требования и номенклатура видов защиты
43. СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений.
44.Правилаустройстваэлектроустановок.Шестоеиздание,
переработанное и дополненное, с исправлениями, 2002
45. ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Пожарная безопасность. Общие требования (с Изменением №1)
46. ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Оборудование производственное. Общие требования безопасности
47. ГОСТ 12.4.011–89 ССБТ. Средства защиты работающих. Общие
требования и классификация.
48. ГОСТ 17.1.3.06–82. Охрана природы. Гидросфера. Общие
требования к охране подземных вод.
49. СП 2.1.5.1059–01 Гигиенические требования к охране подземных
вод от загрязнения.
50. Федеральный закон от 28.12.2013 N 426-ФЗ (ред. от 01.05.2016)
«О специальной оценке условий труда»
51. Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197-ФЗ
(ред. от 05.02.2018)